a) Från värdena på olika G-parameterar kan man få värdefull

LINKÖPINGS UNIVERSITET
IFM/Kemi
TENTAMEN I BIOKEMI 1
NKEA08, 9KE221, 9KE321, 9KE361
2011-12-16 kl. 14.00-18.00
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 Helena Herbertsson (285605, 0705-669944)
1. a) Rita följande tetrapeptid: Tyr-Ala-Pro-Glu vid pH 7. Rita/markera huvudkedja,
sidokedjor, α-kol, N- och C-terminal. Ange även vilken nettoladdning tetrapeptiden har vid pH 7.
(4p)
b) Vad är skillnaden mellan att ange aminosyrasammansättning för en peptid och
att ange aminosyrasekvensen?
(2p)
c) En vanlig sekundärstruktur hos proteiner är β-flak. β-flak finns av två olika typer,
vilka? Ange även vilken typ av interaktioner som stabiliserar β-struktur.
(2p)
d) Vilken/vilka interaktioner/bindningar i ett protein förväntar du dig påverkas vid
tillsatts av urea. Motivera!
(2p)
2. a) Du önskar att med hjälp av gelfiltreringskromatografi separera fem proteiner
med följande molekylvikter: 52 000, 35 000, 32 000, 22 000 respektive 14 000.
Rita hur ett kromatogram skulle kunna se ut efter denna kromatografi under
förutsättning att tre av proteinerna är baslinjeseparerade. Skriv ut enheter på
axlarna samt visa var i kromatogrammet respektive protein återfinns.
(3p)
b) Du kontrollerar renheten av proteinerna från kromatografin ovan med SDSPAGE. Hur kan du utifrån resultatet från SDS-PAGE-analysen avgöra om ett visst
protein är rent samt vilken molekylvikt det har.
(3p)
c) Kymotrypsin hör till gruppen proteolytiska enzymer. Vilken reaktion är det som
kymotrypsin normalt katalyserar?
(2p)
d) Du studerar ett vattenlösligt globulärt protein. Du funderar nu på att göra några
olika mutanter av proteinet.
i) I det inre av proteinet finns en Phe som du vill byta ut. Vilken aminosyra bör
du byta till om du vill ha en så liten påverkan av proteinaktiviteten som
möjligt? Motivera!
ii) På ytan av proteinet finns en Gly som ingår i en hårnålsögla. Vilken aminosyra
bör du byta till om du vill ha en så stor påverkan av proteinaktiviteten som
möjligt? Motivera!
(2p)
3. a) En enzymkatalyserad reaktion påverkas bland annat av mängden substrat. Ju
högre halt av substrat, desto snabbare går reaktionen till jämvikt. Men vid
tillräckligt höga halter av substrat så sker inte längre någon hastighetsökning,
varför?
(3p)
b) Ge två förslag på hur enzymers aktivitet specifikt kan regleras.
(2p)
c) Många reaktioner i cellen är energetiskt ogynnsamma. Vad innebär detta
termodynamiskt?
(1p)
d) Hur kan en energetiskt ogynnsam reaktion fås att blir gynnsam?
(1p)
e) Du studerar hur protongradienten över innermitokondriemembranet påverkar
ATP-syntesen. Vid dessa experiment tillsätter du en ”frikopplare” (frikopplare =
ett ämne som förstör protongradienten). Vad kommer att ske med ATP syntesen då
du tillsätter frikopplaren och varför?
(3p)
4. a) Vad menas med en katabol resp. anabol process?
b) Vilken typ av kemiska reaktioner katalyserar ett
i) dehydrogenas?
ii) karboxylas?
(2p)
(1p)
c) Glykolysen inleder kolhydratmetabolismen. Var i cellen sker den, vad är
slutprodukten och vad sker med denna i närvaro av syre respektive i våra muskler i
frånvaro av syre?
(2p)
d) Vilket kontrollenzym är det viktigaste då det gäller att reglera glykolysens
hastighet?
(1p)
e) Glukoneogenesen innebär att glukos bildas med andra ämnen som utgångspunkt.
i) Varför är det viktigt att vi kan syntetisera glukos?
ii) Vilken av processerna, glykolys eller glukoneogenes, är aktiv då [ATP] är
hög? Motivera.
(2p)
f) Vad blir resultatet i ATP-ekvivalenter då 1 acetylCoA bryts ner i
citronsyracykeln med efterföljande process i andningskedjan och vad bildas av
kolinnehållet i acetylCoA? Redovisa dina beräkningar.
(2p)
5. a) Citronsyracykeln är amfibol vilket innebär att den kan användas både i
nedbrytande och biosyntetiska syften. Ge exempel på två andra ämnen förutom
glukos som kan brytas ner via citronsyracykeln samt två ämnen som kan bildas
utifrån intermediärer i citronsyracykeln.
