Nimi sosiaaliturvatunnus

Transkriptio

1 Valintakoe 2013 / Biokemia Nimi sosiaaliturvatunnus 1. Selitä: (3,0 p) a) Mitä ovat eksonit ja intronit ja miten ne eroavat toisistaan? b) Mitä eläinsolulle tapahtuu, jos se laitetaan sen sisällä olevaa nestettä osmoottisesti laimeampaan vesipohjaiseen liuokseen? Miksi? c) Miksi entsyymi saa kemiallisen reaktion tapahtumaan huomattavasti nopeammin kuin ilman entsyymiä? d) Miksi D-vitamiini pääsee siirtymään lipidikalvon läpi mutta natriumioni ei, vaikka se on kooltaan D-vitamiinia huomattavasti pienempi? a) Eksonit ja intronit ovat tumallisten eliöiden useimmissa geeneissä olevia alueita. Eksonit koodaavat proteiineja kun taas niiden välissä olevat intronit eivät sisällä proteiinisynteesissä tarvittavaa informaatiota. Esiaste-RNA:n silmukoinnissa eksonit jäävät jäljelle lopulliseen lähetti-rna-molekyyliin, kun taas intronit leikkautuvat pois. (0,75 p) Jos eksonit ja intronit ovat menneet sekaisin, mutta asia olisi muuten oikein, saa 0,25 p. b) Koska eläinsolun sisällä on osmoottisesti väkevämpi neste, osmoosi saa solun ulkopuolella olevan veden siirtymään solukalvon läpi sisälle soluun, jolloin solu paisuu ja saattaa lopulta haljeta. (0,75 p) c) Entsyymi toimii katalyyttinä, eli se alentaa reaktion käynnistämiseen tarvittavan energian eli aktivaatioenergian määrää. (0,75 p) Jos aktivaatioenergian alenemista ei mainita, mutta puhutaan katalyytista ja/tai kuvaillaan entsyymin yleistä toimintaa, saa maksimissaan 0,5 p. d) Koska D-vitamiini on rasvaliukoinen, se läpäisee lipidikalvon liukenemalla siihen. Ionit kuten natriumioni eivät pysty läpäisemään lipidikalvoa vaan tarvitsevat erityisiä solukalvon kanavaproteiineja siirtymiseen. (0,75 p)

2 2. Selosta proteiinien synteesi tumallisilla soluilla alkaen DNA:n sisältämästä geneettisestä informaatiosta ja päättyen toimivaan proteiiniin. (4,5 p) Tuman DNA:ssa sijaitsevassa geenissä on säätelyalueita eri säätelyproteiinien kiinnittymistä varten (0,25 p). Geenissä on myös RNA-polymeraasin kiinnittymiseen tarvittava promoottorialue (0,25 p). DNA:n kaksoisjuoste avataan ja RNA-polymeraasi transkriptoi geenin esiaste- RNA:ksi.(0,25 p). Esiaste-RNA:n sekvenssi vastaa DNA:n mallijuostetta emäsparisäännön mukaisesti niin että tymiinin tilalle tulee urasiili (0,25 p). (Yht. 1 p) Esiaste-RNA:sta poistetaan silmukoinnissa intronit jolloin RNA:han jää pelkät eksonit (0,5 p). Jotkut eksonitkin saatetaan poistaa (vaihtoehtoinen silmukointi). Näin yhdestä geenistä pystytään tarpeen mukaan tuottamaan erilaisia proteiineja (tämä tieto voi korvata jonkin muun puutteen 0,5 p:llä). (5 pään -lakin ja 3,-pään polya-hännän lisäyksen jälkeen) syntynyt lähetti-rna kuljetetaan tuman ulkopuolelle, jolloin se kiinnittyy ribosomiin, jossa proteiinin valmistus käynnistyy (0,5 p) (Yht. 1 p) Varsinainen proteiinisynteesi tapahtuu tuman ulkopuolella ribosomissa siirtäjä-rna:iden avulla (0,25 p). Jokaista aminohappoa varten on oma siirtäjä-rna, jonka toisessa päässä on kiinnittyneenä aminohappo (0,25 p) ja toisessa päässä RNA-juosteen osana ko. aminohappoa koodaava vastinemäskolmikko (0,25 p). Siirtäjä-RNA:n vastinemäskolmikko kiinnittyy lähetti- RNA:ssa emäspariperiaatteen mukaisesti oikeaan emäskolmikkoon, ja seuraavaan lähetti-rna:n emäskolmikkoon liittyy puolestaan oikean vastinemäskolmikon (ja aminohapon) sisältämä siirtäjä-rna (0,25 p). Ribosomi katalysoi peptidisidoksen muodostumista aminohappojen välille (0,25 p). Tämä jatkuu kunnes lähetti-rna:ssa tulee vastaan lopetuskolmikko (0,25 p). Yksittäiseen lähetti-rna:han voi olla sitoutuneena useampia ribosomeja, eli yhdestä lähetti- RNA:sta voi tuottua samanaikaisesti useita proteiineja (tämä tieto voi korvata jonkin muun puutteen 0,25 p:llä) (Yht. 1,5 p) Muodostunut polypeptidiketju irtoaa ribosomista ja laskostuu aminohappojen välisten kemiallisten vuorovaikutusten mukaan kolmiulotteiseksi rakenteeksi (laskostuminen alkaa todellisuudessa jo ennen polypeptidin irtoamista) (0,5 p). Tämä riittää monelle proteiinille toimivuuden saavuttamiseksi. Tehtävästään riippuen monet proteiinit muokkautuvat vielä lisää esim. Golgin laitteessa. Proteiini saattaa esim. yhdistyä muiden proteiinimolekyylien kanssa tai niihin liitetään hiilihydraattiosia (0,5 p). (Yht. 1 p). Pahoista asiavirheistä menettää 0,25 p / virhe

