Biochemie Moodlefragen

Question 1

Was sind Resonanzstrukturen? Beschreiben Sie.

Answer 1

Durch Resonanzstrukturen werden kovalente Bindungen dargestellt, bei denen es zwei oder mehrere Möglichkeiten gibt Bindungen anzuordnen
-Beispiele: die Peptidbindung oder einige der
Basen.

Question 2

Was ist eine elektrostatische Wechselwirkung? Geben Sie ein Beispiel.

Answer 2

anziehende Kraft zwischen zwei
gegensätzlich geladenen Atomen.
-Salze, so wie NaCl, sind ein Beispiel.

Question 3

Warum ist Wasser ein Lösungsmittel für so viele biologische Moleküle?

Answer 3

Viele biologische Moleküle haben polare Eigenschaften. Wasser ist sehr polar und
kann mit anderen polaren Molekülen konkurrieren, indem es deren elektrostatische
Wechselwirkungen und Wasserstoffbrückenbindungen schwächt. Das
Sauerstoffatom kann als Akzeptor und das Wasserstoffatom als Donor der
Wasserstoffbrückenbindung agieren.

Question 4

Was sind die Auswirkungen vieler van der Waals Wechselwirkungen?

Answer 4

Die Gesamtinteraktion zwischen zwei großen Molekülen kann durch eine große
Anzahl von van der Waals Wechselwirkungen an der Grenzfläche der beiden
Moleküle wesentlich beeinflusst und stabilisiert werden.

Question 5

. Wenn die meisten Proteine einer Zelle von Wasser umgeben sind, welche
funktionellen Gruppen erwarten Sie an der Oberfläche eines wasserlöslichen
Proteins?

Answer 5

vornehmlich polare und geladene Aminosäuren

Question 6

. Inwiefern kommen elektrostatische Wechselwirkungen bei der

Proteinfaltung zum Tragen?

Answer 6

Die Anziehung zweier gegensätzlich geladener funktionellen Gruppen ist eine der
Kräfte, die zur dreidimensionalen Faltung des Proteins beiträgt.

Question 7

Wenn das erste Gesetz der Thermodynamik wahr ist, wie können biologische
Prozesse ablaufen?

Answer 7

Obwohl Energie weder erschaffen noch vernichtet werden kann, kann Energie
unterschiedliche Formen, wie Wärme oder chemische Energie, annehmen. Zum
Beispiel kann Energie als chemische Bindungsenergie gespeichert werden und
dann genutzt werden, um Arbeit zu verrichten.

Question 8

Wie können Zellen existieren, wenn das zweite Gesetz der Thermodynamik
der Wahrheit entspricht?

Answer 8

Entropie kann in einem lokalisierten System auf Kosten der Entropieerhöhung eines
größeren Systems bzw. des Universums erniedrigt werden.

Question 9

Geben Sie ein einfaches Beispiel für einen Entropie-getriebenen Prozess an!

Answer 9

Es können mehrere Beispiele gegeben werden; zum Beispiel das Mischen von
zufälligen Atomen, wenn zwei unterschiedliche Gase miteinander vermischt werden.

Question 10

Was bedeutet diese Gleichung :

ΔG = ΔHsystem – TΔS system < 0?

Answer 10

Die Änderung der freien Energie (G) muss negativ sein, damit eine Reaktion spontan
verläuft. Nur unter diesen Umständen kann die Gesamtentropie (von System und
Umgebung) ansteigen.

Question 11

Was ist die Bedeutung von ΔG in der Biochemie?

Answer 11

. Gibbs freie Energie, auch Änderung der freien Energie genannt, beschreibt die
Energetik einer Reaktion. Dieses Symbol wird benutzt, um zu bestimmen ob eine
Reaktion spontan ablaufen wird bzw. biologisch realisierbar ist

Question 12

Welche thermodynamischen Änderungen und Änderungen der freien
Energie begleiten die Proteinfaltung?

Answer 12

Eine Kombination aus Wasserstoffbrückenbindungen und van der Waals Kräften
bewirkt Enthalpie- und Entropieänderungen, die mit den hydrophoben
Wechselwirkungen im Inneren des Proteins zusammenhängen.

Question 13

.Inwiefern unterstützen hydrophobe Wechselwirkungen die Proteinfaltung?

Answer 13

. Hydrophobe Wechselwirkungen bewirken, dass unpolare Aminosäuren aggregieren
bzw. sich sammeln und das Innere des Proteins bilden. Dies führt zu einer
Wärmefreisetzung und einer günstigen Änderung der Systementhalpie.

