Aufgabenblatt

Biochemie
28 140
Klausur
SS 2000-II
1. Acetylcholinesterase katalysiert die Spaltung von Acetylcholin in Acetat und Cholin. Wie groß ist die
Wechselzahl (Turn-Over-Number) dieses Enzyms und wie viel mol pro Liter Acetylcholin wird pro Minute bei
einer totalen Enzymkonzentration von 10-5 g/l und einer Acetylcholinkonzentration von 10-2 M gespalten?
(spezifische Aktivität des Enzyms: 104 units/mg, KM = 9*10-5 M, M(Enzym) = 2,3*105 g/mol)
2. Die Gleichgewichtskonzentrationen für ATP, ADP und Pi in isolierten Spinatchloroplasten unter voller
Belichtung bei pH = 7,0 betragen cGgw(ATP) = 120 µmol/l, cGgw(ADP) = 6 µmol/l und Ggw(Pi) = 700 µmol/l. Wie
groß ist der Bedarf an freier Enthalpie für die Synthese von 1mol ATP unter diesen Bedingungen? Die
Energie wird durch die lichtinduzierte Elektronenübertragung in der Chloroplasten geliefert. Wie groß ist die
minimale Spannungsdifferenz, die während der Übertragung eines Elektronenpaares notwendig ist, um unter
diesen Bedingungen ATP zu synthetisieren?
3. Für die Herstellung eines 0,1 M Glycin-Puffers verwendet man 0,5 M Lösungen von Glycin-Hydrochlorid
(HOOC-CH2-NH3+Cl-, M = ) und Glycin ( -OOC-CH2-NH3+, M = ). Welche Volumina dieser beiden Lösungen
ist zur Herstellung von 3 Litern 0,1 M Puffer erforderlich (Rest ist Wasser)?
4. Die Struktur der Aminosäure Isoleucin (CH3-CH2-CH(CH3)-CH(NH3+)-COO-) ist chiral. Wie viele chirale
Zentren hat sie? Wie viele optische Isomere existieren. Zeichnen Sie diese, kennzeichnen Sie die chiralen
Atome und benennen Sie Enantiomere und gegebenenfalls Diastereomere!
5. Ein aus der Hirnsubstanz isoliertes Peptid besitzt folgende Sequenz:
Glu-His-Trp-Ser-Tyr-Gly-Leu-Arg-Pro-Gly
Bestimmen Sie die Nettoladung des Moleküls bei pH = 3, pH = 5,5, pH = 8, pH = 11 und schätzen Sie den
pI-Wert!
6. Die Elektronenübertragung in der Atmungskette der Mitochondrien lässt sich durch die folgende
Nettoreaktionsgleichung beschreiben:
NADH2+ + 0,5 O2 → H2O + NAD+
Berechnen Sie ∆E°’ und ∆RG°’ für die Nettoreaktion der mitochondriellen Elektronenübertragung. Wie viele
ATP-Moleküle können theoretisch erzeugt werden, wenn ∆BG°’(ATP) = 30,5 kJ/mol ist?
7. Der Wert für die Hydrolyse von ATP, ∆RG°’, lässt sich indirekt aus den Gleichgewichtskonstanten zweier
Enzymreaktionen bei T = 298,15 berechnen:
Glucose-6-Phosphat + H2O → Glucose + Pi ; K1’ = 270
ATP + Glucose → ADP + Glucose-6-phosphat; K2’ = 890
8. Die folgenden experimentellen Daten wurden bei einer Untersuchung der katalytischen Aktivität einer im
Verdauungstrakt vorkommenden Peptidase gesammelt, die das Dipeptid Glycylglycin hydrolysiert:
Substratkonzentration [S] (mM)
Reaktionsrate v (µmol/min)
Bestimmen Sie KM und vmax für diese Befunde!
1,5
0,21
2,0
0,24
3,0
0,28
4,0
0,33
8,0
0,40
16,0
0,45
Anhang zur Biochemie-Klausur SS 2000-II
Biochemie
28 140
Klausur
WS 2000/1-I
1. Peptide können aufgrund ihrer unterschiedlichen Löslichkeit getrennt werden. Die
Löslichkeit hängt ab von der unterschiedlichen Polarität und Ladung der Seitenketten der
beteiligten Aminosäuren. Welches Polypeptid der aufgeführten Paare ist jeweils beim
erwähnten pH-Wert löslicher? Lösen Sie die Aufgabe unter Zuhilfenahme der Zeichnung
der Grundstruktur.
a) (Gly)20 und (Glu)20 bei pH = 7,0
b) (Lys-Ala)3 und (Phe-Met)3 bei pH =6,0
c) (Ala-Asp-Gly)5 und (Asn-Ser-His)5 bei pH = 3,0
2. Skizzieren Sie den Lösungsweg und ermitteln Sie Werte für vmax und KM für eine
enzymkatalysierte Reaktion, für die folgende Messdaten erhoben wurden:
[S] (mol/l)
2,51*10-6
4,00*10-6
0,98*10-5
2,01*10-5
4,03*10-5
9,77*10-5
2,05*10-3
0,99*10-2
Vt=0 (µmol/(l*min)
28
40
70
95
112
128
139
140
3. Citrat entsteht durch die von Citrat-Synthase katalysierte Kondensation von Acetyl-CoA
mit Oxalacetat.
Oxalacetat + Acetyl-CoA + H2O → Citrat + CoA + H+
In den Mitochondrien in Rattenherzen sind die Konzentrationen der Reaktanden und
Produkte bei pH = 7,0 und T = 25°C: c(Oxalacetat) = 1µmol/l, c(Acetyl-CoA) = 1µmol,
c(Citrat) = 220µmol/l und c(CoA) = 65µmol/l. Bestimmen Sie aus diesen Daten und dem
Wert für die Änderung der freien Standardenthalpie in der Citratsynthesereaktion
(∆RG°’ = -32,2kJ/mol) , welche Richtung der Stoffwechselfluss durch die Citrat-SynthaseReaktion in der Zelle hat.
