Tentamen med svarsmallar Biokemi KE7001p3, 22:e mars 2005, 0900 - 1500.
Max poäng = 70 p. Preliminär gräns för godkänd = 37 p (53 %).
1. a) Vad är avståndet mellan två kovalent bundna kolatomer? (0.5p)
b) Vilka atomslag kan fungera som acceptor eller donor i vätebindningar i
biologiska system? (0.5p)
c) Hur långt är det typiskt mellan donor och acceptor i en vätebindning? (0.5p)
d) Ange ett typiskt intervall för avståndet mellan två kolatomer i van der
Waalskontakt. (0.5p)
e) I ett protein upptäcker du en vätebindning mellan sidokedjan hos en glutaminsyra
(Glu) och syret i en asparaginsidokedja. Vilken laddning har då Glu-sidokedjan?
Rita en förklarande skiss! (1p)
f) Vad kallas den drivande kraften som gör att membraner hålls ihop och att
proteiner veckar sig? Hur fungerar den? (1p)
(4 p)
Svarsmall:
a) 1.54 Å (0.5p),
b) kväve, syre (0.5p) (svavel),
c) 2.4-3.5 Å (0.5p) (2.7-3.2 Å vanligast),
d) 3.5-4.5 Å (0.5p),
e) Syret i asparaginsidokedjan är ett karbonylsyre (dubbelbundet till kol) och där finns
alltså inget väte. För att det ska kunna bli en vätebinding måste det då finnas ett väte i
karboxylgruppen hos glutaminsyra som alltså måste vara protonerad och således
oladdad. (1p)
f) Hydrofoba effekten (0.5p). Hydrofoba delar av lipider eller proteiner klumpar ihop
sig för att undgå kontakten med vatten. (0.5p)
2. Vad krävs för att en (kemisk) reaktion ska kunna ske spontant?
(1 p)
Svarsmall:
Gibbs fria energi måste minska (1p), dvs produkterna måste ha lägre fri energi än
utgångsämnena (ΔG = ΔH – TΔS < 0).
3. Aminosyrornas sidokedjor har olika egenskaper. Para ihop aminosyresekvenserna
(1-4) med dess troliga plats i en globulär proteinstruktur (A-D).
1. Arg-Asn-Lys
2. Pro-Pro-Gly
3. X-Serin-X
4. Trp-Gly-Phe
(X=variabel)
A. Begravt i proteinet
B. Exponerat på proteinytan
C. I aktiva ytan på en grupp proteaser
D. I en loopregion
(2 p)
Svarsmall:
Svar: 1B, 2D, 3C, 4A
Totalt 2p (0,5p per rätt delsvar)
4. Rita upp den generella formeln för en dipeptid vid fysiologiskt pH.
Sidan 1 av 8
Rita bindningar och ev. laddningar. Markera N- och C-terminal, phi, psi och
peptidbindning och visa vilka som kan rotera.
(3 p)
Svarsmall:
Peptidbindning
- kan inte rotera
R1
O
α
H 3N
C
C
N-terminal
H
φ
ψ
Roterbara
bindningar
+
φ
= Phi-vinkel
R2
α
O
N
C
C
H φ H ψ
O
C-terminal
ψ = Psi-vinkel
Totalt 3p (1p för rätt formel, 0,5p för laddning, 0.5p för rätt bindningar, 0.5p för
roterbara, 0.5p för N- och C-terminal)
5. Du har isolerat ett nytt protein som du kallar Q vilket du vill försöka karaktärisera.
Bland annat så vill du bestämma molekylvikten hos Q.
a) Föreslå en metod att experimentellt bestämma molekylvikten hos protein Q i dess
nativa (oförstörda) form. Beskriv kortfattat principen för metoden och hur man kan
utföra ett sådant experiment. (3 p)
b) En kollega bestämmer aminosyrasekvensen för protein Q och finner att det består
av 2273 aminosyror. Hon tror sig veta att man från detta teoretiskt även kan beräkna
den ungefärliga molekylvikten men är lite osäker på hur man gör och kommer därför
upp med flera förslag: 25.000 Dalton, 250.000 Dalton eller 100.000 Dalton.
