Übungen Biochemie 2
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Biochemie 2 Alte Klausuraufgaben Prof. Dr. Jens Born 1. Hexosekinase katalysiert die Reaktion ATP + Glucose ↔ Glucose-6-Phosphat + ADP mit ∆RG°’ = -19,088 kJ und K’ = 2,21*103 Berechnen Sie die Konzentration an Glucose-6-phosphat die mindestens erforderlich ist, um in Anwesenheit von 10-5 M Glucose, 10-3 M ATP und 10-4 M ADP die Reaktion rückwärts laufen zu lassen! 2. Die Tabelle enthält die experimentell erfassten kinetischen Daten einer enzymkatalysierten Reaktion, die der Michaelis-Menten-Kinetik folgt. Während die zweite Spalte die kinetischen Daten der nicht inhibierten Reaktion wiedergibt, enthält die dritte Spalte die kinetischen Daten in Anwesenheit von 10 mM eines Inhibitors: c(S) [mM] 1 2 5 10 20 v [µmol/s] 2,5 4,0 6,3 7,6 9,0 v [µmol/s] 1,17 2,1 4,0 5,7 7,2 Bestimmen Sie KM und vmax für das Enzym und Ki für den Inhibitor! Welche Art der Inhibition liegt vor? 3. Berechnen Sie das minimal erforderliche NADH2+-Verhältnis, das erforderlich ist, um Oxalacetat in Malat zu reduzieren, wenn die Konzentration beider 10-4 M beträgt! 4. Bestimmen Sie vmax und KM nach Lineweaver-Burk und nach Eadie-Hofstee: c(S) [µM] v [µmol/min] 3 10,4 5 14,5 10 22,5 30 33,8 90 40,5 5. Sie sollen einen Formiatpuffer der Konzentration c = 0,25 M herstellen. Ihnen steht 1M Ameisensäure und festes Natriumformiat zur Verfügung (pKS = 3,75). 6. 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] v(adult) [µmol/(mg (Enzym)*min)] 1,67 2,5 3,33 5,0 7,0 10 15 16,7 20 30 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 1 Biochemie 2 Alte Klausuraufgaben Prof. Dr. Jens Born 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! 7. 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? 8. 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! 9. Berechnen Sie Ki für einen nicht-kompetitiven Inhibitor, wenn ein Konzentration von [I] = 0,0002M eine 75%ige Reduktion der Enzym-katalysierten Reaktion erreicht! 10. 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 pH-Wert am Ende der Reaktion! 11. 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! 12. 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! 13. 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)? 14. 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? 2 Biochemie 2 Alte Klausuraufgaben Prof. Dr. Jens Born 15. 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! 16. 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! 17. 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! 18. 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) 19. 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? 20. Für die Herstellung eines 0,1 M Glycin-Puffers (pH= 6,0) verwendet man 0,5 M Lösungen von GlycinHydrochlorid (HOOC-CH2-NH3+Cl-, M = 111,53 g/mol) und Glycin ( -OOC-CH2-NH3+, M = 75,07g/mol ). Welche Volumina dieser beiden Lösungen ist zur Herstellung von 3 Litern 0,1 M Puffer erforderlich (Rest ist Wasser)? 21. 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? 22. 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 3 Biochemie 2 Alte Klausuraufgaben Prof. Dr. Jens Born ATP + Glucose → ADP + Glucose-6-phosphat; K2’ = 890 23. 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) 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 KM und vmax für diese Befunde! 24. 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! 25. 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)? 26. 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! 27. 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! 28. 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! 29. 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. 30. 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. 