TENTAMEN BIOKEMI l. Plats: Polacksbacken. Datum: Skrivtid: Totalpoäng: 75p

Transkript

1 UPPSALA UNIVERSITET Institutionen för medicinsk biokemi och mikrobiologi B MA-programmet TENTAMEN BIOKEMI l Plats: Polacksbacken Datum: Skrivtid: Totalpoäng: 75p Hjälpmedel: Miniräknare. Se även sista sidan för formler mm. Redovisa alla beräkningar. Skriv kod på alla sidor och svara på samma blad som frågan står på. Tentan kommer att delas. Om du fick godkänt på duggan behöver du inte besvara fråga 1-5. Kod: Resultat: -- Signatur:

2 Biokemi med molekylärbiologi, 34 bp, Människans kemi Kod: l. Några frågor om atomteori (2p): a. Beskriv vad som händer när en radioaktiv nukleid (isotop) sönderfaller! Sicriv ut reaktionen ror sönderfallet. b. Ge ett exempel på hur en radioaktiv nukleid (isotop) kan användas inom biomedicinsk analys (l förslag). Periodicitet (lp) c. Hur förändras atomradien i den period i periodiska systemet som börjar med N a och slutar med Ar? d. Varför ändras atomradien på detta sätt? Molekylens struktur (3p): e. Rita ut Lewisstrukturen för N0 3 f. Rita Lewis-strukturen för NH 3

3 Kod: g. Baserat på VSEPR, vilken tredimensionell struktur har NH 3? Rita 3D strukturen! h. Är NH 3 polär eller opolär? Motivera! Kemisk bindning (2p): 1. Vad är en jonbindning? J. Namnge de grupper i periodiska systemet som är särskilt benägna att bilda jonbindningar. k. Vilka egenskaper hos grundämnena beror detta på?

4 Biokemi med molekylärbiologi, 34 bp, Människans kemi Kod: Fotometri Pelle mätte ab sorbansen mellan nm på ett prov med eumelanin i en l mm kyvett (se figur 1). För att beräkna koncentrationen av eumelanin i sitt prov använde han max absorbansen vid 340 nm och en extinktionskoefficient för eumelanin på 22 cm- 1 (mg/mir 1 Eumelanin (ett pigment): Molekylvikt 178 g/mol. Fig l. Absorbansspektrum o o HO HO (COOH) (COOH) 2.5 ~ 2!\ z < ~ 1.5 \ m < OH (COOH) l- z 1 w c: < n. ~ 0.5 0~ ~-----~ ~ ~--~ WAVELENGTH (nm) a. Vilken koncentration av melanin fick Pelle i sitt prov? Hur späder han sin lösning för att få en l mm eumelaninlösning. (3 p) b. På grund av de värden Pelle använde i sin beräkning så blir du misstänksam huruvida koncentrationen verkligen är korrekt. Du föreslår att Pelle späder sitt prov och mäter igen. Varför blir du misstänksam? Hur ska provet spädas? (2p)

5 Kod: a) (3 p) Bör följande syra-basjärnvikter i vattenlösning vara förskjutna åt _höger eller åt vänster? i) N03- + H30+ : HN03 + H20 ii) HF + Pol- : p- + HPO/- iii) CH3COO- + H20 : CH3COOH + OH- Svaren skall motiveras. Följande pka-värden kan eventuellt vara till hjälp: pka{hf) = 3,17 pka(h3p04) = 2,15, pka{h2p04-) = 7,20, pl<a(hpo/-) = 12,38 pka(ch3cooh) = 4,76 b) (3 p) Beräkna ph-värdet för en 0,3 M vattenlösning av hydrazin, N2~, en svag bas. pka(n2hs +) = 7,98.

6 Bio~emi med molekylärbiologi, 34 hp, Människans kemi Kod: 4. a) (l p) Antag en sur vattenlösning som är 0,01 M med avseende på vardera Mg 2 +, Ca 2 + och Ni 2 +. Sätter man till hydroxidlösning (i form NaOH) kan hydroxiderna Mg(OH)2(s), Ca(OH)2(s) respektive Ni(OH)2(s) fållas ut. I vilken ordning sker utfällning av hydroxiderna vid kontinuerlig OH--tillsats? Värden på löslighetsprodukter: Ksll(Mg(OH)2) = 7, 1 1 o- 12 Ksp(Ca(OH)2) = 6, Ksp (Ni(OH)2) = 6 1 o- 16 b) (3 p). Förklara, eventuellt me.d reaktionsformel, vad som händer kemiskt i samband med nedan angivna experiment. Speciellt skall anges vilken forening eller typ av förening som understruken reaktionsprodukt är. i) Då en blynitratlösning blandas med en kaliumjodidlösning bildas en gul fållning. ii) Då svavelsyra sätts till en natriumkarbonatlösning bildas gasbubblor. iii) Då tämligen koncentrerad ammoniak sätts till en nickelkloridlösning bildas en blå lösning.

