8

Biologie (Fach) / Moerschbacher (Lektion)

Diese Lektion wurde von bibabu erstellt.

Lektion lernen

zurück  |  weiter 1 / 1

• Warum spielen im Primärstoffwechsel aller Zellen Phosphatgruppenübertragungen und Elektronenübertragungen eine zentrale Rolle? Bitte definieren Sie die Begriffe Phosphorylierung, Dephosphorylierung, Oxidation und Reduktion. Welche Reaktionen werden von Kinasen und Oxidoreduktasen katalysiert? Welche Cosubstrate/prosthetischen Gruppen sind an diesen Reaktionen beteiligt? Der Primärstoffwechsel dient zum großen Teil dem Energiestoffwechsel, d.h. der Mobilisierung und Bereitstellung chemischer Energie zur Aufrechterhaltung des thermodynamischen Ungleichgewichts zwischen lebender Zelle und unbelebter Umgebung, zur Ermöglichung von Reaktionen auf Umweltbedingungen, und zum Wachstum. Die Übertragung einer Phosphatgruppe auf ein Substrat aktiviert dieses, da die starke negative Ladung Spannung in das Molekül bringt. Die Übertragung von Elektronen erhöht die Energie eines Substrats, da diese Elektronen bei der stark exergonischen Übertragung auf Sauerstoff Arbeit leisten können. Phosphorylierung: Übertragung einer Phosphatgruppe auf ein SubstratDephosphorylierung: Abspaltung einer Phosphatgruppe von einem SubstratOxidation: Entzug von Elektronen aus einem Substrat (Erhöhung der Oxidationszahl)Reduktion: Übertragung von Elektronen auf ein Substrat (Erniedrigung der Oxidationszahl)Kinasen: phosphorylieren ein Substrat Oxidoreduktasen: übertragen Elektronen von einem Substrat auf ein anderesCosubstrat bei Phosphorylierung: ATPCosubstrat bei Oxidation/Reduktion: NAD+/NADHprosthetische Gruppe bei Oxidation/Reduktion: FAD/FADH2
• Bitte geben Sie an, welche Bindungstypen für die Aufrechterhaltung der dreidimensionalen Struktur eines typischen, enzymatisch aktiven Proteins verantwortlich sind. Benennen Sie sowohl die Art der Bindung als auch die beteiligten funktionellen Gruppen der jeweiligen Bindungspartner. Primärstruktur: Peptidbindung (= Amidbindung) zwischen der Carboxylfunktion einerAminosäure und der Aminofunktion der nächsten Aminosäure. Sekundärstruktur: Wasserstoffbrückenbindung zwischen der partiell negativen Ladungdes Carbonyl-Sauerstoff einer Peptidbindung und der partiell positiven Ladung des an daselektrophile Stickstoffatom gebundenen Wasserstoffatoms einer anderen Peptidbindung. Tertiärstruktur: Wasserstoffbrückenbindung zwischen Partialladungen (z.B.Hydroxylfunktion) verschiedener Aminosäureseitenketten; Ionenbindung zwischen negativ(Carboxylfunktion) und positiv (Aminofunktion) geladenen Aminosäureseitenketten;hydrophobe Wechselwirkung zwischen hydophoben Aminosäureseitenketten (z.B.Methylfunktion); Disulfidbrücke zwischen den Thioalkoholgruppen zweier Cysteine.
• Bitte erklären Sie, warum beim Abbau der Glukose in der Glykolyse zunächst ATP investiert werden muss. Bei welchen Schritten und mit Hilfe welcher Prozesse gewinnt die Zelle beim weiteren aeroben Abbau der Glukose ATP? Glukose ist ein sehr stabiles Molekül, das zuerst durch Zufuhr von Energie in Form vonPhosphatgruppen aktiviert werden muss, bevor es in zwei Triosephospate gespaltenwerden kann. Im weiteren Verlauf der Glykolyse wird die bei der Oxidation einerAldehydgruppe zur Carboxylfunktion freiwerdende Energie genutzt, um ein freies Phosphatan die entstehende Carboxylfunktion zu binden, von wo aus es auf ADP übertragen werdenkann, so dass ATP gebildet wird. Am Ende der Glykolyse wird bei der Umwandlung vonPhosphoenolpyruvat zu Pyruvat ein weiteres energiereiches Phosphat auf ADP übertragen.Darüber hinaus wird ATP in der Atmungskette der Mitochondrien gewonnen. Dabei werdenenergiereiche Elektronen des NADH, die aus dem Glukoseabbau stammen, auf Sauerstoffübertragen. Der Elektronentransport ist mit einem transmembranen Protonentransportgekoppelt, so dass ein Protonenegradient über der inneren Mitochondrienmembrangebildet wird. Die Energie dieses Gradienten kann dann genutzt werden, um mit Hilfe derATP-Synthase aus ADP und Phosphat ATP (und Wasser) zu produzieren.