4. Beschreiben und berechnen Sie die Herstellung von 2 L 0,25M Formiat-Puffer mit einem
pH-Wert von 4,5 ausgehend von 1M Ameisensäure und Natriumformiat (HCOONa)!
Der pKa von Ameisensäure beträgt 3.75.
5. Acetylsalicylsäure (2-Acetoxybenzolcarbonsäure) ist eine schwache Säure mit einem
pKa = 3,6. Sie wird durch die Zellen der Magen- und Darmwand hindurch ins Blut
aufgenommen. Die Resorption erforderteinen Durchtritt durch die Zellmembran, der
von der Polarität und Ladung des Moleküls beeinflusst wird. Der Magensaft hat einen
pH = 1,5 und der Darminhalt einen pH = 6. Ermitteln und schätzen Sie rechnerisch ab,
ausgehend von der Struktur der Acetylsalicylsäure, ob mehr über den Magen oder den
Darm aufgenommen wird!
6. Die Struktur der Aminosäure Threonin (CH3-CH(OH)-CH(NH3+)-COO-) ist chiral. Wie
viele chirale Zentren hat sie? Zeichnen Sie Enantiomere und gegebenenfalls
Diastereomere!
7. Die in der mitochondrialen Atmungskette verlaufende Elektronenübertragung kann
durch folgende Netto-Reaktionsgleichung dargestellt werden
NADH + H+ + 0,5 O2 ↔ H2O + NAD+
Berechnen Sie den Betrag der Änderung des Standardreduktionspotenials ∆ E°’ und der
freien Standardreaktonsenthalpie ∆RG°’ für die Nettoreaktion! Wie viele ATP-Moleküle
(∆RG°’ = 30,5 kJ/mol für die Synthese) können theoretisch gebildet werden?
8. Bei einer enzymatischen Reaktion mit und ohne Inhibitor wurden folgende Daten
ermittelt:
[S]
(mM)
0,200
0,250
0,333
0,500
1,00
2,00
2,50
3,33
4,00
5,00
V0 (nmol(min) ohne
Inhibitor
16,67
20,00
24,98
33,33
50,00
66,67
71,40
76,92
80,00
83,33
V0 (nmol(min) mit Inhibitor (c(I)
= 6µM)
6,25
7,69
10,00
14,29
25,00
40,00
45,45
52,63
57,14
62,50
Berechnen Sie vmax und KM! Bestimmen Sie die Art der Inhibierung und KI!
Fach
Prüfungsnummer
Prüfungsart
Prüfungszeitraum
1. Die Konzentration des Neurotransmitters Acetylcholin kann anhand der pH-WertÄnderung festgestellt werden, die mit seiner Hydrolyse einhergeht. Durch Inkubation
mit wenig Acetylcholinesterase wird Acetylcholin in Cholin und Essigsäure
hydrolysiert. Eine Analyse von 15ml wässriger Acetycholinlösung sank der pH-Wert
von 7,65 vor der Zugabe von Acetylcholinesterase auf einen Endwert von 6,87 nach
deren Zugabe. Bestimmen Sie die Anzahl Mole Acetylcholin in der Lösung!
2. Zur Kalibrierung von pH-Elektroden werden Standardpuffer für pH = 4,00, pH = 7,00
und pH = 10,00 verwendet. Bestimmen Sie die Massen Natriumdihydrogenphosphat
(NaH2PO4 * 2 H2O, M = 138.01 g/mol) und Dinatriumhydrogenphosphat (Na2HPO4,
M = 141.98 g/mol), die man braucht, um einen Liter 0,01M Standardpuffer mit pH =
7.00 herzustellen!
3. Es wurde ein neues Enzym entdeckt und auf verschiedenem Wege gereinigt:
Verfahren
Masse
Gesamtprotein
[mg]
20000
5000
4000
200
50
45
Rohextrakt
Salzfällung
Säurefällung
Ionenaustauschchromatographie
Affinitätschromatographie
Ausschluß-Chromatograpie
Aktivität
[Units]
4000000
3000000
1000000
800000
750000
675000
Berechnen Sie die spezifische Aktivität der Enzymlösung nach jedem
Reinigungsschritt! Welches der für dieses Reinigungsverfahren ist effektivste (d. h.
erbringt die größte Reinigungswirkung)?
4.
Bei 5°C betrug der osmotische Druck einer Proteinlösung (c1 = 5,0 mg/ml)
p1 = 2,86*10-3 atm. Schätzen Sie die Molmasse! Eine zweite Messung bei einer
Proteinkonzentration von c2 = 2,5 mg/ml ergab einen osmotischen Druck von
p2 = 1,37*10-3 atm. Berechnen Sie eine genauere Molmasse aus beiden
Messresultaten!
5.
Rinder-Katalase wurde zur Beschleunigung der Zersetzung von Wasserstoffperoxid
verwendet. Dabei nahm die Wasserstoffperoxidkonzentration bei pH = 6.76 und T =
30°C wie folgt ab:
t(min)
C(H2O2) (mol/l)
0
0,02
10
0,01775
20
0,0158
50
0,0106
100
0,005
Bestimmen Sie die Michaelis-Menten Parameter KM und vmax! Welche
Wasserstoffperoxidkonzentration ist nach t = 20min bei einem Drittel der
ursprünglichen Enzymgesamtkonzentration zu erwarten?
0
6.
Eine Peptidase hydrolysiert Glycylglycin ind zwei Glycinmoleküle. Dabei wurden bei
verschiedenen Konzentrationen die Raektionsraten gemessen:
[S] (mmol/l)
v(µmol/min)
1,5
0,21
2,0
0,24
3,0
0,28
4,0
0,33
8,0
0,40
16,0
0,45
Bestimmen Sie mit Hilfe der verschiedenen Linearisierungsmethoden KM und vmax!
