Omtentamen KE0026, 10p, 2003-07

Omtentamen KE0026, 10p, 2003-07-04. Max poäng = 76p. Preliminär gräns för
G utan bonus = 57p.
Glöm ej kodnummer på varje blad!
Skriv och rita tydligt!
Lycka till!
1.
Proteiner tillverkas på ribosomer genom att aminosyror kopplas kovalent till
varandra i en bestämd ordning. Polypeptidkedjan veckas till en kompakt
tredimensionell struktur vilken är den funktionella formen av proteinet.
a) Vad bestämmer ordningsföljden av aminosyror i polypeptiden? (0.5p)
b) Vilken är den huvudsakliga drivkraften som får polypeptidkedjan att anta
en kompakt form? (0.5p)
c) Vilka typer av interaktioner (förutom de kovalenta bindningarna inom
peptidkedjan) stabiliserar proteinets tredimensionella struktur? (1p)
Olika aminosyror har olika strukturella och kemiska egenskaper och återfinns
därför generellt på olika platser i ett protein. Till exempel så är aminosyrorna
G och P vanliga i beta-böjar.
d) Förklara vilka egenskaper var och en av dessa två aminosyror har som gör
att de ofta förekommer i beta-böjar (1p)
e) En av ovanstående aminosyror återfinns endast sällan i alfahelixstruktur.
Vilken aminosyra och varför passar den dåligt i en alfahelix? (1p)
(4p)
Rättningsmall fråga 1:
a) Ordningen bestäms av bassekvensen hos genen som kodar för proteinet (0.5p)
b) Hydrofoba effekten (0.5p)
c) Vätebindningar, van der Waals-interaktioner, elektrostatiska interaktioner
(0.75p)
d) Glycin saknar sidokedja och phi & psi-vinklarna kan därför anta i stort sett
vilka värden som helst Ë huvudkedjan kan böjas kraftigt (0.5p). Hos prolin
binder sidokedjan tillbaks till huvudkedjan och gör därmed en ”knix” på denna
genom att “låsa” phi (0.5p).
e) Prolin (0.25p). Alfahelix stabiliseras av vätebindningar mellan C=O (på
aminosyra n) och NH (på aminosyra n+4); prolin saknar väte på peptidkvävet
som därför inte kan delta i vätebindning. (0.75p)
2.
Enzymet FMDH har subenhetskompositionen a3b3gd, och varje a-subenhet
har två domäner. Hur många N- respektive C-terminaler finns det?
(1p)
Rättningsmall fråga 2:
8 st av varje (en N- och C-terminal per subenhet). (1p)
3.
När ett bi försvarar sig genom att sticka någon sprutar det in ett gift som bland
annat innehåller peptidtoxinet apamin. Apamin har aminosyrasekvensen
CNCKAPETALCARRCQQH
och det finns två disulfidbryggor. Klyvning med trypsin ger två fragment. Var
finns S-S-bindingarna?
(1p)
Rättningsmall fråga 3:
Mellan C1 och C3, och mellan C11 och C15 (1p)
4.
a) Beskriv kortfattat principen för jonbyteskromatografi och hur ett typiskt
sådant experiment kan utföras. (2p)
b) Proteinet X har visat sig binda till en jonbytare med liganden DEAE
(positivt laddad ligand) vid pH 6.5. Proteinet visar sig dock vara något
instabilt vid detta pH och du beslutar dig därför att byta till en buffert med pH
8.0. Tror du att X som har en isoelektrisk punkt på 5.2 fortfarande binder till
DEAE i detta fall? Varför? (2p)
c) För analys av dina proteinfraktioner använder du dig av SDSPolyakrylamidgelelektrofores (SDS-PAGE) som bl.a. kan ge en uppfattning
om renheten hos dina prover. Vilken funktion har SDS (anjonisk detergent) i
detta sammanhang? (1p)
(5p)
Rättningsmall fråga 4:
a) I jonbyteskromatografi utnyttjar man förmågan hos molekyler att binda
reversibelt till immobiliserade laddade grupper. Beroende på proteinets
laddning vilket i sin tur beror av pH väljer man positivt eller negativt laddade
ligander. (1.0 p)
Ett experiment kan gå till på så sätt att man packar en kolonn med önskad
jonbytare och jämviktar denna i en buffert med låg jonstyrka. Provet
appliceras och kolonnen tvättas med 2-3 kolonnvolymer av buffert med låg
jonstyrka, detta för att obundet material ska få tillfälle att tvättas bort från
kolonnen. Bundet material kan senare elueras genom att jonstyrkan höjs. (1.0
p)
b) Ja, X binder till DEAE vid pH 8.0. (1p). X som har en isoelektrisk punkt på
5.2 bör ha en negativ nettoladdning vid alla pH:n som överstiger detta värde.
