Sluttentamen Bke2/KE0003, 31:e Oktober 2001, 09 00-16 00 Max poäng =123 p. Preliminär gräns för godkänd = 65 p (53%). Svara på varje fråga på separat papper! Ange tydligt frågans nummer längst upp på sidan! Glöm inte att ange din skrivningskod på varje papper! Glöm inte att skriva ner och spara din kod! Kod Fråga nr Lycka till! 1. Tre viktiga grupper av biomolekyler är polymerer. Ange vilka (3p) Ange för var och en av dessa vilken slags monomer de är uppbyggda av (3p), och deras huvudsakliga användning(ar) i cellen (1.5p). Ange också för varje polymer om den är en viktig energikälla i födan (1.5p). (9 p) 2. Den hydrofoba effekten är av central betydelse för hur levande organismer ser ut och fungerar. För framförallt två komponenter som celler har är den hydrofoba effekten drivande kraft för deras stabilisering och funktion. Vilka? (2p) Beskriv och förklara kortfattat! (2p) (4 p) 3. Vid en jämförelse av ett antal myoglobinsekvenser finner du ett antal konserverade aminosyror, bl.a. sekvensen X-P-G-Y, där X är aminosyra med polär sidokedja och Y är en aminosyra med sur sidokedja. 1. Vad drar du för slutsats av detta? (1p) 2. Rita tetrapeptiden ovan med huvudkedja (1p) och sidokedjor (1p för varje) markera peptidplan (1p) samt fritt roterbara bindingar i huvudkedjan (phi & psi) (1p). Anta att ph = 7.0 och ange rätt laddningar (1p). (Totalt 8p) 3. En av aminosyrorna ovan återfinns endast sällan i alfa-helixstruktur. Vilken? (1p) Beskriv med en skiss alfa-helixstrukturen (2p) och förklara varför denna sidokedja sällan åtefinns (1p). (Totalt 4p) (13 p) - sida 1 av 7 -
4. Hemoglobin (Hb) används för transport av syre från lungor till vävnad och av koldioxid från vävnad till lungor. Myoglobin (Mb) används för att lagra syre i vävnaderna. a) Beskriv kooperativ bindning av syre till hemoglobin. (5p) b) Binder myoglobin syre kooperativt? (0.5p) Varför/varför inte? (0.5p) c) Beskriv en heterotrop alloster effekt hos hemoglobin (2p). Ge ett exempel på en heterotrop alloster effekt inom metabolismen (1p). d) Cytokrom c innehåller samma prostetiska grupp som hemoglobin. Varför kan cytokrom c ändå inte binda syre? (1p) 5. Proteinrening och analys. a) Beskriv principen för jonbyteskromatografi. (1p) b) Ange två principiellt olika metoder för att uppskatta storleken på ett protein (metoder som inte kräver stora och dyra apparater) (2p) och hur de fungerar (2p). (5 p) 6. Kinetik. Tänk dig tre hypotetiska -galaktosidas-enzymer A, B, C, som förutom laktos (mjölksocker, Gal- 1->4-Glu) också kan hydrolysera cellobios (Glu- 1->4-Glu). Enzymerna följer Michaelis-Menten-ekvationen och har följande kinetiska parametrar för dessa substrat: Enzym K m, laktos (mm) k cat, laktos (s -1 ) K m, cellobios (mm) k cat, cellobios (s -1 ) A 100 100 500 10 B 10 10 50 10 C 0.1 1 1 2 a) Vilket enzym skulle du välja för att få snabbast hydrolys av laktos i vassle? (1p) Varför? (1p) Anta att laktoskoncentrationen är minst 100 mm b) Om du istället vill ha enzymet i en tablett för att i tarmen effektivt eliminera även små mängder laktos, anta 0.1 mm, vilket väljer du då (dvs.vilket enzym ger högst initial reaktionshastighet vid 0.1 mm koncentration av laktos)? (1p) Varför? (1p) c) Det vore också önskvärt om enzymet kunde eliminera eventuell cellobios som kan finnas i maten (bildas när cellulaser hydrolyserar cellulosa). Vilket enzym ger snabbast initial hydrolys av cellobios om koncentrationen är densamma som för laktos dvs. 0.1 mm? (1p) Hydrolyseras cellobios eller laktos snabbast av detta enzym? (1p) Koncentrationen är 0.1 mm för båda. (6 p) - sida 2 av 7 -