Vilken av molekylvikterna är troligen rätt? (1 p)
c) Det visar sig vidare att Q har förmåga att binda till glukos. Hur kan man utnyttja
detta för att rena Q? (1 p)
(5 p)
Svarsmall:
a) Använd gelfiltrering där separation sker efter storlek hos molekylerna.
Systemet består av två faser en fast och en mobil. Den fasta fasen består av porösa
kulor och den mobila är oftast en buffert. Separationen beror av molekylernas
förmåga att tränga in kulornas porer. Små molekyler vandrar långsammare än stora.
(1.5 p) För att bestämma molekylvikten får proteiner av känd molekylvikt först
passera genom en kolonn med gel och då deras elueringsvolymer är proportionella
mot molekylvikten kan en standardkurva konstrueras från dessa data. Låt därefter Q
passera genom samma kolonn och använd standardkurvan för att beräkna
molekylvikten (1.5 p).
b) 250.000 Dalton, då varje aminosyra i genomsnitt väger c:a 110 Dalton. (1p)
c) Konstruera någon typ av affinitetsgel till vilken glukos irreversibelt binds. Därefter
kan man packa en kolonn med denna gel som vidare används för att binda upp Q. (1p)
6. Definiera och beskriv kortfattat de tre stegen i molekylärbiologins "centrala
dogma", flödet av den genetiska informationen.
(3 p)
Svarsmall:
Sidan 2 av 8
DNA -> DNA = replikering (0.5p). DNA kopieras genom att varje kedja bildar mall
för komplementär kopiering (0.5p).
DNA -> RNA = transkription (0.5p). Vissa delar av DNA kopieras till RNA. En kedja
i DNA är mall för komplementär kopiering (0.5p).
RNA -> protein = translation (0.5p). mRNA används som mall för syntesen av protein
på ribosomen (0.5p). För varje aminosyra som inkorporeras i proteinet passas tre
baser i mRNA (kodonet) ihop med antikodonet på den tRNA-molekylen som för in
aminosyran till peptidsyntesen.
7. Varför kan man förutsäga ett proteins aminosyrasekvens om man känner genens
nukleotidsekvens, men ej bestämma en gens nukleotidsekvens om man känner
proteinets aminosyrasekvens?
(2 p)
Svarsmall:
Varje kodon i gensekvensen svarar mot en enda aminosyra (1p), därför kan vi
förutsäga proteinets sekvens från gensekvensen. Däremot så finns det mer än ett
kodon för de flesta aminosyrorna (1p), dvs. flera alternativa sekvenser är möjliga.
8. Redogör med hjälp av den s.k. "transition state"-teorin hur enzymer accelererar
kemiska reaktioner (för full poäng krävs både text och förklarande figur(er)!).
(3 p)
Svarsmall:
Korrekt figur med S, P, TS, aktiveringsenergi
markerade ger 1p. Hos (de flesta) enzymer finns en
ficka (aktiv yta, eng ”active site”) där den reaktion
som katalyseras sker. Fickan är specifikt konstruerad
för att binda till substrat och de övergångsformer
som passeras på vägen till produkt(er). Genom att
fickan är konstruerad så att den binder starkast till
övergångsformer (”transition states”) stabiliseras
dessa mer än t.ex. substrat och produkter (1p).
”Puckeln” mellan substrat och produkt i
energidiagrammet – som motsvarar
aktiveringsenergin – blir då lägre och då sker det fler
reaktioner per tidsehnhet, d.v.s. reaktionen går
snabbare (1p).
aktiveringsenergi
9. Hur fungerar proteolytisk aktivering? Ge två exempel på viktiga biokemiska
processer som regleras genom proteolytisk aktivering.
(3 p)
Svarsmall:
Proteolytisk aktivering sker genom enzymkatalyserad hydrolys (klyvning) (0.5p) av
(en eller några) peptidbindingar i icke-aktiva prekursorer som kallas zymogener eller
proenzymer (0.5p). Klyvningen leder till konformationsförändringar som i sin tur
leder till att den aktiva ytan formas (1p). Exempel: aktiveringen av
matsmältningsenzymer (0.5p) som trypsin, eller av enzymerna i blodlevringskaskaden
(0.5p).