(2p)
b) Beskriv vad som sker i den oxidativa fosforyleringen (ingående proteinkomplex,
elektronernas väg, pH i olika delar av mitokondrien, slutlig e--acceptor). Hur kan
elektrontransport leda till ATP-produktion och vilken roll spelar Q (ubiquinon)?
(3p)
c) Hur namnges följande fettsyra?
CH3CH2CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH2COOH
(1p)
d) Fettsyrasyntesens hastighet regleras av acetylCoAkarboxylaskomplexet.
i) Vilken produkt bildas i reaktionen som katalyseras av detta enzymkomplex
och varför har detta enzym en unik möjlighet att kontrollera hela
fettsyrasyntesens hastighet? Ange även hur aktiviteten hos enzymet påverkas i
närvaro av palmitinCoA och förklara varför aktiviteten ökar eller minskar.
(2p)
6. a) Serin, treonin och tyrosin är aminosyror som ofta spelar en nyckelroll i enzymer
då de kan kovalent modifieras (dvs någon annan grupp kan kovalent fästas till
dem), vilket kan leda till drastiska konformationsförändringar som i sin tur kan
leda till en ökad eller minskad aktivitet.
i) Vilken är den vanligaste formen av kovalent modifiering (som modifierar
aminosyrorna ovan)?
ii) Insulin är ett polypeptidhormon som påverkar glykogenmetabolismen. Hur
påverkas glykogensyntesen respektive glykogennedbrytningen? Motivera.
(2p)
b) G-proteiner spelar en nyckelroll vid signaltransduktion. Hur är ett G-protein
uppbyggt, hur aktiveras de och vad aktiverar de i sin tur, alltså vilken är deras roll
i sekvensen som leder till kovalent modifiering av aminosyror i olika enzymer?
(2p)
c) Vilken typ av bindning
i) håller ihop enskilda nukleotider i en DNA-kedja?
ii) håller samman de två DNA-kedjorna i en DNA-molekyl?
(1p)
d) Virus kan innehålla enkelsträngat eller dubbelsträngat DNA. Vid analys av
virusstammen X1520 fann man följande baskomposition; A=28, G=22, T=28,
C=22. Vilken slutsats kunde man dra om virusets arvsmassa och varför? Motivera
svaret.
(1p)
e) Jämför smälttemperaturen (Tm; den temperatur som krävs för att separera de två
DNA-strängarna) för ett DNA-fragment, X, som innehåller 20% adenin med ett
annat fragment, Y, som innehåller 30% adenin. Kommer temperaturerna att
förhålla sig som i a, b eller c?
Motivera ditt svar.
a: Tm (Y) > Tm (X)
b: Tm (X) > Tm (Y)
c: Tm (Y) = Tm (X)
(1p)
f) Vad menas med att genetiska koden är degenererad?
(1p)
g) Vad sker vid translokaliseringssteget i translationen?
(2p)
Lösningsförslag NKEA08, 9KE221, 9KE321 & 9KE361:
1. a) Nettoladdning = -1
b) Aminosyrasammansättning talar om vilka aminosyror som ingår i en peptid eller
ett protein. Aminosyrasekvens anger i vilken ordning (sekvens) aminosyrorna sitter.
c) Parallell β-struktur och antiparallell β-struktur. Strukturen stabiliseras av Hbindningar mellan peptidgrupper.
d) Urea är ett denatureringsmedel. Alla icke-kovalenta interaktioner i ett protein
kommer att förstöras, exempelvis H-bindningar och jonbindningar.
2. a) Förslagsvis A280nm på y-axeln och fraktionsnummer på x-axeln. Separation
efter storlek – störst först. Proteinerna med snarlik storlek (35 000 och 32 000)
kommer inte att vara baslinjeseparerade.
b) 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) Peptidbindningar klyvs C-terminalt om stora opolära sidokedjor.
d) i) Inuti proteiner är det trångt och opolärt. Att byta mot en större och polär
aminosyra skulle få den största negativa effekten. Så – vi letar efter något i samma
storlek eller lite mindre än Phe och opolär. Leu, Ile, Met skulle kunna fungera bra.
ii) Gly i en hårnålsögla går i princip inte att byta utan stor påverkan. Så- vad vi än
byter till får vi en stor effekt.
