Seminar 08.01.2016 Klausur 2015 - LIMES

Grundlagen der Biochemie (BCh 5.3)
Prof. Dr. Christoph Thiele – WS 2014/15 – 1. Klausur (6.2.2015)
Aufgabe 1:
Erläutern Sie die Primär-, Sekundär- und die Tertiärstruktur von Proteinen. [3 P]
Aufgabe 2:
Erklären Sie die folgenden Begriffe aus der Enzymatik und geben Sie für jeden Fall jeweils ein
Beispiel [je 1 P].
a) Feed-back-Inhibition
b) Feed-forward-Stimulation
c) Allosterische Regulation
d) Kooperativität
Aufgabe 3:
a) Nennen Sie vier Arten von Lipid-Ankern und notieren Sie, auf welcher Seite der
Plasmamembran sich ein so verankertes Protein jeweils befindet. [4 P]
b) Ihnen liegt die Primärsequenz des Proteins CD9 vor. Der N-Terminus befindet sich auf der
cytoplasmatischen Seite. Markieren Sie die Transmembrandomänen [2 P] sowie die Stelle
für die N-Glykosylierung [1 P]. Auf welcher Membranseite befindet sich der C-Terminus
des Proteins (Begründung!) [1 P]?
MPVKGGTKCIKYLLFGFNFIFWLAGIAVLAIGLWLRFDSQTKSIFEQETNNNNSSFYTGVYILI
GAGALMMLVGFLGCCGAVQESQCMLGLFFGFLLVIFAIEIAAAIWGYSHKDEVIKEVQEFYK
DTYNKLKTKDEPQRETLKAIHYALNCCGLAGGVEQFISDICPKKDVLETFTVKSCPDAIKEV
FDNKFHIIGAVGIGIAVVMIFGMIFSTILCCAIRRNREMV
Aufgabe 4:
Geben Sie für die folgenden prosthetischen Gruppen und Koenzyme an, für welche Art von
Reaktion sie benötigt werden [4 P] und geben Sie jeweils ein Enzym an, dass den entsprechenden
Kofaktor verwendet [4 P].
a) Ubichinon
b) Biotin
c) Tetrahydrofolat
d) NADH
Aufgabe 5:
Zeichnen Sie den Zitratzyklus auf (nur Reaktanten) [4 P]. Klassifizieren Sie jede der Reaktionen
nach der Enzymklasse (Oxidoreduktase, Transferase, Hydrolase, Lyase/Synthase, Isomerase,
Synthetase) [4 P]. Welche zusätzlichen Reaktionen benötigen Pflanzen, die Glucose aus AcetylCoA erzeugen, und wie heißt der resultierende Weg [3 P]?
Aufgabe 6:
a) Wie
lautet
die
Michaelis-Menten-Gleichung
zur
Beschreibung
der
Reaktionsgeschwindigkeit enzymatisch katalysierter Reaktion? [2 P]
b) Welche anschauliche Bedeutung besitzt die Konstante KM? [1 P]
c) Die Skizze zeigt den Scatchard-Plot einer beliebigen enzymatisch katalysierten Reaktion.
Zeichnen Sie den Verlauf der Geraden für den Fall ein, dass die Reaktion kompetitiv
inhibiert wird. [2 P]
Aufgabe 7:
Erläutern Sie anhand einer Skizze die Vorgänge bei der DNA-Replikation im Bereich der
Replikationsgabel im Falle bakterieller DNA. [8 P]
Aufgabe 8:
Welche Rolle spielt 2,3-Bisphosphoglycerat bei der O2-Regulation im Blutkreislauf, welche bei der
Glykolyse? [4 P]
Aufgabe
1
2
3
4
5
6
7
8
∑
Punkte
3
4
8
8
11
5
8
4
51
Lösungen – Grundlagen der Biochemie – WS 2014/15 – 1. Klausur (6.2.2015)
Aufgabe 1:
Unter der Primärstruktur eines Proteins wird die Abfolge der Aminosäuren in der Kette verstanden,
welche durch die Basenfolge der mRNA festgelegt ist. [1 P]
Die Sekundärstruktur eines Proteins stellt die lokale Faltung dar (α-Helix, β-Faltblatt, β-Turn etc.).
