Name ..Frage

Name ^..Frage

^Nr.:

Frage 1 Aminosäuren, Proteinreinigung

a)

Nennen Sie alle proteinogenen Aminosäuren, welche eine titrierbare Gruppe in ihrer Seitenkette haben (single oder

triple

letter code).

Bilden

Sie zwei Gruppen,

je

_nachdem ob der geladene Zustand dieser titrierbaren Funktion

positiv

oder negativ ist. (Falsche Angaben geben Abzug)

(3

Punkte)

b)

In welche Richtung verändert sich der

pI

eines Proteins (1) durch Phosphorylierung eines Serinrestes und (2) durch Acetylierung eines Lysinrestes (Abnahme bzw.

Zwahme

angeben)? Zeichnen Sie die Strukturformeln der

2modifizierten

Seitenketten.

(3

Punkte)

c)

Nennen Sie 3 Methoden zur Molekulargewichtsbestimmung von gereinigten,

nichtkovalenten Proteinkomplexen und ordnen Sie sie entsprechend ihrer Genauigkeit.

(2

Punkte)

d)

² Eichproteine

von

10 und 70

kD

Molekulargewicht haben auf SDS-PAGE relative

Mobilitaten von

1.0 und 0.1. Bestimmen Sie (graphisch oder rechnerisch) ^das Molekulargewicht eines Proteins mit relativer

Mobilität

0.5.

(2

Punkte)

Question

1 ^Amino Acids, Protein Purification

a) ^List

all proteinogenic amino acids whose side chains contain titratable groups (single or

triple

letter code). Split them into two groups depending on whether the charged form

of

the tiratable function is

positively

or negatively charged. (False items

will

give deductions).

(3

points)

b) ^How

^{does the}

^{pI of}

^{a protein change}

^if

^{(1) a} serine residue is phosphorylated and (2) a

lysine residue is acetylated fiust ^indicate direction

of

change)? Draw the structural formula of the 2 modified side chains.

(3

points)

c)

Name 3 methods

with

which one can determine the molecular mass

of

a purified, noncovalent protein complex and order them according to their relative accuracy.

(2

points)

d)

2 proteins

of

¹⁰ and 70

kD

mass have relative

mobilities of

1.0 and 0.1 on SDS-PAGE and are used for calibration. Determine (graphically or by calculus) the molecular ^mass of a protein

with

relative

mobility

0.5.

(2

points)

Name ^.Frage Nr.: ...

Frage2 Thermodynamik/NichtkovalenteWechselwirkungen/Kovalenteund3D- Struktur von Proteinen

a)

^{Unter den üblichen} instrumentellen Bedingungen zerfallen nichtkovalente Protein- Ligand Komplexe bei der massenspektrometrischen Analyse. Öfters bleiben aber Ionen oder geladene

Molektile

gebunden. Wie erklären Sie dies?

(2

Punkte)

b)

^Eine Bindungsreaktion (E +

I )

ED zwischen einem Enzam (E) und einem

Inhibitor (I)

ist bei 27

'C

durch folgende thermodynamischen Grössen gekennzeichnet:

AH:

^{+5 kJ} mol-l und AS

:

₁₀₀ J mol-lK'_l.

Welche

Art

von molekularer Wechselwirkung dürfte diese Bindung dominieren?

Berechnen Sie die Dissoziationskonstante Ka dieser Reaktion. (Gaskonstante R

:

_8.31 J mol-lK-_1;

(3

Punkte)

c)

^Am

^N-

und C-terminalen Ende von cr-helicalen Segmenten eines globulären Proteins findet man oft Bindungsstellen für Ionen oder geladene Ligandmoleküle. Welche Ladung (positiv oder negativ) findet man an welchem Ende und warum?

(3

Punkte)

d) ^a-Keratin

^{und Kollagen sind}

fibrilläre

Proteine. Worin unterscheidet sich die Struktur der einzelnen Polypeptid-Helices

in

den beiden Proteinen?

(2

Punkte)

Question

2

Thermodynamics/1.{oncovalent

Interactions/Covalent

and 3D-

structure

of

proteins

a)

Under standard instrumental conditions in protein mass spectrometry non-covalent protein-ligand complexes

fall

^apart. However, often ions or charged ligand remain bound.

