1. a) Seoksen komponentit voidaan erotella toisistaan kromatografisilla menetelmillä. Mihin kromatografiset menetelmät perustuvat? (2p) Menetelmät perustuvat seoksen osasten erilaiseen sitoutumiseen paikallaan pysyvään faasiin ja liikkuvaan faasiin. b) Mainitse kolme esimerkkiä erilaisista kromatografisista menetelmistä. (2p) Paikallaan pysyvä faasi paperi, liikkuva faasi neste (paperikromatografia) Paikallaan pysyvä faasi jauhe, liikkuva faasi neste (ohutlevykromatografia, pylväskromatografia, nestekromatografia) Paikallaan pysyvä faasi neste, liikkuva faasi kaasu (kaasukromatografia)
2. a) Millaisia ovat luonnossa tyypillisesti esiintyvät rasvahapot? (1p) Rasvahapot ovat yleensä pitkäketjuisia karboksyylihappoja, jotka sisältävät parillisen määrän hiiliatomeja b) Öljyhapon molekyylikaava on C18H34O2. Piirrä öljyhapon rakennekaava (2p) tai c) Onko öljyhappo tyydyttynyt vai tyydyttymätön rasvahappo? Perustele. (0,5p) Öljyhappo on tyydyttymätön rasvahappo, koska siinä on kaksoissidos. Molekyylikaavan perusteella rakenteen täytyy sisältää yksi kaksoissidos. Jos rasvahappo olisi tyydyttynyt, molekyylikaava olisi C18H36O2.
3. Fotosynteesi a) Mitkä ovat fotosynteesin lähtöaineet ja energialähde? (0.75 p) H2O, CO2, auringon valo b) Mistä ja miten kasvi saa niitä? (1.25 p) Kasvit ottavat osmoottisesti vettä juurilla (juurikarvoilla) maaperästä. Hiilidioksidi diffundoituu lehden sisään huulisolujen säätelemistä ilmaraoista. Fotosynteesin valoreaktioiden fotosynteettiset pigmentit/lehtivihreä/klorofylli keräävät auringon valoenergiaa/fotoneita c) Kirjoita fotosynteesin reaktioyhtälö (0.5 p) 6 CO2 + 6H2O --- auringon valoenergia C6H12O6 + 6O2 d) Mitä fotosynteesin tehokkuudelle tapahtuu ja miksi, kun pilvi peittää auringon aurinkoisena päivänä? (0.25 p) Teho heikkenee, koska saatavalla olevan energian/fotonien määrä vähenee paahteisella paikalla lehden lämpötila kohoaa yli 45 C:een (0.25 p) Teho heikkenee, koska fotosynteesissä tarvittavat entsyymit denaturoituvat
kasvi siirretään vihreästä valosta punaiseen valoon? (0.25 p) Teho paranee, koska lehtivihreä kerää punaista valoa paljon tehokkaammin kuin vihreää valoa hyvin kastellun kasvihuoneen ilmaan lisätään 3% CO2 aurinkoisena päivänä? (0.25 p) Teho paranee, koska tehokkuutta rajoittavan substraatin määrä lisääntyy 4. Transkriptio ja translaatio a) Kerro DNA- ja RNA-nukleotidien koostumus? (2p) DNA: deoksiriboosi, fosfaattiryhmä, yksi seuraavista emäksistä: adeniini, guaniini, sytosiini, tymiini RNA: riboosi, fosfaattiryhmä, yksi seuraavista emäksistä: adeniini, guaniini, sytosiini, urasiili b) Selitä siirtäjä-rna:n rooli translaatiossa (2p) Translaatiossa lähetti-rna:n emäsjärjestyksen mukaan rakentuu aminohappoketju/peptidi/proteiini. Siirtäjä-RNA:t kuljettavat aminohapot lähetti-rna:n määräämässä järjestyksessä ribosomiin, jossa vierekkäisten aminohappojen välille muodostuu peptidisidos. Siirtäjä-RNA:n toisessa päässä on emäskolmikko, joka tunnistaa vastinemäskolmikon lähetti-rna:sta ja toisessa päässä on emäskolmikkoa vastaava aminohappo.
5. Selitä lyhyesti seuraavat kemian termit: a) Siirtymäkompleksi (1p) Runsasenerginen, lyhytikäinen reaktion välituote, joka voi hajota takaisin lähtöaineeksi tai siitä voi muodostua reaktiotuotteita. b) Hydraus (1p) Additioreaktio, jossa molekyylin tyydyttymättömiin kaksois- tai kolmoissidoksiin liittyy vetyä. c) Massaluku (1p) Atomiytimen protonien ja neutronien yhteenlaskettu määrä. d) Heterogeeninen tasapainotila (1p) Kaikki tasapainossa olevaan reaktioon osallistuvat aineet eivät ole samassa olomuodossa.
