Klausurfragen Flashcards
Ordnen sie die folgenden zellulären Komponenten nach ihrer Größe von klein zu Groß:
- Mikrotubulus
- α-Tubuli
- Tubulin-Heterodimer
- mitotische Spindel
- GTP
GTP → α-Tubuli → Tubulin-Heterodimer → Mikrotubulus → mitotische Spindel
- Mikrotubulus = 20-30 nm im Querschnitt
- α-Tubuli = viel kleiner als Miktotubulus, 55 kDA
- GTP = Molekül
- Tubulin-Heterodimer = besteht aus α und β-Tubulin
- mitotische Spindel = mehrere μm
Was wurde hier gemessen und mit welcher Methode?
- Gemessen: Kinesin
- Methode: optical trap
Die Kraft und Verschiebung, die von dem einzelnen Kinesinmolekül erzeugt wird, wenn es sich entlang der Mikrotubuli bewegt, wird aus der Verschiebung des Kügelchens in der optischen Falle bestimmt.
Ein “Optical Trap” wird durch dicht fokussierenden Laserstrahl mit einer Objektivlinse mit hoher numerischer Apertur gebildet. Ein dielektrisches Teilchen in der Nähe des Fokus erfährt eine Kraft aufgrund der Impulsübertragung durch die Streuung einfallender Photonen.
Das Membranpotential während einer Depolarisation beträgt:
- 0mV
- 40mV
- -60mV
- 400mV
Das Membranpotential während einer Depolarisation beträgt:
- 0mV
- 40mV
- -60mV
- 400mV
Wie fließen die Ionen des Riesenaxons während der Depolarisation:
- erst Na dann K
- nur Cl
- erst K dann Cl
- nur Na
Wie fließen die Ionen des Riesenaxons während der Depolarisation:
- erst Na dann K
- nur Cl
- erst K dann Cl
- nur Na
Wozu dienen die Myelinscheiden:
- um das Axon zu kühlen
- schnellere Reizweiterleitung
- um vor Verletzungen zu schützen
- um mehr Natrium zu nutzen
Wozu dienen die Myelinscheiden:
- um das Axon zu schützen
- schnellere Reizweiterleitung
- ruhiger Reizweiterleitung
- um mehr Natrium zu nutzen
Wie sind Torsion und Drehmoment definiert?
Erklären Sie, warum man zur Materialcharakterisierung den Winkel φ
und nicht α verwendet.
Torsion – Verdrehung eines Körpers, die durch die Wirkung eines Torsionsmoments entsteht.
Torsionsspannung bedeutet, dass ein Bauteil mit einem Moment (Drehmoment bzw. Torsionsmoment) belastet wird, welches um deren Längsachse wirkt.
Drehmoment ist eine Drehwirkung einer Kraft auf einen Körper.
M = Dφ (D – Torsionssteifigkeit)
- α vom Radius abhängig
- φ nicht
Wir können den Fluss einer Newtonischen Flüssigkeit in einer Röhre mit der „Hagen-Poiseuille“-Gleichung beschreiben. Wir betrachten 2 Röhren mit Fluss. Überraschender Weise sind die Durchflussgeschwindigkeit, die
Länge und der Druckunterschied gleich. Allerdings ist die Viskosität der Flüssigkeit in Röhre 1 nur 40% der Viskosität der Flüssigkeit in Röhre 2.
Wie ist das Verhältnis der Radien der beiden Röhren? Welche Röhre ist größer?
Was ist eine Newtonische Flüssigkeit und nennen sie die Komponenten die für den nicht Newtonischen Charakter verantwortlich sind.
Newtonische Flüssigkeit — mit linear viskosem Fließverhalten. Bei diesen Fluiden ist also die Schergeschwindigkeit proportional zur Scherspannung.
Bei nicht-Newtonischen Flüssigkeiten spielt Viskosität, Schergeschwindigkeit und Scherspannung eine Rolle (Alle Flüssigkeiten mit einer Abhängigkeit der Viskosität von der Geschwindigkeit)
Nennen sie 2 Gründe, warum Blut eine nicht Newtonische Flüssigkeit ist.
Das Blut zeigt nicht lineares Fließverhalten (Scherspannung-Schergeschwindigkeit). Viskosität vom Blut ist größer als vom Wasser.
Die Viskosität ist durch die festen Substanzen des Hämatokrits und Eiweißkonzentration des Plasmas stark ausgeprägt. Natürlich spielen dabei auch Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit.