Sie wird durch Wasserstoffbrückenbindungen in der Hauptkette sowie sterische Wechselwirkungen
bestimmt. [1 P]
Mit der Tertiärstruktur eines Proteins wird die großräumige Faltung der Sekundärelemente
bezeichnet, wobei hydrophobe Wechselwirkungen, insbesondere in den Seitenketten, eine wichtige
Rolle spielen. [1 P]
Aufgabe 2:
a) Feed-back-Inhibition liegt vor, wenn das (End-)Produkt eines metabolischen Weges eine
frühere Reaktion, i.d.R. den commited step, inhibiert. Dies verhindert sinnlosen Verbrauch
von Edukten und die Überproduktion des Endprodukts. [0.5 P]
Bsp.: ATP inhibiert die Phosphofructokinase 1 (PFK1) in der Glykolyse [0.5 P]
b) Dementsprechend meint Feed-forward-Stimulation, dass ein Edukt oder Zwischenprodukt
eines metabolischen Weges einen späteren (irreversiblen) Schritt stimuliert. Dies verhindert
die Akkumulation des Edukts oder (oft toxischen) Zwischenprodukts. [0.5 P]
Bsp.: Fructose-1,6-bisphosphat stimuliert die Pyruvatkinase [0.5 P]
c) Von allosterischer Regulation spricht man, wenn ein Enzym in seiner Aktivität durch einen
Stoff reguliert wird, der an einer Stelle bindet, die nicht die Substratbindungsstelle ist. [0.5 P]
Bsp.: 2,3-Bisphosphoglycerat in Hämoglobin (reguliert O2-Bindung) [0.5 P]
d) Kooperativität wird der Effekt genannt, dass in manchen Enzymen das Substrat seine eigene
Bindung (i.d.R. an einer anderen Bindungsstelle im Enzym) beeinflusst. [0.5 P]
Bsp.: O2-Bindung in a2b2-Hämoglobin [0.5 P]
Aufgabe 3:
a) Es gibt folgende Arten von Lipidverankerung [je 0.5 P + 0.5 P → 4 P]
1. Myristoylierung (Amidbindung zu Tetradecansäure) – intrazellulär
2. Palmitoylierung (Thioesterbindung zwischen Palmitat und Cys-SH) – intrazellulär
3. Prenylierung (Thioetherbindung zwischen Isoprenoid und Cys-SH) – intrazellulär
4. GPI-Anker – extrazellulär
b) Die N-Glykosylierung wird durch ein NXS- oder NXT-Motiv induziert. Hier gibt es nur ein
NXS-Motiv.
Die Signalsequenz für Membraninsertion ist ein L-reiches, hydrophobes, in der Nterminalen Region angesiedeltes Motiv von ca. 14 bis 25 Aminosäuren. Bevorzugt sind L, I,
V, A, M, W, F, Y, T, C, auch G und seltener P enthalten. Die Abgrenzung erfolgt durch R, K,
D, E, W. Hier gibt es vier Transmembransequenzen.