7.
Inkubiert man eine Lösung 0,1M Glucose-1-phosphat mit einer katalytischen Menge
Phosphoglucomutase, wird das Glucose-1-phosphat in das Glucose-6-phosphat
umgewandelt, bis das Gleichgewicht erreicht ist. Die Gleichgewichtskonzentrationen
betragen :
ceq(Glucose-1-phosphat) = 4,5*10-3 mol/l
ceq(Glucose-6-phosphat) = 9,6*10-2 mol/l
Berechnen Sie K’ und ∆G°’ für diese Reaktion im physiologischen Standardzustand!
8.
Die Synthese der aktivierten Form von Acetat (Acetyl-CoA) erfolgt in einem ATPabhängigen Prozeß:
Acetat + CoA + ATP → Acetyl-CoA + AMP + PPi
Die freie Reaktionsenthalpie beträgt für die Hydrolyse von Acetyl-CoA ∆G°’ = -32,3
kJ/mol und für die Hydrolyse von ATP zu AMP und PPi ∆G°’ = -30,5 kJ/mol.
Berechnen Sie freie Reaktionsenthalpie und die Gleichgewichtskonstante für die
Gesamtreaktion unter physiologischen Standardbedingungen!
1
Fach
Prüfungsnummer
Prüfungsart
Prüfungszeitraum
1. Die Konzentration des Neurotransmitters Acetylcholin kann anhand der pH-WertÄnderung festgestellt werden, die mit seiner Hydrolyse einhergeht. Durch Inkubation
mit wenig Acetylcholinesterase wird Acetylcholin in Cholin und Essigsäure
hydrolysiert. Eine Analyse von 15ml wässriger Acetycholinlösung sank der pH-Wert
von 7,65 vor der Zugabe von Acetylcholinesterase auf einen Endwert von 6,87 nach
deren Zugabe. Bestimmen Sie die Anzahl Mole Acetylcholin in der Lösung!
2. Zur Kalibrierung von pH-Elektroden werden Standardpuffer für pH = 4,00, pH = 7,00
und pH = 10,00 verwendet. Bestimmen Sie die Massen Natriumdihydrogenphosphat
(NaH2PO4 * 2 H2O, M = 138.01 g/mol) und Dinatriumhydrogenphosphat (Na2HPO4,
M = 141.98 g/mol), die man braucht, um einen Liter 0,01M Standardpuffer mit pH =
7.00 herzustellen!
3. Es wurde ein neues Enzym entdeckt und auf verschiedenem Wege gereinigt:
Verfahren
Masse
Gesamtprotein
[mg]
20000
5000
4000
200
50
45
Rohextrakt
Salzfällung
Säurefällung
Ionenaustauschchromatographie
Affinitätschromatographie
Ausschluß-Chromatograpie
Aktivität
[Units]
4000000
3000000
1000000
800000
750000
675000
Berechnen Sie die spezifische Aktivität der Enzymlösung nach jedem
Reinigungsschritt! Welches der für dieses Reinigungsverfahren ist effektivste (d. h.
erbringt die größte Reinigungswirkung)?
4.
Bei 5°C betrug der osmotische Druck einer Proteinlösung (c1 = 5,0 mg/ml)
p1 = 2,86*10-3 atm. Schätzen Sie die Molmasse! Eine zweite Messung bei einer
Proteinkonzentration von c2 = 2,5 mg/ml ergab einen osmotischen Druck von
p2 = 1,37*10-3 atm. Berechnen Sie eine genauere Molmasse aus beiden
Messresultaten!
5.
Rinder-Katalase wurde zur Beschleunigung der Zersetzung von Wasserstoffperoxid
verwendet. Dabei nahm die Wasserstoffperoxidkonzentration bei pH = 6.76 und T =
30°C wie folgt ab:
t(min)
C(H2O2) (mol/l)
0
0,02
10
0,01775
20
0,0158
50
0,0106
100
0,005
Bestimmen Sie die Michaelis-Menten Parameter KM und vmax! Welche
Wasserstoffperoxidkonzentration ist nach t = 20min bei einem Drittel der
ursprünglichen Enzymgesamtkonzentration zu erwarten?
0
6.
Eine Peptidase hydrolysiert Glycylglycin ind zwei Glycinmoleküle. Dabei wurden bei
verschiedenen Konzentrationen die Raektionsraten gemessen:
[S] (mmol/l)
v(µmol/min)
1,5
0,21
2,0
0,24
3,0
0,28
4,0
0,33
8,0
0,40
16,0
0,45
Bestimmen Sie mit Hilfe der verschiedenen Linearisierungsmethoden KM und vmax!
7.
Inkubiert man eine Lösung 0,1M Glucose-1-phosphat mit einer katalytischen Menge
Phosphoglucomutase, wird das Glucose-1-phosphat in das Glucose-6-phosphat
umgewandelt, bis das Gleichgewicht erreicht ist. Die Gleichgewichtskonzentrationen
betragen :
ceq(Glucose-1-phosphat) = 4,5*10-3 mol/l
ceq(Glucose-6-phosphat) = 9,6*10-2 mol/l
Berechnen Sie K’ und ∆G°’ für diese Reaktion im physiologischen Standardzustand!
8.
Die Synthese der aktivierten Form von Acetat (Acetyl-CoA) erfolgt in einem ATPabhängigen Prozeß:
Acetat + CoA + ATP → Acetyl-CoA + AMP + PPi
Die freie Reaktionsenthalpie beträgt für die Hydrolyse von Acetyl-CoA ∆G°’ = -32,3
kJ/mol und für die Hydrolyse von ATP zu AMP und PPi ∆G°’ = -30,5 kJ/mol.
