Q-N-D-H-C-y-p-K-R-L-A-c b 1: a 1 -K-R-L-A-c b . 1: a 1 Name

Name ^...Frage

^Nr.:

Frage 1 Aminosäuren,

Polypeptideo

Proteine

a

Zeichnen Sie die Strukturformeln foigender zwei Polypeptide, deren Aminosäuren

im

"single letter code" vorgegeben sind. Zeichnen Sie

in

Tetraedermodell-Darstellung

mit

korrekter Stereochemie und geben Sie die Ladungen wo nötig an. Berücksichtigen Sie ausserdem, dass die zwei Polypeptide kovalent

mit

einer

Disulfid-Brücke

verbunden sind.

(total max. 9 Punkte für Frage ^1a)

.

Polypeptid

1:

amino-terminus

-T-F

-

C-R-

carboxy-terminus

Polypeptid2:

amino-terminus -

L-

P - _Q - C - carboxy-terminus

b

Das folgende Polypeptid liegt bei

pH

7.5 inwässriger Lösung vor:

M-F-K-r-L-M-S ^-H-E-R-E- _Q-N-D -H-C-y-p -K-R-L-A-c

Umkreisen Sie die Aminosäuren, deren Seitenketten bei diesen Bedingungen mehrheitlich geladen sind, und schreiben sie die Ladung (2.B.

+1, -l)

dazu.

(total max. 2 Punkte für Frage

lb)

Question 1 ^Amino

^acids,

polypeptides, proteins

a

^Draw the structure formula (tetraeder-style drawing) of the two polypeptides indicated

in

single letter code below. Draw the correct stereochemistry and indicate charges where appropriate. The two polypeptides must be linked

by

a disulfide bond.

(total max. of 9 points for question

la)

Pollpeptide 1:

amino-terminus

-R-F

- C

-D

- carboxy-terminus

Poly,peptide2:

amino-terminus -

L-

C - P - _Q - carboxy-terminus

b

Consider the

following

polypeptide

in

aqueous

solution atpH

7.5:

M-F-K-r-L-M- S-H-E-R-E- Q-N-D-H-C-y-p-K-R-L-A-c

Circle the amino acids whose side chains are predominantly charged at these conditions and indicate the charge (e.9. +1, -1)

in

each case.

(total max. of 2 points for question

lb)

Name ^..Frage

Nr.:

Frage 2

Aminosäuren, Polypeptide, Proteine

Grundlegende Eigenschaften des Polypeptid-Rückgrats beeinflussen die Faltung eines Proteins stark.

Wievieie

Freiheitsgrade pro Aminosäurerest hat das Polypeptid-

Rückgrat (1 PunkQ? Was sind das

für

Freiheitsgrade und wie heissen sie (1 Punkt), und

wie

sind sie definiert (1

Punk|?

Was ist der molekulare Grund dafür, dass es nicht mehr Freiheitsgrade sind (machen Sie eine Zeichung) (2 Punkte)?

(total max. 5 Punkte für Frage 2a)

Die

Figur

zeig! zwei nicht identische Abbildungen einer Protein-Sekundärstruktur (alpha-He1ix).

lnwiefern

ist

A

verschieden von

B (e

ein Stichwort zu

A

und

B,

¹

Punkt)? Welche der beiden Formen kommt bei natürlichen Proteinen

vor

(1 Punkt) und was ist der (molekulare) Grund dafür (1 Punkt)?

(total max. 3 Punkte für Frage 2b)

Wie

lang (in

A)

ist eine

alpha-Helixmit22

Aminosäureresten (1 Punkt)? Wie lang (in

A;

ist ein beta-Strang

mit

10 Aminosäureresten (1

Punk|?

(total max.

2 Punkte für Frage 2c)

A

B

Name ^..Frage

^Nr.:

Frage 3

Mechanismen der Enzymkatalyse

(a)

Zeigen Sie

mit

einem Diagramm, wie die Anfangsgeschwindigkeit einer typischen enzymkatalysierten Reaktion von der Substratkonzenkation abhängt. Wie würden Sie die frcar und

K--Werte für

diese Reaktion aus Ihrem Diagramm ableiten? (3 P)

(b)

Es

wird oft

gesagt, dass Enzyme Reaktionen katalysieren, indem sie

Ubergangszusttinde stabilisieren. Erklären Sie, was

mit

dieser Aussage gemeint ist.

