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Übungsaufgaben - WS 2008/2009



Bioenergetik 2

  1. Das Halbelement NAD+/NADH hat ein Standardreduktionspotential Eo' von = -0,320 V, das Halbelement Ubichinon/Ubichinol ein Eo' von = + 0,10 V.
    dummy
    a) Formulieren Sie die Reaktion der NADH Dehydrogenase in der Atmungskette (Komplex I) mit Angabe der Richtung des spontanen Reaktionsablaufs und berechnen Sie das DEo' und das DGo' der Reaktion.
    (F = 96500 C/mol)
    dummy
    b) Die Hydrolyseenergie von ATP beträgt -30 kJ/mol. Reicht die in der obigen Reaktion gewonnene Energie zur ATP Synthese aus und wieviel mol ATP könnten maximal gebildet werden?
    dummy
    c) Berechnen Sie das DG' der Reaktion (siehe a), wenn folgende Konzentrationsverhältnisse vorliegen:
    [Ubichinol]/[Ubichinon] = 0,1
    [NAD+]/[NADH] = 0,1
    (R = 8,315 J/K.mol; T = 298 °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).
Lösungsvorschläge
  1. a) NADH + H+ + Ubichinon D NAD+ + Ubichinol, DFo' = 0,42V und DGo' = -81.060 J/mol
    b) 2,7 mol ATP
    c) -92471 J/mol
  2. dummy
    0,059 V


Bioenergetik 1

  1. a) In der Glykolyse wird 3-Phosphoglycerat in zwei aufeinander folgenden Reaktionen durch die Phosphoglycerat-Mutase und die Enolase zu Phosphoenolpyruvat umgewandelt. Berechnen Sie das DGo' der Umwandlung von 3-Phosphoglycerat zu Phosphoenolpyruvat.

    DGo' der Phosphoglycerat-Mutase-Reaktion = +4,4 kJ/mol
    DGo' der Enolase-Reaktion = + 1,8 kJ/mol

    b) In der Glukoneogenese wird dagegen Phosphoenolpyruvat durch die Enolase und die Phosphoglycerat-Mutase zu 3-Phosphoglycerat umgewandelt. Berechnen Sie auch hierfür das DGo'.

  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. Besonders interessant für Sprinter und andere Schnellkraft-Sportler: Die freie Hydrolyseenergie 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. a) 6,2 kJ/mol
    b) -6,2 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 Enzym katalysierte Reaktion bei 25% der maximalen Reaktionsgeschwindigkeit abläuft?

  2. Berechnen Sie den KM-Wert der sauren Phosphatase, wenn Sie im Praktikum bei einer 0,060 mM Konzentration von Dinatriumphenylphosphat eine Anfangsgeschwindigkeit von 3 µmol/min gemessen haben. Bei einem Überschuß an Substrat haben Sie ein Vmax von 5 µmol/min ermittelt.

  3. Bei einer Untersuchung der GPT (Glutamat-Pyruvat-Transaminase) Aktivität im Serum eines Patienten liefert Ihnen das Labor einen Wert von 60 U/ml. (1 U = 1µmol/min). Berechnen Sie die Aktivität in katal/l.

  4. 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)
Lösungsvorschläge
  1. KM = 3 [S]; [S] = 1/3 KM
  2. KM = 0,04 mM
  3. 0,001 katal/l
  4. 0,3 U


Aminosäuren und Proteine

  1. In welcher Reihenfolge eluieren Lys, Glu, Gln und His von einem Kationenaustauscher bei einem Gradienten von pH 5 nach pH 10?

  2. Sie eluieren einen positiv geladenen Ionenaustauscher (Anionenaustauscher) mit einem Gradienten mit zunehmender Salzkonzentration bei pH 7. In welcher Reihenfolge eluieren Glutaminsäure, Glycin und g-Carboxyglutaminsäure?

  3. 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 (a16LysgAsp)
    c) HbE (ß26GlugLys)
    d) HbM (ß26ValgGlu)
    e) HbZ (ß63HisgArg)


  4. Die vollständige Hydrolyse eines Peptids ergab folgende Zusammensetzung:
    Ala, 2 Cys, Arg, Ser, Leu, Met, Phe, Val, Ile und Gly.

    Der Edmanabbau ergab im ersten Cyclus PTH-Ala und PTH-Ile.

    Carboxypeptidase spaltete Leu und Val ab.

    Die Reduktion mit ß-Mercaptoethanol ergab zwei Peptide, die nach Hydrolyse folgende Zusammensetzungen hatten:

    A: Met, Cys, Ala, Leu, Ser, Phe, Gly
    B: Arg, Ile, Val und Cys

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

    Die Behandlung von B mit Trypsin setzte Val 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. Glu, Gln, His, Lys
  2. Gly, Glu, g-Glu
  3. a), c), e) Beweglichkeit nimmt ab, b), d) Beweglichkeit nimmt zu. 
  4.    N-Ala-Ser-Phe-Gly-Met-Cys-Leu-C
                          |
                          S
                          |
                          S
                          |
                   N-Ile-Cys-Arg-Val-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. Der Ks-Wert einer schwachen Säure beträgt 1,6 x 10-6. Berechnen Sie den pKs-, den pH-Wert und den Dissoziationsgrad einer 0,001 M Lösung.

  3. Wieviel Prozent der Imidazolreste des Histidins sind bei pH7 geladen? (pK1 = 2; pK2 = 9; pKR = 6)
Lösungsvorschläge
  1. 1,3; 12,7; 6,96
  2. 5,8; 4,4; 4%
  3. 9,1%


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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