3. a) En enzymkatalyserad reaktion påverkas bland annat av mängden substrat. Ju högre halt av substrat, desto snabbare går reaktionen till jämvikt. Men vid tillräckligt höga halter av substrat så sker inte längre någon hastighetsökning, varför? Svar: 3. a) Vid enzymkatalys binder enzymet in substratet/substraten till aktiva ytan. Närhet och orientering är förutsättning för katalys. Ju högre halt substat desto fler substratmolekyler omvandlas till produkt reaktionshastigheten ökar. När [S] är tillräckligt högt nås en maxgräns för hastigheten i detta läge arbetar enzymet med sin maximala hastighet (v max ) så fort ett S omvandlas till P så står nästa S och väntar!! Vid höga [S] är alla enzymmolekyler upptagna med att binda substrat, [E] tot = [ES]. Ytterligare ökning av substrat i detta läge kan inte ge någon ökning av katalyshastigheten. Den hastighet som uppnås då allt enzym är mättat med substrat kallas v max.
3. b) Ge två förslag på hur enzymers aktivitet specifikt kan regleras. Svar 3. b): Nämn två fall av följande regleringssätt *Allosterisk reglering exempel feedbackinhibering *Olika isoformer av enzymet i olika organ Aktiviteten beror av organets behov * Reversibel kovalent modifiering exempel fosforylering * Proteolytisk aktivering exempel zymogenaktivering * Transkriptionell reglering nysyntes av enzymer
3. c) Många reaktioner i cellen är energetiskt ogynnsamma. Vad innebär detta termodynamiskt? Svar: 3. c) Då ΔG o är större än 0. Energin hos reaktanterna(r) är lägre än för produkterna (P) Gibbs energi P R G = G P -G R ; Om G P > G R G > 0 Reaktionen är energetisk ogynnsam Reaktionskoordinat Gibbs energi R P G = G P -G R ;Om G P < G R G < 0 Reaktionen är energetisk gynnsam Reaktionskoordinat
3. d) Hur kan en energetiskt ogynnsam reaktion fås att blir gynnsam? Svar: 3. d) En ogynnsam reaktion kan kopplas till en gynnsam rektion, tex ATP-hydrolys. Utan ATP; MalonylCoAhar högre energi än Acetyl CoA reaktionen är energetisk ogynnsam Med ATP; Energi för AcetylCoA+ ATP tillsammans är högre än energin för MalonylCoA+ ADP + P i tillsammans reaktionen är energetisk gynnsam
3. e) Du studerar hur protongradienten över innermitokondriemembranetpåverkar ATP-syntesen. Vid dessa experiment tillsätter du en frikopplare (frikopplare = ett ämne som förstör protongradienten). Vad kommer att ske med ATP syntesen då du tillsätter frikopplaren och varför? Svar: 3. e) Syntes av ATP kommer att minska eller helt avta. Protongradienten driver ATP-syntesen. Delar av ATP-syntasfås att rotera beroende på protontransport över membranet. Denna rotation driver en konformationsförändring som i sin tur åstadkommer ATP-syntesen. H + H + H + +H+ H + H + H H + H + + H + H + H + H+ H + H + H +H+ H +H+ H + ATP Syntas ADP + Pi Frikopplare H + H + H + H + ATP Syntas ADP + Pi H + H + H + ATP Mycket ATP H + ATP Lite ATP
4. a) Vad menas med en katabolresp. anabol process? Svar: 4. a) En katabolprocess är en nedbrytande process medan en anabol process är en syntetiserande process. 4. b) Vilken typ av kemiska reaktioner katalyserar ett i) dehydrogenas? ii) karboxylas? Svar: 4.b) i) oxidation ii) karboxylering, alltså addition av en karboxylgrupp till ett substrat. Oxidation: Succinatdehydrogenas Karboxylering: acetylcoakarboxylas
4. c) Glykolysen inleder kolhydratmetabolismen. Var i cellen sker den, vad är slutprodukten och vad sker med denna i närvaro av syre respektive i våra muskler i frånvaro av syre? Svar: 4. c)glykolysen sker i cytosolenoch slutprodukten är pyruvat. I närvaro av syre omvandlas pyruvattill acetylcoasom bryts ner vidare i citronsyracykeln. Då syretillgången är låg i våra muskler (vid hög muskelaktivitet) omvandlas pyruvat till laktat. FERMENTATION I brist på syre
4. d) Vilket kontrollenzym är det viktigaste då det gäller att reglera glykolysens hastighet? Svar: 4. d) fosfofruktokinas Enzymet fosfofruktokinas regleras av ATP och av AMP Hög halt ATP binder till enzymet och vilket minskar enzymets affinitet för fruktos 6-fosfat Reaktionen går långsammare vid hög halt ATP jämfört med låg halt ATP Hög halt AMP aktiverar enzymet Hög halt AMP visar på att det är stor brist på ATP ADP + ADP ATP + AMP
