Lösungen

Tutorium- Zusammenfassung Biochemie
1. Proteine:
A, Erklären Sie anhand einer Zeichnung wie eine Peptidbindung geknüpft wird.
Durch Abspaltung von Wasser
(OH von der Carboxylgruppe,
H von der Aminogruppe) wird
aus zwei Aminosäuren eine
Peptidbindung (R-CO-NH-R)
geknüpft.
B, Zeichnen Sie das Tripeptid Alanin- Serin -Isoleucin.
C,Erstellen Sie eine Mindmap zum Thema „Aminosäuren“
Strukturformeln:
Abkürzungen, Namen und Besonderheiten:
Abk.
Voller Name
Seitenkettentyp Masse
Isoelektr.
Punkt
6.11
A
Ala Alanin
hydrophob
89.09
C
Cys Cystein
hydrophil
121.16 5.05
D
Asp Asparaginsäure sauer
133.10 2.85
E
Glu Glutaminsäure sauer
147.13 3.15
F
Phe Phenylalanin
hydrophob
165.19 5.49
G
Gly Glycin
hydrophil
75.07
6.06
Bemerkungen
"Grundtyp" der meisten
Aminosäuren
zwei Cysteine können eine
Disulfidbindung ausbilden.
Reaktionsfolge α-Ketoglutarat
Glu
Gln ermöglicht
spontane Bindung des Zellgifts
Ammoniak
durch Hydrolyse Reaktion zu
Tyrosin
durch zwei Wasserstoffatome am
α-C-Atom ist Glycin nicht
optisch aktiv.
H
His Histidin
basisch
155.16 7.60
I
Ile
hydrophob
131.17 6.05
K
L
Lys Lysin
Leu Leucin
basisch
hydrophob
146.19 9.60
131.17 6.01
M
Met Methionin
hydrophob
149.21 5.74
N
Asn Asparagin
hydrophil
132.12 5.41
P
Pro Prolin
hydrophob
115.13 6.30
Q
Gln Glutamin
hydrophil
146.15 5.65
R
Arg Arginin
basisch
174.20 10.76
S
Ser Serin
hydrophil
105.09 5.68
T
Thr Threonin
hydrophil
119.12 5.60
U
Sec Selenocystein
hydrophil
169,06 -
V
Val Valin
hydrophob
117.15 6.00
W
Trp Tryptophan
hydrophob
204.23 5.89
Y
Tyr Tyrosin
hydrophil
181.19 5.64
Isoleucin
pK-Wert im Neutralbereich;
ermöglicht Säure/BasenKatalyse; oftmals an
enzymatischen Reaktionen
beteiligt
zusätzliches Chiralitätszentrum
in der Seitenkette
Methylgruppentransfer der
endständigen CH3-Gruppe der
Seitenkette durch
Thioethergruppe auf andere
Moleküle möglich
substituierte α-Aminogruppe
(Iminosäure), kann
Proteinstrukturen wie α-Helices
oder β-Faltblätter unterbrechen.
cis- oder trans Konformation in
Proteinen. Biosynthese aus Glu
über Glu-Semialdehyd,
Ringschluss und Reduktion
universeller NH2-Donor im
Stoffwechsel
Metabolit im Harnstoffzyklus:
Spaltung in Orn und Harnstoff.
Kann energiereiches N-Phosphat
bilden
im Protein phosporylierbar
(Kinasesubstrat), besonders
kleine polare Seitenkette, oftmals
im aktiven Zentrum von
Proteasen
zusätzliches Chiralitätszentrum
in der Seitenkette, im Protein
phosporylierbar (Kinasesubstrat)
aktives Zentrum von
Selenoenzymen (GlutathionPeroxidase, Deiodase)
bestimmt (neben Phe und Tyr)
das Absorptionsspektrum von
Proteinen
im Protein phosporylierbar
(Substrat von Tyr-Kinasen)
D,Erklären Sie die Begriffe Primärstruktur, Sekundärstruktur, Tertiärstruktur und
Quartärstruktur anhand des Proteins Hämoglobins. Welche Funktionen erfüllen
die jeweiligen Strukturen?