Da der N-Terminus auf der cytoplasmatischen Seite liegt und es eine gerade Anzahl an
Durchgängen gibt, liegt auch der C-Terminus auf der cytoplasmatischen Seite. [1 P]
MPVKGGTKCIKYLLFGFNFIFWLAGIAVLAIGLWLRFDSQTKSIFEQETNNNNSSFYTGVYILI
GAGALMMLVGFLGCCGAVQESQCMLGLFFGFLLVIFAIEIAAAIWGYSHKDEVIKEVQEFYK
DTYNKLKTKDEPQRETLKAIHYALNCCGLAGGVEQFISDICPKKDVLETFTVKSCPDAIKEV
FDNKFHIIGAVGIGIAVVMIFGMIFSTILCCAIRRNREMV
[je Transmembrandomäne 0.5 P → 2 P; N-Glykosylierungsstelle 1 P (falls NNNN
markiert wurde: 0.5 P, da wenigstens das N von NXS markiert wurde)]
Transmembranbereiche markiert nach: Rubinstein, Eric et al., „Organization of the Human CD9 Gene“;
Genomics 16, 132-138 (1993)
Aufgabe 4:
a) Ubichinon dient als 1+1-Elektronen-Redox-Carrier. [1 P]
Bsp.: Atmungskette Komplexe I, II, III [1 P]
b) Biotin ist ein CO2-Aktivator. [1 P]
Bsp.: Pyruvat-Carboxylase [1 P]
c) Tetrahydrofolat wird als C1-Gruppen-Träger und -Aktivator verwendet. [1 P]
Bsp.: Thymidylat-Synthase [1 P]
d) NADH stellt einen H-/2-Elektronen-Redox-Carrier dar. [1 P]
Bsp.: GAPDH, PyrDH, MalatDH … [1 P]
Aufgabe 5:
Christoph Thiele, Vorlesung „Grundlagen der Biochemie“, WS 2014/15
[4 P]
•
Citrat-Synthase: Transferase (EC 2)
•
Aconitase: Lyase/Synthase (EC 4)
•
Isocitrat-DH: Oxidoreduktase (EC 1)
•
α-Ketoglutarat-DH-Komplex: besteht aus zwei Oxidoreduktasen und einer Transferase,
wobei die α-Ketoglutarat-DH selbst eine Oxidoreduktase (EC 1) ist
•
Succinyl-CoA-Synthetase: Synthetase (EC 6)
•
Succinat-DH: Oxidoreduktase (EC 1)
•
Fumarase: Lyase/Synthase (EC 4)
•
Malat-DH: Oxidoreduktase (EC 1)
[4 P]
Sonderweg in Pflanzen: Glyoxylat-Zyklus [1 P]
[2 P]
http://de.wikipedia.org/wiki/Glyoxylatzyklus
Aufgabe 6:
a) v = v max ⋅
S
[2 P]
K M +S
b) KM ist die Substratkonzentration, bei der die enzymatisch katalysierte Reaktion mit
halbmaximaler Geschwindigkeit abläuft: v ( S =K M ) = 0.5 v max . [1 P]
c)
[2 P]
v
v
1
=−
v + max
s
KM
KM
Bei kompetitiver Hemmung (rote Gerade) bleibt v max (Nullstelle) gleich, aber KM erhöht sich
scheinbar. Dadurch sinkt der Ordinatenabschnitt und die Gerade wird flacher.
Aufgabe 7:
http://lerninhalte.blogspot.de/2013/04/dna-replikation.html
•
Die Stränge werden durch die Helicase getrennt, wobei die Gyrase (Topoisomerase) durch
Topologieänderung eine zu starke Verdrillung verhindert und somit die Zugänglichkeit der
DNA reguliert. Die Einzelstrangbindungsproteine (SSBs) verhindern die Ausbildung von
Sekundärstrukturen.
•
An die Einzelstränge wird durch die Primase ein RNA-Primer (circa 10 Nukleotide) gesetzt.
•
Vom Primer aus werden die neuen Stränge durch die Polymerase III (die über die DNAKlammer/sliding clamp an die DNA gebunden wird) synthetisiert (mit gleichzeitiger
Prüfung und, falls nötig, Korrektur der letzten Basen). Es kann jedoch nur in 3'-Richtung
synthetisiert werden.
•
Am Leitstrang (leading strand; 3' → 5') wird kontinuierlich synthetisiert.
•
Am Folgestrang (lagging strand; 5' → 3') kann nur abschnittsweise synthetisiert werden. Es
entstehen Okazaki-Fragmente. Der vorletzte Primer wird durch die Polymerase I entfernt (da
diese Anfänge fehlerträchtig sind), die Lücken gefüllt und die Fragmentenden durch die
Ligase verbunden.
[8 P]
Aufgabe 8:
2,3-Bisphosphoglycerat ist ein allosterischer Regulator der O2-Bindung an Hämoglobin (in der
Mitte der Untereinheiten). Es verringert die Affinität für O2 und erhöht die Kooperativität. [2 P]
In der Glykolyse ist es ein essentieller Kofaktor der Phosphoglyceromutase. [2 P]