Tentamen med svarsmallar Biokemi BI1032, 13:e jan 2011, Max poäng = 100 p. Slutliga betygsgränser: 3 = 52%; 4 = 70%; 5 = 85%.

Transkript

1 Tentamen med svarsmallar Biokemi BI1032, 13:e jan 2011, Max poäng = 100 p. Slutliga betygsgränser: 3 = 52%; 4 = 70%; 5 = 85%. 1. a) Vad krävs för att en (kemisk) reaktion ska kunna ske spontant? (1p) b) Vilka atomslag kan fungera som acceptor eller donor i vätebindningar i biologiska system? (1p) c) I ett protein upptäcker du en vätebindning mellan sidokedjan hos en glutaminsyra (Glu) och syret i en asparaginsidokedja. Vilken laddning har då Glu-sidokedjan? Rita en förklarande skiss! (2p) (4 p) 2. Utan biologiska membran skulle inget liv kunna existera. a) Beskriv med en enkel skiss uppbyggnaden av ett biologiskt membran. (1p) b) Vad kallas den drivande kraften som gör att membraner hålls ihop (och som gör att proteiner veckar sig) (0.5p)? Hur fungerar den (1p)? c) Ge två exempel på energialstrande processer där biologiska membran är av central betydelse. (1p) d) Rita den kemiska strukturformeln för en fosfolipid. (2.5p) (6 p) 3. a) Proteiners struktur kan beskrivas i fyra nivåer: primär, sekundär, tertiär och kvartenär. Förklara vad som avses med respektive begrepp. (4p) b) Förklara varför aminosyrorna Ile, Leu, Phe, och Val oftast sitter inuti ett protein medan Asp, Gln, Lys och Ser oftast sitter på ytan. (2p) c) I många enzymer hittar man i aktiva ytan histidin med viktig katalytisk funktion. Vilka egenskaper gör histidin lämplig att delta i enzymatiska reaktioner? (1p) 4. Du har en proteinblandning som består av proteinerna cytokrom c, flavinreduktas, albumin, protein X samt katalas. Din uppgift är att isolera protein X med lämplig proteinseparationsmetod och funderar över vilken eller vilka metoder som kan vara aktuella. Proteinerna har följande egenskaper: Protein Molekylvikt kda Isoelektrisk punkt Övriga egenskaper Cytokrom c Flavinreduktas Binder flaviner Albumin Protein X Binder glukos Katalas a) Rita hur kromatogrammet skulle kunna se ut om du separerade dina proteiner med gelfiltrering på en Sephacryl-kolonn där storleksintervallet för separation är kda. Markera de olika proteinerna i kromatogrammet. (1 p) b) Beskriv översiktligt principen för gelfiltreringskromatografi (storleksseparation) (2p) c) Du vill som sagt väldigt gärna studera protein X mer ingående och för att göra detta måste proteinet vara helt rent. Tyvärr så är X fortfarande kontaminerat med både albumin och katalas efter gelfiltreringen. Du funderar på att köra en jonbytare men tvekar. Varför? (1p) e) Föreslå en alternativ metod till jonbyteskromatografi som ditt andra reningssteg för Sidan 1 av 5

