HEMTENTAMEN BIOKEMI 1, 6 hp mars kl Grupp 2

Transkript

1 Bilaga 2 HEMTENTAMEN BIOKEMI, 6 hp 5-2 mars kl Grupp 2

2 . a) Vid punkt (I) föreligger glycin främst i helt protoniserad form eftersom lösningens ph vid denna punkt är lägre än glycins båda pka-värden. Lösningen har redan en hög koncentration av vätejoner (lågt ph) och därför är jämvikten förskjuten åt vänster. + H 3 N-CH 2 -COOH + H 2 O + H 3 N-CH 2 -COO - + H 3 O + b) Glycinet består till hälften av + H 3 N-CH 2 -COOH och till hälften av + H 3 N-CH 2 -COO - vid punkt (II). Denna punkt sammanträffar med karboxylgruppens pka-värde och motsvarar halvtitrerpunkten för karboxylgruppen. Då ph = pka innebär det att lika mycket syra som korresponderande bas finns, [H 2 A]=[HA - ]. c) Karboxylgruppen är en starkare syra en aminogruppen och kommer därför protolyseras först (pk ). Därför kommer aminogruppens pka-värde motsvara glycinets pk 2 -värde, eftersom glycin inte har några sidogrupper som kan agera syra. Denna punkt kommer att vara vid ph 9,6 alltså punkt (IV) vilket är den andra halvtitrerpunkten. d) Vid punkt (II) är ph förändringen vid tillsatts av bas som minst för glycin. Detta framgår av att kurvan runt denna punkt har minst lutning och innebär att varje tillsatts av bas (eller syra) endast ger en liten ph-förändring. Detta visar att buffertkapaciteten är störst vid denna punkt. Även vid punkt (IV) finns en buffertkapacitet men inte lika bra då samma mängd tillsatt bas förändrar ph mer än vid denna punkt än vid punkt (II) (kurvan har en högre lutning). e) Hälften av aminogrupperna är joniserade vid punkt (IV). I denna punkt består glycinet till hälften av H 2 N-CH 2 -COO - och till hälften av + H 3 N-CH 2 -COO -. f) I punkt (III) har alla karboxyler deprotonerats och glycinets laddning är därmed noll eftersom karboxylernas negativa laddning balanserar aminogruppernas positiva laddning (då dessa fortfarande är protonerade). 2. En aminosyrasekvens avläses från vänster till höger med N-terminalen på vänster sida och C-terminalen på höger sida. Peptidbindningen mellan två aminosyror kan inte påverka laddningen då den inte kan joniseras. Därför kommer laddningen bara att bestämmas av N- terminal, C-terminal och de R-grupper som kan joniseras. När en aminosyra ingår i ett protein ändras egentligen pk-värdena för R-grupperna till följd av minskad påverkan från aminogruppen och karboxylgruppen samt till följd interaktioner med andra R-grupper. a) Laddning vid ph 3 Aminosyra Laddning Kommentar Phe + N-terminal, ph < pk 2 (9,3), aminogruppen är protonerad = + laddad Glu 0 ph < pk R (4,25), R-karboxylen är protonerad = oladdad His + ph < pk R (6,00), R-imidazolen är protonerad = + laddad Ser 0 Saknar R-grupp som kan joniseras = oladdad Ala 0 Saknar R-grupp som kan joniseras = oladdad Asp 0 ph < pk R (3,65), R-karboxylen är protonerad = oladdad

3 Lys + ph < pk R (0,53), R-aminen är protonerad = + laddad His + ph < pk R (6,00), R-imidazolen är protonerad = + laddad Arg 0 (+ & -) ph < pk R (2,48), R-iminen är protonerad = + laddad C-terminal, ph > pk (2,7), karboxylen är deprotonerad = - laddad Nettoladdning = +4 b) Laddning vid ph 6,5 Aminosyra Laddning Kommentar Phe + N-terminal, ph < pk 2 (9,3), aminogruppen är protonerad = + laddad Glu - ph > pk R (4,25), R-karboxylen är deprotonerad = - laddad His 0 ph > pk R (6,00), R-imidazolen är deprotonerad = oladdad Ser 0 Saknar R-grupp som kan joniseras = oladdad Ala 0 Saknar R-grupp som kan joniseras = oladdad Asp - ph > pk R (3,65), R-karboxylen är deprotonerad = - laddad Lys + ph < pk R (0,53), R-aminen är protonerad = + laddad His 0 ph > pk R (6,00), R-imidazolen är deprotonerad = oladdad Arg 0 (+ & -) ph < pk R (2,48), R-iminen är protonerad = + laddad C-terminal, ph > pk (2,7), karboxylen är deprotonerad = - laddad Nettoladdning = 0 c) Laddning vid ph Aminosyra Laddning Kommentar Phe 0 N-terminal, ph > pk 2 (9,3), aminogruppen är deprotonerad=oladdad Glu - ph > pk R (4,25), R-karboxylen är deprotonerad = - laddad His 0 ph > pk R (6,00), R-imidazolen är deprotonerad = oladdad Ser 0 Saknar R-grupp som kan joniseras = oladdad Ala 0 Saknar R-grupp som kan joniseras = oladdad Asp - ph > pk R (3,65), R-karboxylen är deprotonerad = oladdad Lys 0 ph > pk R (0,53), R-aminen är deprotonerad = oladdad His 0 ph > pk R (6,00), R-imidazolen är deprotonerad = oladdad Arg 0 (+ & -) ph < pk R (2,48), R-iminen är protonerad = + laddad C-terminal, ph > pk (2,7), karboxylen är deprotonerad = - laddad Nettoladdning = -2

4 3. a) En random coil innebär att aminosyrorna inte följer ett specifikt mönster som beta-strängar och alfa-helixar gör. Prolins speciella struktur gör att den har låg benägenhet för att ingå i en α-helix eller β-sträng. Därför kan de sekvenser som innehåller prolin antas ingå i en turn eller random coil, i detta fall runt aminosyra 7 och 9. b) En β -turn innehåller ofta glycin och prolin, glycin för att den är liten och prolin för att dess R-grupp binder tillbaka till N-terminalen vilket ger den en stadigare struktur. En β -turn skulle kunna förekomma runt aminosyra 6-7 eller 9-2 då både Pro och Gly ingår i dessa sekvenser. Om en potentiell β-turn ingår i en längre random coil kommer den inte att klassificeras som β-turn då endast fyra aminosyror får ingå i en sådan och den måste göra en 80 u-sväng. c) Disulfidbryggorna kan bara förekomma mellan cysteiner och i denna aminosyrasekvens finns dessa enbart vid aminosyra 24 och 3 eftersom. De är de enda aminosyrorna som har en SH grupp som oxideras till en disulfidbrygga. d) Amfipatisk innebär att de har en hydrofil och en hydrofob del. I α-helixar kommer de hydrofoba sidokedjorna att riktas åt en hållet (sett uppifrån) och de hydrofila åt det andra hållet. I aminosyrasekvensen så kommer komplimenterande eller liknande R-grupper att förekomma med ungefär tre aminosyrors mellanrum. I spatialstrukturen hamnar då dessa grupper tillsammans. På detta sätt minimeras interaktionerna mellan närliggande hydrofoba och hydrofila sidokedjor samt motsatta laddningar vilket leder till ökad stabilitet. I β-strängar så arrangerar sig även här de hydrofoba sidokedjorna åt ena sidan av β-strängen och de hydrofila åt den andra sidan. Detta till följd av att primärsekvensen innehåller ungefär var annan hydrofob och var annan hydrofil sidokedja. På detta sätt minimeras de hydrofilahydrofoba interaktionerna och de elektrostatiska repulsionerna mellan närliggande aminosyror. De amfipatiska egenskaperna bidrar sedan till att stabilisera hela proteinets tertiär struktur eftersom de hydrofoba strukturer kommer att interagera med varandra, medan de hydrofila delarna kommer interagera med vatten. e) Polära aminosyror som aspartat, glutamin och lysin kommer troligen att förekomma på utsidan av ett icke membranbundet protein för att de kan bilda vätebindningar med vatten. I ett membranbundet protein kan de förekomma antingen i de delar av proteinet som sticker ut utanför membranet eller som del i insidan av en kanal eller pump inuti själva membranet. Opolära aminosyror som isoleucin och alanin kommer i ett icke membranbundet protein återfinnas i strukturens inre där de tillsammans kan interagera genom hydrofoba interaktioner och dessutom minimera antalet interaktioner med vatten. I ett membranbundet protein kommer dessa aminosyror troligen att befinna sig på utsidan av proteinet där den passerar membranet. f ) Vid mutation av aspargin till lysin så byts en negativt laddad sidokedja ut mot en positivt laddad. Om den negativa laddningen i sidokedjan är viktig för att upprätthålla den spatiala strukturen eller hemoglobinets funktion; med en positiv laddning kan detta underminera proteinets nativa konformation. Detta för att en repulsion kan ske mellan två positiva laddningar där tidigare en negativ laddning bör ha funnits och skapat en attraktion. Vid mutation av glutamat till valin så byts en negativt laddad sidokedja mot en opolär sidokedja. Opolära grupper är hydrofoba och kommer därför att sträva efter att ordna sig med

