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?
Svar: 3. a) Vid enzymkatalys binder enzymet in substratet/substraten till aktiva ytan.
Närhet och orientering är förutsättning för katalys.
Ju högre halt substat desto fler substratmolekyler omvandlas till produkt →
reaktionshastigheten ökar.
När [S] är tillräckligt högt nås en maxgräns för
hastigheten – i detta läge arbetar enzymet med
sin maximala hastighet (vmax) → så fort ett S
omvandlas till P så står nästa S och väntar!!
Vid höga [S] är alla enzymmolekyler upptagna
med 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.
3. b) Ge två förslag på hur enzymers aktivitet specifikt kan regleras.
Svar 3. b): Nämn två fall av följande regleringssätt
*Allosterisk reglering – exempel ’feedbackinhibering’
*Olika isoformer av enzymet i olika organ – Aktiviteten beror av organets behov
* Reversibel kovalent modifiering – exempel fosforylering
* Proteolytisk aktivering – exempel zymogenaktivering
* Transkriptionell reglering – nysyntes av enzymer
3. c) Många reaktioner i cellen är energetiskt ogynnsamma. Vad innebär detta termodynamiskt?
Svar: 3. c) Då ΔGo´ är större än 0. Energin hos reaktanterna (R) är lägre än för produkterna (P)
Gibbs energi
P
∆G = GP-GR; Om GP > GR → ∆G > 0
Reaktionen är energetisk ogynnsam
R
Reaktionskoordinat
Gibbs energi
R
∆G = GP-GR; Om GP < GR → ∆G < 0
Reaktionen är energetisk gynnsam
P
Reaktionskoordinat
3. d) Hur kan en energetiskt ogynnsam reaktion fås att blir gynnsam?
Svar: 3. d) En ogynnsam reaktion kan kopplas till en gynnsam rektion, tex ATP-hydrolys.
Utan ATP; Malonyl CoA har högre energi än Acetyl CoA→ reaktionen är energetisk
ogynnsam
Med ATP; Energi för AcetylCoA + ATP tillsammans är högre än energin för MalonylCoA +
ADP + Pi tillsammans → reaktionen är energetisk gynnsam
3. 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?
Svar: 3. e) Syntes av ATP kommer att minska eller helt avta. Protongradienten driver
ATP-syntesen. Delar av ATP-syntas fås att rotera beroende på protontransport över
membranet. Denna rotation driver en konformationsförändring som i sin tur
åstadkommer ATP-syntesen.
+ +
H +
H+ H
+
+
+ H H H+H
H
H+
+
+ H
H+ H+
H
+
H
H+
H+
+
H+ H+H
H+
ATP
Syntas
Frikopplare
H+
ATP
Syntas
H+
ADP + Pi
ADP + Pi
H+
ATP
ATP
H+
H+
H+
Mycket ATP
H+
Lite ATP
4. a) Vad menas med en katabol resp. anabol process?
Svar: 4. a) En katabol process är en nedbrytande process medan en anabol process är en
syntetiserande process.
4. b) Vilken typ av kemiska reaktioner katalyserar ett
i) dehydrogenas?
ii) karboxylas?
Svar: 4.b) i) oxidation
ii) karboxylering, alltså addition av en karboxylgrupp till ett substrat.
Oxidation:
Succinatdehydrogenas
Karboxylering:
acetylCoAkarboxylas
4. 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?
Svar: 4. c) Glykolysen sker i cytosolen och slutprodukten är pyruvat. I närvaro av syre
omvandlas pyruvat till acetylCoA som bryts ner vidare i citronsyracykeln. Då syretillgången
är låg i våra muskler (vid hög muskelaktivitet) omvandlas pyruvat till laktat.
FERMENTATION
I brist på syre
4. d) Vilket kontrollenzym är det viktigaste då det gäller att reglera glykolysens hastighet?
Svar: 4. d) fosfofruktokinas
Enzymet fosfofruktokinas regleras av ATP och av AMP
Hög halt ATP binder till enzymet och vilket minskar enzymets affinitet för fruktos 6-fosfat
Reaktionen går långsammare vid hög halt ATP jämfört med låg halt ATP
Hög halt AMP aktiverar enzymet – Hög halt AMP visar på att det är stor brist på ATP
ADP + ADP ↔ ATP + AMP
4. 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.
