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Übungsaufgaben - SS 2012



Bioenergetik II

  1. In der Atmungskette werden Elektronen aus dem Citratcyclus von FADH2 auf Sauerstoff übertragen. Das Halbelement ½ O2/H2O hat ein Standardreduktionspotential Eo' von = +0,815 V, das Halbelement FAD/FADH2 (in der Succinat-Dehydrogenase) ein Eo' von = -0,19 V. (F = 96500 C/mol).

    a) Formulieren Sie die Reaktion mit Angabe der Richtung des spontanen Reaktionsablaufs.
    b) Berechnen Sie den DEo' und den DGo' Wert der Gesamtreaktion. (R = 8,315 J/mol K)
    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) FADH2 + ½ O2 g FAD + H2O
    b) DEo' = 1,005 V und DGo' = -194 kJ/mol
    c) 6,47 ATP
  2. a) DG = -13,8 kJ/ mol
    b) ~ 2,2 mol Protonen


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. Berechnen Sie die Gleichgewichtskonstante für die Hydrolyse von Glukose-1-phosphat (Glc-1-P) bei einer Temperatur von 25 °C. Das DGo' der Reaktion beträgt -20,9 kJ/mol. (R = 8,315 J/mol K)

  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. 4,6 x 103
  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 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. 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 U = 1 µmol/min).

  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. [S] = 4 KM
  2. Km = 0,15 mmol/l
  3. 120 U/ml
  4. 0,3 U


Proteine

  1. Ein Gemisch von Glycin, Alanin, Glutaminsäure, Lysin, Arginin und Serin wurde einer Papier-Elektrophorese bei pH 6,0 unterworfen.
    a) Welche Aminosäure(n) wandern am schnellsten zur Anode?
    b) Welche Aminosäure(n) wandern am schnellsten zur Kathode?
    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 bei pH 7 vom normalen menschlichen Hämoglobin unterscheiden:
    a) HbS (ß6Glu g Val)
    b) HbI (a16Lys g Asp)
    c) HbE (ß26Glu g Lys)
    d) HbM (ß26Val g Glu)
    d) HbZ (ß63His g Arg)

  3. Ein Peptid wird durch ß-Mercaptoethanol in ein Octapeptid (A) und ein Tetrapeptid (B) gespalten.
    A Gly, Met, Leu, Phe, Lys, Trp, Glu, Cys
    B Tyr, Cys, Arg, Gly

    Edmanabbau von A liefert das PTH-Derivat von Leu.
    Edmanabbau von B liefert das PTH-Derivat von Gly.

    Carboxypeptidaseverdau von A liefert Glu.
    Carboxypeptidaseverdau von B liefert Cys.

    Trypsinverdau von A ergibt ein Hexapeptid der Zusammensetzung: Met, Phe, Cys, Lys, Leu, Gly.
    Trypsinverdau von B ergibt ein Tripeptid der Zusammensetzung: Tyr, Gly, Arg.

    Chymotrypsinverdau ergibt bei A unter anderem ein Tetrapeptid der Zusammensetzung: Phe, Gly ,Met, Leu.
    Chymotrypsinverdau ergibt bei B auch ein Dipeptid der Zusammensetzung: Gly, Tyr.

    Die BrCN-Spaltung von A liefert ein Tripeptid der Zusammensetzung: Leu, Gly, Homoserin.

    Geben Sie die Struktur des Peptids in der Dreibuchstabenschreibweise wieder und benennen Sie den N- und C-Terminus des Peptids.

    (Trypsin spaltet nach basischen, Chymotrypsin nach aromatischen Aminosäuren, BrCN spaltet nach Met)
Lösungsvorschläge
  1. a) Glu, b) Lys, Arg, c) Ser, Gly, Ala
  2. a), c), e) Beweglichkeit nimmt ab, b), d) Beweglichkeit nimmt zu. 
  3.      N-Leu-Gly-Met-Phe-Cys-Lys-Trp-Glu-C
                        |
                        S
                        |
                        S
                        |
         N-Gly-Tyr-Arg-Cys-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 DE = 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+ g 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 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%


14 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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