- mit steigendem Hämatokrit steigt die Blutviskosität überproportional an
- Plasmaviskosität steigt mit steigendem Eiweißgehalt an
Erklären sie den „stoke-shift“ (Stokessche Regel).
Stokessche Regel
Verschiebung der Wellenlänge bzw. der Frequenz von Licht (elektromagnetischer Strahlung) zwischen Absorption und Emission. Sie tritt beispielsweise bei der Fluoreszenz
= Lumineszenz- bzw. Streustrahlung besitzt die gleiche oder eine niedrigere Frequenz als die anregende Strahlung.
Wie ist die Fluoreszenzquantenausbeute definiert?
Die Fluoreszenz-Quantenausbeute ФF oder die “Fluoreszenzeffizienz” beschreibt das Verhältnis zwischen der Anzahl der emittierten Photonen und der Anzahl der absorbierten Photonen.
- Ф = IF/IA = ΤF/Krad
- TF – Fluoreszenzlebenszeit
- Krad – Zerfallsrate
Die Reste in einem Protein können ca. 5 verschiedene Konformationen annehmen.
- Berechnen Sie die Anzahl aller möglichen Konformationen eines Proteins mit 20 Aminosäuren nach Levinthal.
- Nehmen wir an, das Protein 1 ps (10-12 s) benötigt um eine Konformation zu testen. Wie lange benötigt das Protein um die richtige Faltung zu finden?
- 5 Konformationen
- 20 AS
520 = 9,5 * 1013 Konformationen
9,5 * 1013 * 10-12 s = 9,5 * 10-1 = 0,95 s
Ordnen sie folgende Bindungsarten nach ihrer Stärke von stark zu schwach:
- Wasserstoffbrücken
- Hydrophobe
- Elektrostatische
(stark → schwach)
Elektrostatische → Wasserstoffbrücken → Hydrophobe
Welche Seitenkette/n ist/sind beteiligt an der Bindung, die am meisten zur Stabilität beiträgt?
Die Stabilität des Proteins ist vor allem von kovalenten Bindungen und elektrostatischen Wechselwirkungen abhängig.
- Disulfidbrücken (kovalent) ~360 kJ/mol → Disulfide
- Elektrostatisch (Carboxyl, Amino, Guanidino) ~40 kJ/mol
- Wasserstoffbrücken (Carboxyl, Amino, Guanidino, Hydroxyl, Imidazol, Phenoic) ~10-20 kJ/mol
- Hydrophob (Aliphatische, aromatische Seitenketten) ~4-12 kJ/mol
- Dipol-Dipol (alle Dipole) ~2-4 kJ/mol
Welche Aussagen sind richtig?
- Gase werden weniger viskos, wenn man sie erhitzt
- Die durchgezogene Linie im oberen Graphen, zeigt eine Newtonische Flüssigkeit
- Die Reynoldszahl Re ist proportional zu Trägheitskräften und viskose Kräften
- Gase werden weniger viskos, wenn man sie erhitzt
- Die durchgezogene Linie im oberen Graphen, zeigt eine Newtonische Flüssigkeit
- Die Reynoldszahl Re ~ Trägheitskräfte / viskose Kräfte
Sie sehen hier eine berühmte Gleichung.
Wie heißt diese Gleichung?
Goldman-Hodgkin-Katz-Spannungsgleichung
Wenn es kein Natrium und Chlor leitfähigen Strom gibt, bekommen wir eine viel einfachere Gleichung nur für Kalium. Wie heißt diese?
Nernst-Gleichung
Wir messen das Ruhepotential einer Zelle. Es gibt keinen Natrium-Strom. Das Potential befindet sich mit Epot bei -52mV, was erstaunlich nah am Schwellenpotential des Aktionspotential dran ist.
Wir nehmen an, das PK= PCl [Cl]o = 110mV [K]o = 3mV und [K]i = 90mV ist und RT/F = 26 beträgt. Was ist [Cl]i?
Das Membranpotential während eines Aktionspotentials ist am höchsten Punkt:
- 40 V
- -40 mV
- 40 mV
- -400 mV
Das Membranpotential während eines Aktionspotentials ist am höchsten Punkt:
- 40 V
- -40 mV
- 40 mV
- -400 mV
Während eines Aktionspotentials im Riesenaxon des Tintenfisches fließen die Ionen wie folgt:
- Na, dann Ca
- Na, dann K
- Ca, dann Cl
- nur Ca
Während eines Aktionspotentials im Riesenaxon des Tintenfisches fließen die Ionen wie folgt:
- Na, dann Ca
- Na, dann K
- Ca, dann Cl
- nur Ca
Viele Organismen besitzen eine Myelinscheide, die Axone umgeben. Warum?