How

do you explain this?

(2

points)

b)

^The binding reaction (E +

I ) ^EI)

^{between an enzyme (E) and an}

^{inhibitor (I)}

at 27 ^oC is characterized by the

following

thermodynamic parameters :

AH:

⁺⁵ kJ/mol and AS

:

_{100 J}

_mol-lK-l

Which type of molecular interaction is

likely

to dominate this binding?

Calculate the dissociation constant

IQ

of this reaction (gas constant R

:

8.31 J mol-l

K-').

(3

points)

c) ^At

^the

N-

and C-terminal ends of

o-helical

segment

of

globular proteins one often finds binding sites for ions or charged

ligands.

Which charge (positive or negative) is

preferred at which end and

why

is this?

(3

points)

d)

cr-Keratin and collagen are

fibrillar

proteins. What discriminates the structure of the single polypeptide chains forming these fibres?

(2

points)

Name ^..Frage

^Nr.:

Frage 3 Mechanismen

der Enzymkatalyse

(a)

Erklären Sie, warum eine effiziente Enzymkatalyse es erfordert, dass ein Enzym sein Substrat zvvar gut bindet, allerdings auch nicht

zu

gut. (2.5 P)

(b)

_Was frir molekulare Wechselwirkungen ^{kann ein} Enzym ausnutzen, um einen Uebergangszustand zu stabilisieren? Geben Sie zwei spezifische Beispiele solcher Wechselwirkungen an. (2.5 P)

(c)

Zeichnen Sie die erwartete pH-Abhängigkeit von k"ul eines Enzyms, welches einen Asparaginsäurerest (pKu= 6) als katalytische Säure

benutzt.

(2.5 P)

(d)

Die Enzymaktivität kann auf verschiedene Arten reguliert

werden.

Beschreiben Sie einen Mechanismus

für

die Steigerung der Grundaktivität eines Enzyms. (2.5 P)

Question

3

Enzyme mechanisms

(a)

Explain

why efficient

erzymatic catalysis requires that an enzyme bind its substrate

well,

but

nottoo well.

^{(2.5 P)}

(b)

What type of molecular interactions can an ^efiTyme exploit to stabilize a transition state? Provide specihc examples of

two

such interactions.

(2.5P)

(c)

Draw the k"utversus pH

profile

you expect

for

an enzyme that uses an aspartic acid residue (pK" = ^{6) as a} catalytic

acid.

(2.5 P)

(d)

Enzyme

activity

can be regulated in various ways. Provide one example of how ^the basal

activity

of an

enzpe

can be enhanced. (2.5 P)

Name ..Frage Nr.: ...

Frage

4

Physikalische

Grundlagen der

Biochemie

a)

^{Ein Protein P} bindet seinen Liganden

L mit

einer Dissoziationskonstante von 30

nM.

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

>>

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

ftir

eine 80 oÄ-ige Sättigung des Proteins

mit

dem Liganden erforderlich ist. Sie verdünnen nun diese Lösung auf das lO-fache Volumen.

Wie

ändert sich quantitativ der

Besetzungsgrad des Proteins

mit

dem Liganden? (4 P)

b)

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

Geschwindigkeitskonstante zweiter Ordnung:...Ionenstärke:. . .. . . .i

Reaktionsgeschwindigkeit:...

...Enthalpie (ÄH):

c)

Beschreiben Sie

in

einem Satz den Mechanismus, der

der

Kooperativität der Proteinfaltung zugrunde

liegt

(1 P)

d)

Berechnen Sie die Ionenstärke einer 0.5

M

MgC12 Lösung (1.5 P)

e)

Welche der folgenden Aussagen sind

richtig

bzw. falsch (bitte ankreuzen)? (1.5 P)

Question

4

^{Physical basis} of

biochemistry

a) A

protein P binds its ligand

L with

a dissociation constant

of

10

nM.

Assuming _[L]61u1

>>

_[P]rotur, calculate the ligand concentration required to achieve 80 % saturation of the protein

with

the ligand. Then, you dilute this solution to the

l0-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:

...Ionic strength:

Reaction

velocity:

^{.... .} .Enthalpy (AH):

c)

Describe

in

one sentence the mechanism underlying the cooperativity of protein

folding.