X har alltså troligen en ännu större negativ laddning vid pH 8.0. (1 p)
c) Den negativt laddade SDS-molekylen bryter upp alla icke-kovalenta
bindningar vilket gör att proteinets tredimensionella struktur förstörs och
proteinet förses med en negativ överskottsladdning. (1p)
5.
a) Syretransport och lagring av syre i musklerna ställer olika krav på de
inblandade proteinerna. Beskriv med hjälp av bindningskurvor hur
syrebindning till myoglobin och hemoglobin skiljer sig åt och förklara
kortfattat hur skillnaderna uppkommer! Vad kallas den egenskap som gör att
hemoglobin kan fungera som en effektiv syretransportör? (4p)
b) Beskriv en heterotrop alloster effekt hos hemoglobin. (1p)
(5p)
Rättningsmall fråga 5:
a) Hyperbol kurva för Mb – binder starkt även vid de låga syretrycken ute i
vävnad. Sigmoidal kurva för Hb – binder svagare vid lågt syretryck. (1p)
Strukturell bakgrund:
Hemoglobin består av fyra Mb-liknande subenheter som kan existera i två
olika former: R och T (0.5p). R och T står i jämvikt med varandra (0.5p). T
(deoxyHb) binder syre svagt; R (oxyHb) binder syre starkt (0.5p).
Bindning av syre förskjuter jämvikten mot R-formen så att mer R-Hb finns i
lungorna; vid låga syretryck förskjuts jämvikten mot T-formen och mer syre
kan avges (0.5p).
Detta sker genom att olika Hb-subenheter kommunicerar med varandra genom
konformationsförändringar orsakade av syrebindning (0.5p).
Egenskapen kallas kooperativ bindning eller (homotrop) allosteri (0.5p).
b)
Bohreffekten = sur miljö (H+) och CO2 "sköljer ut" O2 från Hb genom at
stabilisera deoxyHb.
BPG i hålrummet i mitten av deoxyHB-tetrameren och stabiliserar den så att
mer syre kan avges till musklerna. I syrefattig miljö ökas produktionen av
BPG.
(1p för ett korrekt exempel).
6.
Beräkna DG´ för ATP-hydrolys i en cell vid 37°C där [ATP] = 3 mM, [ADP]
= 0.2 mM och [Pi] = 50 mM. (2p)
Rättningsmall fråga 6:
-45.2 kJ/mol
7.
Serinproteaser utsöndras som zymogener från bukspottkörteln. Efter
aktivering i tarmen klyver de peptidkedjor med en gemensam katalytisk
process, men varje serinproteas har olika specificitet och klyver
peptidbindningar efter olika aminosyror. T. ex. klyver chymotrypsin
peptidkedjor efter aminosyrarester med aromatiska eller andra stora
sidokedjor, medan trypsin klyver efter positivt laddade sidokedjor.
a) Förklara med en figur hur denna substratspecificitet uppkommer. (2p)
b) Genom kinetiska mätningar kan man bestämma kcat/KM (den s.k.
specificitetskonstanten), som är ett mått på hur effektivt ett enzym är med
avseende på ett substrat jämfört med ett annat. Förklara varför kcat/KM är ett
bra mått på enzymeffektivitet. (2p)
c) Följande tabell ger kcat och KM för ett antal artificiella chymotrypsinsubstrat. Vilken av aminosyrorna Phe och Tyr föredrar enzymet att klyva
efter? (2p)
Substrat
AcTyr
AcPhe
AcTyr
AcPhe
AcTyr
AcPhe
-
NH2
NH2
GlyNH2
GlyNH2
AlaNH2
AlaNH2
kcat
(s-1)
0.17
0.06
0.64
0.14
7.5
2.8
KM
(mM)
32
31
23
15
17
25
(6p)
Rättningsmall fråga 7:
a) 2p för figur enl sid. 187 (fig 6.21) i boken eller liknande (olika fickor för
binding av olika typer av sidokedjor).