5 andra opolära grupper i hydrofoba interaktioner. Den ursprungliga sidokedjan är hydrofil och då den byts mot en opolär grupp kan detta påverka veckningen eller hemoglobinets löslighet i vatten. Detta är fallet vid sicklecellanemi då denna mutation leder till en hydrofob fläck på hemoglobinets utsida. De hydrofoba fläckarna på hemoglobinet binder till motsvarande mutation på andra hemoglobin och bildar aggregat. Vid mutation av serin till threonin så byts en polär grupp mot en annan liknande polär grupp. Förutom att threonin tar mer plats så har de liknande egenskaper vilket inte borde medföra lika stora förändringar som de andra mutationerna och bör vara minst trolig att orsaka ett sjukdomstillstånd. f 2 ) Serins uppgift i chymotrypsin är att utföra en nukleofil attack på karbonylen i substratets peptidbindning. Glycin har ingen hydroxyl grupp som kan utföra någon nukleofil attack. Därför kommer en sådan mutation i chymotrypsin medföra att den inte kan klyva peptidbindningar och därmed går dess funktion förlorad. 4. a) I primärstrukturen kan två aminosyror ligga långt ifrån varandra. Då aminosyror interagerar med varandra genom hydrofoba interaktioner, vätebindningar, disulfidbryggor (kovalenta bindningar) och jonbindningar skapas olika sekundärstrukturer. Sekundärstrukturerna kommer sedan att ordna sig i rymden (veckning), antingen spontant eller med hjälp av chaperoner eller chaperoniner, så att den erhåller lägsta möjliga energitillstånd. Det ger upphov till tertiärstrukturen. På grund av veckningen som sker kan aminosyror som är långt ifrån varandra i primärstrukturen hamna nära varandra i den tredimensionella strukturen och till och med interagera med varandra eller tillsammans utföra katalytiska funktioner. b) För att erhålla joniseringsgraden för de olika aminosyrorna så används Henderson- Hasselbalch ekvationen. Genom denna kan man beräkna proportionerna mellan den protonerade och deprotonerade formen. ph [ A ] ( pka ph ) = pka + log kan struktureras om till 0 *[ A ] = [ HA] [ HA ] Istället för pka används sidokedjans pk R -värde. HA betecknar sidokedjans protoniserade form och A - dess deprotoniserad form. Detta gör att joniseringsgraden kan räknas ut genom följande beräkningar: Glutamat, ph 5,2: (5,95,2) 0 *[ A ] = 5*[ A ] = [ HA] 5 Protoniser ad form, HA = 00% = 83,3% Deprotoniserad form, A = 00% = 6,7% 5+ Asparagin, ph 5,2: (4,55,2) 0 *[ A ] = 0,2*[ A ] = [ HA] 0,2 - Protoniser ad form,ha = 00% = 6,7% Deprotoniseradform,A = 00% = 83,3 % 0,2 + 0,2 +

6 c) Vid ph 3 och 7 beräknades joniseringsgraden ut genom samma ekvation: Glutamat, ph 3: (5,93) 0 *[ A ] = 794,3*[ A ] = [ HA] 794,3 - Protoniser ad form,ha= 00% = 99,9% Deprotonis eradform,a = 00% = 0, % 794, ,3 + Asparagin, ph 3: (4,53) 0 *[ A ] = 3,6*[ A ] = [ HA] 3,6 - Protoniser ad form,ha = 00% = 96,9% Deprotoniseradform,A = 3,6 + 3,6 00% = 3,% + Glutamat, ph 7: (5,97) 0 *[ A ] = 0,079*[ A ] = [ HA] 0,079 - Protoniser ad form,ha= 00% = 7,3% Deprotonis eradform,a = 00% = 92,7 % 0,079+ 0,079+ Asparagin, ph 7: (4,57) 0 *[ A ] = 0,003*[ A ] = [ HA] 0,003 - Protoniser ad form,ha = 00% = 0,3% Deprotonis eradform,a = 0,003+ 0,003 00% = 99,7% + d) För att enzymet (lysozym) ska kunna utföra sin katalytiska verkan optimalt kräver den att Glu är protoniserad och Asp är deprotoniserad då dessa utgör enzymets aktiva center. Vid ph 5,2 så förekommer Glu främst i protoniserad form och Asp främst i deprotoniserad form. Om ph skulle höjas kommer en större andel Glu att deprotoniseras vilket försämrar den katalytiska förmågan. Motsvarande, om ph skulle sänkas skulle en större andel Asp bli protoniserad och den katalytiska förmågan avtar. 