Biochemie Moodlefragen Flashcards
Was sind Resonanzstrukturen? Beschreiben Sie.
Durch Resonanzstrukturen werden kovalente Bindungen dargestellt, bei denen es zwei oder mehrere Möglichkeiten gibt Bindungen anzuordnen
-Beispiele: die Peptidbindung oder einige der
Basen.
Was ist eine elektrostatische Wechselwirkung? Geben Sie ein Beispiel.
anziehende Kraft zwischen zwei
gegensätzlich geladenen Atomen.
-Salze, so wie NaCl, sind ein Beispiel.
Warum ist Wasser ein Lösungsmittel für so viele biologische Moleküle?
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.
Was sind die Auswirkungen vieler van der Waals Wechselwirkungen?
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.
. Wenn die meisten Proteine einer Zelle von Wasser umgeben sind, welche
funktionellen Gruppen erwarten Sie an der Oberfläche eines wasserlöslichen
Proteins?
vornehmlich polare und geladene Aminosäuren
. Inwiefern kommen elektrostatische Wechselwirkungen bei der
Proteinfaltung zum Tragen?
Die Anziehung zweier gegensätzlich geladener funktionellen Gruppen ist eine der
Kräfte, die zur dreidimensionalen Faltung des Proteins beiträgt.
Wenn das erste Gesetz der Thermodynamik wahr ist, wie können biologische
Prozesse ablaufen?
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.
Wie können Zellen existieren, wenn das zweite Gesetz der Thermodynamik
der Wahrheit entspricht?
Entropie kann in einem lokalisierten System auf Kosten der Entropieerhöhung eines
größeren Systems bzw. des Universums erniedrigt werden.
Geben Sie ein einfaches Beispiel für einen Entropie-getriebenen Prozess an!
Es können mehrere Beispiele gegeben werden; zum Beispiel das Mischen von
zufälligen Atomen, wenn zwei unterschiedliche Gase miteinander vermischt werden.
Was bedeutet diese Gleichung :
ΔG = ΔHsystem – TΔS system < 0?
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.
Was ist die Bedeutung von ΔG in der Biochemie?
. 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
Welche thermodynamischen Änderungen und Änderungen der freien
Energie begleiten die Proteinfaltung?
Eine Kombination aus Wasserstoffbrückenbindungen und van der Waals Kräften
bewirkt Enthalpie- und Entropieänderungen, die mit den hydrophoben
Wechselwirkungen im Inneren des Proteins zusammenhängen.
.Inwiefern unterstützen hydrophobe Wechselwirkungen die Proteinfaltung?
. 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.
Welche Änderungen der Enthalpie und der Entropie begleiten die Bildung
einer DNA-Doppelhelix aus zwei komplementären DNA-Einzelsträngen?
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.
Wie beeinflusst die Proteinaminosäuresequenz die Tertiärstruktur?
Die Aminosäuresequenz bestimmt, wie sich das Protein in eine dreidimensionale Struktur faltet.
Was ist der Vorteil 20 verschiedene Aminosäuren zur Bildung von Proteinen zu haben?
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.
Welche sind die drei aromatischen Aminosäuren?
Phenylalanin, Tyrosin und Tryptophan
Welche Aminosäureseitenketten sind fähig zur Ionisierung?
Die Aminosäuren sind: Asp, Glu, His, Cys, Tyr, Lys, und Arg.
Wie trägt das Proteinrückgrat zur strukturellen Stabilität bei?
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.
Warum sind nicht alle theoretischen Kombinationen von phi und psi möglich?
Sterische Behinderungen der Seitenketten machen manche Kombinationen und Winkel unmöglich.
Beschreiben Sie bitte einige Merkmale einer α-Helix.
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.
Was ist der “hydrophobe Effekt” und was bedeutet er für die Proteinstruktur?
Die dreidimensionale Struktur eines wasserlöslichen Proteins wird durch die Tendenz der hydrophoben Gruppen sich
im Inneren zusammen zu lagern stabilisiert.
Was ist eine Proteindomäne?
Eine Domäne ist ein definierter Bereich eines Proteins. Häufig sind einzelne Domänen durch definierte Funktionen
bestimmt.
Wieso hat Anfinsen in dem Ribonuclease-Experiment das Reduktionsmittel β-Mercaptoethanol dazugegeben?
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.
Wieso ist es günstig wenn während der Proteinfaltung definierte Regionen bereits partiell richtig gefaltet sind?
Wenn einzelne Regionen präferentiell interagieren, erhöhen sie die Stabilität bestimmter Konformationen während
der Proteinfaltung, und wirken sich so auf die Gesamtstruktur des Proteins aus.
