NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR BIOTEKNOLOGI Faglig kontakt under eksamen: Institutt for bioteknologi, Gløshaugen Kjell M. Vårum, tlf. 93022165 EKSAMEN I EMNE TBT4102 BIOKJEMI I 3. desember 2012 kl. 09.00 13.00 Hjelpemidler: B1-Typegodkjent kalkulator (med tomt minne) i henhold til liste utarbeidet av NTNU tillatt. Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler tillatt. Sensurfrist: 2. januar 2013 Oppgave 1 NORSK VERSJON (BOKMÅL) a) Tegn kjemisk struktur av tripeptidet Glycin Glutamat Alanin (gly-glu-ala) hvor glycin er N-terminal aminosyre. b) Hva er nettoladningen av tripeptidet ved følgende ph-verdier: ph 2,3 ph 4,3 ph 7 Forklar hvordan du tenker for å komme fram til svaret. Bruk pk s -verdier for alfa-amino-gruppa på 9,6, for alfa-karboksyl-gruppa på 2,3, og for karboksylgruppa i sidekjeden på 4,3.. c) Forklar kort hva som menes med et proteins sekundær-struktur. Forklar også kort om de ulike typene av sekundærstrukturer. d) Tegn den kjemiske strukturen av cellulose. e) Forklar kort de viktigste forskjellene I kjemisk struktur mellom cellulose og amylose. Forklar også kort hvordan forskjellen i kjemisk struktur påvirker funksjonen de har i planter. Side 1 av 9
Oppgave 2 a) Pyruvat er endeproduktet I glykolysen mens det er Acetyl-CoA som går inn I sitronsyresyklusen. Forklar hvordan pyruvat omdannes til Acetyl-CoA. Tegn kjemiske strukturer, navngi stoffene og enzymet som katalyserer reaksjonen. Forklar kort og skjematisk hvordan enzymet virker. b) I sitronsyresyklusen blir Acetyl-CoA trinnvis oksydert. Skriv opp den første reaksjonen hvor Acetyl-CoA går inn i syklusen. Tegn kjemiske strukturer, navngi stoffene og enzymet som katalyserer reaksjonen. c) I sitronsyresyklusen blir to karbon-atomer frigitt som karbondioksyd. Skriv opp disse reaksjonen ved å tegne kjemiske strukturer, navngi substansene og enzymene. som katalyserer reaksjonene. d) Energien I sitronsyresyklusen blir effektivt konservert. Forklar kort hvordan energien blir tatt vare på. Oppgave 3 a) Fullstendig oksydasjon av 1 mol av hvilken fettsyre vil gi mest ATP: A) 16-karbon mettet fettsyre B) 18-karbon en-umettet fettsyre C) 16-karbon en-umettet fettsyre D) 16-karbon fler-umettet fettsyre E) 14-karbon mettet fettsyre b) Hviket av det følgende er sant når det gjelder -oksydasjon av langkjedede fettsyrer: 1. Enzym-komplekset som katalyserer reaksjonen inneholder biotin 2. FADH 2 er elektronbærer 3. NADH er elektronbærer 4. Oksydasjon av en 18-karbon fettsyre gir seks molekyler av propionyl-coa 5. Oksydasjon av en 15-karbon fettsyre gir minst ett propionyl-coa molekyl Side 2 av 9
A) 1, 2, og 3 B) 1, 2, og 5 C) 2, 3, og 4 D) 2, 3, og 5 E) Kun 3 og 5 c) Beskriv kort basisen og filosofien bak fettsyresyntesen og reaksjonene I denne prosessen. Hvor foregår denne prosessen i dyr? d) Marker alle sanne påstander knyttet til den kjemo-osmotiske teori [O] Elektron-transport brukes til å danne en proton-gradient [O] En membran som er permeabel for protoner (H + kan fritt gå gjennom) er essensielt [O] ATP syntetase bruker en transmembran proton gradient til å danne ATP fra ADP og uorganisk fosfat (P i ) [O] Den kjemo-osmotiske teori forklarer energi-omdanning i mitokondrier og kloroplaster [O] Den kjemo-osmotiske teori kan forklare substrat-fosforylering i glykolysen Marker alle sanne påstander knyttet til ATP syntetase (ATPase). [O] ATP syntetase er lokalisert I mitokondrie-matriksen. [O] ATP syntetase omdanner rotasjonsenergi til et redoks potensial I form av NADPH+H. [O] ATP syntetase fra mitokondrier og kloroplaster har en felles opprinnelse I evolusjonen og fungerer basert på samme mekanisme [O] ATP synetase inneholder et Cu-heme senter som er essensielt for å donere elektroner til oksygen [O] ATP syntetase er sammensatt av komponenter bestående av et F 0 (membran) og F 1 (extra-membran hode) [O] ATP syntetase omdanner en proton-gradient ( proton motive force ) til rotasjon Marker alle sanne påstander angående elektrontansport I mitokondrier og fotosyntesen [O] FeS clusters og cytokromer frakter to elektroner I gangen [O] Kloroplaster inneholder tre typer fotosystemer (Quinon-type, FeS-type og Cytochrome type). [O] Quinoner (ubiquinon, plastoquinon) kan frakte to elektroner i gangen [O] Mitochondrial Complex II er I direkte kontakt med sitronsyresyklusen (Krebs syklusen) Side 3 av 9
