Klausur&Übungen   Druckversion

Übungsaufgaben - WS 2012/2013



Bioenergetik II

  1. Im Citratzyklus werden in der Malatdehydrogenasereaktion Elektronen von Malat auf NAD+ übertragen. Das Halbelement NAD+/NADH + H+ hat ein Standardreduktionspotential Eo' von -0,32 V, das Halbelement Oxalacetat/Malat hat ein Eo' von -0,166 V. a) Formulieren Sie die Reaktion mit Angabe der Richtung des spontanen (freiwilligen) Reaktionsablaufs. b) Berechnen Sie den DEo'- und den DGo'-Wert für die im Citratcyclus ablaufende Oxidation von Malat. c) Berechnen Sie den DG' Wert der Oxidation von Malat, wenn die Malatkonzentration im Mitochondrium 25 mal größer als die Oxalacetatkonzentration und [NAD+] = [NADH] ist. (F = 96500 C/mol; R = 8,315 J/mol K; T = 25 °C)

  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 OxAc g NAD+ + Malat
    b) DEo' = 0,154 V und DGo' = -29722 J/mol
    c) -21746 J/jol
  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. Das DGo' für die Synthese von ATP beträgt 29,4 kJ/mol. Berechnen Sie das DG' der Reaktion bei 25 °C, wenn die Konzentrationen von [ATP] 3,5 mM, von [ADP] 1,5 mM und von [Pi] 5mM betragen.

  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 (R = 8,315 J/mol K).
    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. 27,5 kJ/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 enzymkatalysierte Reaktion bei 80% der maximalen Reaktionsgeschwindigkeit abläuft?

  2. Berechnen Sie den KM-Wert der Laktatdehydrogenase, wenn Sie bei einer Substratkonzentration von 0,05 mmol/l Pyruvat 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


Aminosäuren und Proteine

  1. Sie eluieren einen positiv geladenen Ionenaustauscher (Anionenaustauscher) mit einem Gradienten 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 (a16LysgAsp)
    c) HbE (ß26GlugLys)
    d) HbM (ß26ValgGlu)
    e) HbZ (ß63HisgArg)

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

    Der Edmanabbau ergab im ersten Cyclus PTH-Ser und PTH-Leu.

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

    Die Behandlung von A mit Chymotrypsin ergab zwei Peptide, von denen eines nach Hydrolyse Ser, 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. Lys, His, Asn, Asp
  2. a), c), e) Beweglichkeit nimmt ab, b), d) Beweglichkeit nimmt zu. 
  3.  N-Ser-Asn-Phe-Ala-Met-Cys-Ile-C
                       |
                       S
                       |
                       S
                       |
                N-Leu-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 0,25 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. 56,2%
  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. Wie groß ist der pH-Wert einer 5%-igen (Gew. %) Essigsäure? MG: 60, d = 1,02 g/ml; Ka = 1,7 x 10-5.

  3. Wieviel Prozent der Aminogruppen des Glycins tragen bei pH 8,8 eine positive Ladung? (pK1 = 2,34; pK2 = 9,6)
Lösungsvorschläge
  1. 1,3; 12,7; 6,96
  2. 2,42
  3. 86,3%


08 Februar 2013
Zentrum für Biochemie, Joseph-Stelzmann-Straße 52, D50931 Köln
Kritik und Anregungen: Budi Tunggal
Telefon: +49 221 4786930, Telefax: +49 221 4786979
dummy