LINKÖPINGS UNIVERSITET
IFM/Kemi
TENTAMEN I BIOKEMI 1
NKEA08, 92KE21, 92KE27, 9KE321,
9KE361
2012-12-21 kl. 08.00-12.00
Skriv endast en uppgift per blad.
Redovisa beräkningar och motivera svar.
Besvara delfrågor i tur och ordning.
Hjälpmedel: miniräknare
Ansvariga lärare: Magdalena Svensson (285686, 0704-090999)
och Anki Brorsson (286648, 0762-209433)
1.a) Rita följande tetrapeptid: Phe-Val-Met-Asn vid pH 7. Rita/markera huvudkedja,
sidokedjor, α-kol, N- och C-terminal. Ange även vilken nettoladdning tetrapeptiden
har vid pH 7.
(4p)
b) Rita två H-bindningar; en som är en del av sekundärstrukturen och en annan som är
en del av tertiärstrukturen.
(4p)
c) Sekundärstruktur i proteiner består av α–helixar och β–flak. Ange två skillnader
mellan dessa strukturtyper.
(2p)
2.a) Med avseende på vad sker separationen av proteiner i följande tekniker?
i) gelfiltreringskromatografi
ii) affinitetskromatografi
iii) jonbyteskromatografi
(3p)
b) Vilken är den principiella skillnaden mellan PAGE och SDS-PAGE samt vilka
konsekvenser får det för din analys av resultatet?
(2p)
c) Du har en peptid, Ala-Trp-Ser-Phe-Lys-Met-Glu-Arg-Gly, till vilken du tillsätter
trypsin. Vad blir resultatet?
(2p)
d) Du funderar nu på att göra några olika mutanter av trypsin (ett vattenlösligt
globulärt protein).
i) I trypsins aktiva yta finns en Ser. Vilken aminosyra bör du byta till om du vill
ha en så liten påverkan av proteinaktiviteten som möjligt? Motivera!
ii) På ytan av trypsin finns en cis-Pro. Vilken aminosyra bör du byta till om du
vill ha en så stor påverkan av proteinaktiviteten som möjligt? Motivera!
iii) I det inre av trypsins struktur finns en Leu. Vilken aminosyra bör du byta till
för att det ska blir en så liten påverkan som möjligt av proteinaktiviteten?
(3p)
3. a) En enzymkatalyserad reaktion påverkas bland annat av temperaturen. Beskriv,
schematiskt, hur du skulle kunna gå till väga för att bestämma den optimala
temperaturen för ett visst enzym (dvs den temperatur där enzymet uppvisar högst
aktivivitet).
(3p)
b) Förklara följande två begrepp:
i) zymogenaktivering
ii) allosterisk kontroll
(4p)
c) ATP-syntas är ett multienzymkomplex som katalyserar ATP-syntes.
i) Var i cellen sker syntesen?
ii) En sidokedja till Asp hos ATP-syntas spelar en viktig roll, vilken?
(3p)
4. a) Glykolysens slutprodukt är pyruvat. Vad kan ske med pyruvat under anaeroba
förhållanden och hur mycket ATP bildas då en glukosmolekyl bryts ner under
anaeroba förhållanden?
(2p)
b) Omvandlingen från fosfoenolpyruvat till pyruvat är det sista steget i glykolysen och
den omvända reaktionen är inledningen på glukoneogenesen. Beskriv vad som skiljer
dessa reaktioner åt och varför detta är viktigt.
(3p)
c) Nämn två metaboliter som kan fungera som ingångsämnen för glukoneogenesen.
(1p)
d) Pyruvatdehydrogenaskomplexet är ett viktigt kontrollenzym för citronsyracykeln.
Vilken reaktion katalyseras av pyruvatdehydrogenaskomplexet?
(1p)
e) Hur påverkas aktiviteten hos pyruvatdehydrogenaskomplexet om koncentrationerna
nedan gäller? (motivera ditt svar)
(2p)
[NADH] > [NAD+]
[AcetylCoA] > [CoA]
[ATP] > [ADP]
f) Vilka två viktiga syften har citronsyracykeln?
(1p)
5. Nedbrytning och syntes av fettsyror regleras hormonellt av glukagon och insulin
genom kovalent modifiering av enzymerna acetylCoAkarboxylas och lipas
a) Vilka reaktioner katalyseras av dessa enzymer?
(2p)
b) Vilken form av kovalent modifiering är det som sker?
(1p)
c) Hur regleras enzymerna av respektive hormon (aktiveras eller inhiberas)(motivera)?