Berechnen Sie freie Reaktionsenthalpie und die Gleichgewichtskonstante für die
Gesamtreaktion unter physiologischen Standardbedingungen!
1
Biochemieklausur
BVT 4
Name:
Matrikel-Nr.:
SS 99-II

1.) Es sind 2 l 0,25 M Formiat-Puffer, pH = 4,5, ausgehend von 1 M Ameisensäure und festem Natriumformiat
(HCOONa), pKs (HCOOH) = 3,75), herzustellen.
2.) Eine enzymkatalysierte Reaktion wurde in einer gepufferten Lösung durchgeführt. Der Phosphat-Puffer (pKS1 = 2,1,
pKS2 = 7,2, pKS3 = 12,4) war 0,03 M und der pH=7,2. Resultat der Reaktion war u.a. 0,004 M H+-Ionen. Welcher pHWert wurde am Ende der Reaktion registriert? Wie groß wäre der pH-Wert in Abwesenheit des Puffers? Formulieren
Sie die chemische Reaktion, die zeigt, wie der Puffer auf die H+-Ionen in einem großen pH-Bereich reagiert.
3.) Wieviel verschiedene lineare α-verknüpfte Hexapeptide können aus 20 verschiedenen
L-α-Aminosäuren hergestellt werden, wenn
a) jede beliebige Kombination möglich ist,
b) jede Aminosäure nur einmal vorkommen darf.
4.) Wie sehen die relativen Mobilitäten der folgenden Aminosäuren bei pH=5.68 aus: Alanin (pI=6,02), Serin (pI=5,68),
Tryptophan (pI=5,88), Glutaminsäure (pI=3,22) und Arginin (pI=10,76) ?
5.) Berechnen Sie das minimale NADH+H+/NAD+-Verhältnis (E0' = -0,320V (oxidierte zu reduzierte Form)), das für die
Reduktion von Oxalacetat [OA] = 10-4 M zu Malat [Malat] = 10-4 M (E0' = -0,175V (oxidierte zu reduzierte Form)) bei
pH=7 erforderlich ist! Welches Verhältnis muß gegeben sein, wenn [OA] = 10-6 M und [Malat] = 10-4 M vorliegt ?
6.) Berechnen Sie die Gleichgewichtskonzentration und das Konzentrationsverhältnis von allen Komponenten der
Isocitratase-Reaktion (Isocitrat ↔ Glyoxylat + Succinat) bei den Anfangskonzentrationen von Isocitrat a) 1 M b)
0,1 M c) 0,01 M d) 10-3 M e) 10-4 M. Die freie Reaktionsenthalpie beträgt: ∆G0' = 8824 J/mol.
7.) Die Aktivität eines Enzyms mit KM = 2,6 . 10-3 M wurde bei einer Anfangssubstratkonzentration von
[S]0 = 0,3 M gemessen. Die beobachtete Geschwindigkeit betrug v = 5,9 . 10-5 mol ⋅ l-1 ⋅ min-1
Wie groß ist die Produktkonzentration nach 5 min bzw. nach 10 min, wenn die Anfangskonzentration [S]0 = 2 . 10-5 M
ist ?
8.) Wieviele Enzymeinheiten (in U) von Hexokinase müssen in ein Reaktionsmedium von 1 ml hinzugefügt werden,
das 8 . 10-3 M Glucose enthält und die in 25 min zu 95% verbraucht werden (KM = 4,7 . 10-4 M)? Wie lange würde
die Enzymmenge mit der Enzymaktivität von 1U in der Lösung brauchen ?
Klausur Biochemie
Studiengang Verfahrenstechnik
Studienrichtung Bioverfahrenstechnik
Sommersemester 98 / II
1. Eine enzymatische Reaktion findet in 10 ml Lösung statt, die eine Gesamtkonzentration
an Citrat-Puffer von c = 120 mmol/l enthält und einen Anfangs-pH-Wert von pH0 = 7,0
hat. Berechnen Sie den pH-Wert nachdem durch die enzymatische Reaktion 0,2 mmol
Säure produziert wurden! Welcher pH-Wert ergäbe sich in einer ungepufferten Lösung
mit gleichem Anfangs-pH-Wert? Die pKS-Werte von Citronensäure sind: pKS1 = 3,13,
pKS2 = 4,76, pKS3 = 6,40.
2. Eine Mischung aus den Aminosäuren Arginin, Cystein, Glutaminsäure, Histidin, Leucin,
und Serin werden papierelektrophoretisch getrennt. Welche Wanderungsrichtung nehmen
die einzelnen Aminosäuren bei pH = 5,9?
3. Ein Molekül von Amylopektin besitze 1000 Glucoseeinheiten und ist alle 25 Einheiten
verzweigt. Wieviel reduzierende Enden besitzt das Molekül?
4. Für eine enzymatische Reaktion, die mit der Michaelis-Menten-Kinetik beschrieben
werden kann, wurde k1 = 5*107 l*mol-1*s-1, k-1 = 2*104 l*mol-1*s-1 und
k2 = 4*102 l*mol-1*s-1 gemessen. Berechnen Sie KS und KM für diese Reaktion und
entscheiden Sie, ob sich die Reaktion im Gleichgewicht oder im Fließgleichgewicht
befindet!
5. Welches Polypeptid resultiert aus dem DNA-Strang
5´-TCTGACTATTGAGCTCTCTGGCACATAGCA-3´ ?
6. Welche Konzentration haben die verschiedenen Ionen 0,1 M Lösung bei pH =4, bei pH =
7 und bei pH =10?