Svar: 4. e)
i) Glukos är hjärnans främsta energikälla vilket gör att vid omständigheter då
kroppen inte försörjs med näring i tillräcklig grad så måste kroppen kunna
syntetisera glukos utifrån vanliga metaboliter.
ii) Om [ATP] är hög aktiveras glukoneogenesen för att tillverka glykogen som
förvaringsmolekyl för energi
4. 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.
Svar: 4. 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 + 1·1.5 + 1 ATP = 10 ATP. Av
kolet bildas CO2.
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.
Svar: 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 α-ketoglutarat, fumarat, oxaloacetat o s v.
Utifrån citronsyracykelns intermediärer kan aminosyror, nukleotider, hem, klorofyll
samt fettsyror bildas.
5.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)?
Svar: 5. 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.
+ +
H +
H+ H
+
+
+ H H H+H
H
Cytcred
H+
+
+
+
4H
4H
2H
Mellanmembranutrymmet
Innermembranet
Komplex I
2e-
Komplex II
NADH NAD+ + H+
FADH2
2e-
e-
QH2
e-
Cytcox
Komplex IV
4e-
Komplex III
eQ + 2H+
Matrix
e-
ATP
Syntas
ADP + Pi
Matrix
4H+ + O2 2H2O
ATP
FAD
H+ H+ H+
5. c) Hur namnges följande fettsyra?
CH3CH2CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH2COOH
Svar: 5. c) 14:3∆4, 7, 10
5. 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.
Svar: 5. d) Enzymet katalyserar bildandet av malonylCoA vilket är det initiala steget i
fettsyrasyntesen. Om dess aktivitet ändras så ändras förutsättningen för hela
fettsyrasyntesen (”flaskhals”).
PalmitinCoA inhiberar acetylCoAkarboxylas genom s k produktinhibering – finns det
redan mycket av produkten så behöver vi inte bygga upp fler fettsyror
6. a) Serin, treonin och tyrosin är aminosyror som ofta spelar en nyckelroll i enzymer då de
kan modifieras kovalent (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.
Svar: 6. a)
i) Fosforylering
ii) Syntesen av glykogen stimuleras av insulin och nedbrytningen av glykogen hämmas.
Insulin utsöndras efter måltid då kroppen har gott om energi och då bör energin lagras
till ett senare tillfälle.
6. 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?
SVAR: 6. b) G-proteiner är heterotrimera, d v s består av α-, β- och γ-subenheter. Gα
binder GDP i vilande läge och när G-proteinet aktiveras genom att en ligand
binder till en receptor ersätts GDP med GTP. Gα-GTP aktiverar i sin tur
adenylatcyklas som omvandlar ATP till cAMP som aktiverar protein kinas A (PKA)
som fosforylerar andra enzymer.
6. 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?
Svar: 6. c)
i)
3’,5’ fosfodiesterbindningar
ii) vätebindningar
Vätebindningar mellan
kvävebaserna håller ihop kedjorna
6. d) Virus kan innehålla enkelsträngat eller dubbelsträngat DNA. Vid analys av
virus-stammen 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.
Svar: 6. d) X1520 bör innehålla dubbelsträngat DNA eftersom innehållet av A=T och C=G
6. e) Jämför smälttemperaturen (Tm; den temperatur som krävs för att separera 50% av
DNA-strängarna) för DNA-fragmenten X och Y: Anta att DNA fragmenten är lika stora
X, som innehåller 20% adenin
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)
Svar: 6. e) Alternativ b är korrekt (Tm (X) > Tm (Y)).
Smälttemperaturen ökar ju fler GC-baspar 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 jämfört med ett AT-baspar som bara har två vätebindningar.
Om dubbelsträngat X innehåller 20% A så måste dessa vätebinda med 20% T. Resterande
60% utgörs då av GC-baspar. Motsvarande siffra för fragment Y är 40% GC-baspar.
6. f) Vad menas med att genetiska koden är degenererad?
Svar: 6. f) En aminosyra har ofta mer än ett kodon (undantag Met).
Ex:
CGU = Arg
CGC = Arg
CGA = Arg
CGG = Arg
AGA = Arg
AGG = Arg
En aminosyra kan kodas av flera kodon = den genetiska koden är degenererad
6. g) Vad sker vid translokaliseringssteget i translationen?
Svar: 6. g) Translokeringen innebär att fritt tRNA i P flyttas till E, tRNA med den växande
polypeptidkedjan flyttas från A till P och mRNA matas fram motsvarande 3 baser så att
ett nytt kodon exponeras i A-sitet. Systemet är nu redo för en ny elongeringsrunda.
E P A
E P A
E P A