6. Yhteistilavuudeltaan 15,0 cm 3 etaani- ja propaanikaasua poltettiin täydellisesti, jolloin muodostui 41,1 cm 3 hiilidioksidia. Mikä oli etaanin ja propaanin tilavuuksien suhde alkuperäisessä kaasuseoksessa? Tilaavuudet on ilmoitettu NTP-olosuhteissa. (3,5p) V(etaani) + V(propaani) = 15,0cm 3 V(CO2) = 41,1 cm 3 Etaanin palamisreaktio: 2 C2H6 (g) + 7 O2 (g) 4 CO2 (g) + 6 H2O (g) Propaanin palamisreaktio: C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (g) n(co2)/n(c2h6) = 4/2 n(co2) = 2xn(C2H6) n(co2)/n(c3h8) = 3/1 n(co2) = 3xn(C3H8) Samoissa olosuhteissa kaasujen ainemäärien suhde vastaa niiden tilavuuksien suhdetta, joten V(CO2) = 2 x V(C2H6) V(CO2) = 3 x V(C3H8) Huomioimalla CO2 kokonaismäärä saadaan: 41,4 cm 3 = 2 V(C2H6) + 3 V(C3H8) Saadaan yhtälöpari: V(C2H6) + V(C3H8) = 15,0cm 3 2 V(C2H6) + 3 V(C3H8) = 41,4 cm 3 V(C3H8) = 15,0cm 3 - V(C2H6) 2 V(C2H6) + 3 (15,0cm 3 - V(C2H6)) = 41,1 cm 3 2 V(C2H6) + 45,0cm 3-3 V(C2H6) = 41,1 cm 3 V(C2H6) = 3.9 cm 3 Sijoitetaan tulos yhtälöparin ylempään yhtälöön 3.9 cm 3 + V(C3H8) = 15,0cm 3 V(C3H8) = 11.1 cm 3 Tilavuuksen suhde: V(etaani) / V(propaani) = 3.9 cm 3 / 11.1 cm 3 = 0,35 tai V(propaani) / V(etaani) = 11.1 cm 3 / 3.9 cm 3 = 2,85
7. Bakteerien evoluutio on tunnetusti nopeaa. Mitkä tekijät voivat aiheuttaa bakteerien perinnöllistä muuntelua? (3,5p) 1. Geenimutaatiot 2. Uudet geeniyhdistelmät rekombinaation avulla: - transformaatio (kuolleilta bakteereilta) - konjugaatio (eläviltä bakteereilta) - transduktio (geenejä bakteriofagilta) 3. Transposonit eli ns. hyppivät geenit 8. Entsyymit ovat proteiineja ja niitä tarvitaan katalysoimaan lukuisia solun (bio)kemiallisia reaktioita. Vastaa lyhyesti seuraaviin kysymyksiin: a) Miten lämpötila vaikuttaa entsyymin toimintaan? (1p) Lämpötilan nostaminen lisää entsyymiaktiivisuutta tiettyyn pisteeseen asti kunnes rakenne alkaa hajota. Rakenteen hajoaminen johtaa entsyymiaktiivisuuden laskuun.
b) Jos substraatin määrää lisätään ja entsyymin määrä pidetään vakiona, miten entsyymiaktiivisuus muuttuu? Piirrä kuvaaja, joka kuvaa entsyymiaktiivisuuden muutosta substraatin funktiona (xakselilla on substraattikonsentraatio ja y-akselilla entsyymi-aktiivisuus). Perustele vastauksesi. (2p) Aktiivisuus kasvaa subtraatin määrän lisääntyessä kunnes kaikkiin entsyymimolekyyleihin on sitoutunut substraatti eli on saavutettu maksimaalinen nopeus (substraatin lisääminen ei siis enää lisää nopeutta) 100 Entsyymiaktiivisuus 50 0 0 50 100 Subtraattikonsentraatio c) Mikä on lähtöaineiden ja reaktiotuotteiden määrä reaktion saavutettua tasapainotilan ilman entsyymiä ja entsyymin kanssa? Perustele vastauksesi. (0,5p) Määrä on sama, koska katalyytti ei vaikuta reaktion tasapainovakioon d) Geenitekniikassa käytetään monia katkaisu- eli restriktioentsyymejä. Mihin näitä entsyymejä käytetään? (0,5p) DNA:n katkaisuun spesifisestä kohdasta