Biologie Übungsfragen Flashcards
Wie sind Kohlenhydrate aufgebaut und wie werden sie eingeteilt?
Kohlenhydrate bestehen aus einem Grundgerüst aus Kohlenstoffatomen. Daran hängen Sauerstoff und Wasserstoffatome, vielfach als OH-Gruppen. Die Anzahl der C-Atome bestimmt, ob es sich um Triosen, Pentosen, Hexosen oder Heptosen handelt. Einzeln werden diese Zucker als Monosaccharide oder Einfachzucker bezeichnet. Durch glykosidische Bindungen können Di- und Polysaccharide entstehen.
Erläutern Sie den chemischen Aufbau eines Fettes.
Ein Fett entsteht durch Veresterung der drei funktionellen OH-Gruppen des dreiwertigen Alkohols Glycerin mit jeweils einer Fettsäure. Ein Fettmolekül besteht also aus einem Glycerinmolekül und drei Fettsäuren.
Wodurch unterscheiden sich Phospholipide von “normalen” Fetten?
Bei Phospholipiden verestert eine der drei funktionellen Gruppen des Glycerins mit einer Phosphorsäure. Dieser Phosphorsäurerest kann wiederum andere polare Moleküle binden, z.B. Cholin. Dadurch besitzen Phospholipide einen geladenen Anteil, den “polaren Kopf”, während an den zwei anderen OH-Gruppen des Glycerins normale Fattsäuren gebunden sind, die sich hydrophob und unpolar verhalten. Deswegen bilden Phospholipide in Wasser Micellen oder Doppelschichten.
Beschreiben Sie den Aufbau einer Biomembran.
Eine Biomembran, wie man sie in der Zellmembran oder an den einzelnen Zellkompartimenten findet, besteht aus einer Doppelschicht von Phospholipiden, deren geladene Köpfe ins Zellinnere bzw. Zelläussere ragen. Die hydrophoben Anteile sind aneinander gelegt. In dieser Doppelmembran befinden sich Proteine, die entweder nur in einer Hälfte der Lipiddoppelschicht gebunden sind (periphere Membranproteine) oder durch die Membran hindurch gehen (integrale Membranproteine). Sowohl die Lipide als auch die Proteine können Seitenketten aus Kohlenhydraten tragen, deren Gesamtheit als Glykokalyx bezeichnet wird.
Erklären Sie, wie Zellen miteinander verbunden sein können.
Zellen können “wasserdicht” miteinander verschweisst werden durch umlaufende “tight junctions”. Punktuell werden Zellen durch Desmosomen verbunden. Zur Kommunikation der Zellen untereinander dienen die “gap junctions”.
Erläutern Sie den Begriff “Membranfluss” durch geeignete Beispiele.
Der Membranfluss beschreibt, wie Teile der Zellmembran sich in die Zelle hinein abschnüren, dort weiteren Veränderungen unterliegen können und wieder mit der Zellmembran verschmelzen. Ebenso können auch neu gebildete Membranteile mit bereits vorhandenen Membranen verschmelzen. Prozesse dabei sind die Pinocytose (Aufnahme von Flüssigkeiten in die Zelle) und die Phagocytose, die Aufnahme grösserer Moleküle oder Partikel. Zusammengefasst werden diese Vorgänge als Endocytose. den Transport von Stoffen aus der Zelle hinaus bezeichnet man als Exocytose.
Beschreiben Sie den Aufbau eines Proteins.
Proteine bestehen aus Aminosäuren, die durch eine Peptidbindung miteinander verknüpft sind. Die Abfolge der Aminosäuren nennt man Primärstruktur.
Mit dem Begriff “Sekundärstruktur” bezeichnet man charakteristische Strukturen, die sich ausbilden können, nämlich die ““-Helix und das ““-Faltblatt.
Da sich aufgrund der Wechselwirkungen zwischen den Seitenketten der Aminosäuren eine für jedes Protein charakteristische Raumstruktur ausbildet, ist ein Protein dreidimensional. Diese Struktur im Raum heisst Tertiärstruktur.
Treten mehrere Proteine zu einem Komplex zusammen, bezeichnet man dies als Quartärstruktur.
Nennen Sie wesentliche Unterschiede zwischen DNA und RNA.
Während die Dann ein langes und doppelsträngiges Molekül ist, ist die RNA einzelsträngig und im Vergleich recht kurz. Die RNA verwendet die Base Uracil, die DNA Thymin. Der für den jeweiligen Namen der Nukleinsäuren verantwortliche Unterschied ist, dass in der RRNA der Zucker Ribose verwendet wird, in der DNA Desoxyribose.