- Um das Axon zu schützen
- Um mehr Natrium zu nutzen
- Ruhiger Reizweiterleitung
- Schnellere Reizweiterleitung
Viele Organismen besitzen eine Myelinscheide, die Axone umgeben. Warum?
- Um das Axon zu schützen
- Um mehr Natrium zu nutzen
- Ruhiger Reizweiterleitung
- Schnellere Reizweiterleitung
Was ist vom Innern eines gefalteten Proteins nicht enthalten/ausgeschlossen?
H2O, weil im Inneren nur hydrophobe Seitenketten
Kinesin und Dynein sind zwei Klassen von Zytoskelett-Motoren. Woran binden sie vorwiegend und in welche Richtung laufen sie?
Kinesin und Dynein binden an Mikrotubuli
- Kinsein läuft zu +Ende der Mikrotubuli (anterograd – vom Soma zu axonalen Endigungen)
- Dynein läuft zu –Ende der Mikrotubuli (retrograd – von axonalen Endigungen zum Soma)
Mittels Experimente mit optischen Pinzetten wurde die Schrittweite von Kinesin mit 8 nm ermittelt. Weiterhin ist auch die Rückhaltetakt (stall force) mit 7 pN ermittelt. Beschreiben Sie anhand einer Skizze, wie die Schrittweite ermittelt werden kann und wie ein ungefährer Verlauf einer Distanz vs. Zeit-Kurve aussieht.
Kinesin wird mit “Optical Tweezers” optisch festgehalten (bzw. das Cargo, das es trägt), während die Motordomäne weiter auf den Miktotubuli läuft. Die Kraft, die es angewendet, um den Tweezer zu entkommen, kann gemessen werden.
Die Kraft und Verschiebung, die von dem einzelnen Kinesinmolekül erzeugt wird, wenn es sich entlang der Mikrotubuli bewegt, wird aus der Verschiebung des Kügelchens in der optischen Falle bestimmt.
Berechnen Sie die Effizienz dieses molekularen Motors unter der Annahme, dass die Hydrolisierung eines ATP-Moleküls eine Energie von 70 x 10-21 J freisetzt.
(Schrittweite und stall force bekannt: 8 nm und 7 pN)
Ф = (8 x 10-9m x 7 x 10-12N)/(70 x 10-21J) = 0,8 = 80%.
Beschreiben Sie die Funktionsweise der F0F1-ATPase und erklären Sie die Bedeutung für den Energiehaushalt der Zelle.
F0F1-ATPase
Der F0-Teil sorgt dafür, dass durch Transport von Protonen das zentral gelegene γ-UE rotiert und durch die Kopplung an den F1-Teil mehrere Konformationänderungen durchmacht (Loose → Tight → Open). Pro Umlauf (360°) entstehen 3 ATP.
Die ATPase ist wichtig für die Produktion von ATP in der Zelle und ATP dient als Energiequelle für andere Stoffwechselvorgänge.
- F0: ab2c12
- F1: α3β3γσε
- 3 ATP/Umlauf (120° x 3 L→T→O)
Wir betrachten eine Arterie mit einem Durchmesser von 1 cm und einer Länge von 20 cm. In Ruhe beträgt die durchschnittliche systolische Druckdifferenz 24 kPa, die Viskosität liegt bei ηBlut= 0,004 Pa•s.
Berechnen Sie den Strom durch die Arterie unter der Annahme laminarer Strömung.
Die Formel von Hagen-Poiseuille anwenden, jedoch beachten, dass für die Formel der Radius und nicht der Durchmesser verwendet wird!
Eine häufig auftretende Gefäßerkrankung ist Arteriosklerose. Dabei wird durch Ablagerungen am Rand der Durchmesser z.B. auf 80% des ursprünglichen Wertes reduziert.
Berechnen Sie den Druck, der nötig wäre, um denselben Fluss wie im Aufgabenteil (a) aufrechtzuerhalten.
Aus dem Aufgabenteil (a):
- Durchmesser 1 cm
- Systolische Druckdifferenz 24 kPa
- ηBlut= 0,004 Pa•s.