Question 14

Welche Änderungen der Enthalpie und der Entropie begleiten die Bildung
einer DNA-Doppelhelix aus zwei komplementären DNA-Einzelsträngen?

Answer 14

Die Bildung einer DNA Doppelhelix aus zwei komplementären Einzelsträngen führt zu
einer Verringerung der Entropie des Systems, da es weniger Freiheitsgrade in einer
Doppelhelix als in zwei Einzelsträngen gibt. Das bedeutet, dass Wärme freigesetzt
werden muss, wenn sich die zwei Stränge zu einer Doppelhelix anlagern, da sonst das
zweite Gesetz der Thermodynamik verletzt würde.

Question 15

Wie beeinflusst die Proteinaminosäuresequenz die Tertiärstruktur?

Answer 15

Die Aminosäuresequenz bestimmt, wie sich das Protein in eine dreidimensionale Struktur faltet.

Question 16

Was ist der Vorteil 20 verschiedene Aminosäuren zur Bildung von Proteinen zu haben?

Answer 16

Die Aminosäuren haben sehr verschiedene funktionelle Gruppen, die zu Proteinstruktur und Funktion beitragen.
Darüber hinaus können zahlreiche Aminosäure modifiziert werden, was die Verschiedenheit der funktionellen
Gruppen weiter erhöht.

Question 17

Welche sind die drei aromatischen Aminosäuren?

Answer 17

Phenylalanin, Tyrosin und Tryptophan

Question 18

Welche Aminosäureseitenketten sind fähig zur Ionisierung?

Answer 18

Die Aminosäuren sind: Asp, Glu, His, Cys, Tyr, Lys, und Arg.

Question 19

Wie trägt das Proteinrückgrat zur strukturellen Stabilität bei?

Answer 19

Das Proteinrückgrat enthält die Peptidbindung mit ihren NH und C=O (Keton) Gruppen. Die Bildung von
Wasserstoffbrückenbindungen zwischen einem Wasserstoffatom am Stickstoff und dem Sauerstoffatom stabilisiert
die Konformation des Proteins.

Question 20

Warum sind nicht alle theoretischen Kombinationen von phi und psi möglich?

Answer 20

Sterische Behinderungen der Seitenketten machen manche Kombinationen und Winkel unmöglich.

Question 21

Beschreiben Sie bitte einige Merkmale einer α-Helix.

Answer 21

Die Windungen der α-Helix sind durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen dem Carbonyl-Sauerstoffatom eines
Restes und dem Amid-Wasserstoffatom einer vier Reste entfernten Aminosäure stabilisiert. Es liegen 3,6 Aminosäure
pro Drehung vor. Die Wasserstoffbrückenbindungen werden zwischen Aminosäuren ausgebildet, bei denen zwei
Aminosäurereste dazwischen liegen. Dementsprechend liegen beide Aminosäuren auf der gleichen Seite der
Windung. Die Helices sind praktisch immer rechtsgängig, aber auch linksgängige Helices sind, zumindest theoretisch,
möglich.

Question 22

Was ist der “hydrophobe Effekt” und was bedeutet er für die Proteinstruktur?

Answer 22

Die dreidimensionale Struktur eines wasserlöslichen Proteins wird durch die Tendenz der hydrophoben Gruppen sich
im Inneren zusammen zu lagern stabilisiert.

Question 23

Was ist eine Proteindomäne?

Answer 23

Eine Domäne ist ein definierter Bereich eines Proteins. Häufig sind einzelne Domänen durch definierte Funktionen
bestimmt.

Question 24

Wieso hat Anfinsen in dem Ribonuclease-Experiment das Reduktionsmittel β-Mercaptoethanol dazugegeben?

Answer 24

Das Reduktionsmittel hat falsch gepaarte Disulfid-Brücken wieder reduziert und erlaubte so die Ausbildung der
korrekten Paare, so dass sich die stabilste Konformation des Proteins ausbilden konnte.

Question 25

Wieso ist es günstig wenn während der Proteinfaltung definierte Regionen bereits partiell richtig gefaltet sind?

Answer 25

Wenn einzelne Regionen präferentiell interagieren, erhöhen sie die Stabilität bestimmter Konformationen während der Proteinfaltung, und wirken sich so auf die Gesamtstruktur des Proteins aus.

Question 26

Warum ist ein Assay während der Proteinreinigung nötig?

Answer 26

Ein Assay erlaubt uns die Enzymaktivität des gewünschten Proteins mit Genauigkeit zu bestimmen. Dies ist wichtig um zu bestimmen, ob bestimmte Reinigungsschritte in der Trennung des Proteins von anderen zellulären Stoffen effizient sind.