Marker alle sanne påstander angående mitokondrier [O] Innsiden av mitokondriet (matrix) er homolog til cytoplasmaet I en bakterie [O] Mitochondrier inneholder kun proteiner som er kodet av DNA fra mitokondrier [O] I mennesker er mitokondrier kun arvet fra moren (farens mitokondrier finnes ikke hos barna). [O] Reaktive oksygen molekyler genereres under proton-overføringsreaksjoner [O] Cristae er koblet til den ytre membranen for å tillate effektiv proton transport [O] I den indre membranen I mitokondriene foregår reaksjonene I elektrontransportkjeden Side 4 av 9
Oppgave 4 (kun engelsk) a) General Mark all processes that are part of the 'standard dogma of molecular biology' [O] DNA replication [O] transcription [O] reverse transposition [O] translation [O] DNA restriction [O] DNA ligation Mark all processes that extend the 'standard dogma' of molecular biology [O] Reverse transcription [O] Reverse translation [O] RNA replication [O] Reverse recombination Mark all true statements concerning the genetic code. [O] almost universal amongst all organisms and DNA-containing organelles [O] is recoded in every new generation [O] is degenerated, contains more codon combinations than the number amino acids. [O] is overlapping, codons usually overlap Indicate all the features that support the endosymbiontic origin of chloroplasts and mitochondria [O] Both are separated by two membranes from the cytoplasm of their host cell. [O] Both contain a nucleus. [O] Both have to be newly acquired after cell division. [O] Both contain DNA. [O] Both contain ribosomes. [O] Both contain proteins and lipids. Side 5 av 9
b) DNA Structure and organization Depicted in the figure below is schematic representation of a eukaryotic chromosome, showing structural organization at different magnification (higher magnification at bottom, low magnification at the top). Assign the correct character for each organizational level of the chromosome. [C] 30 nm fiber [A] double stranded DNA [B] beads (nucleosomes) on a string [D] rosette [E] chromatid(s) Topoisomerases change the 'linking number' of DNA. Mark all true statements concerning topoisomerases. [O] Class I topoisomerases break one strand of DNA. [O] Class II topoisomerases break two strands and are also called a gyrases. [O] Helicases are another class of topoisomerases. [O] Transposases are another class of topoisomerases. Mark all true statements concerning the modern (non-traditional) definition of a gene. [O] A gene can code for a protein. [O] A gene can code for a lipid. [O] A gene can encode a trna. [O] A gene can encode a rrna. [O] A gene can code for a telomere. [O] A gene can encode a nucleosome. Side 6 av 9
c) DNA metabolism Mark all true statements regarding DNA replication. [O] DNA replication is semiconservative. [O] DNA replication is temperature-independent. [O] both strands of DNA are replicated at the same time. [O] DNA replication is degenerate. Mark all true statements regarding Okazaki fragments. [O] Okazaki fragments are formed on the 'lagging strand'. [O] Okazaki fragments are formed on the 'leading strand'. [O] Okazaki fragments are joined by ligases. [O] Okazaki fragments are synthesized from polynucleotides. Mark all true statements concerning DNA polymerases [O] Bacteria (like E.coli) contain several types of DNA polymerases. [O] All bacterial DNA polymerases have a 3' 5' exonuclease activity that mediates 'proofreading'. [O] DNA polymerases require a short piece of complementary RNA to initiate DNA synthesis. [O] DNA polymerases do not requite magnesium ions. [O] DNA polymerases utilises AMP, TMP, GMP and CMP as building blocks. [O] DNA polymerases I is the main polymerase involved in DNA replication. Mark all true statements concerning the recombination of DNA [O] Recombination of DNA can occur in eukaryotic meiosis between sister chromatids (=chromatids of the same chromosome) [O] Recombination of DNA can occur in eukaryotic meiosis between homologous chromatids (=chromatids on chromosomes inherited from the 'father' & 'mother') [O] Recombination of DNA is one of the mechanisms resulting in variable antibodies in mammals. [O] Recombination of DNA can be mediated by transposable elements. [O] Recombination of DNA is preventing & limiting molecular evolution. [O] Recombination of DNA requires coding by anticodons. Side 7 av 9