Berechnen Sie die Geschwindigkeit des Blutstroms bei einer Reynoldszahl Re = 2000. Was tritt auf, wenn der Blutstrom noch schneller wäre?
Beachten Sie, dass hier nicht die Länge der Arterie (20 cm) eine Rolle spielt, sondern deren Durchmesser (1 cm). Die Viskosität des Blutes beträgt 0,004 Pa*s.
Bemerkung: Rechnen Sie für die Blutdichte mit der Dichte von Wasser plus 7%.
v = (2000 x 0,004 Pa*s) / (0,01 m x 1070 Kg*m-3) = 0,75 m/s
Bei schnellerem Blutstrom kann turbulente Strömung enstehen, sodass die kinetische Viskosität sich ändert.
Wann spricht man in der Photobiophysik von einem Singulett- und wann von einem Triplett-Zustand?
- Singulett-Zustand: Die Spins der Orbitale sind entgegengesetzt gerichtet
- Triplett-Zustand: Die Spins der Orbitale sind parallel gerichtet
Zeichnen Sie ein Jablonski-Diagramm für ein Molekül mit einem Singulett-Grundzustand und einem angeregten Singulett-Zustand, sowie einem Triplett-Zustand. Weisen Sie dem angeregten Singulett-Zustand 3 Schwingungszustände zu, bilden Sie alle möglichen Übergänge ab und geben Sie die ungefähren Zeiten für Absorption und Strahlungsinaktivierung an.
- Absorption 10-15 s
- Fluoreszenz 10-10 – 10-7 s
- Phosphoreszenz 10-6 – 10 s
- Intersystem Crossing 10-10 – 10-8 s
- Internal Crossing 10-11 – 10-9 s
Nun untersuchen Sie zeitaufgelöste Fluoreszenz. Unsere Probe wird bei t=0 mit einem sehr kurzen Laserblitz (t < 0,1 ns) angeregt. Die Zeitabhängigkeit der Fluoreszenz lässt sich durch folgende Formel beschreiben.
Die Abklingzeit für ein freies GFP in Lösung ist τfrei = 2,6 ns. Berechnen Sie, wann die Fluoreszenz der Probe auf 10% des Anfangswertes abgeklungen ist.
Sie sehen eine beruhmte Gleichung.
Wie heißt die?
Goldman-Hodgkin-Katz-Spannungsgleichung
Wir messen das Ruhepotential einer Zelle. Es gibt keinen Natrium-Strom (Leitfähigkeit = 0) und das Potential (Erev) befindet sich bei -78 mV.
Wir nehmen an, dass PK = PCl, [Cl]o = 110 mM, [K]o = 3 mM, [K]i = 90 mM und RT/F = 26 mV sind. Was ist dann der Wert von [Cl]i?
Nehmen Sie einen typischen Wert für die Natriumkonzentration an.
(Hinweis: sehen Sie sich die Kaliumkonzentrationen an und gehen Sie davon aus, dass eine Na+-K+-ATPase vorhanden ist). Wenn sich die Natriumkanäle öffnen, kann die Zelle dann depolarisieren? Schreiben Sie dies völlig aus.
- Na: 100 mM außen und 4 mM innen
- K: 3 mM außen und 90 mM innen
Aktionspotential:
- Ruhepotential liegt bei –70mV
- Überschreitung des Schwellenpotentials (ca. –40 mV) von umliegenden Reizen
- Depolarisation: Na+-Kanäle öffnen sich, Na+ strömt rasch ein → Überpolarisation (+40 mV)
- Repolarisation: Na+-Kanäle schließen sich, K+ Kanäle öffnen sich, K+ strömt aus, die Spannung sinkt
- Hyperpolarisation: Die K+-Kanäle schließen sich viel langsamer als Na+-Kanäle → in der Zeit strömen weitere K+ aus und die Zelle wird negativer → dann wieder zurück zum Ruhepotential.
Welche Aussagen sind richtig?
- Acrylfarbe und Ketchup sind Newtonsche Flüssigkeiten
- Gase werden stärker viskos, wenn man sie erhitzt
- Die Reynoldszahl Re ~ Trägheitskräfte : viskosen Kräften
- Die durchgezogene Linie im obigen Graph zeigt eine nicht-Newtonsche Flüssigkeit
- Geißelgetriebene Bewegung ist reziprok, wie eine schwimmende Person im Wasser
- Die kinematische Viskosität von Luft ist weniger als die von Wasser
- Es ist schwer für Bakterien zu schwimmen, da Re für ein Bakterium sehr hoch ist
- Die Geschwindigkeit einer Newtonischen Flüssigkeit direkt an einer Wand ist Null.
