EKSAMEN I EMNE TBT4102 BIOKJEMI I. 10. desember 2010 kl

Transkript

1 NRGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FR BITEKNLGI Faglig kontakt under eksamen: Institutt for bioteknologi, Gløshaugen Hanne Jørgensen, tlf EKSAMEN I EMNE TBT4102 BIKJEMI I 10. desember 2010 kl Hjelpemidler: B1-Typegodkjent kalkulator (med tomt minne) i henhold til liste utarbeidet av NTNU tillatt. Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler tillatt. Sensurfrist: 10. januar 2011 ppgave 1 NRSK VERSJN (BKMÅL) a) Proteiner er bygget opp av aminosyrer. Tegn peptidbindingen som binder aminosyrene sammen og angi en viktig egenskap ved peptidbindingen som har betydning for proteiners konformasjon. Resonans/delvis deling av to elektronpar mellom karbonylgruppens oksygen og amidgruppens nitrogen gjør at begge bindingene får en delvis dobbeltbånd karakter som ikke tillater fri rotasjon. Rotasjon er kun mulig om α - og N- α bindingene. Den rigide peptidbindingen begrenser dermed antall mulige konformasjoner for en polypetidkjede.

2 b) Tegn strukturen til tripeptidet Gly-Ala-Met. Finn isoelektrisk punkt for tripeptidet. pk a verdier pk 1 (-H) pk 2 (-NH + 3 ) Gly 2,34 9,60 Ala 2,34 9,69 Met 2,28 9,21 H H + H 3 N N H H H H N - H 3 H 2 H 2 S H 3 pi = (9,60+2,28)/2= 5,94 c) Hva er epimerer? Gi et eksempel på epimerer. Epimerer er to stereoisomere med forskjellig konfigurasjon kun om et karbonatom. Eksempel kan være f.eks. D-glukose og D-galaktose/D-mannose. Svar bør inkludere strukturer og en forklaring på hvorfor de er epimerer.

3 d) Proteiner og polysakkarider er viktige biologiske polymere. Proteiner har en definert molekylvekt, mens polysakkarider som regel ikke har det. Hvis du tar utgangspunkt i hvordan de to typene polymere syntetiseres, kan du gi en forklaring på denne forskjellen? Proteiner syntetiseres ved hjelp av et templat (mrna) som definerer sekvens og lengde. For polysakkaridsyntese er det ikke noe templat og dermed ikke noe bestemt stoppepunkt for syntesen. ppgave 2 a) Beskriv med strukturformler og navn på forbindelser hvordan glukose brytes ned i cellen til pyruvat (glykolysen). Angi hvilke av trinnene som er viktige reguleringspunkter. Navn på enzymene er ikke nødvendig for full uttelling. b) Gjærceller kan vokse på glukose både under anaerobe og aerobe forhold. Nedbrytingshastigheten av glukose synker når celler som er dyrket anaerobt blir tilført oksygen. Hva skyldes dette fenomenet som ofte betegnes som Pasteureffekten. ATP utbyttet fra glykolysen under anaerobe forhold (2 ATP per glukosemolekyl) er mye mindre enn ved fullstendig oksidasjon av glukose til 2 under aerobe forhold (30-32 ATP per glukosemolekyl). Rundt 15 ganger mer glukose må derfor forbrukes ved anaerobiske forhold enn aerobiske. Fluxen av glukose gjennom glykolysen er regulert for å holde et nesten konstant ATP nivå. Det betyr at hastigheten på glukosenedbrytningen må reguleres opp ved anaerob vekst og reguleres ned ved aerob vekst.

4 c) Følgende reaksjonssekvens finner sted i glukoneogenesen: A B D PYRUVAT KSALAETAT MALAT KSALAETAT FSFENLPYRUVAT Skriv kjemiske formler for hver av disse forbindelsene. H 3 H 2 H H H 2 H 2 Pyruvat ksaloacetat Malat PEP P Angi hvilke av de fire reaksjonene (A-D) som passer med følgende utsagn 1. Foregår i mitokondriene A, B 2. Foregår i cytosol, D 3. Produserer 2 D 4. Forbruker 2 A 5. Krever ATP A 6. Krever GTP D 7. Er regulert av acetyl-oa A 8. Trenger biotin som cofaktor A 9. Er også en reaksjon i sitronsyresyklus (trikarboksylsyresyklus) (B), 10. Er en anaplerotisk reaksjon A d) NADH som dannes i glykolysen må transporteres inn i mitokondriene for å reoksideres via elektrontransportkjeden. To ulike transportsystemer finnes: malataspartat shuttelen og glyserolfosfat shuttelen. Forklar kort hvorfor energiutbytte i form av ATP blir forskjellig med de to systemene. Malat-aspartat shuttelen overfører NADH fra cytosol til den mitokondrielle matrix ved redusering av oxaloacetat til malat, som så fraktes vha malat-α-ketoglutarate