Für die Katalyse eines Substrates wurden die folgenden Werte für den Verlauf der
katalytischen Reaktion nach Michaelis-Menten ermittelt:
S
[mmol]
1
2
5
10
20
(7) v
[µmol/s]
2,5
4,0
6,3
7,0
9,0
(8) v
[µmol/s]
1,17
2,10
4,0
5,7
7,2
7. Bestimmen Sie KM und vmax für den Fall (7)!
8. Bestimmen Sie die Art der Inhibierung für den Fall (8)!
Biochemie
Klausur
WS 99/00-II
1. Die Konzentration des Neurotransmitters Acetylcholin kann anhand der pH-Wert-Änderung
festgestellt werden, die mit seiner Hydrolyse einhergeht. Durch Inkubation mit wenig
Acetylcholinesterase wird Acetylcholin in Cholin und Essigsäure hydrolysiert. Eine Analyse
von 15ml wässriger Acetycholinlösung sank der pH-Wert von 7,65 vor der Zugabe von
Acetylcholinesterase auf einen Endwert von 6,87 nach deren Zugabe. Bestimmen Sie die
Anzahl Mole Acetylcholin in der Lösung!
2. Zur Kalibrierung von pH-Elektroden werden Standardpuffer für pH = 4,00, pH = 7,00 und
pH = 10,00 verwendet. Bestimmen Sie die Massen Natriumdihydrogenphosphat (NaH2PO4 *
2 H2O, M = 138.01 g/mol) und Dinatriumhydrogenphosphat (Na2HPO4, M = 141.98 g/mol),
die man braucht, um einen Liter 0,01M Standardpuffer mit pH = 7.00 herzustellen!
3. Es wurde ein neues Enzym entdeckt und auf verschiedenem Wege gereinigt:
Verfahren
Rohextrakt
Salzfällung
Säurefällung
Ionenaustauschchromatographie
Affinitätschromatographie
Ausschluß-Chromatograpie
Masse
Gesamtprotein
[mg]
20000
5000
4000
200
50
45
Aktivität
[Units]
4000000
3000000
1000000
800000
750000
675000
Berechnen Sie die spezifische Aktivität der Enzymlösung nach jedem
Reinigungsschritt! Welches der für dieses Reinigungsverfahren ist effektivste (d. h.
erbringt die größte Reinigungswirkung)?
4.Bei 5°C betrug der osmotische Druck einer Proteinlösung (c1 = 5,0 mg/ml)
p1 = 2,86*10-3 atm. Schätzen Sie die Molmasse! Eine zweite Messung bei
einer Proteinkonzentration von c2 = 2,5 mg/ml ergab einen osmotischen Druck
von
p2 = 1,37*10-3 atm. Berechnen Sie eine genauere Molmasse aus beiden
Messresultaten!
5.Rinder-Katalase wurde zur Beschleunigung der Zersetzung von
Wasserstoffperoxid verwendet. Dabei nahm die
Wasserstoffperoxidkonzentration bei pH = 6.76 und T = 30°C wie folgt ab:
t(min)
C(H2O2) (mol/l)
0
0,02
10
0,01775
20
0,0158
50
0,0106
100
0,005
Bestimmen Sie die Michaelis-Menten Parameter KM und vmax! Welche
Wasserstoffperoxidkonzentration ist nach t = 20min bei einem Drittel der
ursprünglichen Enzymgesamtkonzentration zu erwarten?
Biochemie
Klausur
WS 99/00-II
6.Eine Peptidase hydrolysiert Glycylglycin ind zwei Glycinmoleküle. Dabei
wurden bei verschiedenen Konzentrationen die Raektionsraten gemessen:
[S] (mmol/l)
v(µmol/min)
1,5
0,21
2,0
0,24
3,0
0,28
4,0
0,33
8,0
0,40
16,0
0,45
Bestimmen Sie mit Hilfe der verschiedenen Linearisierungsmethoden KM und vmax!
7.Inkubiert man eine Lösung 0,1M Glucose-1-phosphat mit einer katalytischen
Menge Phosphoglucomutase, wird das Glucose-1-phosphat in das Glucose-6phosphat umgewandelt, bis das Gleichgewicht erreicht ist. Die
Gleichgewichtskonzentrationen betragen :
ceq(Glucose-1-phosphat) = 4,5*10-3 mol/l
ceq(Glucose-6-phosphat) = 9,6*10-2 mol/l
Berechnen Sie K’ und ∆G°’ für diese Reaktion im physiologischen
Standardzustand!
8.Die Synthese der aktivierten Form von Acetat (Acetyl-CoA) erfolgt in einem
ATP-abhängigen Prozeß:
Acetat + CoA + ATP → Acetyl-CoA + AMP + PPi
Die freie Reaktionsenthalpie beträgt für die Hydrolyse von Acetyl-CoA ∆G°’
= -32,3 kJ/mol und für die Hydrolyse von ATP zu AMP und PPi ∆G°’ = -30,5
kJ/mol. Berechnen Sie freie Reaktionsenthalpie und die
Gleichgewichtskonstante für die Gesamtreaktion unter physiologischen
Standardbedingungen!
Biochemie
28140
Klausur
SS 2001-II
1. Zeichnen Sie die folgenden Oligopeptide unter Verwendung der im Anhang
gegebenen Daten in ihrer bei pH = 7.0 vorherrschenden Form:
Phe-Met-Arg
Tryptophanyllysylasparaginsäre
Gln-Ile-His-Thr
2. Die Hydrolyse von Sucrose (Rohrzucker)
Sucrose + H2O → Glucose + Fructose
folgt der Kinetik
Zeit [min]
c(Sucrose) [mol/L]
0
0,5011
30
0,4511
60
0,4038
90
0,3626
130
0,3148
180
0,2674
Unter der Annahme, dass die Reaktion einer Kinetik 1. Ordnung folgt, bestimmen Sie
die Geschwindigkeitskonstante k und berechnen den Zeipunkt, nachdem 99% der
Sucrose verbraucht ist. Begründen Sie, warum die Annahme einer Kinetik 1. Ordnung
sinnvoll ist!