2 att ta fram protein X. Motivera svaret. (1 p) e) När du efter viss möda har renframställt protein X så analyserar du provet med SDS-PAGE. Som namnet antyder så behandlar man proverna med SDS (natriumdodecylsulfat; en stark detergent) i detta fall innan körningen. Förklara varför (1 p) f) Efter SDS-PAGE ser du att protein X ger upphov till två band på gelen, ett har en molekylvikt på 45 kda det andra är c:a 25 kda. Hur kan man förklara detta? (1 p) 5. I alla organismer transkriberas gener till RNA. I prokaryota celler kan budbärar- RNA (mrna) direkt efter transkriptionen utgöra mall för proteinsyntes. I eukaryota celler transkriberas först ett primärt transkript (pre-mrna) där vissa sekvenser klipps bort och andra sätts ihop till ett mrna som utgör mall för proteinsyntesen. a) Vad kallas de nuleotidsekvenser som klipps bort samt de nukleotidsekvenser som sätts ihop till ett funktionellt mrna (2p)? b) Var i cellen sker denna process som kallas splicing (1p)? c) Vad kallas de ord (korta nukleotidsekvenser) i en gen som bestämmer vilka aminosyror som skall sättas in i proteinet (1p) och hur många nukleotider består varje ord av (1p)? d) Vad innebär begreppet The universal genetic code dvs. att den genetiska koden är universell (1p)? (6 p) 6. När man klonar en gen ligerar man ofta in den i en plasmid. a) Varför är det viktigt att plasmiden bär på en gen för antibiotikaresistens (1p)? b) Varför använder man ofta restriktionsenzymer vid kloning vad har de för uppgift vid kloning av en gen (1p)? c) För att generera många kopior av en gen använder man ofta PCR där speciella DNA-polymeraser används, t.ex Taq DNA-polymeras. Varför kan man inte använda DNA-polymeras från t.ex. människa vid PCR (1p)? (3 p) 7. En del enzymer kräver ytterligare funktionella enheter än de aminosyror som ingår i polypeptidkedjan, s.k. co-faktorer. De kan vara Essentiella joner eller Co-enzymer. a) Ett co-enzym kan fungera som co-substrat eller prostetisk grupp. Vad är skillnaden? (2p) b) Namnge ett co-substrat. (1p) c) Namnge en prostetisk grupp. (1p) (4p) 8. Enzymet E som följer Michaelis-Menten-kinetik har K m = 30 µm (mikromolar). Initiala reaktionshastigheten v 0 är 10 µm/min (mikromolar/minut) vid en substratkoncentration på 20 mm (millimolar) och enzymkoncentrationen [E] tot 3 nm (nanomolar). Vad blir den initiala hastigheten v 0 a) om vi dubblar substratkoncentrationen vid samma enzymkoncentration, [S] = 40 mm (millimolar)? (1p) b) om substratkoncentrationen [S] är 30 µm (mikromolar) vid samma enzymkoncentration? (1p) c) om substratkoncentrationen [S] är 10 µm (mikromolar) vid samma enzymkoncentration? (1p) Sidan 2 av 5

3 d) om vi istället dubblar enzymkoncentrationen vid samma substratkoncentration, ([S] = 20 mm, [E] tot = 6 nm)? (1p) e) Hur påverkar enzymets K m respektive k cat förhållandet mellan koncentrationerna av substrat och produkt vid jämvikt? (1p) (5p) 9. Enzymatiska processer är reglerade för att de ska ske vid rätt tid och på rätt plats. Genom kontroll av genuttryck, dvs hur ofta en gen läses, bestäms hur många molekyler som bildas av ett visst enzym. Dessutom kan aktiviteten hos enskilda enzymmolekyler regleras med olika mekanismer. De tre viktigaste är: a) Alloster reglering b) Protein-fosforylering c) Proteolytisk aktivering. Beskriv kortfattat för var och en hur den fungerar och ange om den är reversibel eller irreversibel (2p för varje korrekt svar). d) Vilka steg i en metabolisk väg brukar vara reglerade? (1p) 10. Drivet av en protongradient över membranet så transporterar laktos-permeas hos bakterier en proton tillsammans med en laktos-molekyl från utsidan till insidan av cellen i varje transportcykel. Givet att protonkoncentrationen är högre och laktoskoncentrationen är lägre på utsidan än insidan, klassificera det här transportproteinet utifrån följande kriterier: a) Primär eller Sekundär transportör? (1p) b) Passiv eller Aktiv? (1p) c) Symport eller Antiport? (1p) (3 p) 11. Koffein är en inhibitor av Phosphodiesterase. Förklara med hjälp av diagrammet nedan vilken effekt kaffe har på signal-överföring via adenylylcyklas-vägen. (2p) Sidan 3 av 5

