Biochemie (für Bioinformatiker) WS 2010/2011, 2. Klausur (50 Punkte)

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1 Datum: Name: Matrikel-Nr.: Vorname: Studiengang: Bioinformatik Biochemie (für Bioinformatiker) WS 2010/2011, 2. Klausur (50 Punkte) Modulnr.: FMI-BI0027 Hiermit bestätige ich meine Prüfungstauglichkeit Unterschrift Aufgabe Punkte erreichte Punktzahl *Bonusfrage* *2* Gesamtpunktzahl 50 1/6

2 01. (6 Punkte) Gezeigt sind Verbindungen im Stoffwechselweg Glykolyse. Benennen Sie die Verbindungen und bringen Sie sie in die Reihenfolge, in der sie in der Glykolyse prozessiert werden. Geben Sie an wie viel ATP jeweils in den Reaktionen, die die Verbindungen ineinander überführen, erzeugt bzw. verbraucht wird. a) b) c) d) a) α-d-glucose b) α-d-fuctose-1,6-bisphosphat c) 1,3-Bisphosphoglycerat d) Pyruvat Die Reihenfolge, in der die Verbindungen in der Glykolyse prozessiert werden lautet a) b) c) d). Die Reaktionen von a) zu b) verbrauchen 2 ATP b) zu c) verbrauchen und erzeugen kein ATP c) zu d) erzeugen 2 ATP. 02. (2 Punkte) Warum muss die Ausbeute an ATP in den Reaktionen der Glykolyse ab Glycerinaldehyd-3-phosphat doppelt gezählt werden, wenn man die Ausbeute an ATP pro Mol Glucose in der Glykolyse betrachtet? Glucose wird über Fructose-6-phosphat in Fructose-1,6-bisphosphat umgewandelt. Dieses wird bei der folgenden Reaktion in Glycerinaldehyd-3- phosphat und Dihydroxyacetonphosphat gespalten. Dihydroxyacetonphosphat trägt gleichwertig zu Glycerinaldehyd-3-phosphat zur ATP-Ausbeute bei, da es 2/6

3 mittels Triosephosphat-Isomerase (über ein Endiol-Intermediat) in Glycerinaldehyd-3-phosphat umgewandelt werden kann. 03. (4 Punkte) Die Glykolyse läuft nur ab, falls NAD + zur Verfügung steht. Aus welchen Stoffwechselwegen kann sie dies beziehen? Oxidative Phosphorylierung Cori-Zyklus 04. (6 Punkte) Über welche Reaktionen ist der Citratzyklus an die Glykolyse gekoppelt? In welchen Zellkompartimenten findet der Citratzyklus statt? Wie ist die oxidative Phosphorylierung an den Citratzyklus gekoppelt? Beschreiben Sie skizzenhaft (d.h. ohne Nennung von Details, Komplexen etc.), durch welche Abläufe in der oxidativen Phosphorylierung ATP gewonnen wird. Nennen Sie dabei jeweils die beteiligten Orte in der Zelle. Das in der Glykolyse entstehende Pyruvat reagiert über oxidative Decarboxylierung zu Acetyl-CoA. Das Acetyl-CoA wird in den Citratzyklus eingespeist. Der Citratzyklus läuft bei Eukaryoten in der Mitochondrienmatrix ab. Die im Citratzyklus entstehenden Reduktionsäquivalente NADH und FADH 2 gehen in die Elektronentransportkette der oxidativen Phosphorylierung ein. In der ersten Phase der oxidativen Phosphorylierung werden Elektronen von NADH und FADH 2 über Membranproteinkomplexe und mobile Überträger (Ubichinon und Cytochrom c) auf O 2 übertragen. Im Verlaufe dessen werden Protonen aus der Mitochondrienmatrix in den Intermembranraum gebracht. Somit wird ein Protonengradient über die innere Mitochondrienmembran aufgebaut. In der zweiten Phase der oxidativen Phosphorylierung wird die im Protonengradienten zwischengespeicherte Energie durch Rückfluss der Protonen in die Matrix genutzt, um die Synthese von ATP anzutreiben. Diese wird durch einen Nanomotor, die ATP-Synthase, bewerkstelligt. 05. (4 Punkte) Nennen Sie drei Stoffwechselwege, für die Glucose-6-phosphat als Knotenpunkt eine Rolle spielt Beispiele: Glykolyse, Gluconeogenese, Glykogenabbau, Glykogensynthese, Pentosephosphatweg 3/6