(4p)
d) I en hälsokostaffär såldes chokladbitar med tillsats av karnitin. Ge en biokemisk
motivering till varför tillverkaren anser att det är vettigt att tillsätta karnitin i
chokladen. (Om karnitin administrerad på detta sätt verkligen har någon effekt förblir
osagt).
(2p)
6. Följande steg sker vid fettsyranedbrytningen
Oxidation
Hydratisering
Oxidation
Klyvning
a) I vilken sorts reaktion genereras NADH och FADH2
(1p)
b) Via andningskedjan genereras ATP från NADH och FADH2. Varför erhålls mer
ATP från NADH jämfört med FADH2
(4p)
c) Varför fås en mindre mängd ATP vid nedbrytning av omättade fettsyror?
(1p)
d) DNA och RNA är uppbyggda av nukleotider som är kopplade till varandra via en
3,5’ fosfodiesterbindning. Vad står 3’ och 5’ för i en 3,5’-fosfodiesterbindning?
(1p)
e) Vad innebär att replikationen är semikonservativ?
(1p)
f) Vilka är de vanligaste typerna av RNA och vilka funktioner har de?
(3p)
Lösningsförslag NKEA08, 92KE21, 92KE27, 9KE321 &
9KE361:
1. a) Nettoladdning = 0
b) Sekundärstruktur stabiliseras av H-bindningar mellan peptidgrupper, dvs NH
och COO. Tertiärstruktur stabiliserar bland annat av H-bindningar mellan
sidokedjor tex. Ser-OH och Asn-CONH2.
c) Alfa-helix, H-bindningar parallellt med helix-axeln mellan aa relativt nära
varandra i primärstrukture. Beta-flak, kan vara parallella eller antiparallella
avseende kedjans riktning. H-bindningar vinkelrät mot kedjans riktning mellan aa
vanlige rel. långt ifrån varandra i primärstrukturen.
2. a) i) storlek, ii) inbindningsförmåga till specifik ligand, iii) laddning
b) Separation med PAGE sker efter storlek, form och laddning. Ett band på gelen
anger att proteinet är rent (eller inte troligt men, ett protein med långsträckt form
och hög laddning kan vandra lika långt som ett sfäriskt protein med låg laddning
t.ex). Då vandringslängden beror av flera egenskaper hos proteinet går det inte
(enkelt) att bestämma Mw för proteinet.
Separation med SDS-PAGE sker efter storlek, minst vandrar längst. SDS är en
negativt laddad detergent som binder in till polypeptidkedjan. Ett band på en SDSPAGE gel anger att proteinet är rent (eller att det är flera proteiner men med
samma storlek). Vandringlängden för ett visst protein är omvänt proportionell mot
lg Mw. Med hjälp av referensproteiner med kända Mw kan Mw för ett ”okänt”
protein bestämmas.
c) Trypsin klyber peptidbindningar C-terminalt om Arg och Lys.Resultat: Ala-TrpSer-Phe-Lys, Met-Glu-Arg, Gly.
d) i) Aminosyror direkt inblandade i katalys svåra att byta ut. Men byte mot
liknande kan fungera, t.ex Thr. (om man kan mekanismen för trypsin så är Cys den
aa man väljer då Cys lätt att deprotonisera).
ii) cis-Pro går i princip inte att byta utan stor påverkan, då för alla övriga aa
dominerar trans-konfig med förhållandet 1000:1 mot cis. Så- vad vi än byter till får
vi en stor effekt.
iii. Leu i det inre av proteinet byt mot liknande sidokedja, opolär och alifatisk t.ex
Ile.
3. a) Använd produkt med absorbans så reaktionen enkelt kan följas
spektrofotometeriskt. Ha ett stort överskott av substrat så att tillgång på substrat
inte begränsar reaktionshastigheten. Mät enxymaktivitet vid gradvis ökande temp.
Mät produktbildning över tiden. Enzymaktivitet ökar med ökande temp dock vid för
hög temp denaturerar enzymet.
b) i) zymogenaktivering: ett zymogen (en inaktiv enzymform) aktiveras genom
klyvning av den egna polypeptidkedjan. ii) allosterisk kontroll( produktinhibering
spec.fall av allosterisk kontroll): allostera enzym ändrar sin konformation och
därmed funktion då någon regleringsmolekyl binder in till regleringssite.
c)i. ATP-syntas lokliserat till innermitokondriemembranet- själva syntesen sker i
matrix
ii) Det är denna Asp som möjliggör transport av protoner över
innermitokondriemembranet vilket driver ATP.syntesen.
