Musterlösung zur 2. Klausur
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Datum: 08.02.2010 Name: Vorname: Matrikel-Nr.: Studiengang: Bioinformatik Biochemie (für Bioinformatiker) WS 2009/2010, 2. Klausur (50 Punkte) Modulnr.: FMI-BI0027 Hiermit bestätige ich meine Prüfungstauglichkeit. ----------------------------------------------Unterschrift Aufgabe Punkte erreichte Punktzahl 01 6 02 6 03 6 04 4 05 3 06 6 07 3 08 6 09 6 10 4 Gesamtpunktzahl 50 1/6 01. (6 Punkte) Benennen Sie die gezeigte Verbindung. Welches Enzym setzt diese in der Glykolyse um? Schreiben Sie die katalysierte Reaktion auf. Geben Sie vier Regulatoren des Enzyms an und deren Auswirkungen auf die Reaktion. CH2OPO3 2- CH2OH O H HO OH OH H • α-D-Fructose-6-phosphat • Phosphofructokinase Reaktion: CH2OPO3 2- CH2OH O H HO OH OH CH2OPO3 ADP ATP H α-D-Fructose-6-phosphat CH2OPO3 O H HO OH OH H PFK Mg2+ 2- H α-D-Fructose-1,6-bisphosphat Regulatoren: ≠: • AMP • ADP • α-D-Fructose-2,6-bisphosphat Ø: • ATP • Citrat • pH < 7 02. (6 Punkte) Beschreiben Sie die Elektronentransportkette. Warum wird durch die Elektronenübertragung von FADH2 weniger ATP gebildet als bei NADH? • Membranproteinkomplexe: o NADH-Dehydrogenase (Komplex I) o Succinat-Dehydrogenase (Komplex II). o Cytochrom-c-Reduktase (Komplex III) 2/6 2- • o Cytochrom-c-Oxidase (Komplex IV) mobile Überträger: o Ubichinon o Cytochrom c Alternative 1: Komplex I überträgt zwei Elektronen in Form eines Hydridions von NADH auf FMN (Flavinmononucleotid), welches zu FMNH2 protoniert wird. FMNH2 überträgt die beiden Elektronen einzeln auf Eisen-Schwefel-Zentren des Komplex I. Von dort fließen sie auf Ubichinon,welches aufgrund seiner lipophilen Eigenschaft in der mitochondrialen Membran „schwimmt“. Das vollständig reduzierte Ubichinon nennt sich Ubihydrochinon. Alternative 2: Direktes Einschleusen von Elektronen von FADH2 auf Ubichinon unter Umgehung von Komplex I über Dehydrogenasen wie Succinat-Dehydrogenase (Komplex II). Wegen des geringen Redoxpotentialgefälles zwischen Succinat und Ubichinon trägt Komplex II nicht zum Aufbau des Protonengradienten zwischen mitochondrialem Intermembranraum und Matrix bei. Da der Protonengradient für die Produktion von ATP mittels ATP-Synthase (Komplex V) maßgeblich ist, ist diese somit geringer als bei „Alternative 1“. Weitere Dehydrogenasen bilden die Grundlage für zusätzliche alternative Wege. Zentraler Sammelpunkt verschiedener „Zuflüsse“ ist also Ubichinon. Nun überträgt Komplex III die von Ubihydrochinon bereitgestellten Elektronen mittels Eisen-Schwefel-Zentrum auf Cytochrom c, welches sich im Intermembranraum befindet. Als letzten Schritt überträgt Komplex IV Elektronen von Cytochrom c auf molekularen Sauerstoff unter Bildung von Wasser. 03. (6 Punkte) Glucose wird im Muskel unter aeroben und anaeroben Bedingungen unterschiedlich verstoffwechselt. Wie heißen die jeweils beteiligten Stoffwechselwege? Was passiert unter den jeweiligen Bedingungen? Beschreiben Sie die Vorgänge unter Nennung der Intermediate der Stoffwechselwege sowie der Endprodukte. aerobe wie anaerobe Bedingungen: Glucose wird in der Glykolyse zu Pyruvat umgesetzt. anaerob Der Mangel an NAD+ wird durch die Umwandlung von Pyruvat zu Lactat behoben. Das Lactat wird zur Leber transportiert und dort von den Hepatozyten zu Pyruvat 3/6 oxidiert. Daraus wird über die Gluconeogenese Glucose gebildet, welche ans Blut abgegeben wird und so auch die Muskelzellen erreicht. Damit ist der Kreislauf geschlossen. Dieser Zyklus aus Glykolyse im Muskel und Gluconeogenese in der Leber heißt Cori-Zyklus. aerob: Pyruvat wird zu Acetyl-CoA umgewandelt und in den Citratzyklus eingespeist. Das in Glykolyse und Citratzyklus gebildete NADH, sowie das aus dem Citratzyklus stammende FADH2 wird in der oxidativen Phosphorylierung zur ATP-Gewinnung genutzt. Die Glucose wird somit vollständig zu CO2 und H2O umgesetzt. Wird der Muskel stark beansprucht, so dass mehr Pyruvat anfällt, als im Citratzyklus weiter verarbeitet werden kann, so wird zusätzlich der „anaerobe“ Weg durchlaufen. 