Metabolische
fragenkatalog
fragenkatalog
Kartei Details
| Karten | 66 |
|---|---|
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Biologie |
| Stufe | Universität |
| Erstellt / Aktualisiert | 20.09.2014 / 18.06.2021 |
| Weblink |
https://card2brain.ch/box/metabolische
|
| Einbinden |
<iframe src="https://card2brain.ch/box/metabolische/embed" width="780" height="150" scrolling="no" frameborder="0"></iframe>
|
Welches Enzym ist u.a. bei der Erweichung von Tomaten während der Reifung verantwortlich? Welche Reaktion wird katalysiert? Wie kann man die Reaktion analytisch verfolgen? Wie lässt sich diese Reaktion unterdrücken?
???
Erläutern sie vier wichtige Eigenschaften von Enzymen!
- Chemoselektivität: greift nur eine funktionelle Gruppe an, Esterhydrolyse-/-Acetalspaltung - Regio- / Diastereoselektivität: erkennen gleiche funktionelleGruppen an verschiedenen Stellen im Molekül, setzt nur eine um
- Enantioselektivität: prochirale Verbindungen werden zu optisch aktiven Produkten umgesetzt, oder die Enantiomeren einer racemischen Mischung reagieren unterschiedlich schnell (kinetische Racematspaltung)
- Biokatalysator: - senkt die Aktivierungsenergie einer Reaktion ab
- wird bei der Reaktion nicht verbraucht
Erklären sie die chromatographische Trennung von razemischen Gemischen an chiralen Phasen
Bei der chiralen Chromatographie ist eine Trennung von Enantiomeren möglich. Die chirale stationäre Phase bindet bevorzugt an eins der Enantiomere (3 Punkt-Anheftungsregel). Das andere kann eluiert werden.
Die wichtigsten in der Industrie angewendeten enzymkatalysierten Reaktionen sind hydrolytische Transformationen. Wie können sie dies erklären?
Hydrolytische Enzyme: Proteasen, Esterasen, Lipasen
Vorteile hydrolytischer Enzyme:
- keine Cofaktoren
- Vielzahl verfügbarer Enzyme
- günstig
- stabil
- auch für umgekehrte Reaktion (Ester- bzw. Amidsynthese) einsetzbar →in organischen Lösungsmitteln mit geringer Wasseraktivität
Erläutern sie einen ökonomisch sinnvollen enzymatisch katalytischen Prozess zur Herstellung von Dihydroxyacetonphosphat (Reaktionsgleichungen mit den beteiligten Enzymen)
l
Erläutern sie den Reaktionsmechanismus der Nitrilase und zeigen sie an einem Beispiel, dass diese Enzyme für die kinetische Razematspaltung verwendet werden können!
l
Welche Verbindung erhalten sie bei der asymmetrischen Oxidation von meso-Diolen mit HLADH (horse liver alcohol dehydrogenase)? Erläutern sie die Reaktionen am Beispiel von 2R,3S-dimethylbutan1,4-diol.
Für das Beispiel wäre R = Methyl
Nennen sie drei für Biotransformationen wichtige C-C bildende Enzyme aus der Klasse der Lyasen und beschreiben sie allgemein die von ihnen katalysierten Reaktionen!
Beispiele:
- Aldolase: Aldolkondensation: Verlängerung von Aldehyden um zwei oder drei C-Einheiten
- Transketolase: Übertragung eines C2-Fragments bzw. Hefe-vermittelte Acyloin Kondensation
- Hydroxynitril-Lyase: Addition von Cyanid an Aldehyde (Cyanhydrin-Reaktion)
Erläutern sie an zwei Beispielen die kovalente Immobilisierung eines Enzyms an einen Träger!
l
Formulieren sie das aus Valin abgeleitete cyanogene Glucosid Linamarin und dessen Hydrolyseprodukte nach Behandlung mit ß-Glucosidase und alpha-Hydroxynitril- Lyase!
???
Durch welches Modell kann die Enantioselektivität von Enzymen erklärt werden? Erläutern sie anhand dieses Modells die bevorzugte Bildung eines Enantiomers aus einer prochiralen Verbindung mit Hilfe eines selbst gewählten Beispiels!