(1 P)

d)

Calculate the

ionic

strength of a 0.5

M

MgCl2 solution ^{(1.5 P)}

e)

Which of the

following

statements are correct/wrong (please mark

with

a cross)? (1.5 P)

richtie

falsch

n tr

F,nryme können chemische Gleichgewichte verschieben,

weil

Sie die Aktivierunssbarriere herabsetzen.

n n

^{Wenn sich ein}

^Molekülim

Gleichgewicht zwischen zweiZuständen

A

und B befindet, kann die Energiedifferenz zwischen diesen beiden Zuständen berechnet werden, wenn man die Population der Zustände

A

und B kennt.

u n

Reaktionen nullter Ordnung werden

in

der Regel nur bei katalysierten Reaktionen und bei Sättizune des Katalvstators

mit

Substrat beobachtet.

correct wrong

n n

Enzymes can shift chemical equilibria, because they lower the activation enersv barrier.

n n

^{When a} molecule is at equilibrium between

two

states

A

and B, the energy difference between these states can be calculated when the fractions

of

states

A

and B are known.

n n

Zero-order reactions are generally only observed

for

catalyzed reactions when the catalyst is saturated

with

substrate.

Name ...Frage Nr.: ...

Frage

5 Kohlehydrate und Lipide

a)

Zeichnen Sie die chemische Strukturformel von B-D-Fructofuranose ^{(2 P)}

b)

Zeichnen Sie die Strukturformel von Cholesterol. (2 P)

c) Zeichensie

die Strukturformel von Phosphatidyl-Ethanolamin. Sie können die Kohlenwasserstoffketten

mit,,R"

abkürzen (2 P)

d)

Welche der folgenden Aussagen ist

richtig

_bzw. falsch (bitte ankreuzen)? (4 P)

Question

5 Carbohydrates

and

lipids

a)

^Draw the covalent structure

of

p-D-Fructofuranose. (2 P)

b)

Draw the covalent structure of cholesterol (2 P)

c)

^Draw the covalent structure of phosphatidyl-ethanolamine.

You

can abbreviate the hydrocarbon chains

with "R".

^{(2 P)}

d)

Which of the

following

statements are correct/wrong (please mark

with

a cross)? (4 P)

richtis

falsch

n n'

Saccharose ist ein Disaccharid aus Glucose und Galactose.

n n

Eukaryontische, sekretorische Proteine können

im

endoplasmatischen Retikulum an Asparaginketten innerhalb der Erkennungssequenz

Asn-X-

Ser(Thr) elvkosyliert werden

(X :

ireendeine Aminosäure).

n tr

^Die

^Fluidität

biologischer Membranen sinkt

mit

steigenden Gehalt an ungesättigten Fettsäuren

n n

Cholesterol verbreitert den Phasenübergang fest---+flüssig von Doppelschichtmembranen.

n n

^{Öle haben relativ} zu Fetten einen geringeren

Anteil

an ungesättigten Fettsäuren.

n n

^Bei der Sessel-Form von Aldo-Hexosen sind sperrige Gruppen an axialen Positionen energetisch günstiger als an äquatorialen Positionen.

n n

Detergentien bilden

im

Gegensatz zu

Lipiden

Mizellen.

n tr

Bei Glycoproteinen

im

endoplasmatischen Retikulum ist jede glykosylierte Asparaginseitenkette kovalent mit N-AceWl-slucosamin verknüpft.

correct wrong

n tr

Saccharose is a disaccharide composed

of

glucose and galactose.

n n

^In the endoplasmic reticulum

of

eukaryotes, asparagine side chains

of

secretory proteins may be glycosylated

if

they are

within

the sequence Asn-

X-Ser(Thr) (X:

any amino acid).

n n

^The

^fluidity

of biological membranes decreases

with

increasing content

of

unsaturated fatty acids.

n n

Cholesterol broadens the phase transition

"sslid-+liquid"

of double layer membranes.

n I

^{Fats have a lower content of} unsaturated

fatty

acids relative to oils.

n n ^Bulky

^{groups at axial positions are} energetically favourable compared to equatorial positions in the chair form

of

aldo-hexoses.

n n

Detergents,

in

contrast to

lipids,

form micelles.

