H01 Oppgave II

1. H01 Oppgave II 2.a) • Primærstruktur, aminosyre sekvensen til proteinet. • Sekundærstruktur, lokal og stabil arrangering av aminosyrene som gir en definert struktur (for eksempel α-heliks eller ß-plate). • Tertiærstruktur, den tredimensjonale foldingen av en hel peptidkjede til en subenhet/protein. • Kvartærstruktur, sammensetningen av flere subenheter til proteiner som består av to eller flere subenheter.

2. 3.a) • Interne hydrogenbindinger mellom peptidbindingene hos hver fjerde aminosyre sørger for maksimalt antall intern hydrogenbinding. • Mulighet for sidegrupper, som stikker ut i fra heliksen, kan interagere med hverandre og tilføre strukturen stabilitet. b) • Prolin har ikke mulighet til dreining rundt bindingen mellom Cαog N på grunn av sidekjedens ringstruktur. Dette fører til et knekkpunkt på heliksen. Samtidig har ikke prolin ledig H i peptidbindingen som kan delta i intern hydrogenbinding. • Glycin har ingen sidegruppe og er derfor mer strukturelt fleksibel enn andre aminosyrer. Polymerer av glycin foreligger ikke som α-heliks.

3. c) • Glu og Asp vil være negativt ladet ved pH 7 (fysiologisk). Lys og Arg vil være positivt ladet ved pH 7. Sidekjeder med lik ladning vil frastøte hverandre og destabilisere heliksen. • Asn, Ser, Thr og Cys kan destabiliser en α-heliks på grunn av sidegruppenes størrelse og form hvis de ligger nær hverandre i kjeden. d) • De interne hydrogenbindingene i heliksen er alle rettet i en retning. Dette medfører en polarisering av hele heliksen. I carboksyl enden vil det være en negativ ladning som vil stabiliseres av positive aminosyrer (Lys, Arg). I amino enden vil det være en positiv ladning som vil stabiliseres av negative aminosyrer ( Glu, Asp).

4. 4.a) • Ved denaturering forandres proteinets tredimensjonale struktur seg slik at biologisk funksjon mistes. Betingelsene for en korrekt folding er endret i større eller mindre grad (foreligger ofte i delvis foldet struktur). b) • Temperatur • pH • Organiske løsningsmidler • Urea, guanidin hydroklorid • Tungmetaller

5. H97 Oppgave I A i) • Hydrogenbindinger Peptidbindingene i proteinets ”ryggrad” vil søke maksimal intern h-binding. Dette oppnås i alfaheliks eller betaplate. Peptidbindingene danner h-binding med vann i utfoldet form. Det er ingen gevinst ved folding. • Hydrofobe interaksjoner Hydrofobe områder i vanding miljø søker sammen fordi hydrofob overflate ”påtvinger” vannet en mer ordnet struktur. Gevinst ved folding, ∆S > 0, og ∆G < 0. Dette gir drivkraft for folding og stabilitet. • Van der Waals interaksjoner Induserte dipoler som er svake men veldig mange. Gir til sammen viktig bidrag til stabilitet. • Ionebinding Tiltrekning mellom to grupper med motsatt ladning. Stabiliserer struktur.

6. ii)

7. Del II Oppgave 1 • Enzym Biomolekyl (protein/RNA) som katalyserer kjemisk reaksjon. Endrer ikke reaksjonslikevekten, og blir ikke forbrukt i reaksjonen. Senker aktiveringsenergien (∆G‡), og dermed øker reaksjonshastigheten (V). • Substrat Reaktant som inngår i enzymkatalysert reaksjon. Passer i katalytisk sete og omdannes til produkt. • Optimal pH pH hvor enzymet har maksimal katalytisk aktivitet. • Optimal temperatur Temperatur hvor enzymet har maksimal katalytisk aktivitet. • VmaxMaksimalhastighet for en enzymatisk reaksjon. Katalytisk sete er mettet med substrat. • Aktiveringsenergi (∆G‡) Mengde energi nødvendig for å omdanne 1 mol substrat fra grunntilstand til overgangstilstand.