Sidan 3 av 8
10. Enzymet E som följer Michaelis-Menten-kinetik har ett Km på 1μM
(mikromolar). Initiala hastigheten är 0.1 μM/min (mikromolar/min) vid en
substratkoncentration på 1000 μM (mikromolar). Vad är den initiala hastigheten när
[S] är lika med
a) 2 mM (millimolar) (1p)
b) 1 μM (mikromolar) (1p)
c) 3 μM (mikromolar)? (1p)
(3 p)
Svarsmall:
När [S] = 1000 μM så gäller [S] >> Km, och alltså är v0 = Vmax = 0.1 μM/min
a) för varje substratkoncentration större än 1000 μM , v0 = Vmax = 0.1 μ M/min (1p)
b) [S] = Km så v0 = Vmax/2 , eller 0.05 μM/min (1p)
c) Eftersom Km och Vmax är kända, kan Michaelis-Menten ekvationen användas för att
beräkna v0 vid varje substratkoncentration: v0 = Vmax [S] / ( Km + [S] )
För [S] = 3 μM:
v0 = (0.1 μM/min) (3 μM) / (1 μM + 3 μM) = 0.3/4 μM/min = 0.075 μM/min (1p)
11. Rita Lineweaver-Burke-plotten för
a) ett enzym i frånvaro och i närvaro av en kompetitiv inhibitor (1.5p)
b) ett enzym i frånvaro och i närvaro av en icke-kompetitiv (non-competitive)
inhibitor (1.5p)
Förklara hur de två typerna av inhibitorer fungerar, och hur Vmax och Km påverkas
av inhibitorerna. Ange i figurerna hur man får ut Vmax och Km, och glöm inte att
namnge axlarna!
(3 p)
Svarsmall:
a)
1/Vmax
b)
-1/Km
a) korrekt figur (samma skärningspunkt 1/V-axeln) samma Vmax, men högre Km i
närvaro av inhibitor (1p); inhibitor och substrat konkurrerar om aktiva ytan (0.5p)
b) korrekt figur (samma skärningspunkt 1/[S]-axeln) samma Km, men lägre Vmax i
närvaro av inhibitor (1p); binder till regulatorisk yta och påverkar aktiva ytan genom
konformationsförändringar (jmf heterotrop alloster effekt) (0.5p)
12. Illustrera i figur hur reaktionshastigheten varierar som funktion av substratkoncentrationen för
a) ett allosteriskt enzym (0.5p), och
b) ett enzym som följer Michaelis-Menten kinetik (0.5p).
Sidan 4 av 8
Glöm inte att märka axlarna!
c) Aspartatkarbamoylas katalyserar omvandlingen av aspartat och karbamoylfosfat till
karbamoylaspartat. Enzymet aktiveras kooperativt av båda substraten. En
bisubstratanalog, PALA, inhiberar enzymet vid höga koncentrationer, men aktiverar
enzymet vid låga koncentrationer. Förklara detta fenomen! (3p)
(4 p)
Svarsmall:
a)
b)
a) Figur med sigmoidal kurva (0.5p).
b) Figur med hyperbol kurva (0.5p)
c) Aspartatkarbamoylas är ett allosteriskt enzym som består av flera subenheter.
PALA binder starkt till aktiva ytan (bisubstratanalog). Vid höga halter binder PALA
till samtliga aktiva ytor och blockerar dessa (kompetitiv inhibering) (1p). Samtidigt
skiftar PALA aspartatkarbamoylas från den inaktiva (T) till den aktiva (R) formen
(1p). Vid låga halter av PALA förblir en del aktiva ytor fria samtidigt som enzymet
aktiveras allostert (1p).
13. Vid fysisk ansträngning används stora mängder av ATP av skelettmusklerna. För
att tillgodose musklernas energibehov används olika substrat för produktion av ATP
beroende på den fysiska aktivitetens varaktighet. Markera i figuren nedan vilka
substrat som används (1.5p) och ange om de används vid aerob eller anaerob
metabolism (1.5p).
creatinfosfat
glukos
fettsyror
(3 p)
Svarsmall:
Punktlinje: creatinfosfat (0.5p); streckad: glukos (0.5p); streckad med punkt: fettsyror
(0.5p).