7 Kod: 5. a) (2 p) Vilket ph-värde har en buffertlösning som gjorts genom att 400 ml 0,8 M NH3-lösning blandats med 600 ml 0,6 M NH4Cl-lösning? pka(nh/) = 9,24 b) (2 p) Beskriv kvalitativt (inga beräkningar) hur man skulle göra en~+ /NH3-buffertlösning med ph = pkacniltl om man har tillgång till fast ammoniumklorid och fast natriumhydroxid. c) (4 p) Nedanstående titrerkurva gäller 25,0 ml vattenlösning av aminosyran leucin, från början i sin syraform, CH(CH3)2CH2CH(NH3)COOH. Leucin har pkavärden 2,33 och 9,74. Den titratorlösning som använts är 0,300 M NaOH. För att få med låga ph-värden på titrerkurvan har en viss volym saltsyralösning adderats (utöver 25,0 ml) före titreringen. Detta innebär att vid OH-- tillsats titreras H 3 0+ (saltsyran) innan leucin titreras. ph o o 4l:) "~ vol titrotorlösn

8 Kod: Forts. 5c) Vilken reaktion genomförs från punkt. A till punkt B på titrerkurvan? Skriv reaktionsformel med korrekta protolyter för leucinet. Beräkna koncentrationen av leucin i den ursprungliga 25,0 rol-lösningen

9 Kod: 6. Farliga kemikalier i kläder Det har visat sig att många importerade kläder innehåller rester av nonylfenoletoxylat (se struktur nedan) som används som ett tvättmedel i samband med tillverkningsprocessen. När dessa kläder sedan tvättas igen kornmer substansen långsamt att lakas ut. När föreningen slutligen kommer ut i naturen bildas nonylfenol som är ett svårnedbrytbart, hormonstörande ämne som lagras i kroppen och kan kopplas samman med bland annat sterilitet. o~ ~o~ ~o, ~ ~ _oh O O -..., 'O'" ~ Nonylfenoletoxylat a) Nonylfenoletoxylat innehåller flera olika funktionella grupper. Ringa in tre olika funktionella grupper i nonylfenoletoxylat och ange för varje inringning namnet på den funktionella gruppen. Var noga med att ringa in alla atomer som är karakteristiska för den funktionella gruppen du valt. (l,5p) b) Nonylfenoletoxylat innehåller flera stereogena centra. Ett av dessa är markerat i figuren. Ange om den stjärnmarkerade kolatomen har R- eller s-konfiguration. Ange även prioriteringen av de fyra atomer som binder till kolet. (2p) c) Det finns ytterligare två stereogena centra i nonylfenoletoxylat. Markera dessa med en liten stjärna. (0,5p) d) En del av nonylfenoletoxylätmolekylen är vattenlöslig medan en annan dellöser sig mycket bättre i opolära lösningsmedel (fettlöslig). Det är därför den fungerar bra som tvättmedel. Ringa in och markera de vattenlösliga respektive fettlösliga delarna av molekylen. (l p)

10 Biokemi med molekylärbiologi, 34 bp, Människans kemi Kod: 7. På nästa sida ser du resultatet från en analys av ett speciflid protein (från råttlever) med programmet ProtParam från ExPASy (som ni använt när ni tittat på Proteinproblemet). Använd PratParam-resultatet och allt annat du lärt dig på kursen för att svara på följande frågor. a) Du har gjort ett extrakt från råttlever och laddat det på en anjonbytare ekvilibrerad med en fosfatbuffert med ph 7.5. Först sköljer du pelaren med två pelarvolymer med ekvilibreringsbufferten. Därefter eluerar du pelaren med en gradient med NaCl (0-2M) i samma buffert. V ar förväntar du dig hitta det protein som analyserades? Motivera ditt svar. (2p) b) Hur skulle du göra får att bereda en fosfatbuffert med ph 7,5 (se uppgift 3a för aktuella pka-värden)? Ange vad som är syra respektive bas i ditt buffertsystem, vad du ska väga in, vad som används får titrering osv, men du behöver inte göra några beräkningar. (2p) c) Ange molekylvikten får proteinet i kda (lp)