7. Enzymkatalys a) Att enzymer är så effektiva katalysatorer beror främst på att de är utformade för att binda reagerande ämnen på ett speciellt sätt. Aktiva ytan är formad för att åstadkomma två viktiga effekter som snabbar upp kemiska reaktioner. Vilka är dessa effekter? (2p) Varför gör de att reaktionen går fortare? (2p) b) Serinproteaser som trypsin, chymotrypsin, och elastas har likartade aktiva ytor och använder samma mekanism för att klyva polypeptidkedjor. Vilka tre sidokedjor förekommer alltid hos serinproteaser? (1p) Reaktiva grupper i aktiva ytan hos enzymer kan delta direkt i kemisk reaktion med substratet vilket kallas kemisk katalys. Nämn de två typer av kemisk katalys man brukar urskilja (2p), vad de innibär (2p) och ge för varje ett exempel från serinproteaser dvs. vilken grupp som är involverad och hur. (2p) 8. Enzymatiska processer är reglerade för att de ska ske vid rätt tid och på rätt plats. Regleringen sker i allmänhet genom att på olika sätt påverka aktiviteten för enzym som katalyserar metaboliskt irreversibla steg. Ibland regleras ett enzym av en produkt längre fram i en metabolisk reaktionskedja (feedback); ibland kan produkten av ett tidigare steg fungera som regulator (feed forward). Förutom att det reglerande ämnet kan fungera som en kompetitiv inhibitor finns också andra sätt att påverka ett enzyms aktivitet. Namnge (3p) och beskriv kortfattat (3p) tre sådana mekanismer för att reglera ett enzym. (6 p) 9. Som idrottsman/kvinna har du fått rådet att öka din konsumtion av a) karnitin b) kreatinfosfat och c) coenzym Q10 (ubiquinone). Förklara vilken roll dessa substanser har i den intermediära metabolismen (3p) samt vilka fysiologiska effekter som du eventuellt kan förvänta dej efter konsumtion av dessa ämnen (3p). (6 p) 10. Du har fått arbete på ett biokemiskt utvecklingsföretag som arbetar med att ta fram sk. bioaktiva fodersubstanser. En av de hetaste substanserna för tillfället utgörs av det anticarcinogena ämnet genistein (återfinns i bl.a. Soja) vilket inhiberar tyrosinkinas. Men misstanke finns att genistein även inhiberar andningskedjan. Din uppgift blir att ta reda på, om och var, denna substans inhiberar andningskedjan. Beskriv kortfattat hur du går tillväga. Till ditt förfogande har du den utrustning som ni använt under era laborationer i biokemi. (7 p) 11. Aspartaminotransferase har den högsta enzymaktiviteten av alla transaminaser i levern hos människa och däggdjur. Förklara varför? (2 p) - sida 3 av 7 -
12. Vid ett sprinterlopp (100 m) åtgår ca 1 liter syre under loppet (ca 20 gånger mer än i vila). Efter loppet fortsätter löparen att ha en förhöjd andningsfrekvens och förbrukar ytterligare ca 4 liter syre. a) Varför ökar syrebehovet så drastiskt under loppet? (1p) b) Varför kvarstår ett syrgasbehov efter att loppet har avslutats? (3p) (4 p) 13. De flesta djur lägger upp ett reservföråd av energi i form av fett. Hur mycket mer energi i form av ATP-ekvivalenter erhålls då en mol steraninsyra (C18:0) oxideras jämfört med en mol glukos. OBS! Endast den energi som erhålls i citronsyracykeln och via oxidativ fosforylering skall redovisas (inga tidigare steg). I citronsyracykeln genereras 3 NADH, 1 FADH2 och en GTP per varv. (4 p) 14. Merparten av allt lagrat glykogen återfinns i skelettmuskeln. Trots detta används inte muskelgykogen till att balansera blodglukosnivån. Vad används istället (1p)och varför utnyttjas inte muskelgykogen (2p)? (3 p) 15. Du har ombetts att inkomma med en ansökan till en tjänst som biokemist till ett av EU:s kontor i Bryssel I ansökan ombeds Ni att kortfattat beskriva, i ord och bild de huvudsakliga metaboliska vägarna som är involverade när stora mängder av kolhydrater från födan omhändertas i levern. Endast de viktigaste stegen skall anges. OBS! Max. 1 sida. (Om mer utrymme används läses ej ansökan, eventuellt bara första sidan som då ger en ofullständig beskrivning. Därför erhålls poäng endast på första sidan). - sida 4 av 7 -