De två första används vid anaerob metabolism 0,5 + 0,5 p) och fettsyror vid aerob
metabolism (0,5p).
Sidan 5 av 8
14. Vid en partiell svällt tillförs ingen näring utifrån, beskriv kortfattat vad som
händer i levern ( i biokemiska termer), efter flera timmars frånvaro av föda Samt
varifrån respektive metabolit härstammar ifrån (max 1 sida).
(6 p)
Svarsmall:
a. Glukos bildas från Leverglykogen. 1p
b. Glukos bildas från laktat, från skelettmuskler. 1p
c. Glukos bildas från glycerol, från lipolys i fettväven där glycerol och fria
fettsyror bildas triacylglycerol. 1p
d. Glukos bildas från glukogena aminosyror som kommer huvudsakligen från
musklerna. 1p
e. Fettsyra förbränningen (β-oxidationen) ökar, fettsyror från fettväven. 1p
f. Brist på glukos leder till brist på oxalacetat vilket resulterar i en ökad
ketonkroppsproduktion. 1p
15. Aspartataminotransferase har den högsta enzymaktiviteten av alla transaminaser i
levern hos människa och däggdjur. Förklara varför?
(2 p)
Svarsmall:
I ureacykeln överförs den andra aminogruppen från aspartat (1p). Aspartat genereras
genom transaminering av glutamat och oxalacetat till aspartat och alfa ketoglutarat, en
reaktion som katalyseras av apartat-aminotransaminas (1p). Detta medför att ca 50%
av alla aminogrupper som utsöndras som urea måste passera igenom
apartataminotransferas-reaktionen.
16. Du har fått arbete på ett biokemiskt utvecklingsföretag som arbetar med att
kartlägga förekomsten av bioaktiva ämnen i mervärdesmat (functional food). En av
de ”hetaste” substanserna för tillfället utgörs av det anticarcinogena ämnet genistein
(återfinns i bl.a. Soja) vilket inhiberar tyrosinkinas. Men misstanke finns att genistein
även inhiberar andningskedjan.
Din uppgift blir att ta reda på om, och var, denna substans inhiberar andningskedjan.
Beskriv kortfattat hur du går tillväga och vilken utrustning och reagenser du använder.
Till ditt förfogande har du den utrustning som ni använt under era laborationer i
biokemi.
(5 p)
Svarsmall:
Utrustning: syrgaselektrod med förstärkare och skrivare. 1p
Mitokondrier, tre olika substrat som lämnar sina elektroner vid de tre olika
komplexen (Glutamat, succinat, ask/TMPD) samt ADP (eller ATP + glukos +
hexokinas) och syremättad buffert. 2p
Utförande: Till glaskärlet tillsätts buffert, mitokondrier, substrat (glutamat) ADP.
Syreförbrukningen registreras. Tillsätt genistein, registrera syrgasförbrukningen.
Om syreförbrukningen avtar inhiberar genistein andingskedjan. 1p Men var?
Tillsätt ett substrat som lämnar sina elektroner vid complex 2 (succinat). Upprepa
med askorbat/tmpd för även det sista komplexet. 1p
17. Pentosfosfat-shunten: Vilket påstående är rätt?
Pentosfosfat-shunten
Sidan 6 av 8
a) Består av en serie reaktioner som inte har något samband med någon annan
metabolisk reaktionsväg.
b) Genererar NADH som reducerande ämne i biosyntes-reaktioner.
c) Producerar ribos-5-fosfat.
d) Kräver arabinos-5-fosfat.
(1 p)
Svarsmall:
c) är rätt svar (1p)
18. Citronsyracykeln: Vilket påstående är rätt?
Om pyruvat skall oxideras vidare i citronsyra cykeln
a) måste pyruvat omvandlas till oxalacetat
b) måste pyruvat omvandlas till acetyl-CoA genom oxidativ dekarboxylering.
c) måste pyruvat binda kovalent till ett litet enzym som katalyserar reaktionen.
(1 p)
Svarsmall:
b) är rätt svar (1p)
19. Vilken av följande aminosyror spelar en avgörande roll i transporten av
amoniumjoner från perifiära vävnader till levern?
a) Serin
b) Metionin
c) Glutamin
d) Arginin
(1 p)
Svarsmall:
c) Glutamin (1p)
20. Merparten av allt lagrat glykogen återfinns i skelettmuskeln. Trots detta används
inte muskelgykogen till att balansera blodglukosnivån. Vad används istället och varför
utnyttjas inte muskelgykogen?