3. Wie hoch ist der thermodynamische Wirkungsgrad für die Bildung von 2 mol ATP
aus 2 mol ADP mit Hilfe der Oxidation von 1mol FADH2 (verwenden Sie die Daten
aus dem Anhang)?
4. Für eine enzymatisch katalysiertre Reaktion beträgt KM = 10-4M. Für die
Substratkonzentrationen c(S)1 = 0,2M und c(S)2 = 0,02M wurden die gleichen
Anfangsgeschwindigkeiten ermittelt. Bestimmen Sie numerisch, dass das möglich ist!
5. In 50ml einer 120mM Citrat-Lösung (pH = 7,00) produziert eine enzymkatalysierte
Reaktion 1 Milliequivalent Säure. Berechnen Sie anhand der Daten im Anhang den
pH-Wert nach der Reaktion!
6. Berechnen Sie die Konzentrationen aller Ionen und den pH-Wert für
a) 0,2 M Essigsäure
b) 0,1 M Essigsäure plus 0,05 M Natriumacetat
7. Gestalten Sie eine mRNA, die das Oktapeptid Cys-Pro-Ala-Gly-Thr-Glu-Asn-Ser
kodiert!
8. Magensäure ist 0,15 M Salzsäure. Das Blutplasma als Quelle für die erforderlichen
Ionen hat einen pH = 7,4 und eine Chloridionenkonzentration von c(Cl) = 0,1M.
Berechnen Sie die freie Enthalpie, um die genannten Salzsäurekonzentration in 0,1L
Magensaft zu erreichen!
1
3
4
Biochemie
28140
Klausur
WS 2001/2-I
1. Zeichnen Sie die folgenden Oligopeptide unter Verwendung der im Anhang
gegebenen Daten in ihrer bei pH = 7.0 vorherrschenden Form:
Phe-Met-Arg
Tryptophanyllysylasparaginsäre
Gln-Ile-His-Thr
2. Die Hydrolyse von Sucrose (Rohrzucker)
Sucrose + H2O → Glucose + Fructose
folgt der Kinetik
Zeit [min]
c(Sucrose) [mol/L]
0
0,5011
30
0,4511
60
0,4038
90
0,3626
130
0,3148
180
0,2674
Unter der Annahme, dass die Reaktion einer Kinetik 1. Ordnung folgt, bestimmen Sie
die Geschwindigkeitskonstante k und berechnen den Zeipunkt, nachdem 99% der
Sucrose verbraucht ist. Begründen Sie, warum die Annahme einer Kinetik 1. Ordnung
sinnvoll ist!
3. Wie hoch ist der thermodynamische Wirkungsgrad für die Bildung von 2 mol ATP
aus 2 mol ADP mit Hilfe der Oxidation von 1mol FADH2 (verwenden Sie die Daten
aus dem Anhang)?
4. Für eine enzymatisch katalysiertre Reaktion beträgt KM = 10-4M. Für die
Substratkonzentrationen c(S)1 = 0,2M und c(S)2 = 0,02M wurden die gleichen
Anfangsgeschwindigkeiten ermittelt. Bestimmen Sie numerisch, dass das möglich ist!
5. In 50ml einer 120mM Citrat-Lösung (pH = 7,00) produziert eine enzymkatalysierte
Reaktion 1 Milliequivalent Säure. Berechnen Sie anhand der Daten im Anhang den
pH-Wert nach der Reaktion!
6. Berechnen Sie die Konzentrationen aller Ionen und den pH-Wert für
a) 0,2 M Essigsäure
b) 0,1 M Essigsäure plus 0,05 M Natriumacetat
7. Gestalten Sie eine mRNA, die das Oktapeptid Cys-Pro-Ala-Gly-Thr-Glu-Asn-Ser
kodiert!
8. Magensäure ist 0,15 M Salzsäure. Das Blutplasma als Quelle für die erforderlichen
Ionen hat einen pH = 7,4 und eine Chloridionenkonzentration von c(Cl) = 0,1M.
Berechnen Sie die freie Enthalpie, um die genannten Salzsäurekonzentration in 0,1L
Magensaft zu erreichen!
1
4
Biochemie
28140
Klausur
WS 2001/2-II
1. Die Verseifungszahl ist die Masse KOH (M = 56,10 g/mol) in g, die benötigt wird, um ein
Fett vollständig zu hydrolysieren. Für ein Butterfett wurde die Verseifungszahl 230
gemessen. Berechnen Sie die durchschnittliche Molmasse dieses Triglycerids!
2. In der Leber des adulten und des embryonischen Menschen wurde die Kinetik ein und
derselben Reaktion ermittelt:
S→ P
folgt der Kinetik
c(S) [10-5 mol]
1,67
2,5
3,33
5,0
7,0
10
15
16,7
20
30
v(adult) [µmol/(mg
(Enzym)*min)]
1,05
1,54
1,98
2,86
3,78
5,00
6,67
7,15
8,00
10,00
v(Embryo) [µmol/(mg
(Enzym)*min)]
5,00
6,66
8,00
10,00
11,67
13,33
15,0
15,4
16,0
17,1
Unter der Annahme, dass diese Reaktion der Michaelis-Menten-Kinetik folgt: vergleichen
Sie die Ergebnisse und schlagen Sie vor, welche Ursache die Unterschiede haben könnten!
3. Welches ist die Hauptform der folgenden Stoffe bei pH = 7,5 in einer 0,15 M Lösung von
a) Leucin, b) Asparaginsäure und c) Lysin?
4. Berechnen Sie das Reduktionspotential der Flavoprotein/Flavoprotein-H2 Halbreaktion
(E°’ = -0,6 V), wenn das oxidiert/reduziert-Konzentrationsverhältnis a) 0,001, b) 0,1, c) 1,
d) 3, e) 25 und f) 400 beträgt?
