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Übungsaufgaben - SS 2013



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 ΔEo' und den ΔGo' 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. 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+ + ½ O2 → NAD+ + H2O
    b) ΔEo' = 1,135 V und ΔGo' = -219 kJ/mol
    c) 7,3 mol ATP
  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 ΔGo' der Umwandlung von 3-Phosphoglycerat zu Phosphoenolpyruvat.

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

    b) In der Glukoneogenese finden die Rückreaktionen statt. Berechnen Sie auch hierfür das ΔGo'.

  2. Die freie Hydrolyseenergie ΔGo' des Phosphoenolpyruvats (PEP) beträgt -63 kJ/mol, die des ATP beträgt -30 kJ/mol.
    a) Formulieren Sie die Reaktionsgleichung der Pyruvatkinase unter Angabe der Richtung des spontanen (freiwilligen) Reaktionsablaufs.
    b) Berechnen Sie das ΔGo' der Reaktion.
    c) Wie groß ist ΔG' bei 25 °C und folgenden Konzentrationen: [ATP] = 10 mM; [ADP] = 1 mM; [PEP] = 20 mM; [Pyr] = 1 mM? (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 ΔGo' der Reaktion. Läuft sie freiwillig (spontan) ab?
    c) Wie groß ist ΔG' 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) PEP + ADP → Pyr + ATP
    b) -33 kJ/mol
    c) -34717 J/mol
  3. a) KP + ADP → 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 25% 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] = 1/3 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 Papierelektrophorese bei pH 6,0 unterworfen.
    a) Welche Komponente(n) wanderten am schnellsten zur Anode?
    b) Welche wanderten am schnellsten zur Kathode?
    c) Welche 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 (β6Glu→Val)
    b) HbI (α16Lys→Asp)
    c) HbE (β26Glu→Lys)
    d) HbM (β26Val→>Glu)
    e) HbZ (β63His→Arg)

  3. Die vollständige Hydrolyse eines Peptids ergab folgende Zusammensetzung:
    Met, Lys, Phe, Asp, Ile, 2 Cys, Arg, Glu, Leu und Tyr.

    Der Edmanabbau ergab im ersten Cyclus PTH-Asp und PTH-Glu.

    Die Reduktion mit ß-Mercaptoethanol ergab zwei Peptide (A und B), die nach Hydrolyse folgende Zusammensetzungen hatten:

    A: Ile, Met, Cys, Lys, Phe und Asp und B: Leu, Cys, Glu, Tyr und Arg.

    Ein Trypsinverdau von A setzte Ile frei. Die Behandlung von A mit BrCN setzte ein Dipeptid bestehend aus Lys und Ile frei. Bei der Behandlung von A mit Chymotrypsin wurde ein Peptid der Zusammensetzung Lys, Met, Ile und Cys abgespalten.

    Bei der Behandlung von B mit Plasmin wurde ein Peptid mit der Zusammensetzung Arg, Glu, und Cys abgespalten. Ein Thermolysinverdau von B setzte Leu frei.

    Geben Sie die Struktur des Peptids in der Dreibuchstabenschreibweise an.

    Angaben: Chymotrypsin spaltet am C-Terminus von aromatischen Aminosäuren, Trypsin und Plasmin spalten am C-Terminus von basischen Aminosäuren und Thermolysin am N-Terminus von Ile, Leu, Val, Met, Phe oder Trp. BrCN spaltet am C-Terminus von Methionin.

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-Asp-Phe-Cys-Met—Lys-Ile-C
           ¦
           S
           ¦
           S
           ¦
    N-Glu-Cys-Arg-Tyr-Leu-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. Bei einem Spieler des 1. FC Köln haben Sie nach einem 30 minütigen Training bei der photometrischen Bestimmung von Laktat im Plasma (aus Kapillarblut gewonnen) mit Hilfe des optischen Tests eine Extinktionszunahme von 0,8 gemessen. Das Volumen des Reaktionsansatzes betrug 1 ml, in dem 40 µl Plasma enthalten waren.
    a) Beschreiben Sie die enzymatische Reaktion, die dem Test zugrunde liegt.
    b) Berechnen Sie die Laktatkonzentration im Plasma in mmol/l. (E340 NADH = 6,2 x 103 mol-1 cm-1 l; d = 1 cm)

Lösungsvorschläge
  1. 3,16 %
  2. 36,8 mg/100ml
  3. Laktat + NAD+ g Pyr + NADH + H+
    3,2 mmol/l


Puffer

  1. Berechnen Sie den pH-Wert einer 100 mM HCl, einer 100 mM NaOH und einer 10-8 M HCl.

  2. Berechnen Sie den pH-Wert einer 100 mM Essigsäurelösung (Ka 1,6 x 10-5).

  3. Wieviel Prozent der Imidazolreste des Histidins sind bei pH 7 geladen? (pK1 = 2; pK2 = 9; pKR = 6)

Lösungsvorschläge
  1. 1; 13; 6,96
  2. 2,9
  3. 9,1%


16 Mai 2013
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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