Lipide und Membranen. Proteine

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1 Lipide und Membranen 1. Zeichnen Sie die Formeln von Glycerin und Buttersäure und einen daraus gebildeten Ester! 2. Welche Summenformeln haben Fettsäuren und Zucker (C/H/O-Verhältnis)? x3. Wie hängen die pk-werte von Fettsäuren mit der Kettenlänge zusammen? 4. Was ist eine Esterbindung, was ein Ether? Wo treten Esterbindungen in der Biologie auf? x5. Wo treten Tetraether in Membranen auf? 6. Wie verändern Doppelbindungen in Fettsäuren die Eigenschaften einer Membran? 7. Welche Zellbestandteile sind von Membranen umschlossen? 8. Wie dick sind Membranen? 9. Wie groß ist die elektrische Kapazität biologischer Membranen? 10. Für welche Verbindungen sind Membranen permeabel? 11. Was sind Steroide, was ist Cholesterin? 12. Wo sind Glycolipide und Lipoproteine von Bedeutung? 13. Was sind Hopanoide? x14. Was sind Bedingungen für Self assembly? 15. Was ist ein Detergenz (oder Tensid)? Proteine [16] 1. Zeichnen sie L-Alanin! 2. Welchen Aminosäuren enthalten Schwefel, welche aromatische Ringe? 3. Wie kann man die Reste der Aminosäuren außerdem klassifizieren? x4. Durch welche chemische Reaktion werden Polymere (Peptide, Polysaccharide, Nukleinsäuren etc.) gebildet? 5. Welche Wechselwirkungen stabilisieren die Struktur von Proteinen mit jeweils welcher Kraft? x6. Nennen Sie prosthetische Gruppen und Coenzyme! 7. In welche Funktionsklassen lassen sich Proteine einteilen? 8. In welche Untergruppe gehören die meisten Proteine? 9. Welche Eigenheiten weisen Membranproteine auf? 10. Wie ist ein K m -Wert definiert? 11. Was ist die Substratsättigungskonstante K s des Bakterienwachstums? 12. Weshalb sind Enzyme an der Überwindung einer Aktivierungsschwelle beteiligt? 13. Wie kann die Aktivität eines Enzyms verändert werden? 14. Welche Folgen hat die optische Aktivität von Aminosäuren? 15. Wo finden sich Metalle in Proteinen und welche? Polysaccharide [31] x1. Zeichnen Sie die einfachste Ketose! 2. Wodurch unterscheiden sich Fructose und Glucose? 3. Was ist Rohrzucker? x4. Wodurch unterscheiden sich α-1,4- und eine β-1,6-glykosidische Bindung? 5. Welche Funktionen haben Zucker und daraus gebildete Polymere? 6. Wodurch unterscheiden sich Stärke, Glykogen und Cellulose? x7. Wo hat die Sequenz von Polysacchariden medizinische Relevanz? 8. Wie sind Chitin und Murein aufgebaut? 9. Was sind Agar, Pektin und Gelatine? 10. Woraus besteht Holz? 11. Wie wird Cellulose von Mikroorganismen abgebaut? Nukleinsäuren und Genom [42] 1. Zeichnen Sie ATP! x2. Welche Basen treten in der DNA, welche in der RNA auf? 3. Welche Basen treten in der DNA in jeweils gleicher Menge auf, welche bilden zwei, welch drei Wasserstoffbrücken aus?