5. a) De positivt laddade R-grupperna (främst arginin och lysin) finns på utsidan av histonerna vilka binder till de negativa fosfatgrupperna i DNA. Dessa positiva R-grupper ger histoner en hög isoelektrisk punkt, vilket försäkrar att histonerna förblir positivt laddade trots ph fluktationer. b) Proteinerna kommer att denatureras då ägget kokas eftersom energi tillförs till systemet. Detta gör att de svaga bindningarna, främst vätebindningar och hydrofoba interaktioner, bryts. Detta leder i sin tur till upplösning av spatialstrukturen. De denaturerade peptiderna kommer sedan att ordna sig för att öka den termodynamiska stabiliteten. Hydrofoba segment av peptidernas aminosyrasekvenser kommer att söka sig till andra hydrofoba segment inom den egna peptiden eller hos andra peptider (vilka också denaturerats). Även hydrofila grupper kommer ordna sig för att öka antalet vätebindningar. Detta leder till att proteinernas ingående peptidkedjor bildar stora aggregat och ägget kommer att stelna.

7 c) α-keratin är ett fibröst protein till skillnad från enzymer som är globulära. De fibrösa proteinernas funktion är att de skall vara starka och ge struktur och stadga. Generellt är fibrösa proteiner uppbyggda av polypeptider arrangerade som kedjor eller i lager. Ofta utgörs polypeptiderna som ingår i fibrösa proteiner av upprepningar av enskild typ av sekundärsturktur. Detta ger dem en förhållandevis enkel tertiärstruktur. I fallet med α-keratin snurrar sig peptidkedjorna runt varandra och ger upphov till en dimer med repliknande kvartärstruktur. Mellan dessa dimerer skapas sedan kovalenta disulfidbryggor vilket ger långa starkt kovalent bundna fibrer. I globulära proteiner som enzymer finns varierade struktur av α-helixar, β-strängar, turns och β-turns. Detta gör globulära proteiner mindre kompakta och mer flexibla då tertiärstrukturen blir mer oregelbunden och sfärisk. Antalet vätebindningar och hydrofoba interaktioner blir då mycket mindre än om man jämför med ett fibröst protein. Enzymer kan också ha disulfidbryggor som stabiliserar dem, men detta sker inom peptider eller mellan olika subenheter och inte i samma utsträckning mellan kvartärstrukturer som är fallet med α- keratin. d) På vintern sjunker temperaturen i sjöar och vattnet närmar sig fryspunkten. Om fiskarna inte hade haft etanol i blodet skulle deras blod vid låga temperaturer bli mer trögflytande tills det vid temperaturer nära 273,5 K skulle börja frysa. Om blodets vatten fryser kommer vattenmolekylerna att bilda kristallformationer vilket underminerar blodets (och organismens övriga vätskas) funktion som lösningsmedel för biomolekyler. Etanol är vattenlösligt eftersom den, genom sin hydroxylgrupp, kan skapa vätebindningar. Dess kolkedja är däremot oförmögen att binda vidare till andra vattenmolekyler och på så sätt störs vattenmolekylernas kristallbildning (då varje vattenmolekyl inte längre kan vätebinda till fyra andra vattenmolekyler vilket sker vid bildandet av iskristaller) och vattnet förblir flytande, det vill säga, vattnets fryspunkt sänks. 6. a) Då en cell befinner sig i en hypoton lösning, en lägre saltkoncentration än den fysiologiska, kommer det osmotiska trycket på cellen att öka för att utjämna koncentrationsskillnaden av joner eftersom koncentrationen av joner är högre inuti cellen än utanför. Till följd av detta tar cellen in mer vatten genom sina aquaporiner än vad membranet klarar av att hålla inneslutet och kraften från den ökade mängden vatten blir större än membranlipidernas intermolekylära bindningar vilket får cellen att lysera (spricka). + b) När karboanhydras katalyserar CO H 2O H 2CO3 HCO3 + H i kroppen är K m.2 * 0 6 vilket är ett högt K m. Detta är bra eftersom det innebär att reaktion endast kommer att ske vid högre [CO 2 ]. All vävnad har en energiomsättning som är olika hög. Vid högre energiomsättning