5. Der Zerfall von Citrat in Acetat und Oxalacetat hat eine freie Standardreaktionsenthalpie
von ∆G°’ = -2843,8 J/mol. Die Gleichgewichtskonstante K’ der Citratsynthetase-reaktion
beträgt K’ = 3,2*105. Berechnen Sie die freie Standardreaktionsenthalpie für die
Hydrolyse von Acetyl-S-CoA!
6. Berechnen Sie Ki für einen nicht-kompetitiven Inhibitor, wenn ein Konzentration von [I]
= 0,0002M eine 75%ige Reduktion der Enzym-katalysierten Reaktion erreicht!
7. Eine Enzym-katalysierte Reaktion wurde in einer 0,2 M TRIS-Lösung durchgeführt. Der
pH am Anfang der Reaktion war 7,8. Als Ergebnis der Reaktion wurden 0,033 M H+Ionen produziert. Berechnen Sie das Verhältnis von der Säure des Puffers zu dessen
korrespondierender Base am Anfang und am Ende der Reaktion und bestimmen Sie den
1
pH-Wert am Ende der Reaktion!
8. Eine DNA-Probe von Mycobacterium tuberculosis enthält 15,1 mol% Adenin. Berechnen
Sie den Anteil der anderen Basen!
Anhang
2
Biochemie
28140
Klausur
SS 2002-I
1. Das Coenzym NADP+ ist der letzte Elektronenakzeptor in den Chloroplasten und arbeitet
gemäß der Gleichung
2 H20 + 2 NADP+ → 2 NADPH + 2 H+ + 02
Verwenden Sie die Daten aus der Tabelle, um für diese Reaktion die Gleichgewichtskonstante
bei 25°C zu berechnen. Wie kann der Chloroplast diesem ungünstigen Gleichgewicht
entgegenwirken?
2. Während der Photosynthese müssen acht Photonen für jedes nach der folgenden Gleichung
produzierte 02-Molekül absorbiert werden (vier von jedem Photosystem):
2 H20 + 2 NADP+ + 8 Photonen → 2 NADPH + 2H+ + 02
Berechnen Sie die Änderung der Freien Enthalpie für diesen Prozess unter der Annahme, dass
diese Photonen eine Wellenlänge von 700 nm (rot) besitzen und die Absorption und
Ausnutzung der Lichtenergie einen Wirkungsgrad von 100% aufweisen.
3. Bei welcher Substratkonzentration erreicht ein Enzym mit einem kcat-Wert von 30 s-1 und
einem KM-Wert von 0.005 mol L-1 ein Viertel seiner maximalen Reaktionsgeschwindigkeit?
Bestimmen Sie, welcher Bruchteil der Maximalgeschwindigkeit jeweils erreicht wird, wenn
[S] = 0.5 KM, [S] = 2 KM und [S] = 10 KM.
4. Die Carboanhydrase der Erythrocyten (M = 30 kDa) gehört zu den aktivsten bekannten
Enzymen. Sie katalysiert die reversible Hydratisierung von C02:
H20 + C02 → H2CO3
Diese Reaktion spielt eine wichtige Rolle beim C02-Transport von den Geweben zur Lunge.
Welche Wechselzahl (kcat) besitzt die Carboanhydrase (in der Einheit min-1), wenn 10 µg des
reinen Enzyms die Hydrierung von 0.30 g C02 bei 37°C unter optimalen Bedingungen in 1
min katalysiert? Verwenden Sie die Antwort auf die Frage zur Berechnung der
Aktivierungsenergie dieser enzymkatalysierten Reaktion (in kJ/mol). Wie hoch ist die
Aktivierungsenergie der unkatalysierten Reaktion, wenn die Reaktionsgeschwindigkeit durch
Wirkung der Carboanhydrase um den Faktor 107 gesteigert wird?
5. Bei biochemischen Experimenten verwendet man häufig die Aminosäure Glycin als
Hauptbestandteil eines Puffers. Die Aminogruppe des Glycins, für die ein pKa von 9.6 gilt,
kann entweder in der protonierten Form (-NH3+) oder als freie Base (-NH2) vorliegen, und
zwar aufgrund des reversiblen Gleichgewichts
R-NH3+ → R-NH2 + H+
Bei welchem Bruchteil des Glycins liegt in einer Glycinlösung der Konzentration 0.1 mol L-1
und bei einem pH = 9.0 die Aminogruppe in der -NH3+-Form vor? Wieviel KOH (5 mol L-1)
muss zu 1.0 L einer Glycinlösung (0.1 mol L-1) mit pH = 9.0 gegeben werden, um diesen auf
genau 10.0 zu bringen? Welche zahlenmäßige Beziehung muss zwischen dem pH-Wert einer
Lösung und dem pKa der Aminogruppe des Glycins herrschen, damit dieses zu 99 % in der –
NH3+ Form vorliegt?
6. Jede ionisierbare Gruppe einer Aminosäure kann entweder geladen oder neutral vorliegen. Die
elektrische Ladung der funktionellen Gruppe wird durch das Verhältnis zwischen ihrem
pKa-Wert und dem pH-Wert der Lösung bestimmt. Die Henderson-Hasselbalch-Gleichung
beschreibt dieses Verhältnis. Histidin besitzt drei ionisierbare funktionelle Gruppen. Schreiben
Sie die entsprechenden Gleichgewichtsgleichungen für die drei Ionisationsstufen der
Aminosäure und legen Sie für jede den passenden pKa-Wert fest. Welche Nettoladung trägt
das Histidinmolekül in jedem der Ionisierungszustände? Zeichnen Sie die bei den pH-Werten
1, 4, 8 und 12 vorwiegend auftretenden Strukturen der Ionisierungszustände von Histidin auf.
Beachten Sie, dass man den Ionisierungszustand abschätzen kann, indem man jede
ionisierbare Gruppe unabhängig von den anderen behandelt. Geben Sie für jeden pH-Wert an,
ob Histidin in einem elektrischen Feld zur Anode oder zur Kathode wandert.