2 4. Welche Sekundärstrukturen bilden Nukleinsäuren aus? 5. Was leisten DNA-Gyrasen? 6. Wie verläuft die Replikation eines Bakterienchromosoms? x7. Was ist ein Codon, wieviel verschiedene gibt es davon? Was ist ein Stoppcodon? 8. Wodurch entsteht eine mrna? 9. Was ist ein Operon? 10. Wieviele Typen ( ) von trna, rrna und von mrna gibt es? 11. Was ist Hyperchromizität? 12. Was sind Plasmide? Was ist ein Transposon? x13. Woraus besteht ein Ribosom? x14. Wodurch unterscheiden sich Ribosomen bei Pro- und Eukaryoten? 15. Erklären Sie die Schritte der Transkription und Translation! 16. Welchen Informationsmenge trägt ein Bakteriengenom, welche das des Menschen? 17. Wieviele Gene trägt das Genom, wie lang sind die DNA-Fäden dieser beiden jeweils? 18. Was sind Introns und Exons? 19. Was sind Transformation, Transfektion und Transduktion? 20. Was ist Konjugation, was sind F-Pili, was sind konjugative Plasmide? 21. Was ist Restriktion, was sind Palindrome? 22. Welche Schritte laufen bei der automatisierten Polymerase-Kettenreaktion (PCR) ab? 23. Wie wird ein Gen kloniert? Energiekopplung [65] x1.welche Energieformen werden von Lebewesen produziert und genutzt? 2. Was ist eine Bildungsenthalpie? 3.Wie sind exergone und reversible Reaktionen thermodynamisch definiert? 4. Wie lautet die Nernstsche Gleichung? 5. Welchen Wert gibt die Faraday-Konstante an? x6. Wie groß ist die freie Energie von Redoxreaktionen? 7. Was bedeutet der kleine Strich bei E 0 oder G? 8. Wie hängt die freie Energie von chemischen Reaktionen, Redox- und Transportprozessen von den Konzentrationen der Reaktanten ab? 9. Wie groß ist die freie Energie der ATP-Hydrolyse unter Standardbedingungen und in der Zelle? 10. Was versteht man unter energy charge? 11. In welchen Schritten wird die Energie von ATP typischerweise verwertet? Regulation [76] 1. Was sind konstitutive Enzyme? 2. Was sind Histone? 3. Was sind Chaperone? 4. Was unterscheidet Produkthemmung und Endprodukthemmung (Feed back-hemmung)? 5. Was ist Produktinduktion? 6. Was ist Katabolitrepression? 7. Was ist der Pasteureffekt und worauf beruht er? 8. Nennen Sie intrazelluläre Signalsubstanzen! 9. Was sind Aporepressor und Corepressor? x10. Was sind negative und positive Kontrolle? 11. Nennen Sie ein Beispiel für kovalente Modifikation? 12. Was ist ein Aktivatorprotein, was ein Sensorprotein? 13. Was sind allosterische Enzyme? 15. Wie ist die Chemotaxis von Bakterien organisiert? Abbau und Biosynthese von Zuckern

3 [91] x1.wie kommt Glucose in die Zelle? 2. Wodurch unterscheiden sich Glucose- und Fructose-6-Phosphat? 3. Was sind Diphosphate, Pyrophosphat und Bisphosphate 4. Welchen Nutzen hat eine Zelle davon, daß Zuckermoleküle zerlegt werden? 5. Welche Schritte der Glykolyse sind an Substratphosporylierung gekoppelt? 6. Welche Schritte der Glykolyse sind Redoxreaktionen? 7. Was sind der Pentose-Phosphat-Weg und der KDPG-Weg? 8. Nennen Sie wichtige Intermediäre der Gluconeogenese? 9. Was sind die Schlüsselenzyme des Calvin-Cyclus? x10. Was ist die Bilanz des Ribulosebisphosphat-Cyclus? 11. Welche anderen Wege der CO 2 -Fixierung nutzen autotrophe Organismen? 13. Was ist eine glykosydische und eine N-glykosidische Bindung? Atmungskette [104] 1. Wodurch ist die Atmungskette ein Transportsystem? 2. Was ist [H]? 3. Weshalb ist der Begriff "Elektronentransportphosphorylierung" obsolet? 4. Was ist der Unterschied zwischen Membranpotential und Redoxpotential? 5. Nennen Sie die Standard-Redoxpotentiale von Wasserstoff, NADH 2 und Sauerstoff. 6. Wieviel ATP könnte pro NADH 2 regeneriert werden? 7. Wie groß ist die Energieausbeute bei der Konservierung von 38 ATP/ Glucose (oxidiert mit Sauerstoff)? 8. Welche Komponenten findet man in der Atmungskette? 9. Wo sind Metalle beteiligt? 10. Welche prosthetische Gruppe tragen Cytochrome? 11. Wie wirkt Cyanid? 12. Weshalb ist Kohlenmonoxid für Menschen gifter als für Mikroben? Proteinsynthese [116] x1. Wie ist ein Operon aufgebaut? 2. Woraus besteht eine Aminoacyl-tRNA? x3. In welche Phasen läßt sich die Proteinsynthese einteilen? 4. Was bewirkt eine Signalsequenz am N-Terminus eines Proteins? 5. Wie unterscheiden sich die Ribosomen von Eukaryonten und Prokaryonten? x6. Welchen Ribosomen-Typ haben Archaeen und Blaualgen? 7. Was bedeutet 30 S-Untereinheit? x8. Weshalb gibt es zahlreiche Antibiotika, die die Proteinsynthese hemmen? 9. In welcher Form tritt Stickstoff in der Biomasse auf, welchen Anteil hat er daran? 10. Welches sind die wichtigsten Aminosäuren bei der Übertragung von Aminogruppen? Transport [126] 1. Welche Stoffe können durch biologische Membranen diffundieren? x2. Was ist Plasmolyse? 3. Was sind Ionophore? Wie wirkt KSCN? 4. Was ist erleichterte Diffusion? 5. Weshalb ist der Begriff aktiver Transport schwierig zu definieren? 6. Was ist elektrogener Antiport? 7. Wieviel Energie bentötigt der Transport eines ungeladenen Teilchen wenn die intrazellulären und extrazellulären Konzentrationen 10 und 0.1 mm sind? 8. Wodurch unterscheidet sich Elektronentransport von primärem elektrogenem Transport?