Primärstruktur: Die Primärstruktur eines Proteins eintpricht seiner
Aminosäurensequenz. Diese Sequenz bestimmt auch die anderen Strukturen. Nur
wenn die passenden Aminosäuren an der richtigen Position liegt können sich die
richtigen Sekändär- und Tertiärstrukturen ausbilden.
Bsp: Hämoglobin:
Durch den Austausch einer einzigen Aminosäure kann eine schwere Krankheit,
die Sichelzellanämie entstehen:
a) Aminosäurensequenz (AS-Sequenz) des normalen Hämoglobins (b-Kette):
Val – His – Leu – Thr – Pro – Glu – Glu – Lys
b) Aminosäurensequenz (AS-Sequenz) des Sichelzellhämoglobins (b-Kette) :
Val – His – Leu – Thr – Pro – Val – Glu – Lys
Sekundärstruktur: Die Sekundärstruktur von Proteinen ist durch sich
wiederholende Elemente gekennzeichnet. Sie werden über
Wasserstoffbrückenbindungen gebildet. Häufige Motive sind:
α – Helix
β – Faltblatt
β – Turn
Rondom Coil
Bsp: Hämoglobin:
Auch im Hämoglobin findet man typische Sekundärstrukturen.
Tertiärstruktur: Die Tertiärstruktur stellt die spezifische Faltung eines Proteins
dar.
Bindungstypen:
Disulfidbindung
Ionische WW
Hydrophobe WW
Wasserstoffbrückenbindungen
und weitere....
Bsp: Hämoglobin: Jede der 2 Ketten hat eine induviduelle Tertiärstruktur.
Quartärstruktur: Bei einer Quartärstruktur handelt es sich um die Assoziierung
mehrerer Peptidketten. Dabei können auch Moleküle, die keine Polypeptide sind,
mit verknüpft sein.
Bsp: Hämoglobin:
Tetramer aus zwei verschiedenen Globin- Ketten (2xα- und 2xβ-Kette). Bei jedem
Globin ist außerdem eine Häm- Gruppe dabei:
F, Erklären Sie die Begriffe Wechselzahl, Michaelis-Menten- Konstante,
isoelektrischer Punkt, Chiralität, amphotere Substanzen, Denaturierung,
Chaperone.
Wechselzahl: Beschreibt die Anzahl an Substrat, die ein Enzym (bei Sättigung
mit Substrat) in einer Zeiteinheit umsetzen kann.
kcat = Vmax/Enzymkonzentration
Katalase: kcat = 10.000.000 mol s-1
RubisCO (Ribulose 1,5- bisphosphat -carboxylase): kcat = 3 mol s-1
Michaelis- Menten-Konstante: Diese Konstante beschreibt die Affinität, die ein
Enzym zu seinem Substrat aufweist. Der sogenannte Km- Wert ist die
Substratkonzentration, bei der die Halbmaximale Geschwindigkeit erreicht wird.
Isolelektrischer Punkt: Dieser Punkt bezeichnet den pH- Wert, bei dem ein
Molekül keine Nettoladung aufweist.
Chiralität: Moleküle, die sich mit ihrem Spiegelbild nicht decken, sind chiral. Die
beiden Formen, die sich wie Bild und Spiegelbild verhalten, nennt man
Spiegelbildisomere oder Enantiomere.
Amphotere Substanzen: (Ampholyte) Substanzen, die sowohl Protonen abgeben
als auch solche aufnehmen können: Beispiele sind Wasser sowie Ammoniak und
natürlich Aminosäuren
Denaturierung: Bei Proteinen spricht man von Denaturierung, wenn die
Tertiärstruktur verändert wird. Diese Veränderung kann reversibel oder
irreversibel sein. Mögliche Ursachen:
Hohe Salzkonzentration
Extreme pH- Werte
Hohe Temperaturen
Schwermetalle
Chaperone: „Anstandsdamen der Proteine“ Diese Proteine helfen den
nascierenden Proteinen bei der Faltung. Andere Hilfsproteine sind z. B. Die HitzeSchock- Proteine (HSPs)
G, Wie kann man Proteine aufreinigen?