4 06. (6 Punkte) Nennen Sie jeweils eine glucogene, eine ketogene und eine gemischt ketogenglucogene Aminosäure sowie die Stelle, an der ihr Kohlenstoffgerüst beim Abbau in den Citratzyklus einmündet. Wie wird die α-aminogruppe der Aminosäuren abgebaut? glucogene AS: Alanin, Arginin, Asparagin, Aspartat, Cystein, Glutamat, Glutamin, Glycin, Histidin, Methionin, Prolin, Serin, Threonin, Valin ketogene AS: Leucin, Lysin gemischt ketogen-glucogene AS: Isoleucin, Phenylalanin, Tryptophan, Tyrosin Beispiele: Alanin: Pyruvat Leucin: Acetyl-CoA bzw. Acetoacetyl-CoA Tryptophan: Pyruvat Die meisten Aminosäuren übertragen die α-aminogruppe durch Transaminasen auf α-ketoglutarat. Das entstehende Glutamat wird vor allem in der Leber durch Glutamat-Dehydrogenase oxidativ desaminiert. Dabei wird ein Ammoniumion (NH 4 + ) freigesetzt und α-ketoglutarat regeneriert. Ser und Thr können durch Dehydratasen direkt desaminiert werden. Im Harnstoffzyklus entsteht aus NH 4 + und Bicarbonat, die zunächst zu Carbamoylphosphat aktiviert werden, sowie Aspartat Harnstoff und Fumarat. 07. (6 Punkte) Nennen Sie die Schritte, welche notwendig sind, um den primären Energiespeicher (Triacylglycerine) des Fettgewebes nutzbar zu machen. Hydrolyse eines Triacylglycerins zu drei freien Fettsäuren und Glycerin Glycerin wird in den Glucosestoffwechsel eingeschleust Aktivierung der Fettsäuren Transport in die Mitochondrienmatrix β-oxidation 08. (6 Punkte) Nennen Sie drei grundlegende Typen des Transports von Stoffen in bzw. aus der Zelle, wie sie z.b. bei HCl-Sekretion von Belegzellen vorkommen. Geben Sie jeweils an, ob beim Transport ATP verbraucht wird. Nennen Sie zu jedem Typ ein Beispiel. Kanäle; ATP wird nicht verbraucht; Beispiel: K + -Kanal 4/6

5 Trägerproteine (Transporter) ; ATP wird nicht verbraucht; Beispiel: HCO Cl - -Austauscher (Antiporter) Pumpen; Verbrauch von ATP; Beispiel: K + -H + -ATPase 09. (6 Punkte) Beschreiben Sie die Signaltransduktion über G-Protein-gekoppelte Rezeptoren am Beispiel der Reaktionskaskade via Adenylatcyclase. G-Protein-gekoppelte Rezeptoren binden im Grundzustand, also in Abwesenheit eines Liganden, auf ihrer cytosolischen Seite heterotrimere G-Proteine. Diese bestehen aus den Untereinheiten α, β und γ, wobei die α-untereinheit im Grundzustand ein Molekül GDP bindet. Dockt ein extrazellulärer Ligand an den Rezeptor an, so wirkt der aktivierte Rezeptor als Guaninnucleotidaustauschfaktor (GEF), der die Affinität der α-untereinheit zu GDP mindert und damit dessen Austausch gegen GTP erleichtert. Die Bindung von GTP führt zur Dissoziation des G-Protein-Komplexes in die GTP-haltige α-untereinheit sowie das βγ-dimer, welche auf unterschiedliche Effektorproteine einwirken können. Die Aktivität des Effektorenzyms Adenylatcyclase kann nun mithilfe der α- Untereinheit des G-Proteins gesteuert werden. Adenylatcyclase ist ein integrales Membranprotein der Plasmamembran, welches die Cyclisierung von ATP zu camp katalysiert. Bei stimulatorischen G-Proteinen aktiviert die α-untereinheit Adenylatcyclase und hebt somit die camp-konzentration an. Die α-untereinheit von inhibitorischen G-Proteinen hemmt dagegen das Enzym und senkt damit die intrazelluläre camp-konzentration ab. Der sekundäre Botenstoff camp ist ein allosterischer Regulator vieler intrazellulärer Enzyme, der das extrazelluläre Signal weiterleitet und der Zelle eine spezifische Antwort ermöglicht. 10. (4 Punkte) Nennen Sie zwei weitere fundamentale Signalwege der interzellulären Kommunikation, die außer dem G-Protein-gekoppelten Signaltransduktionsweg von Bedeutung sind. Beispiele: Rezeptorassoziierte Serin-/Threonin-Kinasen nutzen Smads als terminale Effektoren an der DNA Toll-ähnliche Rezeptoren nutzen das NFκB-System, um die Genexpression ihrer Zielzellen zu regulieren Rezeptorassoziierte Guanylat-Cyclasen wirken über cgmp-abhängige Kinasen 5/6

6 Rezeptorassoziierte Kinasen (RAK) wie z.b. Cytokinrezeptoren assoziieren mit JAK-Kinasen, die Transkriptionsfaktoren vom STAT-Typ aktivieren Integrine koppeln an Liganden der extrazellulären Matrix und im Zellinnern an das Actingerüst der Zelle Der Notch-Signalweg tauscht Informationen zwischen benachbarten Zellen aus; durch proteolytische Spaltung entsteht der Transkriptionsfaktor NID * Bonusfrage (2 Punkte) * (Hinweis: mit der Lösung dieser Aufgabe können Punktverluste aus anderen Aufgaben dieser Teilklausur ausgeglichen werden) Tumorzellen unterscheiden sich von normalen Körperzellen durch 6 wesentliche Charakteristika. Benennen Sie 4 davon (Stichworte). autokrine Wachstumssignale Resistenz gegen wachstumshemmende Signale Ausschaltung der Apoptose selbstgesteuerte Angiogenese Gewebsinvasion und Metastasierung unbegrenztes replikatives Potential 6/6