Question 27

Wie wird die Lactat-Dehydrogenase Aktivität getestet?

Answer 27

. Der Assay für die Enzymaktivität besteht in der Verfolgung des Anstiegs der Absorption bei 340 nm pro Minute. NADH (reduziert Form) absorbiert Licht mit 340 nm, was bei der oxidierten Form (NAD+) nicht der Fall ist.

Question 28

Wie unterscheiden sich Molekülausschuss- und Ionenaustausch-Chromatographie?

Answer 28

Beide Methoden werden häufig in der Proteinreinigung genutzt. Die Molekülausschusschromatographie nutz poröse Kügelchen und die Moleküle werden abhängig von ihrer Größe aufgetrennt. In der Ionenaustauschchromatographie werden Proteine aufgrund ihrer Nettoladung und Affinität zum Säulematerial getrennt. Das Säulenmaterial enthält positive oder negative geladene Moleküle.

Question 29

Wie unterscheiden sich Röntgenstrukturanalyse und NMR-Spektroskopie?

Answer 29

. Röntgenstrukturanalyse (oder Röntgenkristallographie) benötigt einen Proteinkristall und nutzt die Eigenschaft, das Elektronen Röntgenstrahlen beugen. NMR-Spektroskopie braucht keinen Proteinkristall, benötigt aber sehr stabile Proteinlösungen und kann nur kleine bis mittelgroße Proteine (Molekulargewicht) untersuchen.

Question 30

Warum sind für Vergleiche von Proteinen dreidimensionale Strukturen informativer als die Primärsequenz Primärsequenz?

Answer 30

. Die Aminosäuresequenz kann Hinweise auf die Proteinfunktion und die Ähnlichkeiten zu anderen Proteine liefern. Aber die Struktur kann viel mehr Information über die räumliche Anordnung geben. Diese Information ist besonderes wichtig, um die Proteinfunktion zu verstehen. Der Vergleich von Strukturen kann Verwandtschaftsbeziehungen aufdecken, die allein durch den Vergleich von Primärstrukturen nicht möglich sind.

Question 31

Wie kann man bestimmen, ob zwei homologe Proteine Paraloge oder Orthologe sind?

Answer 31

. Mit funktionalen Studien: Paraloge haben ähnliche Sequenzen, aber unterscheiden sich in ihrer Funktion.

Question 32

Warum ist es für evolutionäre Studien effektiver Proteinsequenzen statt DNA Sequenz zu vergleichen?

Answer 32

Wir können mit Aminosäuren besser statistische Vergleiche anstellen, weil es 20 Aminosäuren gibt aber nur 4 Basen in der DNA-Sequenz. Außerdem können viele Basen- austausche bedeutungslos sein.

Question 33

Wie machen wir ein Proteinsequenzalignment?

Answer 33

Zwei Sequenzen werden verglichen und die beste Abgleichungen für alle möglichen Nebeneinanderstellungen werden gesucht. In manchen Fällen, konstruiert man Lücken um die maximale Zahl von Abgleichungen zu bekommen. Statistische Verfahren werden genutzt, um die beste Übereinstimmung zu bestimmen.

Question 34

Was ist eine Substitutionsmatrix?

Answer 34

.Eine Substitutionsmatrix wird aus alignierten Sequenzen berechnet und die Punktwerte geben einen Eindruck davon, wie oft eine Aminosäure ausgetauscht wurde.

Question 35

Wie sind die dreidimensionalen Strukturen nutzbar für evolutionäre Vergleiche?

Answer 35

Die strukturellen Informationen können mit spezifischen Funktionen korreliert werden. Ein Teil der Struktur muss erhalten bleiben um die gleiche Funktion zu gewährleisten. Insofern können nur Änderungen in der Sequenz auftreten, die die Struktur nicht verändern. Es ist schwierig zu bestimmen, welche Aminosäuren für die Struktur entscheidend sind ohne dreidimensionale Information zu haben. Deswegen sind Vergleiche von Proteinen mit ähnlicher Struktur informativer als Vergleiche von Sequenzalignments

Question 36

Was kann man sagen, wenn in einem Protein bestimmte Regionen wiederholt auftreten? Und was kann man machen, um die Hypothese zu prüfen?

Answer 36

Eine ähnliche Sequenz deutet auf ein Gen-Duplikationsereignis hin, welches eine wichtige funktionelle oder strukturelle Rolle für diese Proteinregion andeutet. Die nächsten Schritte bestünden darin die statistische Signifikanz dieser Wiederholungsregion zu testen und die dreidimensionale Struktur zu überprüfen.