Erläutern Sie den Aufbau eines Nukleotids.
Ein Nukleotid besteht aus den drei Teilen Phosphorsäure, Zucker und Base. In einem DNA-Nukleotid findet sich als Zucker die Desoxyribose, an deren fünftem C-Atom sich die Phosphoräsure befindet. Am C-Atom 1 ist eine der vier Basen Adenin, Cytosin, Guanin oder Thymin gebunden.
Das RNA-Nukleotid verwendet den Zucker Ribose, die Phosphorsäure ist gleichfalls an C5 gebunden. Auch hier befindet sich an C1 eine der Basen.
Beschreiben Sie den Aufbau eines DNA-Moleküls.
Ein DNA-Einzelstrang entsteht, indem sich Nukleotide miteinander verbinden. Dabei reagiert die OH-Gruppe an C3 mit einer Phosphorsäure, die sich am C5 eines anderen Nukleotids befindet, zu einer Phosphodiesterbindung. Zwei DNA-Einzelstränge lagern sich gegenläufig aneinander, wobei die komplementären Basen Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden, die das entstandene Doppelmolekül zusammen halten. Der Doppelstrang bildet einen in sich verdrehte Struktur, wobei das Zuckerphosphatrückgrat aussen, die Basen innen liegen. Diese Struktur heisst Doppelhelix.
Erklären Sie, warum Biokatalysatoren in Lebewesen “zweckmässig” sind.
Es gibt zwei wichtige Gründe: Erstens benötigen viele chemische Reaktionen, wenn sie unkatalysiert ablaufen, eine hohe Aktivierungsenergie. Dies wäre mit dem Leben nicht zu vereinbaren. Katalysatoren setzen die Aktivierungsenergie so weit herab, dass die Reaktionen unter physiologischen Bedingungen ablaufen können. Zweitens würden viele Reaktionen, wenn sie gestartet haben, so ablaufen, dass sehr schnell sehr viel Energie freiwerden würde. Dies ist auch wiederum unphysiologisch, ausserdem wäre die Energie verloren. Biokatalysatoren können Reaktionen in Einzelreaktionen zerlegen, die besser steuerbar sind und deren Einzelenergiegewinne aufgrund der energetischen Kopplung für die Zelle nutzbar gemacht werden können. Zugleich stellt dies natürlich auch einen sehr guten Steuermechanismus für die Kontrolle der mannigfaltigen Stoffwechselvorgänge in der Zelle dar.
Beschreiben Sie den Ablauf einer enzymatisch katalysierten Reaktion.
Das Enzym bindet sein spezifisches Substrat im aktiven Zentrum, es entsteht der Enzym-Substrat-Komplex. Die Reaktion findet statt, danach zerfällt der Komplex wieder. Das Enzym und die Produkte werden frei.
Nennen Sie Möglichkeiten, wie ein Enzym in seiner Aktivität eingeschränkt werden kann.
Man muss hier differenzieren zwischen einer regulatorischen und in aller Regel reversiblen Einschränkung der Aktivität und der irreversiblen Inaktivierung. Regulatorisch wirksam sind etwa kompetitive und allosterische Regulation, die der Steuerung von Stoffwechselwegen dienen können. Irreversibel sind die Denaturierung durch unphysiologische pH-Werte, Salzkonzentrationen, Temperaturen oder durch Schwermetallionen.
Nennen Sie die Zellorganellen und stichwortartig ihre Funktion.
Zellkern: enthält die Erbinformation, Steuerung aller Vorgänge in der Zelle.
Zytoplasma: Ort vieler Stoffwechselvorgänge, erfüllt die Zelle
Zytoskelett: stabilisiert die Zelle, trägt zur Bewegung bei, hält die Organellen an ihrem Platz
Zellmembran: grenzt die Zelle nach aussen ab, regelt den Stofftransport in und aus der Zelle
Zellwant: grenzt die pflanzliche Zelle nach aussen ab, verleiht Stütze und Festigkeit
Endoplasmatisches Retikulum: Syntheseort vieler Moleküle, die von hier aus an ihren BEstimmungsort innerhalb der Zelle doer nach aussen transportiert werden
Golgi-Apparat: besteht aus Dictyosomen, die sich aus Vesikeln des ERs aufbauen und den stofftransport nach aussen steuern
Mitochondrien: Ort der Zellatmung, “Kraftwerke” der Zelle
Chloroplasten: Ort der Fotosynthese, nur bei Pflanzen vorhanden!
Peroxisom: Abbau von bestimmten Fetten, Wasserstoffperoxid und anderen Giften
Lysosom: unter anderem Abbau von in die Zelle aufgenommenen oder eingedrungenen Partikeln
Beschreiben Sie den Ablauf der Mitose.