b) Vid låga substratkoncentrationer ges reaktionshastigheten av kcat/KM. Har
man då två substrat med samma koncentration [A] och [B] får man för en
given enzymkoncentration
vA = (kcat/KM)A * [E][A]
vB = (kcat/KM)B * [E][B]
Om [A] = [B] får vi
vA/ vB = (kcat/KM)A / (kcat/KM)B
c) Chymotrypsin föredrar att klyva efter Tyr – genomgående högre kcat/KM
8.
En kollega föreslår att du ska göra ett ”super-chymotrypsin” som är mycket
snabbare än vildtypen genom att göra punktmutationer som gör att enzymet
binder substratet starkare. Är detta ett bra förslag? Varför/varför inte? Visa i
ett energidiagram hur reaktionen förlöper i frånvaro av enzym, i närvaro av
chymotrypsin, och i närvaro av “super-chymotrypsin.”
(3p)
Rättningsmall fråga 8:
Det är ett dåligt förslag (om mutationen inte samtidigt gör att TS binds ändå
starkare). Starkare substratbinding sänker energin för ES vilket (under
förutsättning att inget annat påverkas) höjer aktiveringsenergin för reaktionen
och alltså gör att reaktionen går långsammare (3p).
9.
a) Liksom många andra enzymer följer serinproteaserna Michaelis-Mentenkinetik. Skriv det allmänna reaktionsschemat för en enzymkatalyserad
reaktion som följer MM-kinetik. Glöm inte hastighetskonstanterna! Ange hur
reaktionshastigheten v0 = D[P]/Dt beror av koncentrationen av
Michaeliskomplex. (1p)
b) Hur påverkar ett enzyms Km respektive kcat förhållandet mellan
koncentration av substrat och produkt vid jämvikt? (1p)
c) Km kan ha samma värde som dissociationskonstanten (Ks) för sönderfall av
ES-komplexet, och är då ett mått på hur hårt substratet binds, men bara under
en viss förutsättning. Vilken? (1p)
d) Visa i en Lineweaver-Burkeplot skillnaden mellan en enzymkatalyserad
reaktion utan inhibitor och i närvaro av i) en kompetitiv inhibitor och ii) en
ickekompetitiv (non competitive) inhibitor. (1p)
(3p)
Rättningsmall fråga 9:
a)
E + S = ES ‡ E + P (0.5p)
v0 = kcat [ES]
(0.5p)
b) Inte alls (1p)
c) Km = (k-1 + kcat)/k1. Om kcat << k-1 blir Km = Ks (1p)
d) Plot 1/v0 vs 1/[S] med rät linje skärande x och y axlarna (0.5p). Kompetitiv:
gemensam skärningspunkt y-axeln (samma Vmax) (0.5p). Icke-kompetitiv:
gemensam skärningspunkt x-axeln (samma KM) (0.5p).
10.
Många kalciumbindande proteiner använder ett liknande motiv, en s.k.
kalciumbindande EF-hand, för att binda kalciumjoner (se bild). Motivet består
av två helixar förbundna med en loop. Nedan visas sekvensen i EF-handen
från tre olika kalciumbindande proteiner. Identifiera de konserverade
aminosyrorna och ange för var och en en trolig anledning till att den är
konserverad.
Parvalbumin
Calmodulin
Troponin-C
V K
F K
L A
<--
K A E
E A F
D C F
helix
A
S
R
E
I I D Q D K S G F I E E D E L K
L F D K D G D G T I T T K E L G
I F D K N A D G F I D I E E L G
--><---loop
----><--
L F L
T V M
E I L
helix
Q
R
R
F
N E
S L
A T
-->
(2p)
Rättningsmall fråga 10:
Parvalbumin
Calmodulin
Troponin-C
V K K A E A I I D Q D K S G F I E E D E L K L F L Q N E
F K E A F S L F D K D G D G T I T T K E L G T V M R S L
L A D C F R I F D K N A D G F I D I E E L G E I L R A T
*
*
*
* *
G, I, L är konserverade av strukturella skäl (1p). I, L p.g.a. packning, G
behövs i loopen för att den skall böjas rätt så att kalciumliganderna hamnar på
rätt plats.
