Übungsaufgaben Biochemie 1

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1 1 Übungsaufgaben Biochemie 1 Aminosäuren, Peptide, Proteine Aufgabe 1 a) Nennen Sie die Zahl der proteinogenen Aminosäuren? b) Welche ist/sind optisch inaktiv? c) Gibt es D-Aminosäuren in Proteinen? d) Gibt es D-Aminosäuren in lebenden Zellen? e) Welche proteinogenen Aminosäuren haben mehr als ein asymmetrisches C-Atom? f) Zeichnen Sie die Stereoisomeren von einer proteinogenen Aminosäure mit mehreren asymmetrischen C-Atomen (welche, wird in der Übung bekannt gegeben.). g) Welche proteinogenen Aminosäuren können durch Behandlung mit Säuren oder Laugen in andere proteinogene Aminosäuren überführt werden? Aufgabe 2 a) Welche Aminosäuren sind unten dargestellt (Name, Dreibuchstabensymbol) O N H 2 OH O NH 2 HO OH O NH 2 b) Welche Eigenschaften haben die Seitenketten? c) Zeichnen Sie L-Form der Aminosäuren in der Fischerprojektion. Aufgabe 3 a) Welche Aminosäure ist unten dargestellt? b) Zeichnen Sie die Struktur der unten dargestellten Aminosäure in der Fischerprojektion. c) Welche Aminosäure ist unten dargestellt?

2 2 Aufgabe 4 a) Zeichnen Sie die Strukturformeln von Glycin, -Alanin und -Aminobuttersäure. b) Welche der drei Aminosäuren weist die höchste, welche die geringste Acidität (Säurestärke) auf? Aufgabe 5 a) Nennen Sie Aminosäuren, deren Seitenketten bei ph 7 überwiegend negativ geladen sind. b) Nennen Sie Aminosäuren, deren Seitenketten bei ph 7 überwiegend positiv geladen sind. Aufgabe 6 Sie haben eine Tyr-, Phe- und Trp-Lösung angesetzt und vergessen, die Gefäße zu beschriften. Wie können Sie ohne Verluste ermitteln, in welchem Gefäß sich welche Aminosäure befindet? Aufgabe 7 Berechnen Sie die isolektrischen Punkte von a) Gly b) Asp c) Lys Aufgabe 8 Unten ist die Titrationskurve von Ala gezeigt. a) Bei welchen ph-werten ist die Pufferwirkung dieser Aminosäure am größten? b) Kennzeichnen sie ph-bereiche, in denen die Pufferwirkung sehr schlecht ist. c) An welchem Punkt ist die Hälfte der Säuregruppierungen dissoziiert? d) An welchem Punkt ist die Hälfte der Aminogruppen dissoziiert? e) An welchem Punkt ist die Aminosäure nach außen hin ungeladen? Aufgabe 9 a) Berechnen Sie den isoelektrischen Punkt von His. b) Beschreiben Sie die überwiegend auftretenden Ionisierungszustände von His bei ph1, ph10 und ph6,0. Aufgabe 10 Berechnen Sie den Anteil von His mit einem positiv geladenen Imidazolring bei a) ph 4,0 b) ph 6,0 c) ph 8,0

3 3 Aufgabe 11 Am isoelektrischen Punkt liegen die Aminosäuren überwiegend, aber nicht ausschließlich in der zwitterionischen Form vor. a) Welche Formen existieren sonst noch? b) Berechnen Sie am Beispiel von Gly den Anteil der verschiedenen Formen am isoelektrischen Punkt. Aufgabe 12 a) Eine Aminosäure wandert bei der Elektrophorese (Elektrophoresepuffer ph 9,0) zur Kathode. Ist der isoelektrische Punkt dieser Aminosäure größer oder kleiner als 9,0? b) Für welche proteinogenen Aminosäure(n) trifft das zu? c) Ab welchem ph-wert wandert nur eine proteinogene Aminosäure zu Kathode? Aufgabe 13 Sie trennen ein Aminosäuregemisch bestehend aus Ala, Asp und Arg elektrophoretisch auf. Beschreiben Sie das Wanderungsverhalten der Aminosäuren, wenn der Elektrophoresepuffer einen ph-wert von a) 1,5 b) 6,1 c) 8,0 d) 9,8 e) 10,75 f) 12,0 hat. Aufgabe 14 Sie trennen ein Gemisch von Asp, Ala und Arg über einen Kationenaustauscher auf. In welcher Reihenfolge werden die Aminosäuren eluiert?