Drei Punkt Anheftungsregel (Beispiel Phenylalanin-Ammoniak-Lyase):
Proteasen werden aufgrund ihrer im aktiven Zentrum katalytisch wirkenden Aminosäure in drei Gruppen eingeteilt. Wie heißen die Gruppen? Welche Aminosäuren wirken jeweils katalytisch? Nennen je einen Vertreter (Protease) pro Gruppe!
- Serin-proteasen: Schweine Leber Esterase, Chymotrypsin, Trypsin
- Carboxy-proteasen: Pepsin (Asp), Chymosin (Asp)
- Thiol-proteasen (Cysteinproteasen): Papain, Caspasen
Entwickeln sie eine biokatalytische Methode zur Produktion von D-Glucose-6- phosphat aus DGlucose! Was wird benötigt? Wie kann das Verfahren kostengünstig gestaltet werden? Formulieren sie die Reaktionen!
Die Reaktion findet nach folgender Reaktionsgleichung statt und wird von der Hexokinase katalysiert:
Hierbei wird ATP als stöchiometisches Cosubstrat benötigt. Dieses kann aus dem kostengünstigeren PEP regeneriert werden unter Zuhilfenahme der Pyruvatkinase.
4-Hydroxypentanitril soll in (R)-Gamma-Pentalacton umgewandelt werden. Schlagen sie einen biokatalytischen Prozess vor! (Strukturformeln und Enzym(e))!
Das 4-Hydroxypentanitril wird zuerst nach folgendem Mechanismus zur 4-Hydroxypentansäure gemacht:
Diese reagiert dann selbsttändig weiter und cyclisiert sich zum Lacton.
Wie wird die Reaktion genannt mit deren Hilfe man aus cyclischen Ketonen Lactone synthetisieren kann? Zu welcher Enzymklasse und Untergruppe werden die Enzyme gerechnet die diese Reaktion katalysieren? Formulieren sie die Bildung des Pfirsicharomastoffes (S)-Delta-decalacton!
Die sog. Baeyer Villiger-Oxidation bildet aus monocyclischen Ketonen die dazugehörigen Lactone. Dies wird von der Baeyer-Villiger-Monooxygenase aus Pseudomonas putida katalysiert. Es dient O2 als Sauerstoffdonor und NADH2 reduziert das übrige O zu H2O.
Im Falle des Beispiels von (S)-Deltadecalacton, ist R = Pentyl
Definieren sie den Begriff „Prochiral“ Geben sie die exakte chemische Strukturformel von drei verschiedenen prochiralen Verbindungen an!
???
Geben sie zwei Verfahren zur präparativen Trennung von D- und L-Milchsäure an und erläutern sie jeweils das Trennprinzip!
Umsetzung des racemischen Gemischs mit einem enantiomerenreinen Substrat zu Diastereomeren Salzen (D-L und L-L). Diese können durch Kristallisation oder Chromatographie getrennt werden, da sich die Eigenschaften von Diastereomeren unterscheiden. Mittels chiraler Phasen Chromatographie können auch Enantiomerengemische / Racemate gespalten werden.
Erläutern sie den vorgeschlagenen Reaktionsmechanismus (katalytische Triade) von Serinhydrolasen mit Strukturformeln am Beispiel der Hydrolyse von Hexylacetat. Die Angabe der reaktiven funktionellen Gruppen der Aminosäuren ist ausreichend.
l
Erläutern sie beispielhaft die Produktion von enantiomerenreinen α-L –Aminosäuren mit Hilfe einer Hydrolase, Lyase und Dehydrogenase. Zeichnen sie die allgemeine Struktur der Ausgangsstoffe (R=Rest) und geben sie die Bezeichnungen der katalysierten Reaktionen an!
l
Schlagen sie zwei unterschiedliche Verfahren zur Produktion von enantiomerenreinem Pantolacton vor, welches als synthetischer Vorläufer für die Pantothensäure dienen kann!