(2 p)
Svarsmall:
I muskeln saknas enzymet glukos6-fosfatas vilket medför att glukosgruppen inte kan
spjälkas bort och därmed exportera ut glukos ut ur cellen (1p). I levern däremot finns
ovanstående enzym och därmed regleras blodglukosnivån huvudsakligen genom att
leverglykogen bryts ned till glukos som transporteras ut i blodet. (1p)
21. Visa med en enkel skiss huvudkomponenterna i fotosyntesens ljusreaktion hos
växter.
(5 p)
Svarsmall:
Huvudkomponenterna är:
1. Ett vattenspjälkande komplex (0.5p)
2. Ett reaktionscenter, fotosystem II (PS II) proteiner + pigment, t.ex. klorofyll (1p)
3. Ett proteinkomplex som binder elektrontransportörer (0.5p)
4. Ytterligare ett reaktionscenter, fotosystem I (PS I) (1p)
Sidan 7 av 8
5. Ytterligare ett proteinkomplex som binder elektrontransportörer (0.5p)och en slutlig
elektronmottagare (NADP+) (0.5p)
6. ATP syntetas, ett enzym som syntetiserar ATP och som drivs av and protongradient (pH-gradient) (1p)
Ev. kan man också ta med antennkomplex och mobila elektronbärare som plastokinon
och plastocyanin
Fotosystem II
Cytokrom bf
-komplex
Fotosystem I
ATPsyntas
22. Kolmetabolism
a) Beskriv kolets kretslopp med en enkel skiss (1p)
b) Till skillnad från däggdjur (t. ex. människan) kan växter tillgodose sitt behov av
kolhydrater genom nysyntes från oorganiskt kol. Vad kallas processen och vilken är
den primära reaktionen i processen? (2p)
c) Vad heter enzymet som katalyserar denna reaktion som är unik för växter (och
andra fotosyntetiserande organismer)? (1p)
d) På vilket sätt påverkar luftens syre flödet och energiutbytet i reaktionen? (2p)
(6 p)
Svarsmall:
Svar: a) Se skiss. Autotrofer fixerar luftens koldioxid
(CO2) som omvandlas till kolhydrat (CH2O)n och
spjälkar vatten (H2O) till syre (O2). Processen drivs av
solljusenergin. Heterotrofer livnär sej på kolhydrater
som producerats av autotrofer och använder syre till
förbränning, varvid vatten bildas. (1p)
b) Processen är kolfixering (Calvin-cykeln, reduktiva
pentosfosfatcykeln, eller mörkerreaktionen). Luftens
koldioxid binds till (fixeras i) ribulos-1,5-bisfosfat,
varvid triosfosfat/hexoser bildas.(2p)
c) Ribulos-1,5-bisfosfatkarboxylas/oxygenas eller
Rubisco. (1p)
d) Luftens syre konkurrerar med koldioxid i Rubisco's aktiva yta. Oxygenering av
ribulos-1,5-bisfosfat leder till bildning av en molekyl 3-fosfoglycerat (3PGA) och en
molekyl 2-fosfoglycerat (i stället för två 3PGA), d.v.s. inget CO2 fixeras.
Nedbrytning/omvandling av 2-fosfoglycerat som bildas, fotorespiration, är en
Sidan 8 av 8
energikrävande process (kräver extra ATP och NADH), som resulterar i att kol
avlägsnas ur Calvincykeln genom att koldioxid i stället avges. (2p).
23. Molekylära motorer som skall förflytta sig en längre sträcka behöver ett spår att
följa. Proteinerna actin och myosin som är de huvudsakliga aktörerna i vårt
muskelarbete är ett exempel på detta.
a) Vilken av dessa proteiner är motorn och vilken är spåret?
b) Vilket NTP måste binda till motorn för att den skall kunna förflytta sig?
(2 p)
Svarsmall:
a) Myosin-motor, actin-spår. b) ATP. Totalt 2p (1p på varje)
Sidan 9 av 8