producerar cellerna mer ATP genom elektrontransportkedjan och då krävs mer syre som slutlig elektronacceptor. En liten mängd ATP samt de elektroner som ger energi i elektrontransportkedjan kommer från nedbrytning av glukos i glykolysen samt pyruvat i citronsyracykeln. I dessa steg bildas CO 2 och ju högre energibehov en cell eller vävnad har desto mer CO 2 kommer att bildas men det kommer även krävas mera syre. Hemoglobin (Hb) som binder syre ligger i sin tur i jämvikt med [H + ] enligt HbO 2 + H + + HHb + O. 2 Denna jämvikt innebär att mer syre kommer att avges till följd av lägre ph (högre [H + ]). CA har även ett högt k cat vilket innebär att när en enzymatisk katalys väl sker ([CO 2 ] är tillräckligt

8 hög) så sker den mycket snabbt och då ökar [H + ] snabbt vilket leder till en snabb ökad frisättning av syre. c) +. CO H 2O H 2CO3 HCO3 + H HbO 2 + H HHb + O2. Då CAs K m är högt innebär det att jämvikt inte kommer gå åt höger förrän [CO 2 ] är hög vilket sker i vävnad med stor energiförbrukning. En stor ökning av [CO 2 ] leder då till ett ökat [H + ] som i sin tur påverkar jämvikt 2 och förskjuter den åt höger vilket gör att syre frisätts. Om K m vore lågt skulle jämvikt ske i all vävnad oavsett hur pass stor energiförbrukningen är vilket skulle leda till ökad [H + ] och i och med det en frisättning av syre. När sedan erytrocyterna når vävnad med ett större behov utav syre (högre energiomsättning) skulle Hb avge än mer syre och potentiellt bli deoxygenerad. Det höga K m värdet för CA innebär således att syre kommer att avges från Hb där det bäst behövs. CA har även ett högt k cat vilket innebär att när en enzymatisk katalys väl sker ([CO 2 ] är tillräckligt hög) så sker den mycket snabbt och då ökar [H + ] snabbt vilket leder till ökad frisättning av syre. Detta är viktigt eftersom vävnad med en hög [CO 2 ] behöver syre snabbt för att det inte ska bli stopp i elektrontransportkedjan. Erytrocyterna uppehåller sig en väldigt kort stund i ett givet ställe i blodomloppet och behöver avge syre snabbt då [CO 2 ] är höga. Hemoglobinets syrebindningsförmåga följer principen om cooperative binding, det vill säga att ju mer syre som redan bundit till Hb, desto lättare är det för efterkommande syremolekyler att binda. Tvärt om så innebär att ett helt deoxygenerat Hb har svårt att binda syre. Eftersom erytrocyterna passerar lungorna väldigt fort vore det förödande om Hb vore helt deoxygenerat eftersom den inte skulle hinna binda syre. d) Kloridjoner är en icke-kompetitiv inhibitor till CA. Kloridjoner binder till en annan del av CA som inte utför katalytisk aktivitet. Vid inbindning av kloridjoner sker en konformationsändring som fortplantar sig genom enzymet och gör det svårare för substratet att binda in vid det aktiva centret. Vid höga CO 2 halter kommer CA att katalysera reaktionen + + CO2 + H 2O H 2CO3 HCO3 + H åt höger. Detta leder till att [H + ] ökar och + + reaktionen HbO 2 + H HHb + O2 förskjuts åt höger. Eftersom hemoglobin inte kan - tillåtas bli helt deoxygenerat så krävs det en reglerande mekanism. Genom att byta HCO 3 joner mot kloridjoner så kan reaktionen HbO 2 + H + + HHb + O inhiberas genom att 2 minska mängden H + som bildas. 7. a) Alla proteiner som utför en uppgift oavsett om de är enzymer eller transportproteiner har en maximal hastighet med vilken en uppgift kan utföras. Ju högre substratkoncentrationen är desto fler enzymer kommer vid ett givet tillfälle att vara bundna till substratet i ett enzymsubstratkomplex. Då substratmängden ökar kommer kurvan att plana ut eftersom att de flesta enzymer redan är bundna till ett substrat och väldigt få fria enzymer. Vid höga substratkoncentrationer närmar man sig enzymets Vmax under rådande förhållande. Vmax är konstant vid en konstant enzymkoncentration. b) Insulin verkar genom att aktivera ett receptorprotein i cellmembranen. Detta ger upphov till en second messenger vilken i sin tur aktiverar intracellulära vesiklar innehållande transportprotein för glukos. Dessa vesiklar fuserar med cellmembranet och på så sätt ökar mängden transportprotein. Eftersom mängden av det aktiva proteinet ökar så ökar också Vmax vilket leder till att kurvan får en brantare lutning initialt. Initialhastigheten ökar då de