7. Glycin wird häufig als Puffer verwendet. Für die Herstellung eines 0.1 mol L-1 Glycin-Puffers
benötigt man 0.2 mol L-1 Lösungen von Glycinhydrochlorid (HOOC-CH2-NH3+Cl-) und
Glycin (-OOC-CH2-NH3+), zwei kommerziell erhältliche Formen von Glycin. Welche
Volumina dieser beiden Lösungen müssen gemischt werden, um 1 L eines 0.1 mol L-1 Puffers
mit einem pH = 2.2 herzustellen?
8. Mischungen von Aminosäuren werden analysiert, indem man zunächst die einzelnen
Komponenten der Mischung durch lonenaustausch-Chromatographie voneinander trennt. Bei
Verwendung eines Kationenaustauscher-Harzes, das Sulfonatgruppen enthält, fließen die
Aminosäuren mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch die Säule nach unten, weil zwei
Faktoren Ihre Bewegung verzögern: (1) ionische Anziehungskräfte zwischen den -S03-Resten
des Säulenharzes und den positiv geladenen funktionellen Gruppen der Aminosäuren sowie
(2) hydrophobe Wechselwirkungen zwischen Aminosäure-Seitenketten und dem stark
hydrophoben Gerüst des Polystyrol-Harzes. Bestimmen Sie für jedes der aufgeführten
Aminosäure-Paare, welche der beiden Komponenten in einem Puffer von pH = 7.0 zuerst von
einer Ionenaustauscher-Säule eluiert wird:
a) Asp und Lys
b) Arg und Met
c) Glu und Val
d) Gly und Leu
e) Ser und Ala
G
A
V
L
1
P
F
Y
W
S
T
C
M
N
Q
D
E
K
R
H
Gly
Ala
Val
Leu
Ile
Pro
Phe
Tyr
Trp
Ser
Thr
Cys
Met
Asn
Gln
Asp
Glu
Lys
Arg
His
AbkürzungenM
146
174
155
133
147
105
119
121
149
132
146
165
181
204
75
89
117
131
131
115
2.18
2.17
1.82
1.88
2.19
2.21
2.11
1.96
2.28
2.02
2.17
1.83
2.20
2.38
2.34
2.34
2.32
2.36
2.36
1.99
pK1
(-COOH)
8.95
9.04
9.17
9.60
9.67
9.15
9.62
8.18
9.21
8.80
9.13
9.13
9.11
9.39
9.60
9.69
9.62
9.60
9.68
10.96
10.53
12.48
6.00
3.65
4.25
13.60
13.60
10.28
10.07
pK2
pKR
(-NH3+) (Seitenkette R)
9.74
10.76
7.59
2.77
3.22
5.68
5.87
5.07
5.74
5.41
5.65
5.48
5.66
5.89
-3.9
-4.5
-3.2
-3.5
-3.5
-0.8
-0.7
2.5
1.9
-3.5
-3.5
2.8
-1.3
-0.9
-0.4
1.8
4.2
3.8
4.5
-1.6
HydropathieIndex*
5.97
6.01
5.97
5.98
6.02
6.48
pl
7.0
4.7
2.1
5.5
6.2
7.1
6.0
2.8
1.7
4.4
3.9
3.5
3.5
1.1
7.5
9.0
6.9
7.5
4.6
4.6
Vorkommen
in Proteinen (%)#
Eine Skala, die hydrophobe und hydrophile Eigenschaften kombiniert. Mit ihr lässt sich vorhersagen, weiche Aminosäuren in wässriger Umgebung (---Werte) und welche in hydrophober Umgebung (+-Werte) vorkommen (s. Exkurs
10.2).
unpolare, aliphatische
Seitenketten R
Glycin
Alanin
Valin
Leucin
Isoleucin
Prolin
aromatische Seitenketten R
Phenylalanin
Tyrosin
Tryptophan
polare, ungeladene
Seitenketten R
Serin
Threonin
Cystein
Methionin
Asparagin
Glutamin
negativ geladene
Seitenketten R
Aspartat
Glutamat
positiv geladene
Seitenketten R
Lysin
Arginin
Histidin
Aminosäure
Eigenschaften und Konventionen der Standard-Aminosäuren
Anhang 1
Anhang 2
Standardreduktionspotentiale der Atmungskette und verwandte Elektronen-Carrier
Redoxreaktion (Halbreaktion)
2H+ + 2e- → H2
NAD+ + H+ + 2e- → NADH
NADP+ + H+ + 2e- → NADPH
NADH-Dehydrogenase (FMN) + 2 H+ + 2 e- → NADH-Dehydrogenase (FMNH2)
Ubichinon + 2 H+ + 2 e- → Ubichinol
Cytochrom b (Fe 3+) +e- → Cytochrom b (Fe2+)
Cytochrom c1 (Fe3+) + e- → Cytochrom c1 (Fe2+)
Cytochrom c (Fe3+) + e- → Cytochrom c (Fe2+)
Cytochrom a (Fe3+) + e- → Cytochrom a (Fe2+)
Cytochrom a3 (Fe3+) + e- → Cytochrom a3 (Fe2+)
1/2 02 + 2 H+ + 2 e- → H20
E ' (V)
-0.414
-0.320
-0.324
-0.30
0.045
0.077
0.22
0.254
0.29
0.55
0.816
Anhang 3
Aus der Theorie des Übergangszustands lässt sich folgende Beziehung zwischen Geschwindigkeitskonstante und
Aktivierungsenergie ableiten:
k=
 − ∆G #
k BT
* exp
h
 RT



kB = 1,380662*10-23 J/K (Boltzmann-Konstante)
h = 6,626176*10-34 Js (Planck-Konstante)