d) RNA metablism Mark all term that refers to the DNA strand that is used as the direct template for mrna synthesis. [O] coding strand [O] non-coding strand [O] non template strand [O] template strand Mark all true statements regarding transcription. [O] A template consisting of DNA is essential. [O] Transcription initiation requires a 3' poly-a tail. [O] The mrna is synthesised in 5' 3' direction. [O] Transcription occurs in the golgi apparatus. [O] Transcription termination can be achieved by a terminator consisting of a mrna hairpin structure. [O] Many RNA polymerases can work together within a single transcription bubble. Mark all true statements regarding RNA polymerases (DNA-dependent RNA polymerases). [O] In bacteria sigma (σ) factors determine the genes RNA polymerase transcribes. [O] The sigma factor is not bound to the RNA polymerase during mrna elongation. [O] RNA polymerase requires a short piece of RNA as template. [O] The RNA polymerase-sigma (σ) factor complex binds to the promotor region (-35 and -10 region) of a gene. [O] RNA polymerase utilizes nucleotide diphosphates as substrates [O] Because RNA polymerase is present in eukaryotes and bacteria, bacterial RNA polymerase(s) is not a target for antibiotics. Mark all true statements relating to the catalytic function of RNAs. [O] All catalytic RNAs can only be used once per reaction. [O] RNA exhibits catalytic function in Class I and Class II introns. [O] Spliceosomes contain snrnas that have catalytic function. [O] Catalytic RNAs can not be associated with proteins. Side 8 av 9
e) Protein synthesis Mark all true statements regarding translation. [O] The mrna template is translated in the 5' to 3' direction. [O] Every mrna can only be translated once. [O] The N-terminal amino acid of the generated protein is usually a (f)methionine. [O] trnas and rrnas are translated by a unique set of codons. Mark all true statements regarding ribosomes. [O] Most viruses contain genes that encode 30S and 20S ribosomal subunits. [O] The presence of rrna is not essential for the functioning of ribosomes. [O] The eukaryotic ribosome consists of a 60S and 40S subunit. [O] The bacterial ribosome consists of a 50S and 30S subunit together forming a 70S ribosome. [O] Ribosomes are located in the nucleus of eukaryotes. [O] Ribosomes are located in the cytoplasm of bacteria. Ribosomes have functional sites termed 'A','E', and 'P'. Mark all true statements concerning ribosomes functionality. [O] The 'A' site houses incoming amino acyl trnas during elongation [O] The formation of the peptide bond requires energy provided by ATP hydrolysis. [O] The growing polypeptide is transferred from amino acyl trna located in the P-site to the aminoacyl trna located in the 'A' site. [O] The N-terminal amino acid of the synthesized protein is usually a formyl-methionine [O] The ribosome can synthesizes proteins from small polypeptide fragments. [O] Aminoacyl-tRNAs enter the ribosome through the 'E' site and are transferred to the 'A' site during the termination step. Mark all true sentences regarding codons and anticodons: [O] Codons and anticodons consist of three nucleotides each. [O] The third base (5' 3') of the codon is ioften not bonded as strongly to the first base (5' 3') of the anticodon as the other codon-anticodon base pairs. [O] The anticodon is located at the 3' end of every trna. [O] The anticodons in trnas are encoded by rrna genes. Side 9 av 9