Biochemie (für Bioinformatiker) WS 2010/2011, 1. Klausur (50 Punkte)

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1 Datum: Name: Matrikel-Nr.: Vorname: Studiengang: Bioinformatik Biochemie (für Bioinformatiker) WS 2010/2011, 1. Klausur (50 Punkte) Modulnr.: FMI-BI0027 iermit bestätige ich meine Prüfungstauglichkeit Unterschrift Aufgabe Punkte erreichte Punktzahl Gesamtpunktzahl 50 1/7

2 01. (6 Punkte) a) Welche der folgenden Strukturen ist das Anomer α-d-glucopyranose? 2 2 β-d-glucopyranose β-d-galactopyranose 2 2 α-d-glucopyranose α-d-altropyranose b) Zeichnen Sie D-Glucose in der Fischerprojektion (4 Punkte) Erklären Sie den Begriff Enantiomer. Als Enantiomere bezeichnet man Stereoisomere, deren räumliche Strukturen sich wie Bild und Spiegelbild verhalten. Sie können nicht durch Drehung zur Deckung gebracht werden. Enantiomere besitzen also in sämtlichen Stereozentren jeweils die entgegengesetzte Konfiguration. 2/7

3 03. (6 Punkte) Zeichnen Sie eine Aminosäure mit polarer ungeladener Seitenkette, sowie eine Aminosäure mit saurer Seitenkette bei neutralem p in der Fischer-Projektion, und benennen Sie diese. Beispiele AS mit polarer ungeladener Seitenkette: N 2 S Serin AS mit saurer Seitenkette: N 2 - Asparaginsäure 04. (4 Punkte) Was ist der Unterschied zwischen Gelfiltrations- und Ionenaustauschchromatographie? Die Gelfiltrationschromatographie trennt Proteine nach ihrer Größe auf. Die Ionenaustauschchromatographie trennt Proteine vorwiegend nach ihrer Nettoladung. 3/7

4 05. (4 Punkte) Wie hoch (ausgedrückt in Einheiten von v max ) ist die Geschwindigkeit einer enzymatischen Reaktion, wenn bei einer angenommenen Michaelis-Menten- Kinetik die Substratkonzentration K m entspricht? Begründen Sie Ihr Ergebnis (Gleichung). Die Geschwindigkeit einer enzymatischen Reaktion, die einer Michaelis-Menten- Kinetik folgt, lautet: v= V max S K m S Bei einer Substratkonzentration von K m beträgt die Geschwindigkeit: v = V max K m K m K m =V max K m = 1 2K m 2 V max 06. (6 Punkte) Beschreiben Sie den Aufbau der DNA (auch per Zeichnung möglich). Aus welchen Komponenten bestehen die Nukleotide? Über welche Bindungen werden die Komponenten zusammengehalten? Welche Bindungen (und zwischen welchen Bestandteilen) halten die DNA-Einzelstränge zusammen? Die DNA-Einzelstränge sind lineare Polymere, deren Monomere aus jeweils einem Zucker, einem Phosphat und einer Base bestehen. Als Zucker tritt die Desoxyribose auf. Als Basen können die beiden Pyrimidine ytosin und Thymin oder die Purine Adenin und Guanosin vorkommen. Die Einheit aus Base und Zucker, realisiert über die Verknüpfung des N-9-Atoms eines Purins bzw. des N-1-Atoms eines Pyrimidins mit dem -1 -Atoms des Zuckers, nennt man Nucleosid. Ein (5 -)Nukleotid ist ein Nucleosid, bei dem das -5 -Atom des Zuckers mit einer Phosphatgruppe verbunden ist. Der DNA-Einzelstrang besteht aus einer Abfolge von Nukleotiden. Die Verbindung der Nukleotide kommt durch eine Veresterung der 3 - ydroxylgruppe im Zucker mit der Phosphatgruppe des nachfolgenden Nukleotids zustande. Die DNA tritt zumeist als Doppelhelix auf. Das Zucker-Phosphat-Rückgrat liegt außen, die Basen weisen nach innen. Die Doppelhelix wird durch Wasserstroffbrückenbindungen zwischen komplementären Basen der beiden Einzelstränge zusammengehalten. Adenin paart mit Thymin über zwei Wasserstoffbrückenbindungen, Guanin mit ytosin über drei. 4/7

