Übungsfragen zur Vorlesung Einführung in die Biologie, Zell- und Molekularbiologie Teil Biochemie PD Dr. Udo Rau. (Biomoleküle allgemein)

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1 Übungsfragen zur Vorlesung Einführung in die Biologie, Zell- und Molekularbiologie Teil Biochemie PD Dr. Udo Rau (Biomoleküle allgemein) 1) Aus welchen Elementen besteht die Zelle zu 99%? 2) Warum ist gerade Kohlenstoff in der Lage so viele, strukturell unterschiedliche Moleküle zu bilden? 3) Wieviel % Protein sind durchschnittlich in der Biotrockenmasse enthalten? (Wasser, Puffer) 1) Nennen Sie einige Funktionen des Wassers in der Zelle. 2) Was ist der biologische Nutzen der hohen Verdampfungswärme von Wasser? 3) Erläutern Sie die 3D-Struktur von Eis. 4) Was versteht man unter "flickering clusters"? 5) Was ist eine amphiphatische Verbindung, nennen Sie Beispiele und die Organisation in Wasser. 6) Nennen Sie die kolligativen Eigenschaften von Wasser und deren Beeinflussung durch gelöste Substanzen. 7) Wie ist der ph-wert definiert? 8) Geben Sie die Berechnung des ph einer 0,01 M NaOH an. 9) Wie lautet die Henderson-Hasselbach Gleichung? 10) Warum ist die ph-konstanz innerhalb der Zelle von entscheidender Bedeutung.

2 (Aminosäuren und Peptide) 1) Wieviel Aminosäuren sind hauptsächlich in den Proteinen und Enzymen enthalten? 2) In welche Gruppen werden die AS gegliedert und nennen Sie eine AS pro Gruppe (Formel). 3) Welche Besonderheit weist Prolin (Formel) auf? Welche Aufgabe kommt dem Cystin (Formel) in den Proteinen zu? 4) Nennen Sie die Voraussetzung für eine optisch aktive AS. 5) Was sind Enantiomere bzw. Racemate? Was sind D/L-Isomere und besteht ein Zusammenhang zur optischen Akitivität? 6) Wie sind die natürlichen AS in den Proteinen konfiguriert? 7) Nennen Sie zwei chemische Nachweismethoden von AS. 8) Beschreiben Sie die ampholytischen Eigenschaften von AS. Zeichnen Sie eine Titrationskurve. 9) Mit Hilfe welcher Methoden lassen sich AS-Gemische analysieren? 10) Erläutern Sie die Ionenaustauscherchromatographie. 11) Wie sieht ein Dipeptid aus (Formel)? (Proteine) 1) Welche Funktionen übernehmen Proteine in der Zelle? 2) Was sind einfache bzw. zusammengesetzte Proteine? 3) Wie werden Proteine strukturell unterschieden? 4) Nennen Sie einige Beispiele von Proteinen mit ihren Funktionen. 5) Was wird als Primärstruktur eines Proteins bezeichnet?.

3 6) Wie werden Aminoterminale und Carboxyterminale AS-Reste nachgewiesen? Wie wird die Sequenz einer Polypeptidkette analysiert? 7) Mit welchen Methoden können Proteine getrennt und isoliert werden? Welche Eigenschaften werden ausgenutzt? 8) Erläutern Sie die drei möglichen Strukturen fibrillärer Proteine. 9) Was versteht man unter Sekundär- und Tertiärstruktur? 10) Welche Gemeinsamkeiten weisen die Tertiärstrukturen auf? 11) Wie ist eine Quartärstruktur aufgebaut? 12) Wie können Proteine denaturiert werden. Welche Veränderung findet statt und wie sind die Folgen für die bilogische Aktivität? (Enzyme) 1) Wie wirken Enzyme? Nennen Sie Beispiele für Cofaktoren. 2) In welche Klassen werden Enzyme unterteilt? 3) Stellen Sie graphisch die Änderung der enzymatischen Reaktionsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Substratkonzentration dar. 4) Wie lautet die zugrunde liegende Kinetik, und geben Sie die entprechenden Reaktionsgleichungen an. 5) Leiten Sie die beiden Grenzzustände dieser Kinetik ab. 6) Wie ist der K M -Wert definiert? 7) Wie können graphisch die kinetischen Konstanten ermittelt werden? Nennen Sie Vor- und Nachteile. Fazit? 8) Welche Faktoren müssen bekannt sein, um die enzymatische Aktivität quantitativ zu erfassen? 9) Wie ist die Enzymaktivität definiert?

4 10) Was versteht man unter der "Schlüssel-Schloß Beziehung"? 11) Erläutern Sie die verschiedenen Hemmtypen. Wie können diese unterschieden werden? 12) Was sind Iso-, Schrittmacher- und allosterische Enzyme? (Kohlenhydrate) 1) Welche Aufgaben übernehmen Kohlenhydrate in der Zelle? 2) Wie lautet die chemische Bezeichnung von Kohlenhydraten, und in welche Klassen werden sie unterteilt? 3) Wie lautet die Bezeichnung von Monosacchariden in Abhängigkeit von der Zahl der C- Atome und der funktionellen Gruppe? 4) Was sind Enantiomere bzw. Epimere? Welche Enantiomeren-Form kommt in der Natur am häufigsten vor? 5) Wie sehen die Ringstrukturen der Glucose aus. Welche Form ist warum am stabilsten? Wie heißt die geknüpfte chemische Bindung? Was sind Anomere? 6) Welche Ringstruktur leitet sich aus einer Ketohexose ab? 7) Wie ist das Verhalten von Monosacchariden gegenüber Säuren und Basen? 8) Wofür wird die Acetylierungsmöglichkeit freier OH-Gruppen genutzt? 9) Was sind "reduzierende Enden"? 10) Wie sehen Zuckeralkohole aus? 11) Nennen Sie biologisch wichtige Zuckerderivate. 12) Geben Sie ein Beispiel für ein Disaccharid an. 13) Wie sind Polysaccharide unterteilt? Nennen Sie Beispiele für Struktur- und Speicherpolysaccharide.