D, E (negativt laddade) funktionella skäl - binder kalciumjonen (1p).
11.
Metanol är ett mycket farligt gift, inte på grund av sin egen biologiska aktivitet utan
p.g.a. att metanolen metaboliskt omvandlas till formaldehyd m.h.a. enzymet
alkholdehydrogenas. Formaldehyden kan inte effektivt metaboliseras vidare utan
ackumuleras i kroppen med allvarliga konsekvenser. Ett led i behandlingen av
metanolförgiftning går ut på att ge den förgiftade stora doser etanol. Förklara varför
detta är en effektiv behandling. (2p)
Rättningsmall fråga 11:
i) Etanol fungerar som en kompetitiv inhibitor för metanolreaktionen
ii) Då etanolen oxideras bildas stora mängder NADH så att jämvikten
metanol + NAD+ = formaldehyd + NADH förskjuts mot metanol
12.
a) Vilka huvudtyper av lipider hittar man i cellmembran, och hur ser
grundstrukturen för lipid ut? (1p)
b) Visa schematiskt hur ett cellmembran ser ut. Beskriv kortfattat hur
egenskaper hos lipiderna påverkar cellmembranets egenskaper. (2p)
c) Lipiddelen av ett biologiskt membran är ca 3 nm tjock. Uppskatta hur
många hydrofoba aminosyror som behövs i en transmembranhelix som ska gå
vinkelrätt genom membranet (för att få poäng ska du inte bara ange en siffra
utan också tala om hur du kommer fram till svaret). (1p)
(4p)
Rättningsmall fråga 12:
a) Fosfolipider (2 fettsyror med polär fosfatbunden huvudgrupp) (0.5p)
Kolesterol (4 ringar med några dubbelbindningar) (0.5p)
b) Dubbelmembran bildas genom att de hydrofoba svansarna packas mot
varandra med de hydrofila huvudgrupperna ut mot vatten (0.5p). Kolesterol är
hydrofobt och återfinns inuti membranet tillsammans med fosfolipidernas
svansar (0.5p). Membranen är lättrörliga vid normala temperaturer. Kolesterol
påverkar packningen mellan svansarna så att membranen förblir lättrörliga
även vid lägre temperaturer (d.v.s. kolesterol sänker smältpunkten för
membranet) (0.5p). Omättade fettsyror i svansarna hos fosfolipider ger en
liknande effekt (0.5p).
c) 20 aminosyror (3.6 aminosyror per varv x 30Å/5.4Å = 20) (1p)
13.
Du har fått jobb på ett livsmedels-/foder-företag. Företaget har tagit fram en
ny produkt som skall lanseras som ett hälsopreparat. Resultaten vid
utfodringsförsök på djur har inte givit tillfredsällande resultat och det
misstänks att någon eller några av de växtsubstanser som finns i preparatet
inhiberar andningskedjan. Du får nu tillfälle att utnyttja de teoretiska och
praktiska färdigheter som du erhållit i biokemi. (Du erhåller ett färdigt extrakt
klart att användas). Hur går du tillväga för att bestämma var i andningskedjan
inhiberingen sker. (5p)
Rättningsmall fråga 13:
Till en suspensionen innehållande mitokondrier, buffert, substrat (glutatmat (NADH))
och ADP (eller ADP-genererande system) tillsätts extraktet. Förändring i
syrgaskonsumtion registreras.
Om inhibering sker tillsätts nästa substrat (Succinat (FADH2)) om inhibering sker
tillsätts askorbat/TMPD.
Om syrgaskonsumtionen ökat efter tillsatts av succinat sker inhiberingen mellan
Komplex 1 och 2.
Om andningen kommer igång efter tillsatts av askorbat/TMPD sker inhibering mellan
komplex 3 och 4.
Om ingen ökning av syrgas-konsumtionen sker inhiberas överföringen av elektroner
från komplex 4 till O2 .
3p plus 2p för disskussion om var ev. inhibering sker.
14.