4. e) Glukoneogenesen innebär att glukos bildas med andra ämnen som utgångspunkt. i) Varför är det viktigt att vi kan syntetisera glukos? ii) Vilken av processerna, glykolys eller glukoneogenes, är aktiv då [ATP] är hög? Motivera. Svar: 4. e) i) Glukos är hjärnans främsta energikälla vilket gör att vid omständigheter då kroppen inte försörjs med näring i tillräcklig grad så måste kroppen kunna syntetisera glukos utifrån vanliga metaboliter. ii) Om [ATP] är hög aktiveras glukoneogenesenför att tillverka glykogen som förvaringsmolekyl för energi
4. f) Vad blir resultatet i ATP-ekvivalenter då 1 acetylcoa bryts ner i citronsyracykeln med efterföljande process i andningskedjan och vad bildas av kolinnehållet i acetylcoa? Redovisa dina beräkningar. Svar: 4. f) Ska acetylcoabrytas ner krävs ett varv i citronsyracykeln. Detta innebär att det bildas 3 NADH och 1 FADH 2 och 1 GTP. Detta motsvarar 3 2.5 + 1 1.5 + 1 ATP = 10 ATP. Av kolet bildas CO 2.
5. a) Citronsyracykelnär amfibolvilket innebär att den kan användas både i nedbrytande och biosyntetiska syften. Ge exempel på två andra ämnen förutom glukos som kan brytas ner via citronsyracykelnsamt två ämnen som kan bildas utifrån intermediäreri citronsyracykeln. Svar: 5. a) Lipider bryts ner till fettsyrorsom i sin tur omvandlas till acetylcoasom bryts ner i citronsyracykelnoch proteinerbryts ner till aminosyrorsom kan deaminerasoch ge en rad intermediäreri citronsyracykeln, såsom α-ketoglutarat, fumarat, oxaloacetato s v. Utifrån citronsyracykelnsintermediärerkan aminosyror, nukleotider, hem, klorofyll samt fettsyror bildas.
5.b) Beskriv vad som sker i den oxidativafosforyleringen(ingående proteinkomplex, elektronernas väg, ph i olika delar av mitokondrien, slutlig e - -acceptor). Hur kan elektrontransport leda till ATP-produktion och vilken roll spelar Q (ubiquinon)? Svar: 5. b)elektroner från NADHlämnas vid proteinkomplex I och vandrar sedan via ubiquinontill proteinkomplex III och IVdär elektronerna lämnas till den slutliga e - - acceptorno 2 varvid H 2 O bildas. Elektroner från FADH 2 lämnas vid komplex IIoch vandrar också via ubiquinontill proteinkomplex III och IVför att slutligen hamna i vatten. Vid elektrontransport sker protonpumpning vid komplex I, III och IV. Detta leder till att ph blir lägre i mellanmembransutrymmetän i matrixoch den uppbyggda ph-gradienten driver ATP-syntesdå H + strömmar tillbaka till matrixvia ATP-syntas. Q (ubiquinon) är ett mobilt protein som bär elektroner mellan komplex I resp. II och proteinkomplex III. H + H + H Cytc + H + H+ H red H + H + + 4H + 2H + 4H + H + Komplex I e - 2e - NADH NAD + + H + Innermembranet Komplex II FADH 2 2e - FAD Mellanmembranutrymmet QH 2 e - Q + 2H + Matrix e - Komplex III Cytc ox Matrix e - Komplex IV 4e - 4H + + O 2 2H 2 O ATP Syntas H + H + H + ADP + Pi ATP
5. c) Hur namnges följande fettsyra? CH 3 CH 2 CH 2 CH=CHCH 2 CH=CHCH 2 CH=CHCH 2 CH 2 COOH Svar: 5. c) 14:3 4, 7, 10 5. d) Fettsyrasyntesens hastighet regleras av acetylcoakarboxylaskomplexet. i) Vilken produkt bildas i reaktionen som katalyseras av detta enzymkomplex och varför har detta enzym en unik möjlighet att kontrollera hela fettsyrasyntesenshastighet? Ange även hur aktiviteten hos enzymet påverkas i närvaro av palmitincoaoch förklara varför aktiviteten ökar eller minskar. Svar: 5. d) Enzymet katalyserar bildandet av malonylcoavilket är det initiala steget i fettsyrasyntesen. Om dess aktivitet ändras så ändras förutsättningen för hela fettsyrasyntesen ( flaskhals ). PalmitinCoAinhiberar acetylcoakarboxylas genom s k produktinhibering finns det redan mycket av produkten så behöver vi inte bygga upp fler fettsyror
6. a) Serin, treoninoch tyrosinär aminosyror som ofta spelar en nyckelroll i enzymer då de kan modifieras kovalent (dvsnågon annan grupp kan kovalent fästas till dem), vilket kan leda till drastiska konformationsförändringar som i sin tur kan leda till en ökad eller minskad aktivitet. i) Vilken är den vanligaste formen av kovalent modifiering (som modifierar aminosyrorna ovan)? ii) Insulin är ett polypeptidhormonsom påverkar glykogenmetabolismen. Hur påverkas glykogensyntesen respektive glykogennedbrytningen? Motivera. Svar: 6. a) i) Fosforylering ii) Syntesen av glykogen stimuleras av insulin och nedbrytningen av glykogen hämmas. Insulin utsöndras efter måltid då kroppen har gott om energi och då bör energin lagras till ett senare tillfälle.