9 ökade antalet proteiner kan transportera mer glukos under ett givet tidsintervall än en lägre mängd transportproteiner. Den ändrade lutningen och Vmax gör att Km förblir konstant då ett högre Vmax kompenseras med en större lutning på kurvan initialt och ett lägre Vmax kompenseras genom en mindre lutning på kurvan. c) kcat är en hastighetskonstant för ett visst enzym och ett visst substrat som det enzymet kan katalysera. Det anger hur pass snabbt ett enzym kan utföra en uppgift eller katalys då enzymet är mättat. kcat är lika med den långsammaste delreaktionen i en katalysreaktion, det vill säga den reaktion som begränsar den totala katalysens hastighet. Den säger bara hur pass många reaktioner (katalyser, transporter etc) ett specifikt aktivt protein kan utföra per tidsenhet och ändras därför inte med koncentrationen av vare sig aktivt protein eller substrat. Vmax är inte en konstant då den beror på enzymkoncentrationen, Vmax är den maximala hastighet (m/min ml enzym) som ett enzym kan katalysera en reaktion i. Ändras enzymkoncentrationen kommer även därför den maximala katalyshastigheten förändras alltså Vmax. c 2 ) Den vänstra kurvan kan förändras på olika sätt dels genom att variera enzymkoncentrationen eller en tillsatts av en inhibitor. Om en icke-kompetitiv inhibitor tillsätts kommer Vmax att sänkas då kurvan planar ut tidigare. Kurvans lutning kommer också ändras vilket medför ett ökat värde på Km. Alternativt kan en kompetitiv inhibitor tillsättas vilket inte påverkar Vmax eller Km men ändrar kurvans utseende så att det krävs en högre substratkoncentration för att uppnå Vmax. I princip gör detta det omöjligt att uppnå Vmax. 8. a) Av reaktionen framstår det som att mer ADP produceras och att detta skulle vara del i en positiv feedback-reglering. Egentligen är reaktionen del i en längre serie enzymatiskt katalyserade reaktioner som ger upphov till ATP-produktion (glykolysen + efterföljande citronsyracykel, elektrontransportkedja och ATP-syntas). Även om ATP förbrukas i just denna reaktion ger kedjan i slutändan upphov till en större mängd ATP. För att reaktionen inte ska ske i onödan, dvs då [ATP] redan är hög krävs det att reaktionen bromsas. Detta sker genom att enzymet (fosfofruktokinas-) dels kan binda ATP som substrat (tillsammans med fruktos-6-fosfat) i det aktiva centrat och dels har ett regulatoriskt bindningsställe i en annan del av enzymet där ATP kan binda in som negativ modulator. Det aktiva centrat och det regulatoriska bindningsstället har olika K 0,5 -värden där det regulatoriska bindningsstället i fråga har ett högre K 0,5 -värde och har därmed en lägre affinitet för ATP än det aktiva centrat. På grund av de olika K 0,5 -värdena kommer enzymets aktivitet bromsas först då [ATP] är hög. Då [ATP] är hög binder ATP till ett specifikt regulatoriskt bindningsställe på enzymet vilket ger en konformationsförändring i det aktiva centrat vilket i sin tur leder till att enzymet får en minskad affinitet för ATP som substrat (K 0,5 -värdet för ATP som substrat ökar). En låg [ATP] innebär i praktiken att [ADP] är hög. Då behövs mer ATP produceras och därför är det bra att ADP fungerar som en positiv modulator. ADP binder till ett annat specifikt regulatoriskt bindningsställe på enzymet och ger en konformationsförändring som ökar enzymets affinitet för ATP som substrat. På så sätt kommer reaktionen att effektiviseras och den enzymatiska kedjan kommer att kunna ge upphov till mer ATP. b) Reaktionen har två möjliga vägar att gå. Reaktionen A B och B C regleras inte i detta fall (enligt figuren). Däremot finns det två möjliga vägar för reaktion att fortsätta efteråt antingen C D eller C G. Dessa reaktioner kan regleras av metabolit I. Negativ feedback