4 1 Übungsaufgaben Biochemie 1 Aminosäuren, Peptide, Proteine Übung 2: Aufgabe 15 a) Zeichnen Sie die Strukturformel von AlaGly. b) Beschreiben Sie die Eigenschaften der Peptidbindung. c) Um welche Bindungsachsen ist im Dipeptid eine freie Rotation möglich? Aufgabe 16 a) Zeichen Sie die Struktur von AspProTyrCys. b) Schreiben Sie den Namen des Peptids auf. c) Absorbiert das Peptid im UV-Bereich (Wellenlängenbereich > 250 nm)? d) Wenn ja, erwarten Sie Veränderungen im Absorptionsverhalten in Abhängigkeit vom ph-wert? e) In welche Richtung wandert das Peptid, wenn der Elektrophoresepuffer einen ph-wert von 6,0 hat? Aufgabe 17 Sie behandeln das unten dargestellte Peptid mit a) BrCN b) Trypsin c) Chymotrypsin Welche Produkte entstehen? AlaValPheGluGlyTyrMetGlyArgGlyPhe Aufgabe 18 Nach Behandlung eines Dekapeptids mit Chymotrypsin erhalten Sie folgende Produkte: AlaMetGlyTyr, LeuArgAlaTyr, GlyGly Nach Behandlung des gleichen Peptids mit BrCN entstehen 2 Fragmente, ein Tetra- und ein Hexapeptid. Wie ist die Ausgangssequenz des Peptids? Aufgabe 19 Sie haben ein Peptid aus 15 Aminosäuren isoliert und spalten es mit BrCN und Trypsin. Nach der Behandlung mit BrCN erhalten Sie folgende Peptide: GlyAlaLysLeuProMet PheTrpMet AspGlyArgCysAlaGln Nach der Spaltung mit Trypsin erhalten Sie folgende Produkte: LeuProMetAspGlyArg CysAlaGln PheTrpMetGlyAlaLys Wie ist die Struktur des Ausgangspeptids?

5 2 Aufgabe 20 Beim Versuch, die Sequenz eines Dekapeptids aus Bacillus brevis zu bestimmen, traten folgende Probleme auf: -Nach Behandlung des Peptids mit Dansylchlorid und anschließender Hydrolyse wurden keine am α-c-atom markierten Aminosäuren gefunden. -Die Behandlung des Peptids mit Carboxypeptidasen oder Aminopeptidasen führte zu keiner Freisetzung von Aminosäuren. -Der Edman-Abbau war mit dem intakten Ausgangspeptid nicht durchführbar, da es nicht mit Phenylisothiocyanat reagierte. Versuchen Sie eine Erklärung für die auftretenden Probleme zu finden und suchen Sie nach Problemlösungen. Aufgabe 21 Wie gehen Sie vor, wenn Sie die Sequenz von einem größeren Peptid oder einem Protein aufklären wollen. Aufgabe 22 Unten ist die Struktur eines Antibiotikums dargestellt (welches?) Welche Aminosäuren könnten als Bausteine dienen? Gehen Sie davon aus, dass die Pilze, welche das Antibiotikum synthetisieren, ungewöhnliche Bindungsverknüpfungen katalysieren können. Aufgabe 23 Ein im Labor hergestelltes Polypeptid, welches ausschließlich aus Glutaminsäure aufgebaut ist, liegt bei ph 7 als Zufallsknäuel vor. Bei ph 4 bildet sich die α-helicale Form. Versuchen Sie, eine Erklärung dafür zu finden. Aufgabe 24 Ein im Labor hergestelltes Polypeptid, welches ausschließlich aus Lysin aufgebaut ist, kann ebenfalls abhängig vom ph-wert als Zufallsknäuel oder -Helix vorliegen. Versuchen Sie, die ph-abhängigkeit des Übergangs zwischen den beiden Strukturen vorherzusagen. Aufgabe 25 Nennen Sie Wechselwirkungen/Bindungskräfte, welche die Tertiärstruktur von Proteinen stabilisieren. Nennen Sie Beispiele für Aminosäuren, deren Seitenketten sich an der Ausbildung der von Ihnen genannten Bindungen beteiligen können.

6 Übung 3: Bitte für die nächsten Übungen Millimeterpapier mitbringen! Aufgabe 26 Sie trennen Immunglobuline der Klasse G (IgG) unter denaturierenden Bedingungen einmal in Gegenwart und einmal in Abwesenheit eines Reduktionmittels (Dithiothreitol) über eine Sephadex G100-Säule auf (Trennbereich siehe unten). Welches Elutionsverhalten erwarten Sie? Aufgabe 27 Sie trennen Insulin und Glucagon unter reduzierenden und nicht reduzierenden Bedingungen über eine SDS-PAGE auf. Beschreiben Sie das Wanderungsverhalten, das Sie erwarten.