8. K1 K2 E + S ES E + P K-1 K-2 K1 K2 E + S ES E + P fordi V = K2[ES] K-1

9. Vi regner med at [ES] er like stor hele tiden, steady state. Det betyr at dannelse og nedbrytning av [ES] er det samme. [ES]dannelse= K1[E][S] [ES]nedbrytning= K-1[ES] + K2[ES] Mengde enzym: [Et] =[E] +[ES] Setter utifra dette: [ES]dannelse= [ES]nedbrytning K1[E][S] = K-1[ES] + K2[ES] [ES] =K1[Et][S] K-1 + K2+ K1[S] K1([Et] - [ES])[S] = K-1[ES] + K2[ES] [ES] = [Et][S] K1[Et][S] - K1[ES][S] = K-1[ES] + K2[ES] (K-1 +K2)/K1 +[S] K1[Et][S] = K-1[ES] + K2[ES] + K1[ES][S] [ES]= [Et][S] KM+ [S] K1[Et][S] = [ES] (K-1 + K2 + K1[S])

10. [ES]= [Et][S] og V= K2[ES] KM+ [S] V= K2[Et][S] = Vmax[S] KM + [S] KM + [S]

11. Del II Oppgave 2

12. Dataene fra forsøket passer med en hyperbolsk kurve, og det resiproke plottet, Lineweaver-Burk plot, gir en rett linje. Dette passer med Michaelis-Menten kinetikk. • KM for reaksjonen kan bestemmes nøyaktig utifra Lineweaver-Burk plottet. Den rette linjen skjærer x-aksen i -1/KM Benytter regresjonslinjens ligning, og løser den for y lik 0. Det gir x = -1,4602 / 0,7623= -1,916. Dette er lik -1/KM. KM blir da: KM = -1/-1,916 = 5,2 10-6 M • Vmax bestemmes på samme måte. Y-aksen skjæres i 1/Vmax.Setter x lik null. Det gir y = 1,4602. Dette er lik 1/Vmax. Vmax blir da: Vmax = 1/1,4602 = 6,84 10-10 mol/min. • I løpet av et minutt hydrolyseres 6,84 10-10 mol, dvs per sekund: 6,84 10-10 / 60 sek = 1,14 *10-11 mol/sek. 1 mol substrat hydrolysert tilsvarer 1 mol enzym, da det er 1 aktivt sete per enzym molekyl. Antall mol enzym: 10-9 g / 29600 g/mol = 3,38 *10-14 mol For hvert molekyl enzym hydrolyseres: 1,14 10-11 mol / 3,38 10-14 mol = 338 molekyler av penicillin per sekund. a) b) c) d)

13. hemmer hemmer Del II Oppgave 3 a) • Virkemåten til en hemmer i en enzymatisk reaksjon kan leses utifra hvordan den påvirker Lineweaver-Burk plottet. En kompetetiv hemmer gir samme Vmax, altså samme skjæringspunkt med y-aksen som i reaksjon uten hemmer, mens KM øker og skjæringspunktet med x-aksen endres. • En non-kompetitiv hemmer er et spesial tilfelle av miksed-kompetitiv hemmer. I non-kompetitiv endres ikke KM, men Vmax øker. Lineweaver-Burk plottet endrer skjæringspunkt med y-aksen i forhold til reaksjonen uten hemmer. 1/V0 1/V0 1/[S] 1/[S]

14. b) • Temperatur • pH in vitro • Substrat mengde • Inhibitorer • Enzym mengde • Allosteri • Kovalent modifisering in vivo • Produktmengde • Initiale reaksjonshastigheter gir grunnlag for kinetikk beregningene. Reaksjonen er 1.ordens, V0 = k[S]. Senere i reaksjons forløpet er enzymet mettet med substrat, og hastigheten er tilnærmet konstant uansett substrat mengde. c)

15. d) • Allosteriske enzymer er regulert ved ikke-kovalent binding av spesifikk metabolitt et annet sted en aktivt sete. Modulator K K R R Substrat V0 K R [S]

16. e) • Varme • Ekstrem pH • Ekstrem saltkonsentrasjon • Urea • Organiske løsemidler/detergenter • Tungmetaller

17. V00 Oppgave 1 C 2. • a. Feil, påvirker ikke reaksjonslikevekt • b. Riktig, aktiveringsenergien er den energien som investeres for at reaksjonen kan oppnå overgangstilstand (energetisk ugunstig). Lavere aktiveringsenergi betyr at mindre energi er nødvendig for å oppnå overgangstilstand, og dermed raskere reaksjon. • c. Feil, enzymer forandres ikke i reaksjonen. • d. Feil, enzymer har pH og temperatur hvor de fungerer best (optimum). For humane enzymer vil det ofte være pH 7 og 37 ºC. • e. Feil, enzymer påvirker ikke endrigne i Gibbs fri energi og likevekten, men aktiveringsenergien og reaksjonshastigheten.

18. 3. • a. Kofaktor Uorganisk ion eller koenzym nødvendig for enzym aktivitet. • b. Koenzym Organisk molekyl nødvendig for enzym aktivitet. Kan være vitamin. • c. Prostetisk gruppe Kofaktor som er kovalent bundet til peptidkjeden. • d. Apoenzym Kun peptiddelen av et enzym (ikke kofaktor og prostetisk gruppe). • e. Holoenzym Alle delene av et aktivt enzym (peptiddel, kofaktor og prostetisk gruppe).