Beispiele für Prüfungsfragen zu den Einheiten. 2, 3, 5, 9-12, 15, 16, und 21 (Hartig)

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1 Beispiele für Prüfungsfragen zu den Einheiten 2, 3, 5, 9-12, 15, 16, und 21 (Hartig) Untenstehendes Molekül ist ein Peptidhormon. Wieviele Peptidbindungen besitzt dieses Molekül (zeichnen Sie diese ein)? Von welchem Peptid leitet sich dieses Hormon ab? Welche Auswirkungen haben die Veränderungen gegenüber dem Tripeptid auf die Ladungen der terminalen Amino- bzw. Carboxylgruppe? Die Seitenketten von Aminosäuren haben unterschiedliche Eigenschaften und bieten in einer Polypeptidkette verschiedene Möglichkeiten zur Modifikation. Beschreiben Sie die Seitenketten, ihre Eigenschaften und mögliche Modifikationen und deren Auswirkungen von Serin, Cystein und Histidin. Zeichnen Sie ein Ramachandran-diagramm und diskutieren Sie die Aussage dieses Diagramms. Die entsprechenden Abschnitte der Aminosäuresequenz zweier homologer Proteine lauten folgendermaßen: Maus: Asn-Leu-His-Gly-Leu-Ile-Gly-Arg-Lys-Thr-Asn-Gly-Gln-Ala-Pro-Gly-Phe-Ser- Tyr-Thr-Glu Frosch: Asn-Leu-Tyr-Gly-Leu-Ile-Gly-Arg-Lys-Thr-Ala-Gly-Gln-Ala-Ala-Gly-Phe-Ser- Tyr-Thr-Asp Welche Auswirkungen werden Ihrer Meinung nach diese Substitutionen haben? Begründen Sie Ihre Antworten. Definieren Sie den Begriff amphipathische Helix in Worten und skizzieren Sie ein Beispiel dazu. Skizzieren Sie einen ß-Strang in einer Länge von 8 Aminosäuren. Welche Aminosäuren kommen dort bevorzugt vor? Kann ein ß-Strang amphipathisch sein? Begründen Sie Ihre Antwort.

2 Erklären Sie den Unterschied zwischen Faltungsmotiven und Protein-domänen, definieren Sie diese beiden Begriffe und nennen Sie je ein Beispiel. Das ß-barrel oder ß-Faß ist eine besonders stabile Struktur. Warum? Welche Kräfte stabilisieren die 3-dimensionale Struktur von Poteinen, und welche Kräfte wirken dem entgegen? Beschreiben Sie den in vitro-faltungsvorgang eines Proteins und diskutieren Sie die wichtigsten Überlegungen dazu. Das Enzym Pyruvat-decarboxylase katalysiert die Reaktion Pyruvat + H + Acetaldehyd + CO 2. Zu welcher Enzymklasse gehört dieses Enzym, und welcher Reaktionsmechanismus wird katalysiert? Bestimmen Sie für jede der folgenden Reaktionen den Reaktionstyp, das entsprechende Enzym und das vermutlich beteiligte Coenzym. Aminotriazol hemmt einen späten Schritt eines Biosyntheseweges in Pflanzen, der zu einer Aminosäure führt. Um welche Synthese handelt es sich? Begründen Sie Ihre Antwort.

3 Um welche Reaktion handelt es sich? Wie heißt das katalysierende Enzym? Nennen Sie 2 Beispiele, wo diese Art der Reaktion im Stoffwechsel vorkommt. + + Welche mathematischen Formulierungen gelten für eine chemische Reaktion (S P), wenn 1. Diese Reaktion irreversibel ist 2. Diese Reaktion reversibel ist ganz am Anfang (t=0) 3. Diese Reaktion reversibel ist im Gleichgewicht Leiten Sie die Michaelis-Menten-Gleichung ab. Michaelis-Menten-kinetik: Warum hat die idealisierte Funktion V 0 gegen [S] eine hyperbolische Form? Definieren Sie in der Kurve K M und V max. Was ist die Lineweaver-Burk-Gleichung, zeichnen Sie ein entsprechendes Diagramm, und vergleichen Sie dieses mit der Michaelis-Menten-kinetik. Welcher Schritt ist geschwindigkeitsbestimmend in der Michaelis-Menten-kinetik? Begründen Sie Ihre Antwort. Definieren Sie K M, V max und k kat. Beschreiben Sie den Mechanismus kompetitiver Hemmung und erklären Sie, wie sich diese Hemmung auf die Kinetik der enzymatisch katalysierten Reaktion auswirkt. Skizzieren Sie sowohl ein Diagramm V gegen [S] als auch 1/v gegen 1/[S] mit unterschiedlichen Inhibitorkonzentrationen. Wenn ATP als Cofaktor an einer Reaktion teilnimmt, können welche Gruppen übertragen werden? Zeichnen Sie das ATP-molekül und machen Sie deutlich, welche Gruppen übertragen werden. Nennen Sie für jede der Möglichkeiten ein Beispiel. Erklären Sie die Rolle des Thiaminpyrophosphats Erklären Sie die Rolle des Biotins Welche verschiedenen Formen von C 1 -gruppen können übertragen werden? Welches Cosubstrat spielt dabei ein Rolle? Proteinreinigung: Entwerfen Sie ein Schema zur Anreicherung und Reinigung vom Malatdehydrogenase aus Rinderleber (Größe ca. 45kD) und begründen Sie jeden einzelnen Schritt.