Protoner binder till deprotoniserad Asp-sidokedja i c subenheterna (finns 10 st i
cirkel). Till c kommer de genom en halvkanal i a. c-ringen roterar ett hack. Protoner
lämnar c genom halvkanal i a. Transporten sker från innermitokondriutrymme till
matrix.
4. a) I jästceller omvandlas pyruvat till etanol
I muskelceller omvandlas pyruvat till laktat
Energivinsten blir 2 ATP i båda fallen
b) Fosfoenolpyruvat omvandlas till pyruvat i ett steg i glykolysen.
Omvandlingen av pyruvat till fosfoenolpyruvat sker i två steg i glukoneogenesen.
I första steget karboxyleras pyruvat till oxaloacetat och i andra steget dekarboxyleras
och fosforyleras oxaloacetat till fosfoenolpyruvat.
Det är viktigt att reaktionerna är olika så att de kan kontrolleras var för sig. Detta
innebär att glykolysen kan kontrolleras separat från glukoneogenesen. När den ena
processen är aktiv kan den andra stängas av.
c) Laktat, aminosyror och glycerol (nämn två av dessa)
d) Pyruvatdehydrogenaskomplexet katalyserar omvandlingen av pyruvat till
acetylCoA (räcker som svar):
Pyruvat + CoA + NAD+ → acetylCoA + CO2 + NADH + H+
e) Aktiviteten kommer att inhibiteras. Hög koncentration av ATP visar att det finns
gott om energi och att citronsyracyken kan stanna av. Hög koncentration av
acetylCoA och NADH innebär att det finns mycket produkt och att det inte behöver
syntetiseras mer.
f) Att generera energi (ATP) via reduktion av NAD+ och FAD till NADH och FADH2
som återoxideras i andningskedjan vilket resulterar i produktion av ATP.
Att förse cellen med byggstenar som kan användas för att bilda andra molekyler som
aminosyror, fettsyror och nukleotider mm
5. a) AcetylCoAkarboxylas katalyserar karboxylering av acetylCoA till malonylCoA
Lipas katalyserar hydrolys av triacylglycerol till glycerol + fettsyror
b) Fosforylering
c) Glukagon fosforylerar lipas och gör det aktivt. Glukagon är ett hormon som
produceras då vi behöver energi därför aktiveras fettsyranedbrytningen.
Insulin defosforylerar lipas och gör det inaktivt. Insulin utsöndras efter måltid då
kroppen har gott om energi och då inhiberas fettsyranedbrytningen eftersom det
redan finns tillräckligt med energi.
Glukagon fosforylerar acetylCoAkarboxylas och gör det inaktivt. Eftersom glukagon
produceras när vi behöver energi så stoppas fettsyrasyntesen då det inte finns energi
för att göra nya fettsyror.
Insulin defosforylerar acetylCoAkarboxylas och gör det aktivt. Insulin produceras då
det finns gott om energi och då aktiveras fettsyrasyntesen för produktion av nya
fettsyror för att lagra energi.
d) Karnitin behövs för att transportera in fettsyrorna till matrix i mitokondrien för
vidare fettsyranedbrytning. Försäljningsargumentet är alltså att öka fettförbränningen.
6. a) NADH och FADH2 genereras i oxidationsstegen
b) ATP bildas när H+ vandrar från mellanmembranutrymmet till matrix i
mitokondrien via ATP syntas. En hög koncentration av H+ fås i
mellanmembranutrymmet när elektroner från NADH och FADH2 vandrar genom
andningskedjan. När elektronerna från NADH vandrar genom andningskedjan
pumpas H+ från matrix till mellanmembranutrymmet vid tre proteinkomplex medan
elektronerna från FADH2 bara passerar två. Elektronerna från NADH bidrar alltså mer
till uppbyggnad av protongradienten över mitokondriens innermembran.
c) Färre oxidationssteg vid nedbrytning av en omättad fettsyra leder till att det bildas
en mindre mängd FADH2.
d) En fosfatgrupp kopplar två sockerenheter via ett syre på 3’-kolet och ett syre på 5’kolet där 3’betyder kolatom nummer 3 i sockerenheten och 5’ betyder kolatom
nummer 5 i sockerenheten.
e) Efter replikationen kommer det i varje ny DNA-molekyl att finnas en ny och en
gammal DNA-kedja.
f) mRNA: Mall för proteinsyntesen. Bildas vid transkriptionen och används i
translationen.
rRNA: Beståndsdel i ribosomer. På ribosomerna sker translationen.
tRNA: Hämtar aminosyror i cytosolen och bär dem till ribosomen. Ser till att rätt
aminosyra hamnar på rätt plats i den växande polypeptidkedjan. Förutsättning för
translationen.
t