–
–
Selektive Präzipitation (z. B. Ammoniumsulfat, Hitze...)
Chromatographische Methoden:
– Ionenaustauschchromatographie (Trennung nach Ladung)
– Gelfiltration (Trennung nach Größe)
– Affinitätschromatographie (Trennung über Bindungseigenschaften – Tags!)
2. Kohlenhydrate:
A, Erstellen Sie eine Mindmap zum Thema „Zucker“ (Monosaccheride,
Disaccheride, Polysaccheride).
B, Erklären Sie die Begriffe Enantiomere, Epimere, Diastereomere, anomeres CAtom.
Enantiomere: Spiegelbildliche, chirale Moleküle
Epimere: Epimere untscheiden sich in der Konfiguration an einem einzigen CAtom (D-Allose und D-Glucose sind C-3 Epimere)
Diastereomere: Isomere die nicht Spiegelbilder sind (z.b.L-Glucose + D-Allose)
Anomeres C-Atom: Durch die Bildung des cyclischen Halbacetals entsteht ein
zusätzliches chirales C-Atom. Dieses bezeichnet man als anomeres C-Atom, die
bei der Cyclisierung gebildete Hydroxylgruppe als anomere OH-Gruppe.
C,Nennen Sie einige biologische Funktionen von Kohlenhydraten.
–
–
–
–
–
Speicherstoffe (Stärke, Amylose)
Rückgrat der Nukleinsäuren (Ribose bzw. Desoxyribose)
Zellwandbestandteile (Cellulose, Chtitin)
Energielieferant (Glucoe, Fructose -- Glycolyse
.....
3. Nukleinsäuren:
A, Zeichnen Sie die Strukturformel von ATP.
B, Nennen Sie Unterschiede zwischen RNA und DNA.
DNA
RNA
Desoxyribose
Ribose
Thymin
Uracil
Doppelhelix
Einzelsträngig
Keine Sekundärstrukturen
Sekundärstrukturen
Träger der Erbinformation
Kopie für Translation
C,Wie kann man den Anteil der Basen in der DNA experimentell ermitteln?
Durch Denaturierung: Zwischen A und T bilden sich zwei H- Brücken aus,
zwischen C und G drei. Je höher der GC- Gehalt in einem DNA- Stück ist, umso
schwerer ist es es sie aufzutrennen.
D,Erklären Sie mit Hilfe von einer Zeichnung die wichtigsten Aspekte der DNADoppelhelix.
Den Doppelstrang der DNA kann man sich
als Leiter vorstellen: Die Sprossen
entsprechen den Basen und die beiden
Stangen dem Rückgrat aus Desoxyribose
und Phosphat.
Die beiden Stränge laufen antiprallel, also
in engegengesetzter Richtung. Einer in 5'→
3' Richtung, der andere in 3'→ 5' Richtung.
Diese „Leiter“ ist nun alle 10 Windungen
um die eigene Achse gedreht.
Durch die Dreidimensionale Struktur ist die
DNA nun über die große und kleine Grube
(minor und major grove) von Proteinen zu
erreichen.
E, Was ist das C- Wert- Paradoxon?
Das C- Wert- Paradoxon bezeichnet die Tatsache, dass „niedere“ Organismen
einen höheren C- Gehalt (DNA-Gehalt einer vegetativen Zelle) haben können, als
„höhere“, komplexere Organismen.
F, Erklären Sie das Prinzip der Gelelektrophorese.
