Sluttentamen Biokemi BI1032, 14:e januari 2010, 09 15-15 00 Max = 100 p. Preliminära gränser: 3 = 55p; 4 = 70p; 5 = 85p. 1. a) Vilka är de 6 vanligaste grundämnena (atomslagen) i levande organismer? (1.5p) b) Vilka av dessa atomslag är mest respektive minst elektronegativa? c) Vilka atomslag brukar fungera som acceptor eller donor i vätebindningar i biologiska system? d) Ange de tre olika typer av icke-kovalenta bindningar som förekommer i proteiner och andra makromolekyler, i ordning från starkast till svagast (för ett bindningsavstånd i vattenlösning på 3.5 Å) (1.5p) 2. Utan biologiska membran skulle inget liv kunna existera. a) Beskriv med en enkel skiss uppbyggnaden av ett biologiskt membran. b) Vad kallas den drivande kraften som gör att membraner hålls ihop (och som gör attproteiner veckar sig)? Hur fungerar den? c) Ge två exempel på energialstrande processer där biologiska membran är av central betydelse. 3. Nedan visas kemiska formler för de två aminosyrorna Glycin och Lysin, tillsammans med typiska pk a värden för deras joniserbara grupper. NH 3 + (CH 2 ) 4 + H 3 N-CH 2 -COO - CH COO - + H 3 N Glycin (Gly, G) Lysin (Lys, K) pk a (N-term) = 9.0 pk a (N-term) = 9.0 pk a (C-term) = 2.5 pk a (C-term) = 2.5 pk a (Lys) = 10.8 a) Rita dipeptiden Gly-Lys vid ph 7. Markera alfa-kol, huvudkedja, sidokedjor, peptidbinding, N-terminal och C-terminal. (3p) b) Vilken nettoladdning har dipeptiden vid ph 7? Varför! c) Vilken nettoladdning har dipeptiden vid ph 12? Varför! 4. När man beskriver ett proteins struktur talar man om primär-, sekundär-, tertiäroch kvartenär struktur. a) Vilka är de (två) viktigaste typerna av sekundärstruktur i proteiner? Beskriv hur de ser ut! (2p) b) Sekundärstruktur stabiliseras framför allt av en speciell typ av bindning. Vilken bindning och mellan vilka atomer i polypeptidkedjan? (2p) c) Definiera och förklara begreppen tertiär- och kvarternär struktur. (2p) (6 p) Sidan 1 av 5
5. Du arbetar med ett nytt protein kallat Z och en av dina arbetskamrater har bestämt molekylvikten på detta med hjälp av gelfiltrering. Du tycker emellertid inte hans data är riktigt pålitliga och vill göra ett kontrollexperiment. För detta måste du rena fram Z och befinner dig nu i slutstadiet av reningsprocessen där du måste bli av med ett par andra förorenande proteiner (A och B) i din blandning. Tidigare analyser har visat att Z, A och B har följande isoelektriska punkter: Protein Isoelektrisk punkt Z 5.4 A 8.2 B 8.8 a) Du bestämmer dig för att köra en jonbyteskromatografikolonn. Beskriv principen för metoden och hur du i detta specifika fall skulle kunna göra för att isolera Z. (2 p) b) När Z är renframställt bestämmer du aminosyrasekvensen för protein Z och finner att det består av 223 aminosyror. En annan av dina kollegor tror sig veta att man från detta teoretiskt även kan beräkna den ungefärliga molekylvikten men är lite osäker på hur man gör och kommer därför upp med flera förslag: 25.000 Dalton, 100.000 Dalton eller 250.000 Dalton. Du får hjälpa henne, vilken av de beräknade molekylvikterna är troligen rätt? Motivera svaret! (2 p) c) Nämn ytterligare två metoder som du kan använda för att bestämma molekylvikten hos ditt protein. Tillsammans ger dessa metoder också information om huruvida proteinet har eventuella subenheter. Förklara kortfattat hur. d) Du fortsätter dina studier av Z och upptäcker att proteinet kan binda till ribos. Skulle du kunna utnyttja det separationstekniskt? Motivera kortfattat. (1 p) (8 p) 6. a) Definiera och beskriv kortfattat de tre stegen i molekylärbiologins "centrala dogma", flödet av den genetiska informationen. (3p) b) Varför kan man förutsäga ett proteins aminosyrasekvens om man känner genens nukleotidsekvens, men ej bestämma en gens nukleotidsekvens om man känner proteinets aminosyrasekvens? (2p) 7. Här följer en rad påståenden. Markera vid varje påstående om du anser det vara sant eller falskt. OBS läs varje påstående noggrant (0.5p/rätt). 1) Promotor kallas den DNA-sekvens dit RNA-polymeraset binder. 2) Ribosomen kopplar ihop aminosyror i rätt ordning genom att avläsa informationen i mrna. 3) trna bär med sig aminosyror vilka ribosomen länkar ihop till ett protein. 4) Öppen läsram (Open Reading Frame) innehåller information som bestämmer vilka aminosyror proteinet kommer att innehålla. 5) Ett kodon som avläses till aminosyran alanin i djur avläses till aminosyran prolin i bakterier. 6) DNA-polymeras replikerar RNA till DNA. Sidan 2 av 5