3. a) Vid enzymkatalys binder enzymer in substrat/substraten till aktiva ytan. Närhet
och orientering är förutsättning för katalys. Detta betyder att även om katalysen är
snabb är aktiva ytan ockuperad av substrat någon tid. Då mängden substrat ökar
kommer till slut alla enzymmolekyler att binda substrat, [E]tot = [ES]. Ytterligare
ökning av substrat i detta läge kan inte ge någon ökning av katalyshastigheten. Den
hastighet som uppnås då allt enzym är mättat med substrat kallas vmax.
b) allosterisk kontroll, produktinhibering (spec.fall av allosterisk kontroll),
zymogenaktivering
c) Då ΔGo´ är större än 0.
d) En ogynnsam reaktion kan kopplas till en gynnsam rektion, tex ATP-hydrolys.
e) Syntes av ATP kommer att minska eller helt avta. Protongradienten driver ATPsyntesen. Delar av ATP-syntas (enzymkomplex som utför katalysen) fås att rotera
beroende på protontransport över membranet. Denna rotation driver en konformationsförändring som i sin tur åstadkommer ATP-syntesen.
4. a) En katabol process är en nedbrytande process medan en anabol process är en
syntetiserande process.
b) i) oxidation
ii) karboxylering, alltså addition av en karboxylgrupp till ett substrat.
c) Glykolysen sker i cytosolen och slutprodukten är pyruvatjoner. Dessa
omvandlas till acetylCoA som bryts ner vidare i citronsyracykeln i närvaro
av syre. Då syretillgången är låg i våra muskler omvandlas pyruvat till
laktatjoner.
d) fosfofruktokinas
e) Glukos är hjärnans främsta energikälla vilket gör att vid omständigheter då
kroppen inte försörjs med näring i tillräcklig grad bör kroppen utifrån vanliga
metaboliter kunna syntetisera glukos.
f) Ska acetylCoA brytas ner krävs ett varv i citronsyracykeln. Detta innebär att det
bildas 3 NADH och 1 FADH2 och 1 GTP. Detta motsvarar 3·2.5 + 1.5 + 1 ATP
= 10 ATP. Av kolet bildas CO2.
5. a) Lipider bryts ner till fettsyror som i sin tur omvandlas till acetylCoA som bryts
ner i citronsyracykeln och proteiner bryts ner till aminosyror som kan deamineras
och ge en
rad intermediärer i citronsyracykeln, såsom a-ketoglutarat,
fumarat, oxaloacetat o s v.
Utifrån citronsyracykelns intermediärer kan
aminosyror, nukleotider, hem, klorofyll
samt fettsyror bildas.
b) Elektroner från NADH lämnas vid proteinkomplex I och vandrar sedan via
ubiquinon till proteinkomplex III och IV där elektronerna lämnas till den
slutliga e--acceptorn O2 varvid H2O bildas. Elektroner från FADH2 lämnas
vid komplex II och vandrar också via ubiquinon till proteinkomplex III och
IV för att slutligen hamna i vatten. Vid elektrontransport sker protonpumpning
vid komplex I, III och IV. Detta leder till att pH blir lägre i
mellanmembransutrymmet än i matrix och den uppbyggda pH-gradienten
driver ATP-syntes då H+ strömmar tillbaka till matrix via ATP-syntas. Q
(ubiquinon) är ett mobilt protein som bär elektroner mellan komplex I resp.
II och proteinkomplex III.
c) 14:34, 7, 10
d) Enzymet katalyserar bildandet av malonylCoA vilket är det initiala steget i
fettsyrasyntesen så ändras dess aktivitet ändras förutsättningen för hela
fettsyrasyntesen (”flaskhals”). PalmitinCoA: Komplexet inhiberas på grund av s
k produktinhibering –
finns redan mycket av produkten.
6. a) i) fosforylering
ii) Syntesen stimuleras och nedbrytningen hämmas. Insulin utsöndras efter
måltid då kroppen har gott om energi och då bör energin lagras till ett senare
tillfälle.
b) G-proteiner är heterotrimera, d v s består av a-, b- och c-subenheter. Ga binder
en GDP i vilande läge och när G-proteinet aktiveras genom att en ligand
binder till en receptor ersätts GDP med GTP. Ga-GTP aktiverar i sin tur
adenylatcyklas vars produkt är cAMP som aktiverar protein kinas A (PKA)
som fosforylerar andra enzymer.
c) i) fosfodiesterbindningar
ii) vätebindningar
d) X1520 bör innehålla dubbelsträngat DNA eftersom innehållet av A=T och C=G
e) Alternativ b är korrekt (Tm (X) > Tm (Y)). Smälttemperaturen ökar ju fler CCbaspar som DNA:t innehåller eftersom ett GC-baspar hålls ihop av tre vätebindningar
vilket innebär att det krävs mer energi för att separera ett GC-baspar.
f) En aminosyra har ofta mer än ett kodon (undantag Met).
g) Translokeringen innebär att tRNA i P flyttas till E, tRNA med den växande
polypeptidkedjan flyttas till P och mRNA matas fram motsvarande 3
(
kvävebaser så ny kod exponeras i A. Systemet är nu redo för en ny
elongeringsrunda.