11 Kod: ---- ProtParam tool User-provided sequence: l l MEMVNKIACF VLLCMVVVAP HAEALTCGQV TSTLAPCLPY LMNRGPLGGC CGGVKGLLGQ AQTTVDRQTA CTCLKSAASS FTGLDLGKAA SLPSTCSVNI PYKISPSTDC SKVQ References and documentation are available. Number of amino acids: 114 Molecular weight: Theoretical pi: 8.36 Amino acid composition: Ala (A) % Arg (R) 2 1.8% As n (N) 3 2.6% Asp (D) 3 2.6% cys (C) lo 8.8% Gln (Q) s 4.4% Glu (E) 2 1.8% Gly (G) lo 8.8% His (H) l 0.9% Ile (I) 3 2.6% Le u (L) % Lys (K) 6 5.3% M et (M) 4 3.5% Ph e (F) 2 1.8% Pro (p) 7 6.1% ser (S) lo 8.8% T hr (T) lo 8.8% Trp (W) o 0.0% Tyr (Y) 2 1.8% Val (V) lo 8.8% Asx (B) o 0.0% Glx (z) o 0.0% xaa (X) o 0.0% Total number of negatively charged residues (Asp + Gl.u): s Total number of positively charged residues (Arg + Lys): 8 Atomic composition: earbon c 503 Hydrogen H 834 Nitrogen N 136 Oxygen o 155 Sulfur s 14 Formula: CsoJHa34NI360IssSu Total number of atoms: 1642 Extinction coefficients: Condi tions: 6. O M- guanidium hydrochloride 0.02 M phosphate buffer ph 6.5 Extinction coefficients are in units of M- 1 cm- 1 The first table lists values computed assuming ALL Cys residues appear as half cystines, whereas the seeond table assumes that NONE do Ext. coefficient Abs 0.1% (=l g/l) run nm nm run run nm nm run run run Ext. coefficient Abs 0.1% (=l g/l) Estimated half-life: The N-terminal of the sequence considered is M (Met). The estimated half-life is: 30 hours (mammalian reticulocytes, in vitro). >20 hours (yeast, in vivo). >10 hours (Escherichia coli, in vivo). Instability index: The instability index (II) is computed to be This classifies the protein as unstable. Aliphatic index: Grand average of hydropathicity (GRAVY): i Ex P ASy i Site 1 Search : Cont;~t--swisS:-~---p ;~-;;o~ks~ : Home page! Map l ExPASv i us r PROT l tools J " -- v------~--l AYYo.:.-.,~~----'n--- ~ ~~--~-.. _:~- w v~~. - i

12 UPPSALA UNIVER~ITET, IMBIM Kod: a) Välj en tripeptid med tre olika aminosyror från proteinet som analyserades i PratParam-utdraget (se föregående sida) och rita dess struktur med korrekta laddningar vid ph 7.0. (3p) b) Från en strukturdatabas (PDB) kan man se att i proteinet i databasutdraget (fråga 7) bildar Asp-66 en bindning med Arg-44 och Cys-14 bildar en bindning med Cys-96. Vilka typer av bindningar rör det sig om i respektive fall och på vilken strukturnivå är bindningarna? Motivera ditt svar. (2p)

13 Kod: a) Hur är cellulosamolekyler uppbyggda och varför är de molekylerna mer motståndskraftiga mot nedbrytning än t ex glykogen? (2p) b) Förklara varför grenade kolhydrater är relativt vanliga medan grenade proteiner är väldigt ovanliga. (l p) c) Kolhydrater, lipider och proteiner bygger upp membraner. Beskriv den principiella uppbyggnaden av ett plasmamembran där det framgår hur dessa komponenter ser ut och interagerar med varandra, helst med en skiss. Markera vad som är cellens insida resp. utsida. (1,5p)

14 Biokemi med molekylärbiologi, 34 bp, Människans kemi Kod: ---- d) Ett protein i membranet är ansvarig för indirekt aktiv transport genom att transportera N a+ och glukos över plasmamembranet (symport) Förklara vad som menas med de ord som anges i fetstil i detta sanunanhang. (l,sp) e) Lipider kan separeras från varandra med tunnskiktskromatografi (TLC, thin-layer chromatography). Ni använde metoden på en av era laborationer. Vilken princip separerades molekylerna efter? Föreslå själv ett lösningsmedelssystem och beskriv hur molekylerna kolesterol, fosfolipider och triacylglycerol skulle separeras. Rita gärna en skiss där det framgår vilken som vandrar längst och vilken som vandrar kortast. (2p) f) Ge två exempel på hormoner eller hormon-liknande molekyler som klassas som lipider. (lp)