5 (Lipide und Membranen) 1) Was sind Lipide, und welche Funktionen üben sie in der Zelle aus? 2) Wie sind Fettsäuren aufgebaut? Nennen sie zwei Beispiele. 3) Was sind Seifen? 4) Aus welchen Komponenten bestehen Neutralfette (andere Bezeichnung)? 5) Wie lautet der chemische Aufbau von Wachsen? 6) Erläutern Sie die Struktur von Phospholipiden. Welcher Unterschied besteht zu den Triglyceriden? 7) Wie sind Sphingo- und Glykolipide aufgebaut? 8) Welche Lipide können nicht verseift werden? 9) Auf welchem Grundgerüst sind die Steroide und Prostaglandine gebaut. 10) Welcher Baustein ist in allen Terpenen enthalten. Woher kommt die starke Färbung dieser Komponenten? 11) Geben Sie einige Formen von polaren Lipidmicellen an. 12) Was versteht man unter einer Bilayer?. Wie sieht diese Anordnung in natürlichen Systemen aus? (Intermediär-Stoffwechsel) 1) Nennen Sie die Funktionen des Stoffwechsels. 2) Wie lassen sich Zellen nach Verwertung von Kohlenstoff- und Energiequellen klassifizieren? 3) Welche Vorgänge werden im Katabolismus und Anabolismus beschrieben (Schema)? Was versteht man in diesem Zusammenhang unter Divergenz und Konvergenz? 4) Welche Unterschiede bestehen zwischen Anabolismus und Katabolismus?

6 5) Erläutern Sie schematisch den Energiezyclus innerhalb der Zelle. 6) Welche Moleküle sind in der Lage Energie zu übertragen? 7) Über welche grundlegenden Mechanismen wird der Intermediärstoffwechsel geregelt? 8) Welche Möglichkeiten kennen Sie, um Stoffwechselvorgänge aufzuklären? 9) Wie unterscheiden sich Procaryonten und Eucaryonten? 10) Was versteht man unter Differentialzentrifugation? (Metabolische Stöchiometrie und Energiebilanzen) 1) In welche metabolische Pfade kann Pyruvat eingeschleust werden? 2) Welche verschiedenen Arbeiten verrichtet die Zelle, und welche Art von Energie wird dabei verbraucht? 3) Durch welche Größe läßt sich beschreiben, ob eine Gleichgewichtsreaktion nach links oder rechts verlagert ist? 4) Ist die Gleichgewichtslage einer einzelnen Reaktion immer für die Gesamtrichtung eines Pfades entscheidend? 5) Wieviel Energie wird bei der Hydrolyse von ATP frei? 6) Wie erfolgt die Regenerierung von ATP in Katabolit-Reaktionen? 7) Welche Funktion erfüllt die Phosphorylierung von Komponenten innerhalb der Zelle? 8) Was versteht man unter Oxidation bzw. Reduktion? Welche Komponenten stellen Reduktionsäquivalente dar? 9) Wie lautet die Ausgangssubstanz und das Endprodukt vom EMP-Weg und der Glykolyse? 10) Welche Funktion erfüllt der EMP? Bilanz! 11) Der Pentosephosphatzyklus ist energetisch uneffektiver als der EMP (Unterschied?). Welchen wichtigen Zweck erfüllt dieser Weg? 12) Wie werden allgemein andere Kohlenhydrate außer Glucose abgebaut? 13) Was versteht man unter Atmung? 14) In welche Stufen läßt sich die Atmung gliedern? 15) Welche Komponente aus dem EMP wird nach Konversion in den TCA-Cyclus eingeschleust?

7 16) Welche Funktion erfüllt der TCA? 17) Erläutern Sie den Verlauf der Atmungskette. Was versteht man unter oxidativer Phosphorylierung? 18) Wieviel ATP kann aus einem Mol Glucose gewonnen werden? Gliedern Sie die Bilanz in einzelne Stufen. 19) Wie effizient ist die Atmung energetisch betrachtet? (Biosynthesen) 1) Welche Komponente ist die Startsubstanz zur Synthese der meisten Aminosäuren? Nennen Sie die verschiedenen Syntheseblöcke. 2) In welcher Form kann die Zelle Stickstoff zur Aminosäuresynthese einsetzen. 3) Wie werden Fettsäuren synthetisiert? 4) Welcher Unterschied besteht zwischen Gluconeogenese und EMP? Reaktionsgleichung der Gluconeogenese. 5) Welche Endprodukte können wie aus Pyruvat unter anaeroben Bedingungen gebildet werden? 6) Was versteht man unter wachstums- und stöchiometrisch limitierenden Substraten? 7) Aus welchen Einzelquotienten setzt sich der Ertragskoeffizient zusammen? Warum ist dieser Koeffizient während der Kultivierung oft nicht konstant? 8) Berechnen Sie die Summenformel und das Molekulargewicht einer Biomasse mit folgender Zusammensetzung: C=50, H=7, N=13, O=20 (Gew.%) 9) Was versteht man unter dem Respirationsquotienten?