4 9. Wodurch ist Elektronentransport primärer elektrogener Transport? x10.welche Schritte laufen bei der Zuckeraufnahme durch Phosphotransferase-Systeme ab? Chemiosmotische Prozesse [136] 1. Was sind die Voraussetzungen für chemiosmotische Energiekonservierung? 2. Was ist die kleinste energetische Einheit der Zelle? 3. Wie berechnet man den Protonenbedarf der ATP-Konservierung? 4. Wieviel Ladungen sind 1 Farad? 5. Was ist der Unterschied zwischen Protonenpotential und proton-motive force? 6. Wie wirken Entkoppler, wie wirkt Valinomycin? x7. Wie sieht die chemiosmotische Bilanz der Glucosevergärung zu Milchsäure aus? 8. Wie mißt man ph und Ψ? 9. Wie mißt man die Protonentranslokation? x10. Mit welchen Substraten können Sie testen, ob ein Atmungsprozeß chemiosmotische Energiekonservierung erlaubt? Gärungen [146] x1. Wodurch unterscheiden sich Gärung und anaerobe Atmung mechanistisch und in der Bilanz? 2. Bei welchen Gärungen ist die Unterscheidung zweideutig und weshalb? x3. Welche anorganischen Gärungen gibt es? 4. Welche Reaktionsmöglichkeiten gibt es für Pyruvat - mit welchen Redoxbilanzen? x5. Was sind die Schlüsselreaktionen des fermentativen Energiestoffwechsels? 6. Was sind die Schlüsselsubstrate des anaeroben Abbaus? 7. "Weshalb" macht ein Clostridium Buttersäure? 8. Wie kann ein Clostridium durch Nitratreduktion ohne chemiosmotische Prozesse die ATP-Ausbeute erhöhen? 9. Wie groß ist das G 0 ' der H 2 -Bildung aus NADH 2? 10. In welchen Grenzen funktioniert interspecies hydrogen transfer? Photosynthese [156] 1. Weshalb ist der Begriff "Photophosphorylierung" veraltet? 2. Was ist das Produkt des cyclischen Elektronentransports? 3. Wodurch unterscheiden sich Photosystem I und Photosystem II? 4. Welche Organismen haben Chloroplasten, welche Chlorphyll a? 5. Was sind Antennenpigmente? 6. Geben Sie vereinfachte Gleichungen für das Wachstum von Schwefelpurpurbakterien und von grünen Pflanzen. 7. Wie unterscheiden sich der Schwefelbedarf eines farblosen Schwefeloxidierers und eines phototrophen Schwefelbakteriums? x8. Woher stammt das Sulfid, das phototrophe Schwefelbakterien oxidieren? x9. Was ist der schlechteste (wichtige!) biologische Elektronenakzeptor, was der schlechteste (wichtigste!) Elektronendonator? 10. Was ist Bacteriorhodopsin und welche Leistung erbringt es? N-Stoffwechsel