5 transporteren til matrix. I matrix reduseres NAD + ved oksidering av malat til oxaloacetat. NADH som dannes overfører sine elektroner til elektrontransportkjeden via Kompleks I, noe som gir syntese av 2.5 molekyler ATP per elektronpar overført. Glycerolfosfat shuttelen overfører reduserende ekvivalenter fra NADH til ubiquinone og dermed rett til Kompleks III, istedet for Kompleks I. Dette gir bare energi nok til å syntetisere 1.5 ATP molekyler per elektronpar. ppgave 3 a) I første trinn av fettsyresyntesen kondenseres en acyl- og malonylgruppe. Reaksjonen krever energi, men ingen ATP molekyler hydrolyseres i denne reaksjonen. Hvor kommer energien fra? Hvordan er denne reaksjonen indirekte drevet av ATP hydrolyse? Energien kommer fra ATP som forbrukes i reaksjonen hvor malonyl-oa syntetiseres fra acetyl-oa og H - 3. Det er ikke nødvendig å gjengi reaksjonen med strukturformler for fullstendig svar. b) Beskriv kort hvilken funksjon antenna molekyler har i fotosyntesen. Antenna molekyler finner man i de lyshøstende kompleksene assosiert med fotosystem II og i fotosystem I. Antenna molekyler absorberer lysenergi og overfører den til reaksjonssenteret ved resonansoverføring. Eksempler på antenna molekyler er klorofyller og karoteinoider. Slike molekyler har konjugerte systemer (alternerende enkle og doble bindinger) som kan absorbere synlig lys. c) Både oksidativ fosforylering og lysreaksjonene i fotosyntesen fører til dannelse av ATP. Hvilket enzym utfører denne ATP syntesen? På hvilken måte er dette enzymet koblet til elektrontransportkjeden/lysreaksjonene?

6 ATP synthase utfører ATP syntesen. Enzymet er koblet til elektrontransportkjeden/lysreaksjonene via protongradienten som bygges opp av pumpingen av H + over den indre mitokondrielle membranen/thylakoid membranen av Kompleks I, III og IV/yt b6f komplekset. Denne protongradienten driver ATP synthase ved at protoner strømmer tilbake til matrix/stroma gjennom en pore i enzymet. Passering av protoner gjennom poren driver konformasjonsendringene i enzymet som fører til selve syntesen av ATP. d) I alvinsyklusen fikseres 2. Hva skjer med 2 som fikseres og hva er utbyttet av alvinsyklusen? Hva bruker plantene utbyttet fra alvinsyklusen til? 2 fikseringen er katalysert av enzymet rubisco, som kombinerer et 2 molekyl med ribulose 1,5-bisfosfat for å danne to molekyler 3-fosfoglycerat. 3-fosfoglycerat omdannes så til glyceraldehyd 3-fosfat/dihydroksyaceton fosfat. Per 3 2 molekyler som fikseres dannes et utbytte på 1 molekyl glyceraldehyd 3-fosfat/dihydroksyaceton fosfat. Plantene omdanner triosefosfatene til hexosefosfater, som brukes til syntese av sukrose, stivelse, cellulose og pentosefosfater. ppgave 4 a) DNA polymeraser kan ha en type aktivitet som kalles proofreading. Forklar hvilken funksjon denne typen aktivitet har og forklar kort hvordan proofreading utføres. Funksjonen er å fjerne feil innsatte nukleotider i replikasjonsprosessen og dermed forhindre mutasjoner. Polymerasene har to aktive seter, et for polymerisering og et med 3 5 exonuklease aktivitet (proofreading). Når et feil innsatt nukleotid blokkerer videre elongering, sklir polymerasen bakover for å posisjonere det missparede baseparet i 3 5 exonuklease setet. Det missparede nukleotidet fjernes, polymerasen sklir frem igjen og gjenopptar elongeringen.

7 b) Når man snakker om transkripsjonsprosessen, hva menes med et primært transkript? Hva skjer vanligvis med et primært transkript i en eukaryot celle? (Det er nok å nevne hva som skjer, detaljer om hvordan det skjer er ikke nødvendig). Med et primært transkript menes det uprosesserte mrna molekylet fra transkripsjonsprosessen. mrna molekylet kan prosesseres ved at det settes på en poly(a) hale, kutting og ved at introns spleises ut. I tillegg settes det på en 5 cap bestående av 7-metylguanosin med en uvanlig 5,5 -trifosfatbinding. 5 capen settes imidlertid på så tidlig i prosessen at den regnes som en del av primært transkript. Poly(A) halen består av nukleotider (A) som legges til 3 enden av mrnaet. Introns spleises ut ved flere ulike mekanismer, f.eks. de selvspleisende gruppe I og II introns eller ved hjelp av et enzymkompleks kalt spliceosomet. Komplekse transkript kan ha flere seter for kutting og polyadenylering. c) På neste side er DNA sekvensen for arabp promoteren og starten på arab genet i bakterien E.coli oppgitt. -35 og -10 region er angitt. Transkripsjonsstart og Shine- Dalgarno sekvens (SD) er også angitt. Angi sekvens på mrna som dannes (de første 10 nukleotider er tilstrekkelig). Angi også hva som er 5 og 3 ende av mrna. Hva blir de 4 første aminosyrene i proteinet som dannes? mrna: 5 AGUUUUU 3 Protein: (f)met-ala-ile-ala

8 SD 5 TATGAGTTTTTATGAATTTATGTTTTATAGTTTTTTTGGATGGAGTGAAAGATGGGAT TGAATTGGTGATTTTGGAGTGATTTGTGG 3