Esterase-Mechanismus:
Mikrobielle Entracemisierung:
Oxidation zur Carbonylgruppe sowie stereo- /enantioselektive Reduktion zum OH. (NAD regeneriert sich selbst)
→ Pantolacton ist Ausgangsstoff für Pantothensäure = Vitamin B5
Erläutern sie die Struktur von ß-Cyclodextrin! Wofür wird es eingesetzt? Wie wird es hergestellt
- Cyclodextrine sind Cyklische Moleküle aus α-1,4-glycosidisch verknüpften Glucose-Molekülen.
α-Cyclodextin → 6 Glc-Einheiten β- Cyclodextin → 7 Glc-Einheiten γ- Cyclodextin → 8 Glc-Einheiten
- Herstellung: Aus dem Abbau von Stärke mit α-Amylase erhaltene Maltodextrine werden mit Hilfe der
Cyclomaltodextringlucano-transferase aus Bacillus macerans Cyclodextrine aus 6-12
Glucoseeinheiten erzeugt (Hauptprodukt: β-Cyclodextrin (7 Glc-Einheiten)
- Verwendung: Stabilisierung von Vitaminen und Aromastoffen, geschmackliche Neutralisierung von Bitterstoffen
Octyl-ß-D-glucosid wird häufig als Tensid verwendet. Schlagen sie zwei biotechnologische Herstellungsverfahren für dieses Tensid vor und beurteilen sie deren Vor- und Nachteile!
???
Methylketone sind wertbestimmende Aromastoffe des Blauschimmelkäses. Geben sie die exakten Strukturformeln von zwei wichtigen Methylketonen des Blauschimmelkäse-Aromas und deren direkte Vorläufermoleküle an. Aus welchem Zweig des Primärstoffwechsels entstammen diese Verbindungen?
Beispiele: 2- Hexanon
2- Nonanon
2- Undecanon
2- Tridecanon
→ Sie entstehen alle aus den direkten Vorläufermolekülen, die genau um eine Säuregruppe (CO2) länger sind:
Die Säuren als Vorläufermoleküle entstammen der β-Oxidation (sie werden aus dem Zyklus entfernt, indem die Thiohydrolase die Thioesterbindung zum Acetyl-CoA hydrolysiert).
Enzyme werden aufgrund der von ihnen katalysierten Reaktion in sechs Klassen unterteilt. Welcher Klasse gehören die Enzyme an die zurzeit am häufigsten in der weißen Biotechnologie verwendet werden? Geben sie vier verschiedene typische Reaktionen an, die von Enzymen dieser Klasse katalysiert werden! Warum ist diese Klasse für die weiße Biotechnologie so wichtig?
- Hydrolasen:
Lipasen: Triglyceride + H2O → Glycerin + 3FS
Esterasen: R1CO-O-R2 + H2O → R1-COOH + HO-R2
Proteasen: R1-NH-CO-R2 + H2O → R1-NH2 + HOOC-R2
Nitrilasen: R-C≡N + 2 H2O → R-COOH + NH3
- Vorteile:
Keine Cofaktoren
Vielzahl verfügbarer Enzyme
Günstig
Stabil
- Bedeutung:
Wichtigsten enzymkatalysierten Reaktionen sind hydrolytische Transformationen von Amid- und Esterbindungen (ca. 30 % aller Anwendungen)
Zu welcher Enzymklasse werden Proteine gerechnet, die die Bildung von Phosphatestern katalysieren? Für welche Zwecke werden diese Enzyme in biotechnologischen Prozessen eingesetzt? Geben sie zwei Beispiele mit den Bruttogleichungen der katalysierten Reaktionen an!
Kinasen (Transferasen): - regio- und enantioselektive Bildung von Phosphatestern
- Keine Mehrfachphosphorilierung
Hexokinase: D-Glucose + ATP → D-G6P + ADP
Glycerolkinase: Hydroxyaceton + ATP → DHAP + ADP
Citronensäure ist ein für die Lebensmittelindustrie wichtiger Naturstoff der biotechnologisch produziert wird. Zeichnen sie die Strukturformel von Citronensäure! Mit welchen transgenen Pilzstämmen wird die Säure hergestellt? Wie wird sie aus der Fermentationsbrühe isoliert?
Trnasgener Pilzstamm: - Aspergillus Niger mit 3 gentechnischen Modifikationen
- Siehe Frage 35
Rückgewinnung: - durch Kristallisation
