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Übungsaufgaben - WS 2009/2010



Bioenergetik II

  1. Im Citratcyclus werden in der Isocitratdehydrogenasereaktion Elektronen von Isocitrat auf NAD+ übertragen. Das Halbelement NAD+/NADH + H+ hat ein Standardreduktionspotential Eo' von = -0,32 V, das zweite Halbelement hat ein Eo' von = -0,38 V.
    a) Formulieren Sie die Reaktion mit Angabe der Richtung des spontanen (freiwilligen) Reaktionsablaufs.
    b) Berechnen Sie den DEo'- und den DGo'-Wert für diese Reaktion (F = 96.500 C/mol).
    c) Welche Abweichung vom DGo'-Wert hat der DG'-Wert der Reaktion, wenn im Mitochondrium die Konzentration von Isocitrat wesentlich geringer als die von a-Ketoglutarat ist?


  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) Isocitrat + NAD+ g NADH + H+ + a-Ketoglutarat +CO2
    b) DEo'= 0,06V, DGo'= -11580J/mol
    c) >-11580 J/mol (weniger negativ, weniger exergon)
  2. 0,059 V


Bioenergetik I

  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
    1 M. Im Gleichgewicht beträgt die Konzentration an Glc-6-P nur noch 0,5% 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) 198
    b) -13104 J/mol
    c) -35926 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


Enzymologie

  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 Acetylcholinesterase, wenn Sie bei einer Substratkonzentration von 0,05 mmol/l Acetylthiocholinjodid eine Anfangsgeschwindigkeit von 2,5 µmol/l.min gemessen haben. Bei einem Überschuss an Substrat haben Sie ein Vmax von 10 µmol/l x 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 = 0,15 mmol/l
  3. 0,001 katal/l
  4. 0,3 U


Aminosäuren

  1. Ein Gemisch von Serin, Glutamin, Arginin und Glutaminsäure wurde einer Papier-Elektrophorese bei pH 6,0 unterworfen.
    a) Welche Aminosäure(n) wanderten am schnellsten zur Anode (Pluspol)?
    b) Welche Aminosäure(n) wanderten am schnellsten zur Kathode (Minuspol)?
    c) Welche Aminosäure(n) bleiben nahe bei oder am Auftragspunkt?

  2. Geben Sie an, wie sich die folgenden abnormalen Hämoglobine in ihrer elektrophoretischen Beweglichkeit zur Anode (Pluspol) bei pH 7 vom normalen menschlichen Hämoglobin (HbA) unterscheiden:
    a) HbS (ß6Glu g Val)
    b) HbI ( 16Lys g Asp)
    c) HbE (ß26Glu g Lys)
    d) HbZ (ß63His g Arg)


  3. Ein Peptid ergibt nach Totalhydrolyse die Zusammensetzung Arg, 2 Cys, Phe, Asp, Glu, Ile, Val, Asn, Met, Leu und Tyr. Der Edmanabbau ergibt im ersten Zyklus PTH-Ile und PTH-Asn. Carboxipeptidase-Verdau setzt Asp und Leu frei.

    ß-Mercaptoethanol spaltet das Peptid in zwei Peptide A und B der Zusammensetzung
    A: Cys, Arg, Phe, Asp, Glu und Ile und B: Met, Val, Cys, Asn, Leu und Tyr.

    Nach Trennung der beiden Peptide ergibt ein Proteaseverdau von A mit Plasmin ein Dipeptid und ein Tetrapeptid der Zusammensetzung: Cys, Glu, Phe und Asp. Ein Verdau mit Thermolysin ergibt zwei Tripeptide, von denen eines die Zusammensetzung: Cys, Arg und Ile hat. Die Bromcyanspaltung von B ergibt ein Tetrapeptid und ein Dipeptid der Zusammensetzung Leu und Tyr. Ein Verdau mit Elastase spaltet B in ein Tetrapeptid und ein Dipeptid der Zusammensetzung Val und Asn.

    Angaben: Elastase spaltet am C-Terminus von ungeladenen, unpolaren nicht aber aromatischen Aminosäuren. Plasmin spaltet am C-Terminus von basischen Aminosäuren und Thermolysin am N-Terminus von Ile, Leu, Val, Met, Phe oder Trp. Bromcyan spaltet nach Methionin. Geben Sie die Struktur des Peptids in der Dreibuchstabenschreibweise an.
Lösungsvorschläge
  1. a) Glu, b) Arg, c) Ser, Gln
  2. a) langsamer, b) langsamer, c) schneller d) langsamer 
  3.       N-Ile-Arg-Cys-Phe-Glu-Asp-C
                 |
                 S
                 |
                 S
                 |
      N-Asn-Val-Cys-Met-Tyr-Leu-C


Photometrie

  1. a) Wie verändert sich die Extinktion, wenn die Schichtdicke einer Küvette verdoppelt wird?
    b) Wie verändert sich der Extinktionskoeffizient, wenn die Konzentration verdoppelt wird?

  2. Die Konzentration einer Licht absorbierenden Lösung beträgt 3 g/l. In einer 1 cm Küvette wird 50% des Lichtes bei 578 nm absorbiert.
    a) Berechnen Sie, wieviel % absorbiert werden, wenn die Konzentration 4 g/l beträgt.
    b) Berechnen Sie den Extinktionskoeffizienten (e578) in mol-1 x cm-1 x l, wenn das Molekulargewicht 100 g/mol beträgt.

  3. Bei einem Bundesligaprofi haben Sie nach einem 30 minütigem Training bei der photometrischen Bestimmung von Laktat aus Kapillarblut mit Hilfe des optischen Tests eine Extinktionszunahme von 0,5 gemessen. Das Volumen des Reaktionsansatzes betrug 3 ml, in dem 100 µl Plasma enthalten waren.
    a) Beschreiben Sie die enzymatische Reaktion, die dem Test zugrunde liegt.
    b) Berechnen Sie die Laktatkonzentration im Serum in mmol/l.
    (e340 = 6,2 x 103 mol-1 cm-1 l; d = 1 cm)
Lösungsvorschläge
  1. a) verdoppelt sich, b) verändert sich nicht
  2. a) 60,2%; b) 10 mol-1 x cm-1 x l
  3. 2,4 mmol/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 pH 7 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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