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Übungsaufgaben - SS 2008



Bioenergetik II

  1. Bei der anaeroben Glykolyse werden in der Laktatdehydrogenasereaktion Elektronen von NADH + H+ auf Pyruvat übertragen. Das Halbelement NAD+/NADH + H+ hat ein Standardreduktionspotential Eo' von = -0,32 V, das Halbelement Pyruvat/Laktat hat ein Eo' von = -0,185 V.
    a) Formulieren Sie die Reaktion mit Angabe der Richtung des spontanen Reaktionsablaufs.
    b) Berechnen Sie den DEo'- und den DGo'-Wert für diese Reaktion.
    c) Berechnen Sie den den DG' Wert, wenn die Laktatkonzentration in der Zelle 105 mal höher als die Pyruvatkonzentration ist und [NAD+] = [NADH] ist. .
    (F = 96500 C/mol; R = 8,315 J/mol K)

  2. Berechnen Sie die Potentialdifferenz an einer Glaselektrode, die aus einer pH-Differenz von 1 resultiert (z.B innen ein pH von 7 und außen ein pH von 8).
    (F = 96500 C/mol; R = 8,315 J/mol K).


Lösungsvorschläge
  1. a) NADH + H+ + Pyr g NAD+ + Lakt
    b) + 0,135 V; -26055 J/mol
    c) + 2472 J/mol
  2. 0,059 V li>


Bioenergetik I

  1. In der Glykolyse wird Fructose-6-phosphat (F6P) in zwei aufeinander folgenden Reaktionen durch die Phosphofructokinase und die Aldolase zu Glycerinaldehyd-3-phosphat (GAP) und Dihydroxyacetonphosphat (DHAP) umgewandelt.

    Berechnen Sie das DGo' der Umwandlung von Fructose-6-phosphat zu Glycerinaldehyd-3-phosphat und Dihydroxyacetonphosphat.

    F6P  g  F1,6P dummy DGo' = - 17,2 kJ/mol
    F1,6P  g  GAP + DHAP dummy DGo' = + 22,8 kJ/mol

  2. Glukose-6-phosphat (Glc-6-P) wird enzymatisch bei pH 7 und 25 °C in Glukose (Glc) und anorganisches Phosphat (Pi) gespalten. Die Konzentration an Glc-6-P betrug zu Beginn der Reaktion 0,1 M. Im Gleichgewicht beträgt die Konzentration an Glc-6-P nur noch 0,05% der ursprünglichen Konzentration.
    a) Berechnen Sie die Gleichgewichtskonstante K' der Hydrolysereaktion.
    b) Berechnen Sie das DGo' der Reaktion (R=8,315 J/mol K)
    c) Berechnen Sie das DG' der Hydrolyse von Glc-6-P bei den in einer Zelle vorliegenden Fließgleichgewichtskonzentrationen von 10-3 M für Glc-6-P, 10-5 M für Glc und 10-2 M für Pi und einer Temperatur von 25 °C.

  3. DGo' des Kreatinphosphats beträgt -43,3 kJ/mol, die des ATP -29,4 kJ/mol.
    a) Formulieren Sie die Reaktionsgleichung, die zur ATP-Synthese führt.
    b) Berechnen Sie DGo' der Reaktion. Läuft sie freiwillig (spontan) ab?
    c) Wie groß ist DG' bei 25 °C und folgenden Konzentrationen: [ATP] = 10 mM; [ADP] = 1 mM; [KP] = 30 mM; [K] = 1 mM
    d) Im sich schnell kontrahierenden Muskel wird ATP mit etwa 3 µmol/s g Muskel verbraucht. [ATP] ist im Ruhezustand 4,5 µmol/g, [KP] 20 µmol/g. Wie lange reichen die ATP-Vorräte bei An- bzw. Abwesenheit von Kreatinphosphat?
Lösungsvorschläge
  1. + 5,6 kJ/mol
  2. a) 199,8
    b) -13126 J/mol
    c) -35948 J/mol
  3. a) KP + ADP  g  K + ATP
    b) -13,9 kJ/mol, freiwillig (spontan), exergon
    c) -16,6 kJ/mol
    d) mit KP: 8,17 s, ohne KP: 1,5 s


Enzymkinetik

  1. Welche Beziehung besteht zwischen KM und [S], wenn eine enzymkatalysierte Reaktion bei 80% der maximalen Reaktionsgeschwindigkeit abläuft?

  2. Berechnen Sie den KM-Wert der Acetylcholinesterase, wenn Sie bei einer Substratkonzentration von 0,05 mmol/l Acetylthiocholinjodid eine Anfangsgeschwindigkeit von 2,5 µmol / l x min gemessen haben. Bei einem Überschuss an Substrat haben Sie ein Vmax von 10 µmol / l x min ermittelt.