8. PCR tekniken har revolutionerat molekylärbiologin. a) Vilka komponenter (förutom buffert, vatten och PCR maskin) behövs för en fungerande PCR, d.v.s. vad behöver ni tillsätta till PCR röret (2p)? b) Antag att ni med hjälp av PCR vill amplifiera (göra fler kopior av) en specifik gen och att ni utgår från en kopia av genen hur många kopior har ni efter 2 respektive 4 PCR cykler? (Med cykel avses t.ex. 45 sekunder vid 95 o C, 1 minut vid 55 o C samt 1 minut vid 72 o C) 9. 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)? b) om substratkoncentrationen [S] är 30 μm (mikromolar) vid samma enzymkoncentration? c) om substratkoncentrationen [S] är 10 μm (mikromolar) vid samma enzymkoncentration? d) om vi istället dubblar enzymkoncentrationen vid samma substratkoncentration, ([S] = 20 mm, [E] tot = 6 nm)? e) Hur påverkar enzymets K m respektive k cat förhållandet mellan koncentrationerna av substrat och produkt vid jämvikt? (5p) 10. 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? (7 p) 11. Kanaler, pumpar, signalöverföring: a) Vad är skillnaden mellan aktiv och passiv transport av små molekyler genom lipidmembraner? b) Vid hormonell kontroll och i många sinnesceller sker signalöverföring med 7TMreceptorer, G-proteiner och adenylatcyklas. Rita schematiskt hur proteinerna är organiserade vid cellmembranet, och beskriv kortfattat hur en signal produceras av receptor, trimert G-protein och adenylatcyklas? Hur sker signalförstärkningen i denna kedja? Vad kallas den typen av signalförstärkning? (3p) Sidan 3 av 5
12. Det har i massmedia framkommit misstankar om att ett speciellt vin kan ha innehållit cyanid eller något annat gift med snarlik funktion. Minst en person har uppvisat allvarliga symptom efter att ha konsumerat vinet. Beskriv kortfattat hur du skulle gå tillväga (utifrån dina kunskaper från biokemikursen) för att experimentellt påvisa om det finns höga halter av de misstänkta toxiska substanser i vinet. Alla nödvändiga ingredienser (apparatur, substrat, mm) och tillvägagångssätt måste anges samt tolkning av resultatet efter tillsats av respektive substans. Vilken metabolisk pathway är det som påverkas och varför är cyanidförgiftning så allvarligt? (10 p) 13. a) Varför måste celler bilda 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? 14. Vilka reaktioner katalyserar följande nyckelenzymer? Ange substrat och produkt (formel behöver ej anges) a) Hekokinas b) Pyruvatdehydrogenas-komplexet (PDH) c) Isocitrat-dehydrogenas d) Fosfofruktokinas e) Glykogenfosforylas f) Glukos-6-fosfatas (6 p) 15. Ange tre olika utgångssubstrat som används för glukoneogenes. 16. Inför vintern lägger de flesta djur upp ett reservförråd av energi i form av fett. 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. Sidan 4 av 5
17. Vid fysisk ansträngning används stora mängder av ATP av skelettmusklerna. För att tillgodose musklernas energibehov används olika substrat för produktion av ATP beroende på den fysiska aktivitetens varaktighet. Markera i figuren nedan vilka substrat som används (1.5p) och ange om de används vid aerob eller anaerob metabolism (1.5p). 18. a) Vid vissa situationer ökar koncentrationen av ketonkroppar i blodet även hos friska människor. När, var, varför och hur produceras dessa ketonkroppar? (4p) b) Till vad används ketonkroppar och av vilka organ (ange minst 2)? (3p) (7 p) 19. a) Vilka två produkter från pentosfosfatshunten anses som viktigast? (2p) b) Ge förslag på vad dessa två produkter används till i cellen? (2p) 20. Fotosyntes a) I vilken organell och var i organellen sker fotosyntesens ljusreaktion hos växter? b) Vad heter det viktigaste ljusinfångande ämnet hos växter? c) Från vilket ämne tas elektronerna till elektrontransporten vid icke-cyklisk fotofosforylering? d) Vilket ämne är den slutliga elektron-mottagaren vid icke-cyklisk fotofosforylering? e) I vilken organell och var i organellen sker fotosyntetisk kolfixering (mörkerreaktion, Calvincykeln) hos växter? Sidan 5 av 5