I n

Every glycosylated asparagine side chain is covalently coupled to

N-

acetylglucosamine in glycoproteins in the endoplasmic reticulum.

Name ^.Frage Nr.: ...

Frage

6 Zuckerstoffwechsel

a) ^In

^der Glykolyse

wird

Fructose-1,6-Biphosphat (FBP) durch Aldolase

in

die zwei Triosen Dihydroxyacetonphosphat

(DHAP)

und Gyceraldehyde-3-phosphat (GAP) gespalten, aber GAP-dehydrogenase kann nur GAP

zu

l,3-Biphosphoglycerate (1,3-BPG) weiter abbauen. Warum akkumuliert

DHAP

trotzdem nicht

in

Zellen?

(2 Punkte)

b)

Warum verbrauchenZellen die anaerob wachsen weit mehr Glucose als unter aeroben Bedingungen (Pasteur effekt)? (2 Punkte).

c)

Wie

wird

Fructose im Muskel

in

die Glykolyse eingeschleust? Was passiert

in

der Leber? Begründen Sie kurz die

Antwort.

(3 Punkte)

d)

Was versteht man unter dem Cori Zyklus? Wieviele

ATP

Molek{ile werden

im CoriZykhts

verbraucht? (3 Punkte)

Question

6

^Sugar

^metabolism

a)

During glycolysis, aldolase

will

cleave fructose-1,6-biphosphate into the two trioses dihydroxyacteonphosphate

(DHAP)

and glyceraldehyde-3 -phosphate (GAP).

However, only GAP

will

be fuither ^processed by GAP-dehydrogenase

to

1,3- biphosphoglycerate (1,3-BPG).

Why

is

DHAP

not accumulating

in

cells? (2 points)

b) ^Why

^{do cells grown} under anaerobic conditions use much more glucose compared to cells grown in the presence

of

oxygen (Pasteur effect)? (2 points)

c)

How does Fructose enter into glycolysis in muscle cells? What happens in the liver? ⁽³ points).

d)

What is the Cori cycle?

How

many ATP molecules

will

be consumed in the

Cori

cycle? (3 points)

Name ^...Frage

^Nr.:

Frage

7 Zitronensäurezyklus,

Fettstoffwechsel

und Oxidative Phosphorylierung

a)

Welcher Schritt

wird

im Fettabbau von Lipasen katalysiert? (2 Punkte)

b)

Organismen

mit

aeroben Stoffiruechsel benötigen Superoxid-dismutase. Warum? ⁽² Punkte)

c)

Wie

wird NADH,

das im Zitronensäurezyclus gebildet

wird,

in ATP umgewandelt?

Beschreiben Sie die wichtigsten Schritte (3 Punkte)

d)

Was sind die

Vorteile

eines Multienzymkomplexes? Nennen Sie ein Beispiel (3 Punkte).

Question

7 Citric

cycle and

oxidative phosphorylation

a) Which

step

in fatty

acid oxidation is catalyzed by lipases? (2 points)

b)

^Organisms

with

aerobic metabolismneed Superoxide-dismutase enzyme. Why? (2 points)

c)

How

will NADH, build

in the

citric

acid cycle, be converted to ATP? Describe the most important steps. (3 points)

d)

What are the advantages of a multien4rme complex?

List

an example. (3 points)

Name ^..Frage

Platz auf ^dem Blatt zur Beantwortung der Fragen.

mit?

bezeichneten Positionen (3 P):

Nr Frage

8

-

Translation

l)

Bezeichnen Sie die

h

C

I

{

C

g

Rr

b={

HN

bnn"

0l{ /' \ru/ _{r-{ /}

cHRr

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L1 \ / ^(.:l

t trli-N_

4)

^Was ist der Sedimentationskoeffiziett der grossen und kleinen ribosomlaen Untereinheit? ^gross

_,

^klein

_.