Zeigen Sie

mit

einem Diagramm, wie Übergangszustandsstabilisierung zu höheren

,

Reaktionsgeschwindigkeiten führen

kann.

(3 P)

(c)

Die

Aktivität

von vielen Enzymen ist zr,vischen

pH

7 und pH 9

maximal.

Schlagen Sie eine plausible Erklärung

für

die Abnahme der

Aktivität

bei tieferem bzw. höherem

pH

vor. (2 P)

(d)

Was ist der Unterschied zwischen einem kompetitiven und einem allosterischen Enzyminhibitor? (2 P)

Question ³

Enzyme

mechanisms

(a)

_Use a diagran to show how

initial

velocity varies

with

substrate concentration

for

a

typical

enzyme-catalyzed

reaction.

How

would

you derive the k"4 and

K-

values

for

this reaction

from

your diagram? (3 P)

(b) It

is often said that enzymes catalyze reactions

by

stabilizing transition states.

Explain what

this

statement means. Use a diagram to show how hansition state stabilization can lead to higher reaction rates. (3 P)

(c)

Many enzyrnes

exhibit

maximal

activitybetween pH 7

andpH

9.

Provide a plausible explanation for the decrease

in activity

observed at

lower

and higher pHs. (2 P)

(d)

What is the difference between a competitive and an allosteric enzyrne

inhibitor?

(2 P)

Name

Frage

4 Physikalische Grundlagen der

Biochemie

a)

Ein Protein P bindet seinen Liganden L

mit

einer Dissoziationskonstante von 8'10-7 M.

Berechnen die unter der Annahme _[L],o,ur

>>

_[P],o,ur die Ligandenkonzentration, die

für

eine 60 Yo-ige Sättigung des Proteins

mit

dem Liganden erforderlich

ist.

Sie verdünnen nun

diese

Lösung auf das doppelte Volumen.

Wie

ändert sich quantitativ der

Besetzungsgrad des Proteins

mit

dem Liganden? (3.5 P)

b).

Nennen Sie die Einheiten folgender physikalischer Grössen: (2 P)

Geschwindigkeitskonstante

zweiterOrdnung:..

^. Bindungskonstante:.

Reaktionsgeschwindigkeit:... ..Entropie (AS):

^.

c)

Erklären Sie, was ,,Kooperativilät"

im

Zusammenhang

mit

der Proteinfaltung bedeutet. (1 P)

d)

Berechnen Sie die Ionenstärke einer 0.3

M

CaClz Lösung (1.5 P)

e)

^Welche der folgenden Aussagen sind

richtig

bzw. falsch (bitte ankreuzen)?

(2P) richtie

falsch

n tr

^En4rme katalysieren die Einstellung chemischer Gleichgewichte,

weil

sie irn gleichen Mass die Vorwärts- und Rückwärtsreaktion beschleunigen.

u n

Strukturelle Disulfi dbrücken kommen

in

cytoplasmatischen Proteinen nicht vor.

n n

Die Anfangsgeschwindigkeit einer Reaktion erster 10-fache. wenn die Anfaneskonzentration um das

Ordnung steigt um das 10-fache erhöht wird.

n n ^Wenn

der Zustand

A

eines Moleküls

bei25"C

um 5.7 kJ/mol stabiler ist als Zustand B, ist das Verhältnis

fBl:fAlim

Gleichgewicht gleich 10:1

Question

4 ^Physical

^{basis of}

biochemistry

a) ^A

protein P binds its ligand

L with

a dissociation constant

of

8 10-7

M.

Assuming [L],o,ur

>>

_fP]totur, calculate the ligand concentration required to achieve 60 % saturation of the protein

with

the ligand. Then, you dilute this solution to the

2-fold

volume. Calculate the extent to

which

saturation

with

ligand changes. (4 P)

b)

Indicate the units of the

following

physical parameters: (2 P) Second-order rate

constant:

^...

^Binding

^constant:

Reactionvelocity: ... Entropy(AS):

c)

Expiain the term

"cooperativity''in

the context of protein

folding.