• Bitte erklären Sie anhand des Aufbaus (Bestandteile und Bindungstypen) und der funktionellen Gruppen der Phospholipide den Aufbau und die Funktion einer typischen biologischen Membran. Das Rückgrat der Phospholipide bildet der dreiwertige Alkohol Glycerol, der an zwei seinerHydroxylfunktionen mit je einer Fettsäure verestert ist. An der dritten Hydroxyllfunktion ist in einPhosphatrest über eine Phosphorsäureesterbindung angebunden; der Phosphatrest ist danni.d.R. über eine zweite Phosphorsäureesterbindung an einen weiteren Alkohol gebunden (z.B.Cholin, Ethanolamin). Phospholipide sind daher amphipathische Moleküle, die langenKohlenwasserstoffketten sind hydrophob, während der Phosphorsäurediester hydrophil ist.Dadurch lagern sich die Phospholipide zu Doppelschichten zusammen, in denen diehydrophoben Schwänze nach innen zeigen, während die hydrophilen Reste an den Oberflächenliegen. Solche Membranen können daher, indem sie sich zu Vesikeln schließen, zwei wässrigeMilieus unterschiedlicher Zusammensetzung (innen und außen) voneinander trennen.
• Tabelle für polymere a
• Bitte erklären Sie, warum extrazelluläre Proteine eukaryotischer Zellen im Gegensatz zu cytoplasmatischen Proteinen oft Disulfidbrücken und Zuckerseitenketten besitzen. Was sind die entscheidenden Eigenschaften der Disulfidbrücken bzw. der Zuckerseitenketten? Welche Aminosäuren sind an der Ausbildung der Disulfidbrücken beteiligt? Während cytoplasmatische Proteine unter genau definierten Bedingungen (z.B. pH,Ionenstärke, Konzentrationen an Substraten, Cosubstraten, Effektoren) arbeiten können,müssen extrazelluläre Proteine unter wechselnden Bedingungen aktiv bleiben. IhreTertiärstruktur muss also besonders stabil sein. Dazu dienen einerseits dieDisulfidbrücken zwischen Cysteinen, die als einzige kovalente Bindungen zwischenAminosäure-Seitenketten besonders stabil sind, zum anderen auch die stark hydrophilenZuckerseitenketten, die auf der Oberfläche des Proteins sitzen und somit denUnterschied zwischen hydrophiler Peripherie und hydrophobem Kern vergrößern.
• Bitte erklären Sie anhand der funktionellen Gruppen, die ein Kohlenhydrat definieren, 1) die Art der Verknüpfung von Monosacchariden zu Oligo- und Polysacchariden; 2) die biologischen Funktionen von Oligo- und Polysacchariden. Kohlenhydrate sind Polyalkohole mit einer Carbonylfunktion, sie besitzen also mehrereHydroxylgruppen sowie eine Aldehyd- oder Ketofunktion. 1) Die Aldehyd- bzw. Ketofunktion eines Monosaccharids kann mit einer der Hydroxyl-gruppenein intrazelluläres Halbacetal bzw. Halbketal bilden; dieses kann mit einer derHydroxylfunktionen eines anderen Mono-, Oligo- oder Polysaccharids ein Vollacetal bzw. Vollketal bilden; diese Bindung wird als O-glykosidische Bindung bezeichnet. 2) Da Kohlenhydrate mehrere Hydroxylfunktionen besitzen, gibt es viele verschiedeneMöglichkeiten der glykosidischen Bindung, so dass sehr unterschiedliche Strukturen erzeugtwerden können. Kohlenhydrate eignen sich daher sehr gut als Marker für bestimmte Zellenund sie sind entsprechend an Zell-Zell-Erkennungsreaktionen beteiligt. Da in Oligo- und Polysacchariden fast nur Hydroxylfunktionen vorkommen, sind sie chemischnicht sehr vielseitig und nicht sehr reaktiv, und damit relativ stabil. Sie eignen sich dahersehr gut als Speicher- und Gerüstsubstanzen.
• Bitte erklären Sie, warum die bei den beiden Reaktionen beteiligten Reduktionsäquivalente in der Atmungskette unterschiedlich viele ATP liefern (Succinat -> Fumarat) (Malat ->Oxalacetat ) Die auf NADH gespeicherten Elektronen sind energiereicher als die auf dem FADH2gespeicherten. Werden die Elektronen von NADH auf Ubichinon übertragen, reicht dasRedoxpotential-Gefälle aus, um Protonen über die Membran zu transportieren. Das ist bei derÜbertragung der Elektronen von FADH2 auf Ubichinon aufgrund dessen niedrigerenRedoxpotentials nicht möglich. Daher tragen die Elektronen aus NADH stärker als die ausFADH2 zum Protonengradienten bei, der letztlich die Energie für die ATP-Synthese liefert.

zurück  |  weiter 1 / 1