31. Die Carboanhydrase der Erythrocyten (M = 30 kDa) gehört zu den aktivsten bekannten Enzymen. Sie katalysiert die reversible Hydratisierung von C02: H20 + C02 → H2CO3 4 Biochemie 2 Alte Klausuraufgaben Prof. Dr. Jens Born 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? 32. Penicillin wird durch die Hydrolyse des Enzyme Penicillase inaktiviert, das in einigen Bakterien vorkommt. Die molare Masse der Penicillase von Staphylococcus aureus ist M=29,6kD. In einem Experiment wurde die Menge hydrolysierten Penicillins in einer 10ml-Probelösung nach einer Minute gemessen: c(Penicillin) [µM] Menge Hydrolysat [nmol] 1 0,11 3 0,25 5 0,34 10 0,45 30 0,58 50 0,61 Bestimmen Sie KM, vmax und die Turnover-Number des Enzyms unter der Annahme, dass nur ein aktives Zentrum vorliegt! 33. Wie groß ist vmax für ein Enzym, dass der Michaelis-Menten-Kinetik folgt, wenn v = 1µmol/min bei 0,1* KM? 34. Hexokinase katalysiert die Reaktion ATP + Glucose Ù Glucose-6-Phosphat + ADP ∆RG°’ = -19,09 kJ/mol Berechnen Sie die Konzentration an Glucose-6-Phosphat, die bei Anwesenheit von 10-5 M Glucose, 10-3 M ATP und 10-4 M ADP mindestens erforderlich ist, damit die Reaktion rückwärts verläuft! 35. Die Hydrolyse von Asparagin zu Aspartat und NH4+ hat ein ∆RG°’ = -14226 J/mol und die Hydrolyse von ATP zu AMP und PPi hat ein ∆RG°’ = -33472 J/mol. Die Bildung von Asparagin aus Aspartat und ATP verläuft in zwei Schritten: 1. Aspartat + ATP Ù ß-Aspartyladenylat + PPi und 2. ß-Aspartyladenylat + NH4+ Ù Asparagin + AMP Für die Hydrolyse von ß-Aspartyladenylat wurde ∆RG°’ = -41,84 kJ/mol ermittelt. Berechnen Sie ∆R’G°’ für die Teilreaktionen und die Gesamtreaktion! 36. Wie hoch ist die Gleichgewichtskonzentration der Wasserstoffionen und der pH-Wert einer Lösung, die durch die Vermischung von 400 ml 0,2M NaOH mit 150 ml 0,1M Phosphorsäure (pKa1 = 2,12, pKa2 = 7,21, pKa3 = 12,32)? 37. Eine enzymkatalysierte Reaktion wurde in einer gepufferten Lösung (0,03 M Phosphat-Puffer bei pH = 7,21, pKa-Werte, s. Aufgabe 7) durchgeführt. Als Resultat der Reaktion entstanden 0,004 M Säure. Wie hoch war der pH-Wert am Ende der Reaktion in der Lösung? Wie hoch wäre er ohne Puffer gewesen? 38. 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 Vt=0 (µmol/(l*min) 28 40 70 95 112 128 5 Biochemie 2 Alte Klausuraufgaben 2,05*10-3 0,99*10-2 Prof. Dr. Jens Born 139 140 39. 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 CitratSynthase-Reaktion in der Zelle hat. 40. 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! 41. Die in der mitochondrialen Atmungskette verlaufende Elektronenübertragung kann durch folgende NettoReaktionsgleichung 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? 42. 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! 43. Sie studieren ein neu gefundenes Enzym und wollen dieses charakterisieren. Dazu messen Sie u.a. die Anfangsgeschwindigkeiten der Umsetzung eines geeigneten Substrats bei verschiedenen Konzentrationen und einer Enzymkonzentration von cEnzym,gesamt = 10*10-9 M: Csubstrat [µM] 2.0 5.0 10.0 20.0 50.0 100.0 200.0 V0 [µmol/min] 7 17 29 44 67 80 89 500.0 1000.0 95 98 6 Biochemie 2 Alte Klausuraufgaben Prof. Dr. Jens Born 44. Erwachsene, die Milch trinken können, haben das Enzym Lactase, das die Hydrolyse von Milchzucker katalysiert, auf der äußeren Oberfläche ihrer Epithelzellen. Die Hydrolyse des dem Milchzucker ähnlichen Malzzuckers misslingt, allerdings wird der Verlauf der Hydrolyse des Milchzuckers bei Anwesenheit von Malzzucker (Mz) beeinflusst. Charakterisieren Sie diesen Einfluss quantitativ und qualitativ: CLactose [µM] 3 5 10 30 50 V0, ohne Mz [mol/min] 10.4 14.5 22.5 33.8 40.5 V0, mit Mz [mol/min] 4.1 6.4 11.3 22.6 33 45. Eines Tages entdecken Sie auf Ihrem Teppich einen schleimigen Fleck. Als aufmerksamer Biotechnologe finden Sie heraus, dass ein Bakterium Ihren Teppich verspeist! Aber Ihr Teppich ist aus Nylon der folgenden Formel: Sie kultivieren die Bakterien in großen Mengen und isolieren schließlich das Enzym Leggsase. Sie stellen eine Lösung aus c0 = 0.1M Nylon her, fügen etwas Enzym hinzu und warten bei 25°C die Einstellung des Gleichgewichts ab und ermitteln cGleichgewicht(Nylon) = 0.0001M. Charakterisieren Sie diese Reaktion thermodynamisch! 