Question 37

. Bitte erklären Sie kurz wie es möglich ist, dass zwei Proteine verwandt sein können, obwohl sie nur geringe Sequenzidentitäten zeigen.

Answer 37

Die zwei Proteine können trotz sehr unterschiedlicher Primärsequenz, ähnliche Strukturen und Funktionen haben.

Question 38

Welche Mutationen können zu bedeutenden Sequenzänderungen beitragen, aber gleichzeitig Funktion und Struktur erhalten

Answer 38

Konservierte Aminosäureaustausche, z.B. von Glutamat zu Aspartat.

Question 39

Warum ist es von Vorteil für Hämoglobin allosterische Eigenschaften zu besitzen?

Answer 39

. Hämoglobin bindet Sauerstoff mit positiver Kooperativität. Diese Kooperativität erlaubt eine hohe Sauerstoffsättigung in den Lungen, wo der Sauerstoffpartialdruck am höchsten ist. Im Gewebe induziert der niedrigere Sauerstoffpartialdruck die Freisetzung des Sauerstoffs. Die Kooperativität ermöglicht die Sauerstofflieferung an den Ort wo Sauerstoff am meisten benötigt wird.

Question 40

Was ist fetales Hämoglobin? Wie unterscheidet sich fetales Hämoglobin von adultem Hämoglobin?

Answer 40

. Fetales Hämoglobin (Fetales Hb) hat zwei α− und zwei γ-Ketten, während adultes Hämoglobin (HbA) zwei α− und zwei β-Ketten hat. Die γ-Kette fetalen Hämoglobins ist wahrscheinlich das Ergebnis einer Gen-Duplikation und nachfolgender divergenter Evolution. Die Unterschiede in den Ketten führen zu einer niedrigen Affinität für 2,3-BPG in fetalem Hb. Dementsprechend hat fetales Hb eine noch höhere Affinität für Sauerstoff und dieser wird effizienter vom HbA der Mutter zum Hb des Fötus transferiert.

Question 41

Beschreiben Sie bitte die oktaedrische Koordinationssphäre des Eisen-Ions in Hb und Mb.

Answer 41

Das Eisen-Ion ist durch vier Stickstoff Atome vom Porphyrinszentrum koordiniert. Die fünfte Koordinationsstelle wird durch das proximale Histidin der Globinkette gefüllt. Sauerstoff bindet an die sechste Koordinationsstelle des EisenIons.

Question 42

Bitte beschreiben Sie die Struktur des normalen adulten Hb.

Answer 42

. Normal adultes HbA ist ein Tetramer. HbA enthält zwei α-Ketten und zwei β-Ketten. Jede Untereinheit hat eine ähnliche Struktur wie Mb und enthält eine Häm-Gruppe. HbA kann am besten als ein Paar identischer αβ-Dimere beschrieben werden. Dementsprechend kann jedes Hämoglobinmolekül bis zu vier Sauerstoffmoleküle binden.

Question 43

Bitte beschreiben Sie kurz eine kooperative Bindung.

Answer 43

. Kooperative Bindung tritt in Proteine mit mehreren Untereinheiten und mit mehreren Bindungsstellen auf. Die Bindung eines Liganden an einer dieser Stellen führt zu einer Konformationsänderung, die die Bindung an die benachbarten Stellen beeinflussen. Die Bindungsstellen sind nicht unabhängig, sondern jede neue Bindung beeinflusst die Affinität der nächsten Bindungsstelle.

Question 44

Bitte beschreiben Sie das konzertierte Modell der allosterischen, kooperativen Bindung.

Answer 44

. Das Protein liegt in zwei Konformationen vor: der T-Form (T: tense in Englisch) mit niedriger Affinität für den Ligand und der R-Form (R: relaxed in Englisch) mit höherer Affinität für den Ligand. In dem konzertierten Modell sind alle Moleküle in der T- oder R-Form. Bei jeder Proteinkonzentration gibt es ein Gleichgewicht zwischen den zwei Formen. Die Erhöhung der Ligandenkonzentration verschiebt das Gleichgewicht von der T- zu der R-Form.

Question 45

. Bitte beschreiben Sie die Rolle von 2,3-Bisphosphoglycerat in der Funktion von Hb.