4 Warum ist die folgende Substanz ein wirksamer Inhibitor der Acetyl-CoA-Carboxylase? Dauerhafte Änderung der Umgebungstemperatur führt bei vielen Organismen zu einer Anpassung, die sich biochemisch in einer Restrukturierung von zellulären Membranen manifestieren kann. In Fischen wurde z.b. gezeigt, daß bei ständiger Aquariums-temperatur von 10 o C 61% der Phosphatidyl-ethanolamine (PE) in bestimmten Membranen am C1-atom gesättigte und 39% einfach ungesätigte Fettsäure-Acylgruppen enthielten. Wurden die Fische bei 30 o C akklimatisiert, wiesen 86% der PE-Moleküle gesättigte und 14% der PE-moleküle einfach ungesättigte Fettsäure-Acylgruppen auf. Erklären Sie den Sinn dieser Restrukturierung der Membranen. Welche Enzyme sind für den Abbau der folgenden Verbindungen zu Acetyl-CoA zusätzlich zu den Enzymen der normalen ß-Oxidation erforderlich? Welche Reaktionen katalysieren diese? Oleat (cis CH 3 (CH 2 ) 7 CH=CH(CH 2 ) 7 COO - ), Arachidonat (all-cis CH 3 (CH 2 ) 4 (CH=CHCH 2 ) 4 (CH 2 ) 2 COO - ) Bei welchem Schritt und wie wird die Fettsäurebiosynthese einer Zelle reguliert? Beschreiben Sie die verschiedenen Mechanismen der Regulation möglichst detailliert. Beschreiben Sie verschiedene Membranproteine, ihre Lage und Wechselwirkungen mit der Lipid-doppelschicht (Zeichnung möglich aber nicht verpflichtend), und diskutieren Sie die vorhandenen/notwendigen Strukturen. Erklären Sie, wie man experimentell zwischen den verschiedenen Gruppen unterscheiden kann. Beschreiben Sie mögliche Wechselwirkungen zwischen Proteinen und Lipiden und die dafür notwendigen Strukturelemente. Vergleichen Sie mit mechanistischen Details die Carboxylierung von Acetyl-CoA und von Pyruvat. Welche Enzyme katalysieren die Reaktionen, welche Coenzyme sind beteiligt, und wie werden die jeweiligen Reaktionen reguliert. Erklären Sie die Elongationszyklen bei der Fettsäurebiosynthese und gehen Sie besonders darauf ein, wie die verschiedenen beteiligten Moleküle aktiviert werden.

5 Beschreiben Sie möglichst detailliert den Abbau von gesättigten Fettsäuren (z.b.: Palmitat). Gehen Sie auf die Enzymaktivitäten und die beteiligten Coenzyme ein, die Reaktionstypen und Bindungstypen. Erläutern Sie die Biosynthese von Isopentenyl-pyrophosphat aus Hydroxymethylglutaryl-CoA (HMG-CoA). Erklären Sie die Reaktionsfolgen und die Aktivierungen. Erläutern Sie die Unterschiede des Transports eines Fettsäure-CoA-esters, eines einfachen Metaboliten (Malat) und von ATP über eine Membran. Beschreiben Sie verschiedene Arten des Transports von kleinen Molekülen über Membranen, und gehen Sie auch auf die Thermodynamik und Kinetik der verschiedenen Arten ein. Die Substanz Meperidin wird zu einer Suspension von funktionsfähigen Mitochondrien zugegeben. Daraufhin steigen die Verhältnisse NADH/NAD + und Q/QH 2 stark an. Welcher Elektronentransportkomplex wird durch Meperidin gehemmt? Diskutieren Sie die chemiosmotische Theorie von P. Mitchell. Die Nettoreaktionsgleichung für die photosynthetische Reduktion von CO 2 zu Kohlenhydraten kann so formuliert werden: CO H 2 O (Licht) (CH 2 O) + O 2 + H 2 O Stammen die Sauerstoffatome des molekularen Sauerstoffs (O 2 ) aus dem CO 2, dem H 2 O oder aus beiden Reaktanten? Schlagen Sie vor, wie man das herausfinden und beweisen kann. Beschreiben Sie den Aufbau von Lichtsammelkomplexen und von photosynthetischen Reaktionszentren und besprechen Sie die jeweiligen spezifischen Reaktionen.