- Acrylfarbe und Ketchup sind Newtonsche Flüssigkeiten
- Gase werden stärker viskos, wenn man sie erhitzt
- Die Reynoldszahl Re ~ Trägheitskräfte : viskosen Kräften
- Die durchgezogene Linie im obigen Graph zeigt eine nicht-Newtonsche Flüssigkeit
- Geißelgetriebene Bewegung ist reziprok, wie eine schwimmende Person im Wasser
- Die kinematische Viskosität von Luft ist weniger als die von Wasser
- Es ist schwer für Bakterien zu schwimmen, da Re für ein Bakterium sehr hoch ist
- Die Geschwindigkeit einer Newtonischen Flüssigkeit direkt an einer Wand ist Null.
Die Eigenschaften von Biomaterialien bezüglich der Scherkräfte lassen sich mit folgenden Formeln beschreiben.
Zeichnen Sie einen Würfel, vor und nach einer “Scherung” mit den angreifenden Kräften.
Erklären Sie die Bedeutung von:
- τ
- γ
- G
- τ – Scherspannung
- γ – Scherwinkel
- G – Schermodul
Um elastische Eigenschaften von Materialien zu beschreiben, verwendet man sogenannte ε/t- und ε/σ-Diagramme.
Zeichnen Sie jeweils eines dieser Diagramme für ein elastisch-plastisches Material.
Was besagen diese Diagramme?
ε/t-Diagramm — Dehnung pro Zeiteinheit
ε/σ-Diagramm — Spannung-Dehnungsdiagramm (Dehnung pro zugeführter Spannung)
Um elastische Eigenschaften von Materialien zu beschreiben, verwendet man sogenannte ε/t- und ε/σ-Diagramme.
Zeichnen Sie jeweils eines dieser Diagramme für ein viskoelastisches Material.
Was besagen diese Diagramme?
- ε/t-Diagramm — Dehnung pro Zeiteinheit
- ε/σ-Diagramm — Spannung-Dehnungsdiagramm (Dehnung pro zugeführter Spannung)
Um elastische Eigenschaften von Materialien zu beschreiben, verwendet man sogenannte ε/t- und ε/σ-Diagramme.
Zeichnen Sie jeweils eines dieser Diagramme für ein elastisches Material.
Was besagen diese Diagramme?
- ε/t-Diagramm — Dehnung pro Zeiteinheit
- ε/σ-Diagramm — Spannung-Dehnungsdiagramm (Dehnung pro zugeführter Spannung)
Um elastische Eigenschaften von Materialien zu beschreiben, verwendet man sogenannte ε/t- und ε/σ-Diagramme.
Zeichnen Sie jeweils eines dieser Diagramme für ein nicht-elastisches Material.
Was besagen diese Diagramme?
- ε/t-Diagramm — Dehnung pro Zeiteinheit
- ε/σ-Diagramm — Spannung-Dehnungsdiagramm (Dehnung pro zugeführter Spannung)
Ein Kugelfisch (Durchmesser = 18 cm) schwimmt 5 m durch ein Aquarium mit einer Geschwindigkeit von 0,2 m/s.
Berechnen Sie die Reibungsenergie unter Annahme η (H2O) = 0,001 Pa*s
Wie geschieht bei der ATP-Synthase (F0F1-ATPase) die Kopplung zwischen
Protonenfluß und ATP-Synthese? Bitte erklären Sie das in maximal 3 Sätzen
unter zur Hilfenahme des abgebildeten Modells der F0-Untereinheit
Kopplung zwischen Protonenfluß und ATP-Synthese
Protonen diffundieren über den Zugangskanal (grüne Röhre) und binden reversibel and deprotoniertes Asp/Glu in UE-C. Erst das Ungleichgewicht zwischen H-Konzentrationen innen und außen führen zur Nettorotation.
Um elastische Eigenschaften von Materialien zu beschreiben, verwendet man sogenannte ε/t- und ε/σ-Diagramme.
Zeichnen Sie jeweils eines dieser Diagramme für ein elastisch-plastisches Material.
Was besagen diese Diagramme?
- ε/t-Diagramm — Dehnung pro Zeiteinheit
- ε/σ-Diagramm — Spannung-Dehnungsdiagramm (Dehnung pro zugeführter Spannung)