Answer 45

2,3-Bisphosphoglycerat (2,3-BPG) ist ein relativ kleines anionisches Molekül, das in den Erythrozyten vorkommt. 2,3- BPG bindet nur in der zentralen Kavität von Desoxyhämoglobin (T-Form). Die Größe der Kavität wird kleiner in der RForm, so dass 2,3-BPG in dieser Form nicht bindet. Die Anwesenheit von 2,3-BPG verschiebt das Gleichgewicht zur TForm. Die T-Form ist sehr instabil und ohne 2,3-BPG würde das Gleichgewicht in Richtung R-Form verschoben, so dass unter normalen, physiologischen Bedingungen weniger Sauerstoff freigesetzt würde.

Question 46

Bitte beschreiben Sie die chemischen Grundlagen des Bohr-Effekts

Answer 46

Der Bohr-Effekt, zuerst beschrieben durch Christian Bohr, ist die Desoxygenierung von Hb bei Absenkung des pHWertes. In desoxyHb bilden drei Aminosäuren Salzbrücken aus, die die T-Form stabilisieren. Eine der Brücken ist zwischen dem C-terminalen β-His146 und einem Asp-Rest (β-Asp94). Bei Erhöhung des pH-Wertes wird diese Salzbrücke zerstört, weil His deprotoniert wird und seine positive Ladung verliert. Bei niedrigen pH-Werten ist His dagegen positiv geladen. Die Bildung der Salzbrücken verschiebt das Gleichgewicht von der R-Form zur T-Form und führt zur Freisetzung von Sauerstoff

Question 47

Bitte beschreiben Sie wie Kohlendioxid die Sauerstoffsättigung von Hämoglobin beeinflusst.

Answer 47

. Eine Erhöhung der Kohlendioxidkonzentration führt zur Freisetzung von Sauerstoff aus Hb. Je aktiver das Gewebe ist, desto höher ist der Metabolismus und desto mehr CO2 wird gebildet. Diese Gewebe haben einen erhöhten Sauerstoffverbrauch, um mehr Energie zu produzieren. Kohlendioxid reagiert mit der N-terminalen Aminogruppe und bildet negativ geladene Carbamat-Gruppen aus. Diese Gruppen können Salzbrücken bilden und stabilisieren die TForm. Bei erhöhten Kohlendioxidkonzentrationen wird das Gleichgewicht von der R-Form zur T-Form verschoben, was zur Freisetzung von Sauerstoff an das Gewebe mit der höchsten Kohlendioxidproduktion führt.

Question 48

In vielen Enzym-Tests werden nicht die natürlichen Substrate und Produkte eingesetzt. Warum ?

Answer 48

Viele Produkte sind schwer nachzuweisen. Einige lassen sich nur schlecht messen, wohingegen andere schwer von den restlichen Substanzen der Reaktion zu unterscheiden sind. Daher werden gerne Substrate verwendet, die noch vom Enzym umgesetzt werden, jedoch leicht messbare Produkte liefern. Beispielsweise finden häufig Substrate Verwendung, die farbige Produkte liefern, die dann photometrisch detektiert werden können.

Question 49

Geben Sie ein Beispiel für eine durch eine Hydrolase katalysierte Reaktion !

Answer 49

Hydrolasen katalysieren eine Reaktion, bei der ein Wassermolekül an einer Verbindungsstelle addiert wird, die ursprünglich durch das Entfernen eines Wassermoleküls entstanden ist. Beispiele hierfür sind Ester, Peptidbindungen, glykosidische Bindungen.

Question 50

Wie werden Substrate im aktiven Zentrum gebunden ?

Answer 50

Das aktive Zentrum ist ein kleiner Teil des Enzyms, bei dem meist ein dreidimensionaler Hohlraum durch Aminosäuren unterschiedlicher Regionen und Polypeptidketten gebildet wurde. Das Substrat wird hier durch zahlreiche nicht-kovalente Wechselwirkungen wie z.B. elektrostatische Wechselwirkungen, Wasserstoffbrückenbindungen, van der Waals Kräfte und hydrophobe Wechselwirkungen gebunden. Die Spezifität des Enzyms für ein Substrat hängt dabei von der präzisen Anordnung der funktionellen Gruppen innerhalb der Bindungsstelle ab.

Question 51

Du denkst, ein Substrat passt in die Bindungsstelle wie ein Schlüssel ins Schlüsselloch... Dein Kumpel ist da anderer Meinung, wer hat Recht ?

Answer 51

Beide haben bedingt Recht. Generell passt ein Substrat präzise in die Bindungsstelle wie ein Schlüssel ins Schlüsselloch. Allerdings ist die Bindungsstelle eines Enzyms nicht zwangsweise ein starres Konstrukt, sondern kann durchaus flexibel sein. So kann ein Substrat auch die Form der Bindungsstelle ein bisschen anpassen, eine Hypothese die als „Induced Fit“ bekannt ist.