3 Valintakoe 2013 / Biokemia Nimi sosiaaliturvatunnus 3. Selitä seuraavat käsitteet ja kerro miten tai missä käsite voi näkyä jokapäiväisessä elämässämme (2,25 p). a. Aromaattinen yhdiste b. Faasi c. Rasvahappo a. Molekyylissä on vähintään yksi bentseenirengas 0,5p Tuoksu, tupakansavun tai palaneen ruuan polyaromaattiset hiilivedyt, aromaattiset aminohapot tai muu esimerkki 0,25p b. Fysikaalisesti yhtenäinen olomuotoalue, jossa on selvä rajapinta, kuten kaksi toisiinsa sekoittumatonta nestettä 0,5p Vesi ja ruokaöljy, kylmä vesi ja perunajauho, päältä jäätynyt vesilammikko tai muu esimerkki 0,25 p c. Haaroittumaton karboksyylihappo, jonka hiiliketju voi olla tyydyttynyt tai tyydyttymätön 0,5p Ravintomme rasvat (ruokaöljy, margariini), saippua, solukalvon fosfolipidit tai muu esimerkki 0,25p

4 4. Tärkkelys ja selluloosa ovat polymeerejä. Mistä monomeereista ne muodostuvat? Piirrä molempien monomeeriyksikkö ja joko tärkkelyksen tai selluloosan polymeeriketjua (vähintään kolme monomeeriyksikköä). Miten selluloosan ja tärkkelyksen rakenne vaikuttaa niiden hyväksikäytettävyyteen ravinnosta? (5,25 p) Tärkkelys rakentuu glukoosiyksiköistä (0,5p). Ravinnon tärkkelys hajoaa ruuansulatuksessa glukoosiksi tai ihmisen ruuansulatuskanavassa on entsyymejä, jotka pilkkovat tärkkelystä glukoosiksi (1p). Selluloosa rakentuu glukoosiyksiköistä (0,5p). Ihminen ei voi käyttää selluloosaa ravinnoksi tai selluloosa poistuu ruuansulatuskanavasta ulosteiden mukana (1p). Selluloosa on ravintokuitu (0,25p). Glukoosin rakenne joko avo- tai rengasrakenteisena 1p Tärkkelyksen tai selluloosan rakenne 1p Glukoosi