  3. Wie viele Units (U) von Hexokinase müssen zu 1 ml einer 0,01 M Glucoselösung hinzugefügt werden, um 90% der Glucose in 30 Min. umzusetzen? (1 Unit (U) = 1 µmol/min)

  4. Bei einer Untersuchung der GPT (Glutamat-Pyruvat-Transaminase auch: ALT oder ALAT, Alanin-Aminotransferase) Aktivität im Serum eines Patienten liefert Ihnen das Labor einen Wert von 2x10-3 katal/l. Berechnen Sie die Aktivität in U/ml. (1 Unit (U) = 1 µmol/min).
Lösungsvorschläge
  1. [S] = 4 KM
  2. KM = 0,15 mmol/l
  3. 0,3 U
  4. 120 U/ml


Proteine & Aminosäuren

  1. Sie eluieren einen positiv geladenen Ionenaustauscher (Anionenaustauscher) mit einem pH Gradienten von pH 9 nach pH 3. In welcher Reihenfolge eluieren Histidin, Asparagin, Asparaginsäure und Lysin?

  2. Geben Sie an, wie sich die folgenden abnormalen Hämoglobine in ihrer elektrophoretischen Beweglichkeit zur Anode bei pH 7 vom normalen menschlichen Hämoglobin unterscheiden:
    a) HbS (ß6GlugVal)
    b) HbI ( 16LysgAsp)
    c) HbE (ß26GlugLys)
    d) HbM (ß26ValgGlu)
    e) HbZ (ß63HisgArg)

  3. Die vollständige Hydrolyse eines Peptids ergab folgende Zusammensetzung:
    Gln, 2 Cys, Arg, Ser, Met, Phe, Val, Asn und Gly.

    Der Edmanabbau ergab im ersten Cyclus PTH-Gln und PTH-Asn.
    Carboxypeptidase spaltete Gly und Val ab.

    Die Reduktion mit ß-Mercaptoethanol ergab zwei Peptide, die nach Hydrolyse folgende Zusammensetzungen hatten:
        A: Gln, Cys, Phe, Val, Ser und Met
        B: Asn, Gly, Arg und Cys

    Die Behandlung von A mit Chymotrypsin ergab zwei Peptide, von denen eines nach Hydrolyse Gln, Phe und Cys enthielt.
    Die Behandlung von A mit BrCN setzte ein Dipeptid aus Val und Ser frei.

    Die Behandlung von B mit Trypsin setzte ein Dipeptid aus Cys und Gly frei.

    Geben Sie die Struktur des Peptids in der Dreibuchstabenschreibweise an.
    (Trypsin spaltet nach basischen, Chymotrypsin nach aromatischen Aminosäuren. BrCN spaltet nach Met)
Lösungsvorschläge
  1. Lys, His, Asn, Asp
  2. a), c), e) Beweglichkeit nimmt ab, b), d) Beweglichkeit nimmt zu 
  3.         N-Gln-Cys-Phe-Met-Ser-Val-C
              |
              S
              |
              S
              |
    N-Asn-Arg-Cys-Gly-C


Photometrie

  1. Berechnen Sie die Durchlässigkeit einer Licht absorbierenden Lösung in %, wenn die Extinktion 1,5 beträgt.

  2. Eine Proteinlösung (2 ml) wird mit 8 ml einer Biuretlösung versetzt und ergibt nach der Messung im Photometer eine Extinktion von 0,14. 0,5 ml einer Proteinstandardlösung (4 mg/ml) ergibt bei gleichem Reaktionsvolumen eine Extinktion von 0,38. Wieviel mg Protein/100 ml enthält die unbekannte Proteinlösung?

  3. Eine Blutalkoholbestimmung ergab im optischen Test ein E = 0,32 bei einem Reaktionsvolumen von 2 ml, in dem 100 µl Serum enthalten waren. Beschreiben Sie die enzymatische Reaktion, die dem Test zugrunde liegt.
    a) Welche Serumalkoholkonzentration im ergibt sich in Promille und in g/l?
    b) Welche Alkoholkonzentration im Vollblut ergibt sich daraus in Promille und in g/l,wenn anschließend mit dem Devisor 1,23 auf die Konzentration im Vollblut umgerechnet wird?
    e340 = 6,2 x 106 cm2 x mol-1; d = 1 cm ; MG Ethanol = 46
Lösungsvorschläge
  1. 3,16 %
  2. 36,8 mg/100ml
  3. EtOH + NAD+ -> AcetAld + NADH + H+ (Enzym: Alkoholdehydrogenase);
    a) 0,047 ‰; 0,047 g/l b) 0,038 ‰; 0,038 g/l


Puffer

  1. Berechnen Sie den pH-Wert einer 0,05 M HCl, einer 0,05 M NaOH und einer 10-8 M HCl.

  2. Stellen Sie 3 l eines 0,2 M Acetatpuffers (pH 5,0) aus festem Natriumacetat und 90%-iger Essigsäure (Gew.%; d = 1,07 g/ml) her. Wieviel g NaOAc und wieviel ml Essigsäure benötigen Sie ? Ka der Essigsäure: 1,7 x 10-5; MG NaOAc = 82

  3. Wieviel % der Glutamat-moleküle tragen bei pH 5 netto eine negative Ladung? (pK1 = 2,1; pKR = 4,07; pK2 = 9,47)
Lösungsvorschläge
  1. 1,3; 12,7; 6,96
  2. 30,98 g Natriumacetat und 13,83 ml 90%-ige Essigsäure
  3. 89,5%


03 Mai 2012
Zentrum für Biochemie, Joseph-Stelzmann-Straße 52, D50931 Köln
Kritik und Anregungen: Budi Tunggal
Telefon: +49 221 4786930, Telefax: +49 221 4786979
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