(1 P)

d)

Calculate the

ionic

strength

of a

^0.3

M

CaClz solution (1.5 P)

e)

Which of the

following

statements are correct/wrong (please mark

with

a cross)? (1.5 P) correct wrong

n tr

^{Enzymes catalyze} the attainment

of

chemical equilibria, because they accelerate the forward and reverse reaction to the same extent

n n

Cytoplasmic proteins do not contain structural disuifide bonds.

tr n

^The

^initial velocity of

a first-order reaction increases 1O-fold when the

initial

concentration is increased 10-fold.

n n

^{When state}

^{A of}

^a molecule is 5.1kT/mol more stable than state

B

at25"C,

theratio lBl:lAl

equals 10:1

Name ...Frage Nr.: ...

Frage

5 Kohlehydrate und Lipide

a)

Zeichrrcn Sie die chemische Strukturformel von cr-D-Fructofuranose

(Ringform).(2P)

b)

^{Nennen Sie}

^je

^{2 Beispiele}

^für

Speicher-Polysaccharide und strukturelle Polysaccharide und beschreiben Sie

kurz

die Zusammensetzung dieser Makromoleküle. (2 P)

c)

Zeichen Sie die Strukturfonnel von Phosphatidylserin. Sie können die Kohlenwasser- stoffketten

mit _,,R"

abkürzen. Was ist bei neutralem

pH

die Gesamtiadung dieses Moleküls?

(2 P)

d)

^Welche der folgenden Aussagen ist richtig bzw. falsch (bitte ankreuzen)?

(4P) richtis

falsch

n n

Saccharose ist ein Disaccharid aus Fructose und Galactose.

! n

^Es

^{gibt 2'} :

₁₆ Aldohexosen.

tr n

^Es

^gibt 2":4

D-I(etohexosen

tr n

^Das

^bei

^der N-Glycosylierung auf sekretorische Proteine übertragene

P olvs accharid enthält N-Acetvl-Gluco ^s amin. Gluco se und Manno se.

n tr

^{F etts äureabb au erfordert anareob e B} edingungen.

tr u

Elektrochemische Membranpotentiale werden von der

ZeIle

genutzt,um enersetisch uneünstige Prozesse ablaufen zu lassen.

n n

Die Abspaltung von terminalen Sialinsäuren von Glycopoteinen erhöht die Lebensdauer von Glvcooroteinen

im Blut.

D n

Phospholipidmembranen haben für Wasser eine

viel

höhere Permeabilität als

flir

Metallionen.

Question

5 Carbohydrates

and

lipids

a)

^{Draw the covalent structure}

^of

o-D-fructofuranose

(ring form).

(2 P)

b)

^Name

^two

^examples of both storage polysaccharides and structural polysaccharides and

briefly

describe the composition of these macromolecules. (2 P)

c)

Draw the covalent structure of phosphatidyl-serine.

You

can abbreviate the hydrocarbon chains

with "R".

What is the

total

charge of this molecule at neutral pH? (2 P)

d) ^Which

of the

following

statements are correcVwrong (please mark

with

a cross)? (4 P) correct wrong

n n

^{Sucrose is a} disaccharide composed

of

fructose and galactose.

n n

^There

are2":

16 aldohexoses.

n tr

^{There are}

^2' : ₄

D-ketohexoses.

n u

The polysaccharide that is transfered to secretory proteins during

N-

glycosylation contains N-acetyl- ^gluco samine, gluco se und mannose.

tr n

^Fatty acid degradation requires anaerobic conditions.

tr tr

Electrochemical membrane potentials are used

by

the cell to

ailow

energetically unfavorable reactions to proceed.

n n

^Cleavage of terminal sialic acids

in

glycoproteins increases the lifetime

of

glycoproteins in the blood.

n n

Phospholipid membranes have a much higher permeability

for

water compared to metal ions.

Name ^{...Frage Nr':}

Frage 6 Zuckerstoffwechsel

a) ^wieviele

Moleküle ATP ^werden

im

Muskel durch die Glykolyse von Fruktose

'

(nicht Glukose) gewonnen? (2 Punkte)

b) ^was

versteht man unter direkter ^und indirekter

ATP

synthese? (2 Punkte)

c)

Der Muskel baut gnter anaeroben Bedingungen Glucose

ntLactat

ab, das dann

in

den

Blutkreislauf

^abgegeben

wird.