5 KYSYMYKSET: 5) Energian sitoutumiseen ja vapautumiseen liittyvien soluelinten rakenne ja toiminta kasvija eläinsoluissa (5.5p) 6) Polymeraasiketjureaktio (PCR) (2p) a. Lähtöaineet b. Reaktion vaiheet c. Mainitse kaksi käyttösovellusta VASTAUKSET: Kysymys 5. Energian sitoutumiseen ja vapautumiseen liittyvien soluelinten rakenne ja toiminta aitotumallisissa soluissa (5.5p) Mitä ne ovat: 1) Omavaraiset eliöt TAI tuottajat TAI kasvit ja levät: Viherhiukkaset ja mitokondriot (0.25p) 2) Toisenvaraiset eliöt TAI kuluttajat TAI kasvinsyöjät, pedot, loiset, raadonsyöjät: mitokondriot (0.25p) yht. 0.5p Rakenne (myös kuva, johon kaikki merkitty on OK): 1) Viherhiukkanen: Sisempi kalvo ja ulompi kalvo (TAI kaksoiskalvo), joiden sisällä yhteyttämiskalvosto (TAI kalvopussit) ja nestemäinen välitila (0.5p, jos yksi puuttuu 0.25p, jos kaksi puuttuu 0p) 2) Mitokondrio: Ulkokalvo ja poimuttunut sisäkalvo ja nestemäinen välitila (0.5p, jos yksi puuttuu 0.25p, jos kaksi puuttuu 0p) yht 1.p Toiminta: Omavaraisten eliöiden fotosynteesireaktioissa (TAI yhteytysreaktiossa) sitoma energia on tärkein elämän ylläpitäjä maapallolla. Kaikki eukaryoottisolut (omavaraiset ja toisenvaraiset) vapauttavat yhteyttämisessä sitoutunutta energiaa solujensa käyttöön (0.25p) Viherhiukkanen: 6 CO H 2 O + valoenergia => C 6 H 12 O O 2 TAI Auringonvalon avulla rakennetaan vedestä ja hiilidioksidista glukoosia (sokeria), samalla vapautuu happea (0.5p, jos yksi puuttuu 0.25p, jos kaksi puuttuu 0p) Valoreaktio: Yhteyttämiskalvostolla (TAI kalvopusseissa), valoenergia muuttuu kemialliseksi energiaksi, vesimolekyyli (H 2 O) hajoaa hapeksi, vedyksi ja elektroneiksi, energia sitoutuu ATP ja NADPH (TAI vedynsiirtäjä) molekyyleihin (0.5p, jos kaksi puuttuu 0.25p, jos useampi puuttuu 0p) Hiilen yhteyttämisreaktio TAI pimeä reaktio TAI Calvinin kierto: Liukoisessa välitilassa, hiilidioksidi (CO 2 ) pelkistetään glukoosiksi (TAI sokeriksi) valoreaktioiden tuottaman ATP:n ja vedyn (TAI NADPH TAI vedynsiirtäjä) avulla (0.5p, jos kaksi puuttuu 0.25p, jos useampi puuttuu 0p) Mitokondrio:

6 C 6 H 12 O O 2 => 6 CO H 2 O + ATP molekyyleihin sitoutunutta energiaa TAI Orgaanisten yhdisteiden (sokerien) hajottaminen hapen avulla, samalla vapautuu hiilidioksidia, vettä ja energiaa (0.5p, jos yksi puuttuu 0.25p, jos kaksi puuttuu 0p) Soluhengityksessä solulimassa glukoosista muodostunut palorypälehappo hajotetaan mitokondrion sisäosassa sitruunahappokierrossa (TAI Krebsin kierrossa) vedyksi (TAI vedynsiirtäjäksi) ja elektroneiksi ja hiilidioksidiksi ja ATP:ksi (TAI energiaksi) (0.5p, jos kaksi puuttuu 0.25p, jos useampi puuttuu 0p) Elektronin siirtoketju: poimuttunut sisäkalvo, elektroninsiirtoketjussa sitruunahappokierron vety ja elektronit siirtyvät siirtäjämolekyyliltä (TAI kalvoproteiinilta) toiselle, jolloin vapautuu energiaa (TAI ATP molekyylejä). Vety yhtyy happeen, jolloin muodostuu vettä. (0.5p, jos kaksi puuttuu 0.25p, jos useampi puuttuu 0p) yht. 3.25p Loogisuus ja oikeellisuus Jos vastaus on looginen ja johdonmukainen, eikä sisällä asiavirheitä, annetaan lisäksi 0.75p. Jos looginen ja johdonmukainen, mutta sisältää asiavirheitä, annetaan vain 0.5p Jos vastaus ei ole looginen eikä johdonmukainen ja sisältää asiavirheitä, annetaan 0p yht. 0.75p. Kysymys 6. Polymeraasiketjureaktio (PCR) (2p) a. Lähtöaineet (yht. 0.5p jos yksi puuttuu 0.25p jos kaksi tai usempia puuttuu 0p) Monistettava DNA molekyyli Korkeaa lämpötilaa kestävä DNA polymeraasientsyymi Neljää erilaista nukleotidia Kaksi erilaista aluketta b. Reaktion vaiheet (yht. 1p jokainen vaihe 0.25p) Lämpötila kohotetaan 95 C, jolloin DNA juosteet eroavat Lämpötila lasketaan sellaiseen lämpötilaan, jolloin alukkeet pariutuvat juosteiden kanssa Lämpötila kohotetaan 72 (TAI 75) C, jolloin DNA polymeraasi syntetoi DNA:ta alukkeista eteenpäin ja tuottaa uudet juosteet Vaiheita 1 3 toistetaan monta kertaa, jolloin DNA:n määrä kaksinkertaistuu joka kierroksella c. Mainitse kaksi käyttösovellusta (yht. 0.5p kumpikin esimerkki 0.25p) Y ksilöntunnistus (esim. isyystutkimus, oikeuslääketiede), lajitunnistus, vanhan DNA:n tunnistus