Warum ist ein Assay während der Proteinreinigung nötig?
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.
Wie wird die Lactat-Dehydrogenase Aktivität getestet?
. 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.
Wie unterscheiden sich Molekülausschuss- und Ionenaustausch-Chromatographie?
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.
Wie unterscheiden sich Röntgenstrukturanalyse und NMR-Spektroskopie?
. 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.
Warum sind für Vergleiche von Proteinen dreidimensionale Strukturen informativer als die Primärsequenz
Primärsequenz?
. 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.
Wie kann man bestimmen, ob zwei homologe Proteine Paraloge oder Orthologe sind?
. Mit funktionalen Studien: Paraloge haben ähnliche Sequenzen, aber unterscheiden sich in ihrer Funktion.
Warum ist es für evolutionäre Studien effektiver Proteinsequenzen statt DNA Sequenz zu vergleichen?
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.
Wie machen wir ein Proteinsequenzalignment?
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.
Was ist eine Substitutionsmatrix?
.Eine Substitutionsmatrix wird aus alignierten Sequenzen berechnet und die Punktwerte geben einen Eindruck davon,
wie oft eine Aminosäure ausgetauscht wurde.
Wie sind die dreidimensionalen Strukturen nutzbar für evolutionäre Vergleiche?
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
Was kann man sagen, wenn in einem Protein bestimmte Regionen wiederholt auftreten? Und was kann man machen,
um die Hypothese zu prüfen?
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.
. Bitte erklären Sie kurz wie es möglich ist, dass zwei Proteine verwandt sein können, obwohl sie nur geringe
Sequenzidentitäten zeigen.
Die zwei Proteine können trotz sehr unterschiedlicher Primärsequenz, ähnliche Strukturen und Funktionen haben.
Welche Mutationen können zu bedeutenden Sequenzänderungen beitragen, aber gleichzeitig Funktion und Struktur
erhalten
Konservierte Aminosäureaustausche, z.B. von Glutamat zu Aspartat.
Warum ist es von Vorteil für Hämoglobin allosterische Eigenschaften zu besitzen?
. 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.
Was ist fetales Hämoglobin? Wie unterscheidet sich fetales Hämoglobin von adultem Hämoglobin?
. 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.
Beschreiben Sie bitte die oktaedrische Koordinationssphäre des Eisen-Ions in Hb und Mb.
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.
Bitte beschreiben Sie die Struktur des normalen adulten Hb.
. 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.
Bitte beschreiben Sie kurz eine kooperative Bindung.
. 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.
Bitte beschreiben Sie das konzertierte Modell der allosterischen, kooperativen Bindung.
. 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.
. Bitte beschreiben Sie die Rolle von 2,3-Bisphosphoglycerat in der Funktion von Hb.
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.
Bitte beschreiben Sie die chemischen Grundlagen des Bohr-Effekts
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
Bitte beschreiben Sie wie Kohlendioxid die Sauerstoffsättigung von Hämoglobin beeinflusst.
. 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.
In vielen Enzym-Tests werden nicht die natürlichen Substrate und Produkte
eingesetzt. Warum ?
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.
Geben Sie ein Beispiel für eine durch eine Hydrolase katalysierte Reaktion !
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.
Wie werden Substrate im aktiven Zentrum gebunden ?
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.
Du denkst, ein Substrat passt in die Bindungsstelle wie ein Schlüssel ins
Schlüsselloch… Dein Kumpel ist da anderer Meinung, wer hat Recht ?
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.
Beschreibe die Michaelis-Menten Gleichung ! Definiere alle Parameter !
V0 = Vmax(S/(S + KM)) Anfangsgeschwindigkeit: V0 Maximalgeschwindigkeit: Vmax Substratkonzentration: S Michaelis Konstante: KM
Was bedeutet Vmax ?
Die maximale Reaktionsgeschwindigkeit oder Rate der Reaktion bei einer gewissen
Enzymmenge, gesättigt mit Substrat.
Was ist die Obergrenze von kcat / KM ?
Die Diffusionskontrollierte Interaktion von Substrat und Enzym bestimmt die
Obergrenze der Rate. Diese liegt bei 108 – 109
s
-1M-1
.
. Wie unterscheiden sich die Zwischenstufen bei Enzymmechanismen mit mehreren
Substraten ?
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.
Nennen Sie ein Beispiel, beidem beide Substrate vor der Katalyse gebunden werden.
Z.B. Laktatdehydrogenase und Kreatinkinase.