6. b) G-proteiner spelar en nyckelroll vid signaltransduktion. Hur är ett G-protein uppbyggt, hur aktiveras de och vad aktiverar de i sin tur, alltså vilken är deras roll i sekvensen som leder till kovalent modifiering av aminosyror i olika enzymer? SVAR: 6. b) G-proteiner är heterotrimera, d v s består av α-, β-och γ-subenheter. G α binder GDP i vilande läge och när G-proteinet aktiveras genom att en ligand binder till en receptorersätts GDP med GTP. G α -GTP aktiverar i sin tur adenylatcyklas somomvandlar ATP tillcampsom aktiverar protein kinas A (PKA) som fosforylerar andra enzymer.
6. c) Vilken typ av bindning i) håller ihop enskilda nukleotider i en DNA-kedja? ii) håller samman de två DNA-kedjorna i en DNA-molekyl? Svar: 6. c) i) 3,5 fosfodiesterbindningar ii) vätebindningar Vätebindningar mellan kvävebaserna håller ihop kedjorna
6. d) Virus kan innehålla enkelsträngat eller dubbelsträngat DNA. Vid analys av virus-stammen X1520 fann man följande baskomposition; A=28, G=22, T=28, C=22. Vilken slutsats kunde man dra om virusets arvsmassa och varför? Motivera svaret. Svar: 6. d) X1520 bör innehålla dubbelsträngat DNA eftersom innehållet av A=T och C=G 6. e) Jämför smälttemperaturen (T m ; den temperatur som krävs för att separera 50% av DNA-strängarna) för DNA-fragmenten X och Y: Anta att DNA fragmenten är lika stora X, som innehåller 20% adenin Y, som innehåller 30% adenin Kommer temperaturerna att förhålla sig som i a, b eller c? Motivera ditt svar. a: T m (Y) > T m (X) b: T m (X) > T m (Y) c: T m (Y) = T m (X) Svar: 6. e) Alternativ bär korrekt (T m (X) > T m (Y)). Smälttemperaturen ökar ju fler GC-baspar som DNA:t innehåller eftersom ett GC-baspar hålls ihop av tre vätebindningar vilket innebär att det krävs mer energi för att separera ett GC-basparjämfört med ett AT-basparsom bara har två vätebindningar. Om dubbelsträngat X innehåller 20% A så måste dessa vätebinda med 20% T. Resterande 60% utgörs då av GC-baspar. Motsvarande siffra för fragment Y är 40% GC-baspar.
6. f) Vad menas med att genetiska koden är degenererad? Svar: 6. f)en aminosyra har ofta mer än ett kodon(undantag Met). Ex: CGU = Arg CGC = Arg CGA = Arg CGG = Arg AGA = Arg AGG = Arg En aminosyra kan kodas av flera kodon = den genetiska koden är degenererad
6. g) Vad sker vid translokaliseringssteget i translationen? Svar: 6. g) Translokeringeninnebär att fritt trnai P flyttas till E, trnamed den växande polypeptidkedjanflyttas från A till P och mrnamatas fram motsvarande 3 baser så att ett nytt kodonexponeras i A-sitet. Systemet är nu redo för en ny elongeringsrunda. E P A E P A E P A