Fosfofruktokinas I och fosfofruktokinas II spelar en viktig roll i glykolysens
reglering. Beskriv kortfattat hur dessa två enzymer regleras och hur de reglerar
övriga glykolysen. (4p)
Rättningsmall fråga 14:
F-2,6-BP (produkt från PFK II) aktiverar PFK I (1p). PFK II aktiveras eller
inaktiveras hormonellt genom reversibel fosforylering (1p). F-1,6-BP (produkt
från PFK I) aktiverar pyruvatkinas (feedforwardaktivering) (1p). PFK I är
allostert; aktiveras (förutom av F-2,6-BP) av AMP, inaktiveras av ATP och
citrat (1p).
15.
De flesta djur lägger upp ett reservföråd av energi i form av fett. Hur mycket
mer energi i form av ATP-ekvivalenter erhålls då en mol steraninsyra (C18:0)
oxideras jämfört med en mol glukos. Endast den energi som erhålls i
citronsyracykeln och via oxidativ fosforylering skall redovisas (inga tidigare
steg). I citronsyracykeln genereras 3 NADH, 1 FADH2 och en GTP per varv.
(3p)
Rättningsmall fråga 15:
Vid förbränning av 1 mol glukos erhålls 2 mol acetyl CoA
Vid förbränning av sterarinsyra erhålls 9 mol acetyl CoA
3 NADH= 3x2.5= 7.5 ATP
1 FADH2= 1x1.5 =1.5 ATP
1 GTP =1x1= 1 ATP
Summa :10 ATP per acetyl CoA
1 mol Glukos = 20 ATP
1 mol stearinsyra = 90 ATP
16.
a) Vilket ämne reagerar med oxaloacetat i citronsyracykelns första steg? (1p)
b) Vilka processer förser citronsyracykeln med detta ämne? (1p)
c) Om en cell befunnit sig i vila kan oxaloacetatet ha förbrukats och då kan
alltså inte citronsyracykeln fungera. Hur kan oxaloacetat nyproduceras för att
starta cykeln igen? (1p)
(3p)
Rättningsmall fråga 16:
a) Acetyl-CoA (1p)
b) från pyruvat (glykolys) eller från betaoxidation av fettsyror (1p).
c) Pyruvatkarboxylas och PEP-karboxylas katalyserar syntes av oxaloacetat
(1p).
17.
a) Beskriv huvudkomponenterna i fotosyntesens ljusreaktion. Illustrera gärna
med en enkel skiss. (2.5p)
Besvara sedan följande frågor:
b) Var sker fotosyntesens ljusreaktion? (0.5p)
c) Vad heter den vanligaste ljusinfångande komponenten hos växter? (0.5p)
d) Vilken allmän fysikalisk egenskap hos molekylerna som ingår i
ljusreaktionen utnyttjas för att transportera elektroner? (0.5p)
e) Varifrån tas elektronerna? (0.5p)
f) Vilken är den slutliga elektron-mottagaren? (0.5p)
(5p totalt)
Rättningsmall fråga 17:
a)
· Ett (biologiskt) membran (0.25p)
· en elektronkälla (H2O) (0.25p)
· ljusinfångande pigment (klorofyll) (0.25p)
· elektrontransporterande kofaktorer (redox-centra) (0.25p)
· protein (reaktionscenter (0.25p), cytokrom bf-komplex (0.25p))
· vattenlösliga elektronbärare (cytokrom c (0.25p), plastocyanin (0.25p))
· elektron-mottagare (NADP+) (0.25p)
· ljus (0.25p).
See t.ex. Fig 16.7 i Horton.
b) I kloroplasternas tylakoidmembran. (0.5p)
c) Klorofyll (a) (0.5p)
d) Reduktionspotentialen (redox-potentialen). (0.5p)
e) H2O (0.5p)
f) NADP+ (0.5p)
18.
Vilka egenskaper hos deoxynukleotider gör att dessa kan bygga upp en
dubbelhelix?
(2p)
Rättningsmall fråga 18:
Sockret (ribos) har en fri 3’-hydroxyl som kan bilda en fosfoesterbindning till 5’
fosfatgruppen på en annan nukleotid så att nukleinsyrakedjor bildas (1p).
Kvävebaserna vätebinder till varandra; A-T, G-C. De flata kvävebaserna stackar
mot varandra inuti dubbelhelixen. (1p)