7 Valintakoe 2013 / Biokemia Nimi sosiaaliturvatunnus 7. Ihmisen kollageeni-proteiinia koodaava geeni alkaa nukleiinihapposekvenssillä 5 atg gta cta tct cct gag 3 a. Päättele alla esitetyistä siirtäjä-rna:n antikodoneista ja niihin liittyneistä aminohapoista, mitkä ovat kollageenin kuusi ensimmäistä aminohappoa. Esitä vastauksessasi antikodonit ja aminohapot järjestyksessä alkaen kollageenin aminopään aminohaposta (3,0 p). Kodonit (5 -> 3 ): Antikodonit (3 -> 5 ): Aminohapot: ATG GTA CTA TCT CCT GAG UAC CAU GAU AGA GGA CUC (1,5 p)(0,25 p kukin) Met Val Leu Ser Pro Glu (1,5 p) (0,25 p kukin) b. Piirrä rakennekaava kollageenin ensimmäiset kolme aminohappoa sisältävästä peptidiketjusta (1,5 p). H 3 C O O CH 3 NH NH O O - CH 3 CH 3 S H 3 C Metioniini NH 3 + Valiini Leusiini N- ja C-terminukset oikein päin = 0,5 p Peptidisidokset oikein = 0,5 p Oikein piirretyt aminohapot = 0,5 p

8 8. Erään hiilivedyn todettiin sisältävän 93,5 massa-% hiiltä. Kun 0,5 g tätä yhdistettä höyrystettiin lämpötilassa 112 C, muodostui 0,10 litran astiaan paine 1,0 bar. a) Mikä on yhdisteen empiirinen kaava (suhdekaava)? (1,0p) b) Mikä on yhdisteen molekyylikaava? (1,0p) c) Laadi yhdisteen mahdollinen rakennekaava, kun tiedetään, että se on rakenteeltaan tasomainen. (1,0p) Laskussa tarvittavat tiedot: Hiilen molekyylipaino on 12 g/mol, vedyn 1 g/mol R = Moolinen kaasuvakio (yleinen kaasuvakio) = 0,08 [bar dm3] / [mol K] ) K = lämpötila Kelvineinä, NTP:ssä 0 C = 273 K a) n(c) : n(h) = 93,5g / 12 g/mol : 6,5 g / 1 g/mol = 7,8 mol : 6,5 mol = 6 : 5 Hiilivedyn empiirinen kaava on (C 6 H 5 ) n b) pv = (m/m) * RT, josta M= mrt/pv M = (0,5 g x 0,08 ((bar*l) / (mol*k))*385k ) / (1,0 bar * 0,10 l) = 154 g/mol n * 77 g/mol = 154 g/mol josta n = 2; yhdisteen molekyylikaava: C 12 H 10 c) Molekyylikaavaa vastaava tasomainen hiilivety on heptaleeni