5 07. (4 Punkte) Gegeben sind folgende hypothetische komplementäre DNA-Stränge: 5 -GTATAAAAATGATGGGGATAGTT-3 3 -ATGGATTTTTATGAGGGTATAGA-5 Folgende Aminosäuresequenz wurde daraus durch Transkription und Translation gewonnen: Start Ala Pro Ser is Phe Stop Bestimmen Sie anhand der Aminosäuresequenz und beigefügter Tabelle des genetischen odes, welcher Strang der codierende Strang (für diese Aminosäuresequenz) ist, und welcher als Matrizenstrang dient. Schreiben Sie die bei der Transkription entstehende RNA-Sequenz in 5'-3'- Richtung auf, und bestimmen Sie den Leserahmen, beginnend mit dem Startcodon. Matrizenstrang: 5 -GTATAAAAATGATGGGGATAGTT-3 odierender Strang: 3 -ATGGATTTTTATGAGGGTATAGA-5 Die bei der Transkription entstehende RNA-Sequenz: 5 -AGAUAUGGGAGUAUUUUUAGGUA-3 odons: AUG: Start GG: Ala : Pro AGU: Ser AU: is UUU: Phe UAG: Stop Leserahmen (4 Punkte) Welchen Vorgang beschreibt der Begriff RNA-Editing? Welchen Effekt kann eine Desaminierung von ytosin auf ein AA-odon und das resultierende Genprodukt haben? 5/7

6 Veränderungen in der Basensequenz einer RNA, die nach der Transkription durch andere Vorgänge als das RNA-Spleißen stattfinden, werden als RNA- Editing bezeichnet. Wird das ytosin eines AA-odons desaminiert und damit zu Uracil, wird aus dem AA-odon, das Gln codiert, ein UAA-odon, welches ein Stopp-odon ist und damit zum Abbruch der Translation und einem verkürzten Genprodukt führt. 09. (6 Punkte) Beschreiben Sie die Initiationsphase der Translation in Eukaryoten. Bei Eukaryoten lagert sich zu Beginn der Translation am 5 -ap ein Komplex zusammen, der die 40S-Untereinheit des Ribosoms und die Initiations-tRNA Met i enthält. Dieser Komplex sucht die mrna ab, bis er auf das erste AUG trifft. Dann kommt die 60S-Untereinheit hinzu, um den 80S-Initiationskomplex zu bilden. Dieser Prozess verbraucht GTP. Zahlreiche Initiationsfaktoren spielen eine wichtige Rolle bei der Initiation der Translation. Am Ende der Initiationsphase sitzt die Initiations-tRNA Met i in der P-Position des Ribosoms. Die A-Position ist frei für die nächste Aminoacyl-tRNA. 10. (6 Punkte) Erklären Sie die Steuerung der Genexpression am trp-peron. Zur Biosynthese von Tryptophan sind 5 Enzyme notwendig, die von 5 Strukturgenen kodiert werden, welche in dem trp-peron zusammengefasst sind. Stromaufwärts der Strukturgene liegt eine regulatorische Region, welche ebenfalls zu dem peron gehört. Zwei Regulationsmechanismen stellen sicher, dass das trp-peron nur dann aktiv ist, wenn Tryptophan selbst hergestellt werden muss, weil sich die Aminosäure nicht im umgebenden Medium befindet. Bei Abwesenheit von Tryptophan im Wachstumsmedium wird die Expression der Gene angeschaltet; ist die Aminosäure hingegen vorhanden, fungiert sie als orepressor und bindet zusammen mit dem trp-repressor an den perator des perons. Neben diesem negativen Regulationsmechanismus zeichnet sich das trp-peron durch einen weiteren Kontrollmechanismus aus, der als Attenuation (Abschwächung) bezeichnet wird und der Feinabstimmung der Biosynthese dieser Aminosäure dient. Zusätzlich zum Promotor/perator ist ein weiteres Kontrollelement vorhanden, die Leader-Sequenz. Dieses Element liegt zwischen dem Promotor/perator und dem ersten Enzym-codierenden Strukturgen. Innerhalb dieser Leader-Sequenz liegt der Attenuator. Im ersten Teil der Leader-Sequenz befinden sich zwei odons für Tryptophan, sowie davor eine Ribosomenbindungsstelle. Danach folgen Regionen, die in 6/7

7 unterschiedlichen Kombinationen Basenpaarungen innerhalb der Transkripte zu aarnadelschleifen ermöglichen. Das Ribosom läuft nun hinter der RNA-Polymerase her. Bei Trp-Überschuss bildet sich eine Terminationsschleife in Region 3 und stoppt die RNA- Polymerase: Die Enzyme der Trp-Biosynthese werden nicht gebildet. Bei Trp- Mangel verlangsamt das Ribosom an den benachbarten Trp-odons in Region 1 und lässt vorübergehend Region 2 frei, die nun eine Schleife produziert. Diese lässt die RNA-Polymerase ungehindert weiter arbeiten, sodass die Strukturgene des perons exprimiert werden. inweis: Beschreibung eines der beiden Mechanismen ausreichend für volle Punktzahl (6 Punkte). Genetischer ode: 1. Pos. 2. Pos. 3. Pos. U A G Phe Ser Tyr ys U U Phe Ser Tyr ys Leu Ser Stop Stop A Leu Ser Stop Trp G Leu Pro is Arg U Leu Pro is Arg Leu Pro Gln Arg A Leu Pro Gln Arg G Ile Thr Asn Ser U A Ile Thr Asn Ser Ile Thr Lys Arg A Met / Start Thr Lys Arg G Val Ala Asp Gly U G Val Ala Asp Gly Val Ala Glu Gly A Val Ala Glu Gly G 7/7