4 12. a) Varför bildar celler etanol (jäst) eller laktat (mjölksyra; djurceller) vid glykolys under anaeroba förhållanden? (3p) b) Hur många mol ATP bildas netto vid anaerob nedbrytning av 1 mol glukos? (1p) (4 p) 13. a) Metaboliter i citronsyracykeln utnyttjas även för nysyntes av andra ämnen. Ange minst tre syntesvägar och vilka metaboliter de utgår ifrån. (3p) b) När citronsyracykelns metaboliter används för nysyntes av andra ämnen kan en brist på dessa uppstå. På vilka sätt kan citronsyra cykeln fyllas på med nya metaboliter? (2p) 14. Oxidativ fosforylering. a) Var i en eukaryot cell finns elektrontransportkedjan? (1p) b) Vilken roll har ubiquinon i elektrontransportkedjan? (1p) c) Vad driver det ATP-syntetiserande enzymet? (1p) d) Vad innebär frikoppling av andningskedjan och vilken naturlig funktion har den i brun fettväv, som bl.a. förekommer hos nyfödda djur? (2p) 15. Genom pentosfosfat-shunten produceras NADPH och ribos 5-fosfat för att utnyttjas i främst olika syntesvägar. a) Ange minst tre vägar som kräver NADPH. (2p) b) Vad används ribos 5-fosfat till? (1p) c) Vad sker med pentosfosfaterna när huvudsakligen NADPH behövs? (2p) 16. Det mesta av kroppens glykogenförråd (~3/4) finns i skelettmuskler. Trots detta är det huvudsakligen levern som svarar för regleringen av blodglukosnivån. Ge en förklaring till varför inte glykogen från skelettmuskeln används till att reglera blodglukosnivåerna. (2 p) 17. Flyttfåglar lägger inför flyttningen upp ett energiförråd i form av fett på buk och bröst. Fettet används sedan som energi till musklerna under flygningen. Hur mycket mer energi i form av ATP-ekvivalenter erhålls då en mol palmitinsyra (C16:0) oxideras jämfört med en mol glukos. Endast den energi som erhålls i citronsyracykeln och via oxidativ fosforylering skall redovisas (inga tidigare steg). I citronsyracykeln genereras 3 NADH, 1 FADH 2 och en GTP per varv. Visa hur du har räknat. 18. Aspartataminotransferas är det aminotransferas som uppvisar den högsta aktiviteten av alla aminotransferaser i levern hos de flesta landlevande däggdjur. Förklara varför, dvs. i vilken reaktionsväg detta enzym deltar och som gör att det är viktigt med hög aktivitet. (2 p) 19. I en veckotidning har du läst att det är nyttigt att fasta under 2-5 dagar och endast dricka vatten för att på det sättet rena kroppen från alla giftiga ämnen som finns lagrat i kroppen. Du bestämmer dig för att prova. Du känner att det börjar bli svårt att koncentrera sig, och du får huvudvärk m.m. Förklara kortfattat vad som sker och Sidan 4 av 5

5 vilket samspel som råder mellan lever, muskel och fettvävnad vid ovan nämnda situation. Ange endast huvuddragen i de metaboliska vägarna (max. 1 sida inkl. eventuell figur). (10 p) 20. Fotosyntes a) I vilken organell och var i organellen sker fotosyntesens ljusreaktion hos växter? (1p) b) Vad heter det viktigaste ljusinfångande ämnet hos växter? (1p) c) Från vilket ämne tas elektronerna till elektrontransporten vid icke-cyklisk fotofosforylering? (1p) d) Två huvudsakliga produkter bildas vid icke-cyklisk fotofosforylering. Vilka? (2p) Vad används de mest till? (1p). e) Vad innebär cyklisk fotofosforylering? Hur skiljer sig cyklisk från icke-cyklisk fotofosforylering och varför förekommer det? (2p) (8 p) Sidan 5 av 5