7 Aufgabe 28 Unten ist ein SDS-Polyacrylamidgel gezeigt. Auf der linken Seite sind die in der Tabelle aufgeführten Markerproteine aufgetragen. Schätzen Sie zunächst die Molmasse des ungekannten Proteins auf der rechten Seite. Bestimmen Sie die molare Masse des unbekannten Proteins auf der rechten Seite. Weitere Informationen in der Vorlesung! Markerprotein Molare Masse Myosin β-galactosidase Phosphorylase b Serumalbumin Ovalbumin Carboanhydrase Trypsininhibitor Lysozym

8 Enzyme,Enzymkinetik Aufgabe 29 Ein Enzym, das der Michaelis-Menten-Kinetik gehorcht, zeigte folgendes kinetisches Verhalten. a) Um welche Art von Inhibition handelt es sich? b) Zeichnen Sie ein Lineweaver-Burk-Diagramm für diesen Inhibitionstyp. v [S] Aufgabe 30 Die maximale Geschwindigkeit einer enzymkatalysierten Reaktion beträgt 10 mmol l -1 min -1. Wie hoch ist die Reaktionsgeschwindigkeit bei den unten angegebenen Substratkonzentrationen? [S] = 1/2 KM [S] = KM [S] = 5 KM Aufgabe 31 Der KM-Wert für eine enzymkatalysierte Reaktion beträgt 0,5 x 10-4 mol x l -1. Eine wie hohe Substratkonzentration müssen Sie für die enzymkatalysierte Reaktion einsetzen um a) 50% b) 80% der Maximalgeschwindigkeit zu erreichen? Aufgabe 32 Die katalytische Aktivität einer Dipeptidase, welche Amidbindungen von Dipeptiden spaltet, wurde mit GlyGly als Substrat untersucht. Die Messung der Reaktionsgeschwindigkeit ergab die unten angegebenen Werte. Ermitteln Sie daraus KM und vmax. [S] (mmol l -1 ) V o (µmol l -1 min - 1 ) 1,5 0,21 2,0 0,24 3,0 0,28 4,0 0,33 8,0 0,40 16,0 0,45

9 Aufgabe 33 Penicillase ist ein Enzym, das das in penicillinresistenten Bakterien vorkommt. Es inaktiviert Penicillin durch Spaltung der Amidbindung im β-lactamring In der Tabelle unten ist die Geschwindigkeit dieser enzymkatalysierten Reaktion (Anfangsreaktionsgeschwindigkeit) in Abhängigkeit von der Substratkonzentration dargestellt. Bestimmen Sie KM und vmax. (Gehen Sie davon aus, dass die Reaktion der Michaelis-Menten-Kinetik gehorcht) [Penicillin] (µm) Pro Minute in 1 ml hydrolysierte Menge in Nanomol 1 0,11 3 0,25 5 0, , , ,61 Penicillase-Reaktion: (nach der Spaltung des Lactam-Rings durch Penicillase spontane Decarboxylierung) Aufgabe 34 Die Geschwindigkeit einer enzymkatalysierten Reaktion wird in Abhängigkeit von der Substratkonzentration in Gegenwart und Abwesenheit eines Inhibitors bestimmt. Dabei erhalten Sie die unten angegebenen Werte. Um welchen Inhibitionstyp handelt es sich? [S] (µmol/l) v o ohne Inhibitor (µmol l -1 min -1 ) 3 10,4 4,1 5 14,5 6, ,5 11, ,8 22, ,5 33,8 v o mit Inhibitor (µmol l -1 min -1 )

10 Aufgabe 35 Sie waren in Ihrer Bachelorarbeit erfolgreich. Sie haben ein neues Enzym entdeckt und aufgereinigt. Zur Dokumentation Ihrer Reinigung stellen Sie folgende Tabelle auf. Reinigungsverfahren Gesamtprotein Aktivität (units) Ausgangshomogenat 10 g Pellet nach 2,5 g Ammoniumsulfatfällung Nach Chromatographie 100 mg über DEAE-Cellulose Nach 25 mg Affinitätschromatographi e Nach Gelfiltration 20 mg a) Berechnen Sie die spezifische Aktivität des Enzyms nach jedem Reinigungsschritt. b) Welches Verfahren bringt die größte, welches die geringste Reinigungswirkung? c) Wie können Sie überprüfen, ob Ihr Enzym am Ende sauber ist? d) Wie können Sie feststellen, ob es aus mehreren Polypeptidketten besteht, und ob diese über Disulfidbrücken miteinander verbunden sind? Aufgabe 36 Bei Proteinisolierungen erreicht man durch Addition von Protease- Inhibitoren, welche Serin-Proteasen irreversibel inhibieren, häufig beträchtliche Ausbeutesteigerungen. a) Beschreiben Sie mit Strukturformeln die Reaktion eines Proteaseinhibitors mit Serinseitenketten. b) Wie können Sie Proteasen inhibieren, bei denen Cys- Seitenketten an der Katalyse beteiligt sind. Aufgabe 37 Welche Proteinbestimmungsmethoden kennen Sie? Vergleichen Sie die Methoden miteinander (Stärken, Schwächen)?