^{Was ist der} Sedimentationskoeffizient der ribosomalen RNAs? Kleine Untereinheit:

_,

^grosse Untereinheit:

-

und

Wie viele Proteine sind in der grossen und kleinen Untereinheit?

klein: _{_,} gross:_ -.

(2P)

2) a) Tragen Sie die fehlenden Strukturformeln der Peptidyltransferase-Reaktion ein

-

^{es ist}

nicht notwendig, das Reaktionsintermediat zuzeichnen. b) Welche

Art

von Makromolekül katalysiert diese Reaktion?

)

^{(3 P).}

o

/

C

c

t

? ?

)

was repräsentiert die Schlangenlinie unterhalb der Sequenz ACC?

3)Was sind die Basenpaare

in

folgenden Nichtstandard-Wechselwirkungen?

_:_

^.

Zwischen welchen RNAs treten diese Wechselwirkungen

im

Ribosom auf?

Zwischen und ^(2P).

Name ^..Frage Nr.: ...

Frage

9

^{(3 Punkte)}

Erklären Sib, warum

für

den Durchmesser der

DNA

Doppelhelix

in

der

B-Konfiguration(2

nm) die Paarung zwischen Purin- und Pyrimidinbasen ideal ist gegenüber der Paarung von Purin-/Purinbasen oder Pyrimidin-/Pyrimidinbasen.

Name ^...Frage

^Nr.:

Frage 10 (6 Punkte)

Das

"Helix-Turn-Helix" Motiv

^{und das}

"Zink-Finger" Motiv

sind Strukturen in

DNA-

bindenden regulatorischen Proteinen (2.B. Transkriptionsfaktoren), die direkt

mit

der

DNA

Doppelhelix in Wechselwirkung ^treten.

a.

Welche strukturellen Eigenschaften ^des

"Helix-Turn-Helix" ^Motivs

und ^des

*Zink-

Finger"

Motivs

machen diese

für

die Interaktion mit

DNA

besonders geeignet?

b. ^Wie

^{erkennen das}

Helix-Tum-Helix" Motiv

und das

"Zink-Finger" Motiv

in

DNA-

bindenden regulatorischen Proteinen spezifische Nukleotidsequenzen in der

DNA

Doppelhelix?

c.

Wie unterscheiden sich Histone in der Interaktion

mit

der

DNA

Doppelhelix von

DNA-

bindenden regulatorischen Proteinen?

Name ..Frage Nr': """'

Frage ll

^{(3 Punkte)}

Erklären Sie, warum die

DNA

Replikation zum Erliegen kommt, ^wenn

DNA

Helikase und/oder

DNA

Topoisomerase bei der

DNA

Replikation fehlen.

Question ^{11 (3} points)

Explain why

DNA

replication ^comes to a halt when

DNA

helicase and/or

DNA

topoisomerase are absent during

DNA

replication.

Name ^...Frage

^Nr.:

Frage

12 (8 Punkte)

Der

E.coli

/ac-Repressor bindet an die Operator

DNA

Sequenzen in der Promoterregion des

lac

Operons. Damit verhindert der lac Repressor die Bindung der

RNA

Polymerase an den Promoter und die Transkription der Gene für drei Enzyme

Z,Y

und

A,

die

für

den Abbau von Galactosd erforderlich sind. Sie mutieren ^den lac Repressor, sodass er folgende Eigenschaften erhä1t:

a.

Die

Affinität

der Bindung an den Operator

ist

100-fach

erhöht. ^(2P) b.

Die

Affinität

der Bindung an den Operator

ist

100-fach

erniedrigt.

(2 P)

c.

Er kann keine Allolactose

binden. ^(2P)

d.

Die Bindung von Allolactose ist

irreversibel.

^{(2 P)}

Beschreiben Sie kurz die Konsequenz jeder Mutation

im

/ac-Repressor

flir

die transkriptionelle Regulation des lac Operons wenn Galactose im Nährmedium und Allolactose als inducer vorhanden sind.

a.

Die

Affinität

der Bindung an den Operator

ist

100-fach erhöht.

b.

Die

Affinität

der Bindung an den Operator

ist

1O0-fach erniedrigt.

c.

Er kann keine Allolactose binden.

d.

Die Bindüng von Allolactose ist irreversibel.