6 Was passiert hier im aktiven Zentrum des Enzyms? Erklären Sie die einzelnen dargestellten Reaktionsschritte. Wie heißt das Enzym? H 2 O Die dargestellte Reaktionsfolge kommt im Stoffwechsel vor.wie heißt das Ausgangsprodukt? Welche Enzyme katalysieren diese Reaktionen, welche Cofaktoren werden benötigt? Welche weiteren Moleküle werden für diese Reaktionen benötigt?

7 Beschreiben Sie, wie in einer Zelle die beiden Substanzen ineinander umgewandelt werden können (2 Reaktionsschritte). Schreiben Sie die entsprechenen Reaktionsgleichungen an. Wie heissen die entsprechenden Enzyme, welche Cofaktoren werden benötigt? Wie heissen die beiden abgebildeten Substanzen. Wenn mehr Elektronen in die Atmungskette gelangen als durch die Kette befördert werden können, kommt es zur Bildung von hochreaktiven Molekülen. Welche sind das? An welcher Stelle der Atmungskette treten sie auf? Welche Auswirkungen haben sie? Wie schützt sich die Zelle dagegen? Beschreiben Sie die ATPsynthase und ihre Wirkungsweise möglichst genau, auch mit Skizzen. Beschreiben Sie zwei einfache bakterielle Photosysteme und vergleichen Sie diese miteinander (beteiligte Proteine, Elektronenfluß, Reaktionsgleichung). Wie funktioniert die Elektronenübertragung zwischen den beiden Photosystemen in jenen Organismen, die zwei Photosysteme enthalten? Beschreiben Sie kurz den Aufbau und die Funktionsweise von Bacteriorhodopsin. Geben Sie einen kurzen Überblick über den Calvin-Zyklus (Ausgangs- und Endprodukte, Stöchiometrie, Regulation, Reaktionsgleichung). Was ist der Sinn der Photorespiration und wie funktioniert diese? Welche Teile des Harnstoffzyklus befinden sich in der mitochondialen Matrix und warum? Für den Harnstoffzyklus werden gleiche Mengen Stickstoff aus Aspartat und als NH 3 benötigt. Wie reguliert eine Zelle das Gleichgewicht zwischen diesen beiden Substanzen? Welche Mechanismen kennen Sie, um die N-fixierung in Sauerstoff-freier Umgebung ablaufen zu lassen? Beschreiben Sie, an welchen Aminosäureseitenketten die folgenden Modifikationen stattfinden können und diskutieren Sie die Auswirkungen derselben auf die Funktion des betroffenen Proteins: Phosphorylierung, Acylierung, Methylierung.

8 Welche Proteinmodifikationen können zu einer Veränderung des intrazellulären Aufenthaltsortes führen? Beschreiben Sie diese im Detail (betroffene Aminosäure, Art der Bindung, Mechanismus) und geben Sie Beispiele. Wo und wie treten Glykosylierungen von Proteinen auf und welche Auswirkungen haben Sie? Beschreiben Sie den Mechanismus und die verschiedenen Arten der Ubiquitylierung und ihre Auswirkungen. Welche Modifikationen können an einer Lysin-seitenkette vorkommen? Diskutieren Sie für jede davon die möglichen Auswirkungen. Wie und wo in der Zelle entsteht N-O? Zeichnen Sie in der dargestellten Struktur einer GTPase jene Bereiche ein, die sich durch Bindung von GTP bzw. GDP ändern können. Was bedeuten die Bezeichnungen G-1, G-2, G- 3, G-4 und G-5? Diskutieren Sie die Funktionsweise von GTPasen. Beschreiben Sie die Wirkung und Funktion von G-protein gekoppelten Rezeptoren. Wie werden in vivo die richtigen Disulfidbrücken geknüpft? Ergänzen Sie die Reaktionsgleichung. Welche Reaktionstypen liegen vor? Wie heißen die Enzyme?