04. (4 Punkte) Welche Ketonsäuren entstehen bei der Transaminierung von Glutamat, Aspartat und Alanin? Schreiben Sie beispielhaft eine Transaminierungsreaktion auf (Strukturformel). Glutamat: α-Ketoglutarat Aspartat: Oxalacetat Alanin: Pyruvat O - O O O O O + - H3C OH O NH2 α-Ketoglutarat Alanin O HO O OH NH2 Glutamat - O + H3C O Pyruvat 05. (3 Punkte) Geben Sie drei Unterschiede von Fettsäuresynthese und Fettsäureabbau an; z.B. in Bezug auf Lokalisation, Enzyme und Coenzyme. • • • • • Synthese: Cytosol, Abbau: Mitochondrien Synthese. Multienzymkomplex (Fettsäure-Synthase), Abbau: entsprechende Enzyme sind nicht assoziiert Synthese: NADPH verbraucht, Abbau: NADH erzeugt Synthese: D-Hydroxyacyl-CoA, Abbau: L-Hydroxyacyl-CoA Synthese-Baustein: Malonyl-CoA, Abbau-Baustein: Acetyl-CoA 4/6 • Synthese: Bindung der Zwischenstufe an die Sulfhydrylgruppe eines AcylCarrier-Proteins (ACP), Abbau: Bindung findet mit Coenzym A statt 06. (6 Punkte) Zellen, die starkem Zellwachstum unterliegen und solche, denen Glucose im Überschuss zur Verfügung steht, so dass sie vermehrt Fettsäuresynthese betreiben, haben unterschiedliche Anforderungen an die Stoffwechselwege. Beschreiben Sie die Vorgänge im Pentosephosphatweg und den angrenzenden Stoffwechselwegen in der jeweiligen Situation. Starkes Zellwachstum: • Hoher Bedarf an Ribose-5-phosphat für Nucleotidsynthese • Pentosephosphatweg kann Glycerinaldehyd-3-phosphat und Fructose-6phosphat aus Glykolyse abziehen • nichtoxidative Phase des Pentosephosphatweges erzeugt aus 1 Molekül Glycerinaldehyd-3-phosphat und 2 Molekülen Fructose-6-phosphat 3 Moleküle Ribose-5-phosphat Glucose im Überschuss, vermehrte Fettsäuresynthese: • Hoher Bedarf an NADPH • Umwandlung von Glucose-6-phosphat in Ribose-5-phosphat; Weiterverarbeitung zu Glycerinaldehyd-3-phosphat und Fructose-6phosphat • Einspeisung von Glycerinaldehyd-3-phosphat und Fructose-6-phosphat in Glykolyse: Bildung von NADPH 07. (3 Punkte) Gegeben sei die Aminosäuresequenz eines Proteins. Beschreiben Sie Ihr Vorgehen, um darin den Sequenzabschnitt einer Transmembranhelix vorherzusagen. Ein „Fenster“ der Länge von 10-20 Aminosäureresten wird Position für Position über die Primärsequenz geschoben, wobei für jede Fensterposition die freie Energie berechnet wird, die für den Transfer des jeweiligen Segments aus einer Lipidschicht in ein wässriges Medium benötigt wird. Die berechnete Größe nennt sich Hydropathieindex. Bereiche eines Energiemaximums sind mit hoher Wahrscheinlichkeit Transmembransegmente. 08. (6 Punkte) Nennen Sie drei Typen des trägerproteinvermittelten Transports. Geben Sie jeweils ein Beispiel an. • Antiport, Bsp.: Na+-K+-ATPase • Symport, Bsp.: Na+-Glucose-Symporter 5/6 • Uniport, Bsp.: Glucose-Uniport 09. (6 Punkte) Wo sind die Rezeptoren von lipophilen und hydrophilen Hormonen in Bezug auf die Zelle zu finden? Erläutern Sie (skizzenhaft) einen von Ihnen gewählten Signaltransduktionsweg eines hydrophoben oder hydrophilen Hormons. Geben Sie jeweils ein Beispiel für ein lipophiles und ein hydrophiles Hormon an. Die Rezeptoren von hydrophilen Hormonen befinden sich auf der Zelloberfläche, die von lipophilen Hormonen im Cytosol oder Zellkern. Beispiel Signaltransduktionsweg anhand von Cortisol: Der Rezeptor für Cortisol befindet sich im Cytosol. Bindet das Hormon, dissoziiert der Komplex aus Inhibitor und Rezeptor. Dadurch werden DNABindungsdomäne und Dimerisierungsdomäne frei gegeben. Der Verbund aus zwei Rezeptoren wirkt als Transkriptionsfaktor. Dazu transloziert er in den Zellkern und bindet an die DNA-Zielsequenz. Beispiel lipophiles Hormon: Cortisol Beispiel hydrophiles Hormon: Insulin 10. (4 Punkte) Auf welches Enzym wirkt Coffein in welcher Weise? Was sind die Auswirkungen hinsichtlich der Signaltransduktion? Coffein hemmt die cAMP-Phosphodiesterase und verlängert damit die Wirkung von Adenylat-Cyclase stimulierenden Hormonen. 6/6