Was passlert

mit

diesem Lactat,und

in

welcher

.FormwirdesdemMulkelwiederzugefiihrt?(3Punkte)

d) ^wie

^verhind

emzellendass

^{der Aufbau} und Abbau von Glykogen gleichzeitig ablaufenkönnen? Beschreibe mindestens zwei Mechanismen' ^{(3 Punkte)}

Question 6

^Sugar

^metabolism

a)

^{How many}

^ATP

^{molecules can} be generated

by

catabolizing fructose (not glucose) through glYcolYsis? (2 Points)

b)

Describe the mechanisms

of

direct and indirect

ATP

synthesis? (2 points)

c)

Under anaerobic conditions, muscle cells convert glucose into lactate, which

will

^then

be released into the blood ^stream.

what

^{happens to this} Lac'tate, and in

which form will

it be brought back to the muscle? (3 points)

d) ^How

do cells prevent that synthesis and degradation

of

glycogen can occur

simultaneously?Describeatleasttwomechanisms.(3points)

Name ^..Frage

^Nr.:

Frage

7 Zitronensäureryklus,

Fettstoffwechsel

und Oxidative Phosphorylierung

a) ^Um

die Fettverbrennung anzukurbeln, enthalten mehrere Fitnessdrinks Carnitin.

Fir

welchen Schritt

im

Fettabbau

wird

dieses

Molekül

benötigt? (2 Punkte)

b)

Nennen Sie mindestens

vier

Elektronenträger, die

in

der mitochondrialen Elektronentransportkette gebraucht werden. (2 Punkte)

c)

Kann unter anaeroben Bedingungen

ATP

durch Fettabbau gewonnen werden?

Begründen Sie Ihre

Antwort.

(3 Punkte)

d)

Warum kann aus

NADH,

das

im

Citronensäurezyklus geworulen

wird

mehr

ATP

hergestellt werden als durch

NADH

^aus der Glykolyse? (3 Punkte)

Question

7 ^Citric

^{cycle and}

^oxidative phosphorylation

a)

^To increase fat burning, several fiüress drinks contain Camitine.

Which

step

in fatty

acid oxidation requires this molecule? (2 points)

b) List

at least

four

electron carriers that function

in

the mitochondrial electron transport chain. (2 points)

c)

^Can

^ATP

be generated

from fatty

acid oxidation during anaerobic conditions? Explain

yolr

answer. (3 points)

d) ^Why

^can

NADH

produced

in

the reactions of the

citric

acid cycle generate more

ATP

compared to

NADH

produced during glycolysis? ⁽³ points)

4)

Frage 8

- Translation.

a) b) c) d)

Name ^...Frage

^Nr.:

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Wie

lautet der Name dieses Molektiis?

Bezeichnen Sie die

mit

F ragezeichen markierten Strukturelemente.

Zeichnen Sie ein, wo

mRNA

an diese Strukturbinden würde.

Markieren Sie, wo eine Aminosäuren angeknüpft ist.

2) a) Füllen Sie die fehlenden Strukturformeln der Peptidyl Transferase Reaktion ein

-

^es

^ist

nicht erforderlich, das Reaktionsintermediat

nt

zeichnen. b) Aus welchen Arten von Makromolekülen ist das Ribosom aufgebaut? Welche

Art

von Makromolekril ist für die Reaktion verantwortlich? (3 pts).

a)

3) Benennen Sie die neun Faktoren der Bakterientranslation, die in die drei Fhasen der Protein Synthese

involviert

sind. (2pts)

b)

(r

l*.t

,p*

,.

^)cun2

orc

_to

/) CC

rs

P-srte

^-s{e

)

g

A-$te

(

C Y 3

P'stle

Name ^..Frage

^Nr.:

Frage

9 DNA replication, transcription,

processing.

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1)

Nennen Sie die drei

DNA

abhängigen eukaryotischen

RNA

Polymerasen und geben Sie an, welche

RNAs

sie kanskribieren. (2pt).

2) Welcher Prozess

wird

in untenstehender Darstellung gezeigt? Welche Phase d'es Prozesses

wird

dargestellt?

