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Übungsaufgaben - WS 2011/2012



Bioenergetik II

  1. In der Atmungskette werden Elektronen von NADH auf Sauerstoff übertragen. Das Halbelement ½ O2/H2O hat ein Standardreduktionspotential Eo' von = + 0,815 V, das Halbelement NAD+/NADH  +  H+ ein Eo' von = - 0,32 V. (F = 96500 C/mol; R = 8,315 J/mol K).

    a) Formulieren Sie die Reaktion mit Angabe der Richtung des spontanen Reaktionsablaufs.
    b) Berechnen Sie den DEo' und den DG0' Wert der Gesamtreaktion.
    c) Wieviel mol ATP könnten mit Hilfe der freiwerdenden Energie maximal gebildet werden, wenn die Hydrolyseenergie von ATP 30 kJ/mol beträgt?

  2. An der inneren Mitochondrienmembran besteht eine pH-Differenz von 1,4.
    a) Wie groß ist der DG-Wert, der beim Rückfluss von 1 mol Protonen ins Mitochondrium frei wird, wenn das Membranpotential 0,06 V beträgt (innen negativ)?
    b) Wieviele mol Protonen müssen aus dem Mitochondrium nach außen gepumpt werden, um genügend freie Enthalpie (DG) für die Synthese von 1 mol ATP zu liefern?
    (F = 96500 C/mol; R = 8,315 J/mol K; DGo' ATP 30 kJ/mol).
Lösungsvorschläge
  1. a) NADH  +  H+ + ½ O2 g NAD+ + H2O
    b) DEo' = 1,135 V und DGo' = -219 kJ/mol
    c) 7,3 ATP
  2. a) DG = -13,8 kJ/ mol
    b) ~ 2,2 mol Protonen


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     DGo' = - 17,2 kJ/mol
    F1,6P   g   GAP + DHAP     DGo' = + 22,8 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. + 5,6 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


Enzyme

  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 x 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 auch: ALT oder ALAT, Alanin-Aminotransferase) Aktivität im Serum eines Patienten liefert Ihnen das Labor einen Wert von 60 U/ml. 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/ml


Aminosäuren und Proteine

  1. 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?

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

  3. Die vollständige Hydrolyse eines Peptids ergab folgende Zusammensetzung:
    Thr, 2 Cys, Arg, Asp, Met, Phe, Val, 2 Ile, Gly und NH4+.

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

    Carboxypeptidase spaltete Ile und Val ab. Die Reduktion mit ß-Mercaptoethanol ergab zwei Peptide, die nach Hydrolyse folgende Zusammensetzungen hatten:
    A: Met, Cys, Thr, Ile, Asp, Phe, Gly und NH4+
    B: Arg, Ile, Val und Cys

    Die Behandlung von A mit Chymotrypsin ergab zwei Peptide, von denen eines nach Hydrolyse Thr, Phe, Asp und NH4+ enthielt. Die Behandlung von A mit BrCN setzte ein Dipeptid aus Cys und Ile 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 Methionin)
Lösungsvorschläge
  1. Gly, Glu, g-Glu
  2. a), c), e) Beweglichkeit nimmt ab, b), d) Beweglichkeit nimmt zu. 
  3. N-Thr-Asn-Phe-Gly-Met-Cys-Ile-C
                       |
                       S
                       |
                       S
                       |
                N-Ile-Cys-Arg-Val-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. Berechnen Sie die Durchlässigkeit einer Licht absorbierenden Lösung in %, wenn die Extinktion 1,5 beträgt.

  3. Bei einem Bundesligaprofi haben Sie nach einem 30 minütigen 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 NADH = 6,2 x 103 mol-1 cm-1 l; d = 1 cm)
Lösungsvorschläge
  1. a) verdoppelt sich, b) verändert sich nicht
  2. 3,16 %
  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
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