In der Prophase kondensieren die Chromosomen zu sichtbaren Gebilden. In der Prometaphase bewegen sie sich Richtung Zellmitte, wo sie sich während der Metaphase in der charakteristischen Metaphase- oder Äquatorialplatte anordnen. Während der Anaphase werden die Schwesterchromatiden getrennt und zu den Zellpolen gezogen. Dort befinden sie sich in der Telophase. Gleichzeitig beginnt die Cytokinese, d.h. die beiden Tochterzellen trennen sich voneinander.
Wie verläuft die Replikation?
An den origins of replication wird die doppelsträngige DNA durch die Helicase aufgetrennt und durch single-strand binding Proteins einzeln gehalten. Kurze RNA-Primer werden von der RNA-Primase gebildet. Die DNA-Polymerase verlängert diese Nukleotidfragmente, indem sie am 3’-Ende neue Nukleotide anfügt, die komplementär zum Matrizenstrang sind. Auf einem Strang - dem leading strand - geht dies kontinuierlich, auf dem anderen, dem lagging strand, nicht. Hier entstehen Fragmente, die so genannten Okazaki-Fragmente. Diese werden von der DNA-Ligase miteinander verknüpft. Schliesslich werden noch die RNA-Primer herausgeschnitten, durch DNA-Nukleotide ersetzt und ebenfalls miteinander verknüpft. Als weiteres “Hilfsprotein” dienen die sliding clamps, die im Replikationskomplex die Dann-Polymerase halten.
Stellen Sie die Vorgänge der Transkription und der Translation stichwortartig dar.
Transkription: RNA-Polymerase bindet an den Promotor und beginnt bei +1 mit der Synthese einer RNA bis zum Erreichen eines Terminationssignals. Hier bricht die RNA-Synthese ab, die Primary RNA ist entstanden. Bei Eukaryoten werden jetzt beim Spleissen die Introns entfernt, es entsteht die fertige mRNA. Diese verlässt den Zellkern.
Translation: An die mRNA bindet die kleine ribosomale Untereinheit, die Initiator-tRNA mit Methionin un ddann die grosse ribosomale Untereinheit. Eien zum zweiten Triplett auf der mRNA komplementäre tRNA, die ein entsprechendes Anticodon besitzt, bindet neben der Initiator-tRNA an der grossen ribosomalen Untereinheit. Die beiden Aminosäuren werden durch eine Peptid-Bindung miteinander verknüpft, anschliessend bewegt sich der Komplex um ein Triplett auf der mRNA weiter. Die nächste passende tRNA bindet und deren Aminosäure wird mit dem bereits vorhandenen Dipeptid verknüpft. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis ein Stopp-Codon erreicht wird.
Gegeben sei die folgende DNA-Sequenz. Links davon befinde sich der Promotor, Transkriptionsrichtung vom Promotor aus gesehen sein nach rechts. Leiten Sie die zugehörige mRNA und die entsprechende Aminosäuresequenz ab.
ATGTTCGTCAATCAGCACCTT
Links befindet sich vereinbarungsgemäss das 5’-Ende, rechts das 3’-Ende. Als Doppelstrang geschrieben sieht diese Dann also wie folgt aus:
5’-ATGTTCGTCAATCAGCACCTT-3’
3’-TACAAGCAGTTAGTCGTGGAA-5’
Die RNA-Polymerase schreibt von 5’ nach 3’, d.h. sie kopiert den hier unten stehenden Strang. Es entsteht folgende mRNA:
5’-AUGUUCGUCAAUCAGCACCUU-3’ (statt Thymin, Uracil)
Das wiederum entspricht folgender Aminosäuresequenz (hier braucht man die Codesonne): Met-Phe-Val-Asn-Gln-His-Leu
Die hervor gehobene 13. Base wird gegen ein T ausgetauscht. Was ändert sich?
Die Punktmutation bewirkt, dass statt der Aminosäure Glutamin ein Stopp-Codon gelesen wird. Dadurch bricht die Translation ab und es entsteht nicht das gewünschte (oder benötigte) Protein, sondern nur ein kurzer Abschnitt davon, der wahrscheinlich nicht funktionsfähig ist. Je nach Aufgabe kann dies sehr ernste Konsequenzen für die Zelle haben.
Beschreiben Sie die Lichtreaktion.