Wie

lautet der Name eines bakteriellen Faktors, der dem Enzym dabei

hilft

den Promoter zu

erkennen? _

^(3pt)

3) Füllen Sie die weissen Boxen in untenstehender Darstellung

mit

den Namen der

Molelaile

und den genetischen Elementen, die in bakterieller Transkription und Translation verwendet werden. Wie heisst das

Molektil,

das beim lac Operon an den Operator anbindet?

(3pt).

-3J

^-10

Name ^...Frage

^Nr.:

Frage 10 Q

^Punkte)

Bitte zeichnen sie die generelle Strukturformel eines Purin- und Pyrimidin-Nukleotids.

Name ..Frage Nr.: ...

Frage lL Q

^Punkte)

Erklären sie bitte, warum die

Purin-Pyrimidin

Basenpaarung

in

einem doppelsträngrgen

B-

Form

DNA Molekülideal

ist ^gegenüber Purin-Purin oder

Pyrimidin-Pyrimidin

Basenpaarungen.

Name ^..Frage

^Nr.:

Frage 12

(4 Punkte)

Es müssen zwei

DNA Molektile

von

jeweils

₁₀₀₀ Basenpaarertvollständig repltziertwerden.

Das erste

DNA Molekül

ist linear und kann

frei rotieren.

Das nweite

DNA Molektil ist

zirkulär und hat ein negatives supercoling. Welche der folgenden Enzyme sind notwending, um die beiden

DNA Molektile vollständig zurcpliziercn?

a.

DNA

Polymerase

III

b.

DNA

Polymerase

I

c.

RNA

Primase d. Helikase

e. Topoisomerase

I

f.

Topoisomerase

II (DNA

Gyrase) g. Ligase

h. Telomerase

Lineare

DNA

tr tr ü

tr tr

u

tr tr

Zirlr:;Järe

DNA

tr tr tr tr tr tr

u

tr

Bitte

keuzen

Sie alle notwendigen Enzyme an. Für ein fehlendes oder nicht notwendiges

En4m

werden

jeweils

_{0.5 Punkte} abgezogen.

Name ...Frage Nr.: ...

Frage 13

^{(2 Punkte)}

Während der homologen Rekombination

wird DNA

zwischen zwei

DNA

Doppelsträngen ausgetauscht.

Wie

sehen die

DNA

Rekombinationsprodukte ^aus, wenn die

Holliday

Struktur (Uberkreuzung oder cross over)

a. ^im

invasiven

DNA

Strang aufgelöst wird?

b. ^im

nicht-invasive,n

DNA

Strang aufgelöst

wird?

Name ^..Frage

^Nr.:

Frage 14

^{(4 Punkte)}

Bitte

geben sie die richtigen Antworten zu den folgenden

vier

Teilfragen

(multiple

choice).

Nur

eine

Antwort

ist

richtig

für jede

Teilfrage.

Für jede falsche

Antwort wird

ein Punkt abgezogen.

Histone sind basische Proteine

mit

folgender Funktion

tr

Erhöhung der

RNA

Polym.erase

Affinität

für Promoter Sequenzen

tr

Aufbau des Nukleosoms

tr

Stabilisierung des

DNA

Folgestrangs während der

DNA

Replikation

Als

Chromatin bezeichnet man

tr

^die Verpackung eukaryotischer

DNA

in Nukleosomen

ü

^{die Trennung} eukaryotischer

DNA

vom Cytoplasma durch die Kemmembran

ü

^die Anordnung von

DNA in

Chromosomen

Transkriptionsfaktoren erkennen spezifische

DNA

Bindungsstellen

tr

durch die Anordnung der Phosphatgruppen

in

der

DNA

tr

durch die

helikale Struktff

der

DNA

tr

^durch Ausbildung von H-Brückenbindungen zwischen spezifischen Aminosäuren und Nukleotidbasen

Transkriptionsfaktoren

tr

^{erhöhen die}

Affinität

der

RNA

Polymerase

für DNA

Promotersequenzen

tr

erhöhen die Transkriptionsrate der

RNA

Polyrnerase

tr

beschleunigen die Dissoziation der

RNA

Polymerase von der

DNA

an Terminations ^s equenzen