16. Fotosyntes. I varje delfråga nedan är endast ett svarsalternativ korrekt. Ange vilket. (Varje rätt svar ger 1p. Fler än ett alternativ ger 0p.) A. Ljusreaktionen förser Calvin-cykeln med: (1p) a. ljusenergi b. CO 2 och ATP c. H 2 O och NADPH d. ATP och NADPH e. socker och O 2 B. Vilken av följande sekvenser visar det korrekta elektronflödet under fotosyntesen? a. NADPH O 2 CO 2 b. H 2 O NADPH Calvin-cykeln c. NADPH klorofyll Calvin-cykeln d. H 2 O fotosystem I fotosystem II e. NADPH eletrontransportkedjan O 2 C. Samarbete mellan två fotosystem i kloroplasten är nödvändigt för: a. ATP syntes b. reduktion av NADP + c. cyklisk fotofosforylering d. oxidation av reaktionscentret i fotosystem I e. bildning av proton-gradient D. Mekanistiskt sett liknar fotofosforyleringen mest: a. fosforylering på substrat-nivå i glykolysen b. oxidativ fosforylering i cellandningen c. Calvin-cykeln d. kolfixering e. reduktion av NADP + E. På vilket sett liknar de anpassningar av fotosyntesen som sker i C4 växter och CAM växter varandra? a. I båda fallen är klyvöppningarna öppna under dagen. b. Båda typer av växter syntetiserar socker utan Calvin-cykeln. c. I båda fallen används ett annat enzym än Rubisco för att katalysera första steget i kolfixeringen. d. Båda typer av växter syntetiserar huvuddelen av sitt socker i mörker. e. Varken C4 växter eller CAM växter har grana lameller (stackade membran) i kloroplasterna. - sida 5 av 7 -
(forts. fråga 16) F. Vilken av följande processer drivs mest direkt av ljusenergi? a. bildning av en ph-gradient genom att protoner pumpas över tylakoid-membranet b. kol-fixering i stroma c. reduktion av NADP + d. exitering av elektroner i membranbundna klorofyllmolekyler e. ATP-syntes G. Vilket av följande påståenden skiljer korrekt mellan cyklisk och icke cyklisk fotofosforylering? a. Endast icke-cyklisk fotofosforylering producerar ATP. b. Förutom ATP, producerar icke-cyklisk fotofosforylering även O 2 och NADPH. c. Endast icke-cyklisk fotofosforylering använder ljus av våglängd 700 nm. d. Kemiosmos sker endast vid icke-cyklisk fotofosforylering. e. Endast icke-cyklisk fotofosforylering kan arbeta utan fotosystem II. H. Vilket av följande påståenden skiljer korrekt mellan autotrofer och heterotrofer? a. Endast heterotrofer behöver kemiska föreningar från omgivningen. b. Cellandning sker endast i heterotrofer. c. Endast heterotrofer har mitokondrier. d. Endast autotrofer, men inte heterotrofer, kan livnära sej på oorganiska föreningar, som t.ex. CO 2. e. Endast heterotrofer behöver syre för att leva. I. Vilken av följande processer kan fortfarande ske i kloroplasten i närvaro av en inhibitor som hindrar H + från att passera genom ATP syntaset? a. socker syntes b. bildning av proton-gradient c. fotofosforylering d. Calvin-cykeln e. oxidering av NADPH (9 p) 17. DNA a) Beskriv replikeringen av den ledande (leading strand) och eftersläpande (lagging strand) strängen av DNA i en bakterie som E. coli. Vilka enzym deltar (6p) b) Vad är ett operon (1p) och vilken fördel har arrangemanget (1p)? c) I bakterier (E. coli) sker initieringen av proteinsyntesen (translationen) vid start kodonet (AUG). AUG kodonet förekommer även inuti den proteinkodande sekvensen i - sida 6 av 7 -
mrnat. Hur vet ribosomen vilket som är det rätta start kodonet dvs var translationen skall börja? Begreppet Shine-Dalgarno sekvens skall ingå i svaret (2p). 18. DNA-lab a) Du har fått en transformationsfrekvens på 2*10-6. Om du har 12 miljoner bakterier, hur många har då tagit upp en plasmid? (1p) b) Du är doktorand på SLU. Du är dessutom intresserad av ett protein som uttrycks av genen G. Det visar sig att en grupp i Finland jobbar med detta protein, och du bestämmer dig för att inleda ett samarbete. De skickar dig en plasmid som har genen insatt enligt skissen nedan. I skissen är EcoR1, BamIII, Sac1, HindIII, Asp718 och Xho1 namn på restriktionsenzym som klipper plasmiden specifikt på markerade ställen. Du känner dig dock lite osäker på om du kan lita på ett bastubadande folkslag... Genen som uttrycker ditt protein heter genen G. Genen G är 2000 baspar stor, och plasmiden totalt 5000 baspar. Beskriv i stora drag hur du går tillväga för att kolla att det är rätt storlek på plasmid och gen du har fått. (De har skickat en för liten mängd plasmid för att du direkt ska se något på en agarosegel).(4 p) (5 p) EcoR1 BamIII Sac I Genen G HindIII Ampicillinresistens Xho 1 Asp718 - sida 7 av 7 -