. Denken Sie dass die Reihenfolge der Substratbindung eine wichtige Rolle für die
Enzymkatalyse spielt?
. 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).
Wie unterscheiden sich die Typen der Inhibition kinetisch ?
. 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.
Was ist ein Affinitätslabel ?
. 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.
. Was sind Übergangszustandsanaloga ?
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.
Was ist die Herausforderung für eine Protease bei der Hydrolyse einer Peptidbindung?
Die Carboxylfunktion der Peptidbindung ist nicht sehr reaktiv. Die Protease muss
diese Funktion aktivieren um den nukleophilen Angriff von Wasser zu
unterstützen.
Wie können kovalente Modifikationen genutzt werden um den Mechanismus eines
Enzyms zu untersuchen?
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.
Warum werden Substratanaloge eingesetzt um die Aktivität von Enzymen zu messen?
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.
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?
Chymotrypsin spaltet Peptidbindungen in einer Zweischrittreaktion. Dabei ist der erste Schritt (Bildung des Acyl-Enzym-Intermediates) schneller ist als der zweite Schritt (Hydrolyse).
Was unterstützt die Theorie, dass die katalytische Triade ein effektives Mittel ist um
die Hydrolyse von Peptide zu bewerkstelligen?
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.
Was ist die allgemeine Strategie von Cystein-, Metallo- und Aspartatproteasen?
Alle nutzen einen Mechanismus bei dem ein Nukleophil gebildet wird, welches
dann die Carbonylfunktion der Peptidbindung angreift.
Was ist das Nukleophil von Cystein-, Metallo- und Aspartatproteasen?
Das Nukleophil ist Wasser.
Medikamentenentwicklung zur Inhibierung von Enzymen ist ein wichtiger Bereich der
pharmazeutischen Forschung. Welche Enzymeigenschaften sind in diesem
Zusammenhang interessant?
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.
Wie wird in der Gegenwart von Carboanhydrase Bicarbonat gebildet?
Ein Zinkion unterstützt die Bildung eines Hydroxidions, welches Kohlendioxid
angreifen kann.
Welches Merkmal von Carboanhydrase erlaubt die schnelle Hydratatisierung von
Kohlendioxid?
Die räumliche Annäherung der beiden Reaktanten (Kohlendioxid und Wasser)
und die Gegenwart eines Buffersystems welches die Protonentransferreaktionen
unterstützt
Welchen Mechanismus nutzen Restriktionsendonukleasen um DNA zu spalten?
Ein aktiviertes Wassermolekül greift direkt das Phosphoratom der
Phospodiesterbindung an.
Die Sequenz der 6 basenpaarlangen Restriktionsschnittstelle von EcoRV ist GATXXX.
Wie lautet die komplette Sequenz der Erkennungsstelle?
GATATC
CTATAG
Warum sind P-loop Domänen und Mechanismen weit verbreitet?
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.
Warum sind Metallionen für die Aktivität der meisten NTP-abhängigen Enzyme
notwendig?
Diese Enzyme binden nicht NTP, sondern den Metallionen-NTP-Komplex.
Was ist die Funktion der Aspartattranscarbamoylase?
Das Enzym katalysiert den ersten Schritt in der Synthese von Pyrimidinen. Es
kondensiert Carbamoylphosphat und Aspartat zu N-Carbamoylaspartat und anorganischem
Phosphat zu bilden.
Geben Sie mehrere Beispiele für Enzyme und Proteine, die durch proteolytische
Aktivierung aktiviert werden.
Beispiele sind Verdauungsenzyme (Trypsin), Hormone (Insulin), Gerinnungsenzyme
(Fibrinogen), Entwicklungsprozess Proteinen (Kollagen) und Apoptose-Proteine (Caspasen).
Warum war es überraschend, dass CTP ATCase hemmt?
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
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.
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.
. Wie unterscheidet sich das sequentielle Modell von dem symetrischen Modell für
allosterische Enzyme?
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.
Warum ist eine kovalente Modifikation im Vergleich zur proteolytische Aktivierung
von Vorteil?
Kovalente Modifikation sind in der Regel ein reversibler Prozess.
Phosphorylierung ist ein äußerst wirksames Instrument für die katalytische Steuerung.
Erklären Sie die Gründe.
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.
Wie wird die Kinase-Kaskade aktiviert?
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.
. Wie wird die Blutgerinnungskaskade initiiert?
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.
Was ist der letzte Schritt im Blutgerinnungweg?
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.
. Was ist die zweifache Wirkung von Thrombin?
- 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.