In der Lichtreaktion werden Photonen des Lichts von Lichtsammelkomplexen auf das Fotosystem 2 übertragen. Dadurch gibt ein angeregtes Chlorophyllmolekül ein Elektron ab, das über verschiedene Redoxsysteme in der Thylakoidmembran zu Fotosystem 1 gelangt. Ergänzt wird das fehlende Elektron im Fotosystem 2 durch die Fotolyse von Wasser. Die dabei entstehenden Protonen sammeln sich im Thylakoidinnenraum, der Sauerstoff wird frei. Zum Schluss wird das Elektron wiederum über Zwischenschritte auf NADP+ übertragen. Während der Wanderung durch die Membran werden weitere Protonen in den Thylakoidinnenraum transportiert. Dadurch entsteht ein Konzentrationsgradient, der eine membranständige ATP-Synthase antreibt.
Wie ist der Ablauf der Dunkelreaktion?
Ziel der Dunkelreaktion ist es, aus anorganischem Kohlenstoffdioxid und Wasser energiereiche Kohlenhydrate herzustellen. Die benötigte Energie hierfür stammt aus der Lichtreaktion in Form von ATP und NADPH. Zur Synthese wird ein Molekül Kohlenstoffdioxid aui die Ribulose-bisphosphat übertragen, katalysiert wird diese Reaktion durch das Enzym Rubisco. Der entstehende C6-Körper zerfällt zu C3-Körpern, die unter Energieverbrauch reduziert werden. Zum Schluss wird das Akzeptormolekül Ribulose-bisphosphat regeneriert und Glucose gespeichert.
Nennen Sie die einzelnen Abschnitte der Atmung.
Glykolyse, Citratzyklus, Endoxidation.
Was versteht man unter Gärung?
Von Gärung spricht man, wenn die Endoxidation aus Mangel an Sauerstoff nicht stattfinden kann. Daher müssen die Reduktionsäquivalente NAD und FAD regeneriert werden, indem sie die gebundenen Protonen und Elektronen auf andere Moleküle übertragen. Energetisch ist diese Form des Stoffwechsels nicht günstig.
Nennen Sie die Gruppen der oben besprochenen pflanzlichen Synthesestoffe.
Terpenoide, Alkaloide, Phenole, Porphyrine.
Nennen Sie die Bestandteile des Verdauungssystems.
Im Kopfdarm befinden sich die Zähne, die Zunge, der Gaumen und die Speicheldrüsen. Ab dem Schlund spricht man vom Rumpfdarm, der aus der Speiseröhre, dem Magen, dem Dünndarm, dem Dickdarm, dem Mastdarm und dem Anus besteht. Hinzu kommen die grossen Verdauungsdrüsen Pankreas und Leber.
Machen Sie an einem selbst gewählten Beispiel klar, wie Form und Funktion im Verdauungsbereich zusammenwirken.
Z.B. eine resorbierende Zelle aus dem Dünndarm: Sie ist im Verband mit anderen Zellen der Dünndarmschliemhaut und bildet mit diesen durch enge Zellkontakte eine Barriere, die den Darminhalt vom Bauchinnenraum separiert. Sie besitzt eine durch Mikrovilli stark vergrösserte Oberfläche, wodurch sie Nährstoffe besser aufnehmen kann. An den Mikrovilli befinden sich Enzyme, die aus dem Nahrungsbrei Nährstoff-Monomere spalten, die von der Zelle aufgenommen werden können. Sie besitzt ein aktives System zur endozytotischen Aufnahme, Weitergabe und Exocytose von Stoffen. Dies braucht sie, um Fette verpackt in Chylomikronen in die Lymphe abgeben zu können.
Nennen Sie drei Enzyme des Verdauungsapparates und beschreiben Sie deren Funktion.
Amylase (Speichel des Mundes): spaltet Stärke in Maltose-Disaccharide
Pepsin (Magen): spaltet Proteine an definierten Stellen
Trypsin und Chymotrypsin (aus dem Pankreas): spalten Proteine in Di- oder Tripeptide
Maltasen, Laktasen, Saccharasen (Glykokalys der Dünndarmschleimhaut): spalten die entsprechenden Disaccharide in Monosaccharide
Welche Folgen erwarten Sie für einen Patienten, dessen Bauchspeicheldrüse schwer geschädigt ist?
Mehrere zu erwartendeFolgen:
Die Hormone Insulin und Glucagon, die den Blutzuckerspiegel konstant halten, werden im Pankreas gebildet. Bei einer Schädigung des Pankreas kann der Blutzuckerspiegel nicht mehr konstant gehalten werden.
Etliche Enzyme, die wichtig für die Verdauung sind und vom Pankreas in den Dünndarm abgegeben werden, fehlen; dadurch sind massive Beschwerden bei der Verdauung zu erwarten sowie eine eventuelle Unterversorgung mit Nährstoffen.