15 Kod: lo. a) Antag att du har ett enzym och en serie lösningar innehållande olika koncentrationer av enzymets substrat. Du bestämmer sedan hastigheten med vilken en viss mängd tillsatt enzym omvandlar substratet till produkt: ~[P]/ ~t i l ml av de olika lösningma. Beskriv i ett diagram hur omvandlingshastigheten beror av substratkoncentrationen. (Antag att det är en enkel typ av enzym som i laborationen Enzymkinetik.) (l p) b) Med vilka två parametrar kan man beskriva den erhållna kurvan? Ange i diagrammet i a) vad de två parametrarna innebär. (l p) c) Förklara med hjälp av ord samt med en extra kurva i diagrammet i a) vad som menas med en kompetitiv hämmare. (l p) d) Utgå från experimentet i a) och beskriv hur man med hjälp av det kan beräkna vilken mängd enzymaktivitet som har satts till rören. (l p)

16 Biokemi med molekylärbiologi, 34 bp, Människans kemi Kod: a) Det som avgör om en kemisk reaktion kan ske eller ej är om den leder till en minskning av den fria energin: ~G <0. Vilka två faktorer är det som ingår i ~G och hur ska de förändras för att båda ska bidra till att reaktionen ska ske? (2 p) a) En av de första reaktionerna i glykolysen är omvandling av glukos-6-fosfat till fruktos-6-fosfat. ~G 0 för den reaktionen är+ 1,7 kl/mol, dvs den kan i princip inte ske av sig själv. Ändå bildas det fruktos-6-fosfat i celler. Förklara varför. (l p)

17 Biokemi med molekylärbiologi, 34 h p, Människans kemi Kod: Du har ett globulärt protein från plasma, ett protein som är lokaliserat i plasmamembranet med delar både extracellulärt och intracellulärt och ett protein som är lokaliserat i plasmamembranet men som bara har en extracellulär domän. Alla tre proteiner binder till en hydrofob kolonn i närvaro av lm NaCI. I vilken ordning borde de elueras från kolonnen med en gradient från l -OM NaCl? Motivera ditt svar. (3p)

18 Kod: När ni analyserade hur er rening av IgG gått använde ni er av metoden SDS-PAGE. a) Beskriv principen för metoden och förklara hur ni kunde se om reningen gått bra eller dåligt. {2p) b) Med hjälp av SDS-PAGE bestämde ni även koncentrationen av albumin i serum. Ni utgick ifrån albuminbandet i serumbrunnen i gelen och värdet O, 7 för ab sorbansen vid 280 nm för serum spätt 1/100. Beskriv här hur ni gjorde för att få fram en koncentration för albumin och för en diskussion om hur tillförlitligt ert erhållna värde är. Använd även er kunskap från spektrofotometrilaborationen. {2p)

19 Kod: 14. a) Ni använde ett protein somligand när ni affinitetsrenade ert lgg från serum. Vilket protein och var kommer det ifrån? (l p) b) Ni renade allt IgG, dvs den renade produkten kan binda till många antigen. Varför är det så vanligt inom den diagnostiska området, att rena IgG från olika djurslag (vad använder man IgG till) och vad utgick ni ifrån vid er rening av IgG? (2p) c) Ge ett exempel på en metod där lgg används. Beskriv också principen för metoden och vad som händer i alla delmoment.(3p)

20 Biomedici n ska analytikerprogrammet Biokemi med molekylärbiologi, 34 bp, Människans kemi Kod: Formler och annan hjälp: En syra-basjämvikt med syran HA i vattenlösning skrivs HA + I-hO : A- + H med eller på logaritmisk fom1 ph = pka + lg r A -l. jämviktsekvationen ra -l r~-~ 30 + l = Ka ~ thai En syra-basjämvikt med basen B i vattenlösning skrivs B + I-hO :... ikt k. lbw~~ow j K JamV se vatwnen B = b BH++ OH- med En lö$lighetsjämvil't för ett allmänt salt AB 2 skrivs AB 2 (s) : A Bså attjämviktsekvationen blir [A 2 +l [B'] 2 = Ksp ~ Ll Be M Mg K c~ se Electronegativity 0.7 l Pauling scale., ' s 6 7 B Il v er M n F o C<l B G N o F " Al 51 p s OJ i N1 cu zn G a Go As se B r!8 ~.. 1'/J).. Ar.. Kr ) R:l Sr y 0.8 LO 1.2 c; 13.1 La J Fl R.r. AC J Zr t\':1 Mo Te Ru 1...; hl Ta V/ RO os u R1 D!l Sg Bh H s Fln 22 l r 2.2 t.~! A 2.8 P o Ag Q] In Sn Sb Te l Pt AU Hg n PD 131 P o Al 2.2 2A uun Ull!J UJO 113 UUq x a 2.6 Rn D.! Pr f, j Pm s m 1. 1 ' ll.2,, PJ u f'. :J PU 1.3 :.s 1.7 i C u 1. 1 Am 1.3 Gd T ::l Dy h :l Er T m Yt: L u u Gm lik C l E~ F m 1.1a N :J IJ