Question 52

Beschreibe die Michaelis-Menten Gleichung ! Definiere alle Parameter !

Answer 52

``` V0 = Vmax(S/(S + KM)) Anfangsgeschwindigkeit: V0 Maximalgeschwindigkeit: Vmax Substratkonzentration: S Michaelis Konstante: KM ```

Question 53

Was bedeutet Vmax ?

Answer 53

Die maximale Reaktionsgeschwindigkeit oder Rate der Reaktion bei einer gewissen Enzymmenge, gesättigt mit Substrat.

Question 54

Was ist die Obergrenze von kcat / KM ?

Answer 54

Die Diffusionskontrollierte Interaktion von Substrat und Enzym bestimmt die Obergrenze der Rate. Diese liegt bei 108 – 109 s -1M-1 .

Question 55

. Wie unterscheiden sich die Zwischenstufen bei Enzymmechanismen mit mehreren Substraten ?

Answer 55

Bei einem sequentiellen Mechanismus binden beide Substrate und bilden einen ternären Komplex aus. Bei einem Ping-Pong Mechanismus werden ein oder mehrere Produkte freigesetzt bevor alle Substrate gebunden sind. Somit werden hier ausgetauschte Enzymintermediate gebildet.

Question 56

Nennen Sie ein Beispiel, beidem beide Substrate vor der Katalyse gebunden werden.

Answer 56

Z.B. Laktatdehydrogenase und Kreatinkinase.

Question 57

. Denken Sie dass die Reihenfolge der Substratbindung eine wichtige Rolle für die Enzymkatalyse spielt?

Answer 57

. In manchen Fällen, ja. Bei Ping-Pong Mechansimen beispielsweise muss das richtige Substrat binden um das korrekte Enzymintermediat zu bilden. Bei sequentiellen Mechanismen kommen sowohl geordnete Substratbindung (z.B. Laktatdehydrogenase), als auch ungeordnete Substratbindung und Produktfreisetzung vor (Kreatin Kinase).

Question 58

Wie unterscheiden sich die Typen der Inhibition kinetisch ?

Answer 58

. Kompetitive Inhibition kann durch große Mengen an Substrat unwirksam gemacht werden. Jedoch ist der apparente KM – Wert erhöht. Bei der nichtkompetitiven Inhibierung kann Substrat an den EI Komplex binden, jedoch ist Vmax vermindert. Bei der gemischten Inhibierung können beide Werte abweichen.

Question 59

Was ist ein Affinitätslabel ?

Answer 59

. Hierunter versteht man ein Substratanalogon, das strukturell dem Substrat sehr ähnlich ist, an das aktive Zentrum des Enzyms bindet und chemisch mit einem Rest des aktiven Zentrums reagiert. Es wird dazu verwendet, die Enzymstruktur und den Reaktionsmechanismus zu erforschen.

Question 60

. Was sind Übergangszustandsanaloga ?

Answer 60

Diese sehr wirksamen Inhibitoren ahmen die Struktur eines Übergangszustandes im katalytischen Prozess nach. Sie binden sehr fest an das aktive Zentrum und sind nützlich bei der Aufklärung der Enzymstruktur und des Reaktionsmechansimus.

Question 61

Was ist die Herausforderung für eine Protease bei der Hydrolyse einer Peptidbindung?

Answer 61

Die Carboxylfunktion der Peptidbindung ist nicht sehr reaktiv. Die Protease muss diese Funktion aktivieren um den nukleophilen Angriff von Wasser zu unterstützen.

Question 62

Wie können kovalente Modifikationen genutzt werden um den Mechanismus eines Enzyms zu untersuchen?

Answer 62

Wenn für eine bestimmte Aminosäure angenommen wird, dass diese am Mechanismus beteiligt ist, führt eine kovalente Modifikation des Restes zu einer Änderung der Enzymaktivität. Jedoch, muss diese Methode gewöhnlich durch andere Techniken bestätigt werden (Bsp. ortsgerichtete Mutagenese, Zirkluardichroismus, ...) um auszuschließen, dass der Verlust der Aktivität beispielsweise durch konformationelle Änderungen verursacht wird.

Question 63

Warum werden Substratanaloge eingesetzt um die Aktivität von Enzymen zu messen?

Answer 63

Ein Enzymaktivitätstest muss so gestaltet sein, dass der Verbrauch des Substrates bzw. die Bildung des Produktes schnell und einfach gemessen werden kann. Substrate die bei der Umsetzung ihre spektralen Eigenschaften ändern, können somit leicht mit Hilfe eines Spektrophotometers quantifiziert werden.

Question 64

Worin liegt die Ursache für den „burst“ der Aktivität und die folgende steady-state Reaktion von Chymotrypsin wenn man den Reaktionsverlauf mit Hilfe eines stoppedflow Spektrophotometer verfolgt?

Answer 64