46. Zitronensäure ist als Pufferreagenz geeignet. Stellen Sie 1m3 eines 0.1M Citrat-Puffers für den pH = 4.60 aus Zitronensäure (M = 192.12 g/mol; pKs,1 = 3.20, pKs,2 = 4,76, pKs,3 = 6.40) und NaOH (M = 40.01 g/mol) her! 47. Vergleichen Sie die Ionenstärke des Citrat-Puffers aus Aufgabe 6 mit dem eines Acetat-Puffers (M = 60.03 g/mol; pKs = 4,75) mit gleichen Puffereigenschaften! 48. In der letzten Reaktion des Citrat-Cyclus wird das Malat dehydriert und dadurch Oxalacetat regeneriert: L-Malat + NAD+ → Oxalacetat + NADH+H+ ∆RG°’=30 kJ/mol In den Mitochondrien der Rattenleber misst man bei einer angenommenen Temperatur von 25°C und einem 7 Biochemie 2 Alte Klausuraufgaben Prof. Dr. Jens Born (NAD+/NADH)-Verhältnis von 10, einem pH = 7,00 eine c(L-Malat) = 0.20mM, woraus sich die OxalacetatKonzentration bestimmen lässt. 49. 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! 50. 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! 51. 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)? 52. 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? 53. 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! 54. 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 8 Biochemie 2 Alte Klausuraufgaben Prof. Dr. Jens Born Berechnen Sie K’ und ∆G°’ für diese Reaktion im physiologischen Standardzustand! 55. 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! 56. 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. 57. 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! 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 58. Bestimmen Sie KM und vmax für den Fall (7)! 59. Bestimmen Sie die Art der Inhibierung für den Fall (8)! 9 Klausur Biochemie 2 83160 WS 2003/4-I 1. Eine Enzym katalysierte Reaktion fand in einer Pufferlösung mit c = 0,2 M Tris (pKS = 8,1) statt. Dabei wurde der anfängliche pH = 7,8 durch die Bildung von 0,033M H+ Ionen verändert. Bestimmen Sie das molare Verhältnis von Tris0 zu Tris+ vor und nach der Reaktion! 2. Wie hoch war der pH-Wert in Aufgabe 1 nach der Reaktion und wie hoch wäre er in der ungepufferten Lösung gewesen? 3. Nitrobacter agilis spielt eine bedeutende Rolle im N-Kreislauf der Natur, weil er im Boden vorhandenes Nitrit in der Gegenwart von O2 zu Nitrat oxidiert: NO3- + 2H+ + 2e- → NO2- + H2O 0,5 O2 + 2H+ + 2e- → H2O E°’ = +0,42 V E°’ = +0,82 V Berechnen Sie die Ausbeute an ATP (∆RG°’ = 32,2 kJ/mol) bei 50%igem Wirkungsgrad! 4. Die Umwandlung von Glucose in Milchsäure hat ein ∆RG°’ = 217 464 kJ/mol. In Milchsäurebakterien ist diese Umwandlung an die Bildung von 2 mol ATP geknüpft. Berechnen Sie den Gesamtumsatz an freier Reaktionsenthalpie unter physiologischen Standardbedingungen und berechnen Sie den Wirkungsgrad! 5. Die Neurospora crassa Protein Kinase hat eine Aktivierungsenergie von Ea = 44747,4 kJ/mol. Um wie weil schneller ist die katalysierte Reaktion bei 37°C als bei 12°C? 6. Bei einer Enzym katalysierten Reaktion wurden die folgenden kinetischen Daten ermittelt: c(S) [µM] v [nM/min] 8,33 13,8 16,7 23,6 25,0 30,8 40,0 40,0 60,0 48,0 200,0 66,7 Bestimmen Sie KM und vmax nach Lineweaver-Burk und Eadie-Hofstee! 7. Ein Enzym hat einen KM = 4,7*10-5 M. Die maximale Reaktionsgeschwindigkeit wurde zu vmax = 22µM/min eingestellt. Die Substratkonzentration betrug c(S) = 2*10-4 M. Bestimmen Sie die Reaktionsgeschwindigkeit bei Vorhandensein von c(I) = 5*10-4 M eines Inhibitors unter der Annahme, dass dieser kompetitiv, nichtkompetitiv bzw. unkompetitiv hemmt und in jedem Falle KI = 2*10-4M beträgt! 8. Wie hoch ist der Grad der Inhibition in allen drei Fällen, definiert als das Verhältnis der Geschwindigkeiten im inhibitierten zu nicht inhibitierten Fall?