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12 Übung 4: Kohlenhydrate Aufgabe 38 Definieren Sie folgende Begriffe: a) Kohlenhydrate b) Aldosen c) Ketosen d) Furanosen e) Pyranosen f) Anomere g) Epimere h) Enantiomere i) Halbacetale Aufgabe 38-2 In welchen drei Formen kann D-Glucose auftreten? Zeichnen Sie die Strukturen (linear in der Fischerprojektion). Aufgabe 39 Welche der folgenden Zucker sind Epimere? a) Glucose und Mannose? b) Glucose und Galactose? c) Mannose und Galactose? Aufgabe 40 Wie viele Stereoisomere findet man bei Aldosen mit 3, 4, 5 und 6-C-Atomen? Aufgabe 41 Zeichnen Sie die Strukturformeln von D- und L-Galactose in der Fischerprojektion (offenkettige Form). Aufgabe 42 Welche der unten aufgeführten Kohlenhydrate sind bei der Fehlingschen Probe reduzierend? a) Glucose b) Ribose c) Desoxyribose d) Fructose e) Maltose f) Trehalose g) Saccharose h) Lactose Aufgabe 43 Bei welchen der oben aufgeführten Kohlenhydrate beobachtet man keine Mutarotation? Aufgabe 44 Erwarten Sie Veränderungen in der Reduktionswirkung der oben genannten Disaccharide nach Spaltung der glykosidischen Bindungen? Wenn ja, welche? Aufgabe 45 Welche der Proteinbestimmungsmethoden, die Sie kennen gelernt haben, könnte man auch für den Nachweis und die Quantifizierung von Kohlenhydraten einsetzen? Aufgabe 46

13 Machen Sie Aussagen über die Zahl der reduzierenden Enden in einem reinen Amylose, einem reinen Amylopektin-, einem reinen Glykogen-, einem reinen Cellulose- und einem reinen Chitinmolekül. Aufgabe47 α-amylase ist ein Enzym, das die hydrolytische Spaltung von α(1-4)-glykosidischen Bindungen katalysiert. Erwarten Sie nach Behandlung von a) Amylose b) Amylopektin c) Glykogen d) Chitin e) Cellulose mit α Amylase eine Veränderung der Reduktionswirkung? Information: α Amylase spaltet ausschließlich α(1-4)-glykosidische Bindungen. Aufgabe47-1 Warum nutzt der menschliche Körper nicht Stärke als Speichermolekül? Alte Klausuren zur Orientierung: password: rkjd90

14 1 Übung 5: Lipide Aufgabe 48 Erklären Sie den Begriff Lipide. Wie kann man Lipide einteilen? Aufgabe 49 Weshalb erfolgt die Energiespeicherung im menschlichen Körper vor allem in Form von Fetten und nicht in Form von Glykogen? Aufgabee 50 Welche Charakteristika weisen essentielle Fettsäuren auf? Aufgabe 51 Wie sind Fettsäuren bei ph 2, ph 7 und ph 9 geladen? Aufgabe 52 Erklären Sie die Unterschiede in den Schmelzpunkten von Stearinsäure und Ölsäure. Aufgabe 53 Wieso schmilzt Ölsäure bei anderen Temperaturen (höheren oder niedrigeren?) als Elaidinsäure? Ölsäure und Elaidinsäure unterscheiden sich nur in der Konfiguration ihrer Doppelbindung. Aufgabe 54 Schreiben Sie die Kurzschreibweisen für folgende Fettsäuren auf: a. Myristinsäure b. Linolsäure c. Arachidonsäure Aufgabe 55 Erklären Sie, wie man aus pflanzlichen Ölen Margarine herstellen kann. Aufgabe 56 Im Küchenbereich werden Abflüsse/Abflusssiebe häufig mit NaOH-haltigen Substanzen gereinigt. Erklären Sie, was passiert. Aufgabe 57 Was entsteht bei der vollständigen Hydrolyse von Lecithin? Aufgabe 58 Geben Sie je ein Beispiel für ein Phosphoglycerid mit a) einer negativen Gesamtladung b) neutralem Charakter