``` Chymotrypsin spaltet Peptidbindungen in einer Zweischrittreaktion. Dabei ist der erste Schritt (Bildung des Acyl-Enzym-Intermediates) schneller ist als der zweite Schritt (Hydrolyse). ```

Question 65

Was unterstützt die Theorie, dass die katalytische Triade ein effektives Mittel ist um die Hydrolyse von Peptide zu bewerkstelligen?

Answer 65

Zahlreiche verschiedene Enzyme unter ihnen die Peptidasen und einige Esterase nutzen ähnliche Reaktionsmechanismen. Während die Strategie dieselbe ist, sind die darin beteiligten Aminosäurereste verschieden. Dies führt zu den Schluss, dass dieser häufig zum Einsatz kommende Mechanismus das Ergebnis von konvergente Evolution ist.

Question 66

Was ist die allgemeine Strategie von Cystein-, Metallo- und Aspartatproteasen?

Answer 66

Alle nutzen einen Mechanismus bei dem ein Nukleophil gebildet wird, welches dann die Carbonylfunktion der Peptidbindung angreift.

Question 67

Was ist das Nukleophil von Cystein-, Metallo- und Aspartatproteasen?

Answer 67

Das Nukleophil ist Wasser.

Question 68

Medikamentenentwicklung zur Inhibierung von Enzymen ist ein wichtiger Bereich der pharmazeutischen Forschung. Welche Enzymeigenschaften sind in diesem Zusammenhang interessant?

Answer 68

Enzyme können durch Wechselwirkungen mit einem potentiellen Wirkstoff, welcher entweder im aktiven Zentrum oder in einer regulatorischen Stelle bindet, inhibiert werden. Die Struktur von natürlichen Substraten und Aktivatoren und deren Bindungsstellen sind nützliche Angriffstelle für die Entwicklung neuer Medikamente. Dabei ist die Bindungsaffinität und Spezifität wichtig. Mit Enzymaktivitätstest kann der Einfluss der Inhibitoren auf kcat-, KM-, und Vmax-Werte bestimmt werden.

Question 69

Wie wird in der Gegenwart von Carboanhydrase Bicarbonat gebildet?

Answer 69

Ein Zinkion unterstützt die Bildung eines Hydroxidions, welches Kohlendioxid angreifen kann.

Question 70

Welches Merkmal von Carboanhydrase erlaubt die schnelle Hydratatisierung von Kohlendioxid?

Answer 70

Die räumliche Annäherung der beiden Reaktanten (Kohlendioxid und Wasser) und die Gegenwart eines Buffersystems welches die Protonentransferreaktionen unterstützt

Question 71

Welchen Mechanismus nutzen Restriktionsendonukleasen um DNA zu spalten?

Answer 71

Ein aktiviertes Wassermolekül greift direkt das Phosphoratom der Phospodiesterbindung an.

Question 72

Die Sequenz der 6 basenpaarlangen Restriktionsschnittstelle von EcoRV ist GATXXX. Wie lautet die komplette Sequenz der Erkennungsstelle?

Answer 72

GATATC | CTATAG

Question 73

Warum sind P-loop Domänen und Mechanismen weit verbreitet?

Answer 73

Diese Strukturen sind in der Lage nach Bindung eines NTP große konformationelle Änderungen durchzuführen und NTP zu hydrolysieren. Diese strukturelle Vielfältigkeit erlaubt eine breite Spezifität.

Question 74

Warum sind Metallionen für die Aktivität der meisten NTP-abhängigen Enzyme notwendig?

Answer 74

Diese Enzyme binden nicht NTP, sondern den Metallionen-NTP-Komplex.

Question 75

Was ist die Funktion der Aspartattranscarbamoylase?

Answer 75

Das Enzym katalysiert den ersten Schritt in der Synthese von Pyrimidinen. Es kondensiert Carbamoylphosphat und Aspartat zu N-Carbamoylaspartat und anorganischem Phosphat zu bilden.

Question 76

Geben Sie mehrere Beispiele für Enzyme und Proteine, die durch proteolytische Aktivierung aktiviert werden.