10 sker då en senare bildad produkt inhiberar ett tidigare skeende i reaktionsserien. I detta fall har metabolit I en negativ feedback effekt på reaktionen C G. Eftersom G H I så kommer en ökad [I] inhibera bildandet av ytterligare I. Samtidigt har I en stimulerande effekt på reaktionen C D. Detta innebär positiv feedback då en senare produkt stimulerar ett tidigare skeende i reaktionskedjan. Förutom att metabolit I inhiberar bildandet av sig själv så kommer en ökad [I] att stimulera reaktionskedjans alternativa väg så att mer av metabolit F bildas. 9. a) Naturligt fett består av triacylglyceroler som är nästintill helt olösliga i vatten. Då ägg tillsätts innehåller de fosfatidylkolin som fungerar som ett emulgeringsmedel. Fosfatidylkolin är en amfipatisk lipid med två hydrofoba svansar och ett hydrofilt fosfathuvud. Då smör ska blandas med vatten utnyttjas äggets fosfatidylkolin genom att de bildar miceller med den hydrofila gruppen utåt (som skapar vätebindningar med vattnet) och gör micellen vattenlöslig. Inuti micellen skapas hydrofoba interaktioner mellan fosfatidylkolinets svansar och triacylglycerolerna från smöret. Detta gör att fettet löser sig i vattnet. b) Fria fettsyror kan inte bilda membranstrukturer då de har en konform. Det polära huvudet, karboxylsyran, har en större omkrets än dess fettsvans. På grund av denna konform bildar fria fettsyror miceller där de större hydrofila huvudena riktas utåt och skapar vätebindnigar med vatten och de mindre hydrofoba svansarna samlas i micellens inre där de interagerar genom hydrofoba interaktioner. Fosfolipiderna däremot har inte samma konform utan dess polära huvud är bunden till två fettsyror och deras diameter kommer att vara snarlik. Detta gör att de kommer ordna sig i rad och bilda ett dubbellager som gör att det inte kan bilda små miceller utan istället dubbellager i form av större liposomer, med en vattenlöslig in och utsida. Mellan de vattenlösliga regionerna återfinns de opolära svansarna. c) Cellmembran är essentiella för att cellen ska bibehålla homeostas och få en avskild inre miljö. Dessa membraner måste vara tåliga för att cellen inte ska lysera. Membraner får inte vara för fasta eller för flytande utan måste vara dynamiska. Om membranet blir för stelt så kan cellen inte dela sig och transporten över membranet försämras. Om membranet blir för löst kommer bindningarna mellan membranlipiderna inte vara tillräckligt många för att hålla ihop membranet och cellen spricker. Hur fast eller flytande ett membran är beror på den omgivande temperaturen samt membranets komposition. Mättade fettsyror är raka och kan därför packas tätare vilket ökar antalet hydrofoba interaktioner. Omättade fettsyror har dubbelbindningar vilket begränsar fettsyrans rymdstruktur och gör att de inte kan packas lika tätt. Detta gör att de inte kan bilda lika många svaga bindningar. Cellmembran innehåller även kolesterol som stabiliserar membranet genom att öka antalet hydrofoba interaktioner mellan de omättade fettsyrorna. Detta genom att kila in sig i membranet mellan de omättade fettsyrorna och på så sätt öka antalet svaga bindningar. Djur i kallare klimat har en större andel omättade fettsyror i cellmembranen eftersom det sänker andelen hydrofoba interaktioner och alltså hindrar membranet att bli stelt vid låga temperaturer (sänker fryspunkten). Om ett djur i ett kallt klimat flyttar till ett varmt klimat så kommer deras membran att bli mer flytande eftersom djurets cellmembran består till stor del av omättade fettsyror. Detta kommer primärt att motverkas genom att öka halten kolesterol i