Bei der Gelelektrophorese können DNA- Fragmente ihrer Größe nach aufgetrennt
werden. Aufgrund der negativen Ladung der DNA wandern die Moleküle zur
Anode, dabei werden sie durch die Matrix (Agarose) gehindert werden. Große
Moleküle werden dabei stärker aufgehalten als kleine. Die Auftrennung erfolgt
Logarhithmisch. Um die Größe der DNA zu betimmen wird ein sogenannter
Standard aufgetragen, der Banden mit DNA bekannter Größe enthält.
Die Banden werden mit Ethidiumbromid gefärbt und unter UV- Licht fotografiert.
G, Welche RNA- Klassen gibt es und welche Aufgaben haben sie?
– t-RNA: Transferyl RNA, bindet spezifisch eine Aminosäure und kann an
das Ribosom andocken. T- RNA stellt den „Adapter“ bei der
Übersetzung von Nükleinsäuren in Aminosäuresequenezen dar.
– r-RNA: Ribosomale RNA, Bestandteil des Ribosoms.
– m-RNA: Messenger RNA, stellt die Abschrift einer Transkriptionseinheit
dar, die über Signale (Poly A; 5' Cap)aus dem Kern zu den Ribosomen
gebracht werden
– snRNA, snoRNA, scRNA: Small nuclear, und small cytoplasmic RNA,
oft katalytische Aufgaben
H, Übersetzen Sie die folgende Sequenz in RNA und schließlich in ein
Oligopeptid:
3'CCTACCGATCAAAACAGTTGATCGGC 5'
5'GGATGGCTAGTTTTGTCAACTAGCCG 3'
m-RNA: 5'GGAUGGCUAGUUUUGUCAACUGCCG3'
AS: Met – Ala – Ser – Phe – Val – Lys – Stopp
(Anmerkung: Auf Start- Codon achten!)
4. Lipide:
A, Nennen Sie drei Funktionen von Lipiden.
– Energiequelle (Speicherstoffe)
– Biologieche Membranen
– Biologische Signale
B, Was sind die Unterschiede zwischen gesättigten und ungesättigten Fettsäuren
(Nomenklatur)?
Bei gesättigten Fettsäuren bestehen alle C- C Bindungen aus Einfachbindungen,
bei ungesättigten liegt mindestens ein Doppelbindung. Durch die Doppelbindung
hat die Säure einen Knick in der Struktur. Deshalb sind die molekularen
Wechselwirkung geringer als bei vergleichbaren gesättigten Fettsäuren.
Nomenklatur:
Gesättigt
Ungesättigt
Struktur
Name
Octadecansäure (Stearinsäure)
Octadecensäure
(Ölsäure)
Kurzschreibweise
18;0
18:1Δ 9 (Cis)
C,Aus welchen Bestandteilen besteht ein Phospholipid?
1x Glycerin, 2x Fettsäure und 1x polare Gruppe über Phophordiesterbindung:
D,Welche Membranlipide gibt es und wie sind sie aufgebaut?
–
–
Phospholipide: Aufbau siehe oben
Sphingolipide: Statt Glycerin über den langkettigen Alkohol Sphingosin
verknüpft:
– Sphingomyeline (Myeline):
–
–
Glycolipide (Cerebroside):
Sterole:
E, Wie sieht eine biologische Membran aus? (Zeichnung!)
F, Warum heißt es Fluid- Mosaic- Modell?
Die Lipide, die in einer Schicht liegen haben keine starre Struktur, sie sind
vielmehr „flüssig“ und schwimmen ständig umeinander herum. Trotzdem ist die
Membran eine Abgrenzung, da ein „flip-flop“, also der Wechsel aus einer in die
andere Schicht sehr selten passiert.
G, Was ist ein GPI- Anker?
Über einen GPI- Anker können Proteine in der Membran verankert werden.
Das Carboxylende eines Proteins wird über eine Amidbindung an ein
Phosphatidylinositol gebunden. (-> Glycosylphophatidylinositol)
H, Wie können Stoffe durch die Membran transportiert werden?
Für den Transport geladener, oder großer Moleküle benötigt man im Normalfall
Tunnelproteine, die je nach Konzentrationsgefälle eine Energiequelle benötigen.