5 [166] 1. In welcher Form tritt N in Biomasse auf? 2. In welchem quantitativen Verhältnis stehen C- und N-Kreislauf ungefähr? 3. Wird die assimilatorische oder die dissimilatorische Nitratreduktase durch Ammoniak reprimiert? x4. Welche Reaktionen des N-Kreislaufs werden nur von Prokaryonten durchgeführt? x5. Welche Reaktion(en) der Denitrifikation entsprechen der Cytochromoxidase-Reaktion bei der aeroben Atmung? 6. Welche Reaktionen des N-Kreislaufs sind sauerstoffabhängig und weshalb? x7. Welche Reaktionen führen zu Bildung und Verbrauch von Nitrit? 8. Wie arbeiten Nitrogenasen, bei welchen Organismen findet man sie? 9. Wie verläuft die N-Versorgung von Pflanzen durch Wurzelknölllchen? x10. Wie wird Stickstoff aus Abwasser in biologischen Verfahren entfernt? S-Stoffwechsel [176] 1. In welchem quantitativen Verhältnis stehen C- und S-Kreislauf (ungefähr)? 2. Welche physiologischen Gruppen von Schwefelbakterien gibt es? x3. Welche Prokaryonten können Schwefelverbindungen sowohl oxidieren wie reduzieren? 4. Weshalb bilden ein Sulfatreduzierer (SO 4 2- H 2 S) und ein Schwefeloxidierer (H 2 S SO 4 2- ) zusammen kein perpetuum mobile? 5. Welche beiden Schritte sind die ersten bei jedem Stoffwechsel von Sulfat? Welche wichtigen Intermediäre treten außerdem auf? 6. Wie unterscheiden sich der Sulfidverbrauch eines farblosen Schwefeloxidierers und eines phototrophen Schwefelbakteriums? (Wo enden die Reduktionsequivalente aus dem Schwefel in beiden Fällen?) x7. Woher stammt das Sulfid, das phototrophe Schwefelbakterien oxidieren? x8. Inwieweit sind die einzigartigen Lebensgemeinschaften an Tiefsee-Hydrothermalquellen von der Photosynthese abhängig? 9. Welchen Sulfatgehalt haben Meer- und Süßwasser ungefähr? 10. Welche relativen S-Isotopenverhältnisse ( 34 S/ 32 S) erwarten Sie für Meerwasser und Pyrit in Sedimenten? CO 2 -Stoffwechsel [186] 1. Welche Reaktionen setzen beim Zuckerabbau CO 2 frei? 2. Welche Wege der CO 2 -Fixierung gibt es? 3. Welche Wege der Carbonat-Atmung gibt es? 4. Welche Reaktion fixiert CO 2 im Calvin-Cyclus? 5. Was ist das Schlüsselenzym des Acetyl-CoA-Weges, an welchen Prozessen ist der Weg beteiligt? 6. Weshalb fällt Anaerobiern die CO 2 -Fixierung leichter als Aerobiern? 7. Welche Stufen durchläuft CO 2 bei der Methanogenese? 8. Welches ist das einfachste Coenzym? 9. Wie kann man methanogene Bakterien im Mikroskop identifizieren? 10. Wie kommt es dazu, daß 2/3 des Methans aus Acetat und 1/3 aus H 2 + CO 2 gebildet werden? Phylogenetischer Stammbaum [196] x1. Welche Rückschlüsse kann man aus dem G+C-Gehalt einer DNA ziehen? x2. Wie kann man eine Bakterienart definieren? Wie kann man die drei Urreiche (Domänen) unterscheiden? x3. Seit wann gibt es Leben auf unserem Planeten? Woraus schließt man das? x4. Welchen Stoffwechsel hatten die ersten Lebewesen? Woraus schließt man das? 5. Seit wann gibt es Photosynthese, seit wann freien Sauerstoff? Woraus schließt man das? 6. Wodurch wird die Endosymbionten-Theorie bestätigt? 7. Was sind die Schritte der automatisierten Polymerase-Kettenreaktion? 8. Was leistet die denaturierende Gradienten-Gelelektrophorese (DGGE)? 9. Wie kann man DNA sequenzieren?

6 10. Wie kann man an aus 16 S rrna-sequenzen abgeleitete Stammbäume eine Zeitachse anlegen? Viren [206] 1. Aus welchen Komponenten bestehen Viren? 2. Was sind Viroide und Prionen? 3. Nach welchen Kriterien kann man sie klassifizieren? 4. Welche Gene müssen mindestens vorhanden sein? 5. In welche Phasen läßt sich die Vermehrung von Phagen einteilen? 6. Was versteht man unter Wurfgröße? Wie kann man sie bei Phagen bestimmen? x7. Was versteht man unter Transfektion? 8. Wie vermehren sich HIV-Viren? 9. Welche fundamentale Regel wird durch RNA-Viren verletzt? 10. Nennen Sie einige durch Viren und durch Bakterien ausgelöste Krankheiten des Menschen! 11. Was ist ein Prophage? [217]

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