11 membranet. Kolesterolet håller ihop de omättade fettsyrorna medan dessa dubbelbindningar bryts genom addition på grund av värmen till mättade fettsyror. 0. a) Natriumkaliumpumpen är energikrävande då den arbetar mot natrium och kalium gradienterna. Detta är en aktiv transport och cellen tillför energi i form av ATP för att transportera tre natriumjoner från en lägre koncentration inuti cellen och till en högre koncentration utanför cellen. Samtidigt transporterar den två kaliumjoner från den lägre koncentrationen utanför cellen till den högre koncentrationen inuti cellen. Eftersom tre positiva laddningar pumpas ut och två positiva laddningar pumpas in skapas både en koncentrationsskillnad och en laddningsskillnad mellan cellens in och utsida. Laddningsskillnaden gör att det skapas en membranpotential. b) En jonofor är en peptid som kan binda till en jon och maskera dess laddning och därefter kommer den att diffundera med jonens gradient. Den har en hydrofob utsida som gör att den kan diffundera fritt över cellmembran och en insida som kan binda en specifik typ av jon. På detta sätt elimineras den kemiska gradienten över ett membran, vilket stör cellens homeostas och leder till att cellen dör. Just valinomycin transporterar kalium från cellen och ut till extracellurära vätskan. Detta kommer att motverka natriumkaliumpumpens verkan och eliminera membranpotentialen. c) HCO 3 - och Cl - joner transporteras genom ett antiportsystem ut och in ur erytrocyten. För varje HCO 3 - som går ut ur cellen genom transportproteinet måste en Cl - gå in i cellen och tvärtom. För att detta ska kunna ske måste båda jonerna finnas på respektive sida om membranet. Transporten sker utan att laddningen ändras då en negativ jon byts mot en annan negativ jon (transporten är elektroneutral). Om det inte finns tillräckligt med kloridjoner kommer inte transporten att ske eftersom båda jonerna måste delta i transporten för att den ska ske. d) Syre behövs som slutgiltig elektronacceptor i andningskedjan. Vid nedbrytning av glukos bildas en liten del ATP men främst så erhålls elektroner bundna till bland annat NADH. Dessa reducerade molekyler kommer sedan att lämna av sina elektroner till proteiner i elektrontransportkedjan. Där går elektronerna genom olika komplex vilket ger upphov till konformationsförändringar i komplexen som gör att vätejoner pumpas från mitokondriens inre membran till utrymmet mellan ytter och innermembranet. Slutligen måste elektronerna tas om hand vilket sker i komplex IV där elektronerna förs över till syre som reduceras till vatten. Utan syre skulle dessa elektroner ge upphov till fria radikaler som skulle förstöra proteiner, lipider och arvsmassa. e) Vätejonsgradienten i mitokondrien som byggts upp med hjälp av energi från elektrontransportkedjan används vanligtvis till att tillverka ATP genom ATP-syntas. I brunt fett finns även proteinet termogenin i mitokondriens innermembran och genom detta protein kan elektrontransportkedjan frikopplas från ATP-syntas och vätejonerna kommer att gå tillbaka till innermembranets insida genom termogenin. Eftersom energi inte kan skapas, försvinna eller förstöras (termodynamikens första lag) så kommer gradientens energi (som då inte driver ATP syntes) istället ge upphov till värmeenergi. f) Även om [glukos] är låg i tarmen så är [Na + ] hög. Den höga [Na + ] transporteras in i epitelcellerna med sin elektrokemiska gradient och genom att koppla detta till transport utav

12 glukos kan cellen samtidigt ta upp glukos genom symport passiv underlättad transport. Denna passiva transport är egentligen en sekundär aktiv transport då Na + samtidigt måste pumpas ut från cellen till blodet för att den elektrokemiska gradienten ska bibehållas. Två Na + och en glukos transporteras från tarmen in i cellen. När glukos väl transporterats in i cellen kan den sedan transporteras vidare ut i blodet genom uniport passiv transport med sin gradient.