Answer 76

Beispiele sind Verdauungsenzyme (Trypsin), Hormone (Insulin), Gerinnungsenzyme (Fibrinogen), Entwicklungsprozess Proteinen (Kollagen) und Apoptose-Proteine (Caspasen).

Question 77

Warum war es überraschend, dass CTP ATCase hemmt?

Answer 77

Die Substrate für ATCase sind Carbamoylphosphat und Aspartat. Diese Moleküle ähneln nicht CTP. Somit war es klar, dass CTP nicht an der aktiven Stelle, aber dafür an einer anderen regulatorischen Stelle binden mus

Question 78

Folgen allosterische Enzyme der traditionellen Michaelis-Menten-Kinetik? Zeichnen Sie ein Diagramm der Reaktionsrate relativ zur Substratkonzentration für ATCase und vergleichen Sie es mit dem Diagramm eines Michaelis-Menten Enzyms.

Answer 78

Nein, ATCase zeigt eine unterschiedliche Kinetik. Eine graphische Darstellung der Geschwindigkeit gegen Substratkonzentration zeigt eine sigmoidale Kurve, entgegengesetzt der einfachen hyperbolischen Kurve eines Enzyms das der Michaelis-Menten-Kinetik folgt.

Question 79

. Wie unterscheidet sich das sequentielle Modell von dem symetrischen Modell für allosterische Enzyme?

Answer 79

Das symetrische Modell erlaubt nichts anderes als eine "Alles-oder-Nichts"- Form des Proteins (komplett gespannt oder entspannt). Im Gegensatz dazu ermöglicht das sequentielle Modell eine gemischte Art des Proteins, mit einigen gespannten und entspannten Untereinheiten. Die Form ist abhängig von der Ligandenbindung an eine bestimmte Untereinheit.

Question 80

Warum ist eine kovalente Modifikation im Vergleich zur proteolytische Aktivierung von Vorteil?

Answer 80

Kovalente Modifikation sind in der Regel ein reversibler Prozess.

Question 81

Phosphorylierung ist ein äußerst wirksames Instrument für die katalytische Steuerung. Erklären Sie die Gründe.

Answer 81

Eine Phosphorylgruppe fügt negativen Ladungen hinzu, so dass neue elektrostatische Wechselwirkungen und neue Wasserstoff-Bindung entstehen können. Die freiwerdende Energie bei der Phosphorylierung ist groß, wodurch sich das konformelle Gleichgewicht der verschiedenen Zustände beeinflusst werden kann. Die Verwendung von ATP bedeutet, dass die Reaktion mit dem Energie-Status der Zelle verknüpft ist. Phosphorylierung ist schnell, umkehrbar und kann zu verstärkenden Wirkungen führen. Diese Faktoren beeinflussen strukturelle, thermodynamische, regulatorischen und kinetischen Eigenschaften.

Question 82

Wie wird die Kinase-Kaskade aktiviert?

Answer 82

Der Prozess wird oft durch Hormone, die an Membran-Rezeptoren binden eingeleitet. Dieser Prozess aktiviert die Adenylat Cylase, die die Bildung von cAMP, einem intrazellulären Botenstoff bewirkt. Das cAMP aktiviert eine wichtige Protein-Kinase. In eukaryotischen Zellen ist dies ein allosterisches Enzym, die Protein-Kinase A, die dann verschiedenen Zielproteine phosphoryliert.

Question 83

. Wie wird die Blutgerinnungskaskade initiiert?

Answer 83

Sowohl intrinsische (beschädigte Oberfläche) und extrinsische (Trauma) Auslöser können die Kaskade induzieren. Die ersten Schritte unterscheiden sich hierbei, führen aber letztlich zu einem abschließenden, gemeinsamen Weg, um die Fibringerinnsel zu bilden.

Question 84

Was ist der letzte Schritt im Blutgerinnungweg?

Answer 84

Im letzten Schritt wird Fibrinogen, welches sechs Ketten aus drei Typen Untereinheitenenthält, verändert. Thrombin spaltet vier der Ketten, was zur Bildung von Fibrinmonomeren führt. Diese Monomere bilden spontan das Fibrinnetz. Das Gerinnsel wird durch Querverbindungen zwischen den Aminosäuren katalysiert durch Transglutaminase stabilisiert.

Question 85

. Was ist die zweifache Wirkung von Thrombin?

Answer 85

0. Zum einen katalysiert Thrombin die Hydrolyse von Fibrinogen um aktives Fibrin zu bilden. Zum anderen spielt es auch eine Rolle beim Herunterfahren der Kaskade durch Regulation von Protein C, einer Protease, die die Gerinnungsenzyme Va und VIIIa verdaut.