VOORBEELD TOETSOPGAVEN HOOFDSTUK 18

VOORBEELD TOETSOPGAVEN sk1
Biochemie
Een van de belangrijkste cellulosepolymeren is ethylcellulose. Dit is een condensatieproduct dat ontstaat door
inwerking van ethanol op cellulose. Hierbij reageren van iedere glucosering in cellulose drie OH groepen met
ethanol.
Geef de structuurformule van een stukje van de keten van ethylcellulose.
1.
Van glucose zijn twee structuurformules bekend: de open structuurformule en de ringstructuur.
Men veronderstelt dat deze twee structuren in elkaar kunnen
overgaan, waarbij vanuit de open structuur het koolstofatoom met
het dubbelgebonden zuurstofatoom via een OH groep van een
ander koolstofatoom de ring sluit. Hierbij verspringt het
waterstofatoom van deze OH groep naar het zuurstofatoom dat
met een dubbele band aan het koolstofatoom zat.
In waterige oplossingen stelt zich een evenwicht in. Een dergelijk
evenwicht stelt zich ook in bij een oplossing van fructose, een
isomeer van glucose.
a Leid uit de ringstructuur van fructose (zie Binas) de open structuur van fructose af.
Je kunt glucose aantonen met een oplossing die “Hainesreagens” wordt genoemd. Deze oplossing bevat onder andere
opgelost koper(II)sulfaat. Met dit reagens kan men specifiek aldehyden aantonen. Hierbij ontstaat het roodbruine, slecht
oplosbare koper(I)oxide.
b Leg uit of bij deze aantoningsreactie het aldehyde als oxidator of als reductor optreedt.
c Leg aan de hand van de open en gesloten structuren van fructose uit of je fructose ook met het Hainesreagens kunt
aantonen.
2.
Het tripeptide Gly-Pro-Gly wordt in zuur milieu gehydrolyseerd.
a Geef de structuurformule van het tripeptide Gly-Pro-Gly.
b Geef de structuurformules van glycine en proline in zuur milieu.
In schilden van insecten komt een eiwit voor in de zogenaamde β-structuur. De
polypeptideketens liggen naast elkaar en zijn door waterstofbruggen met elkaar verbonden.
De secundaire structuur bestaat uit min of meer vlakke platen. De zijgroepen R liggen bij de
ene polypeptideketen boven het vlak en bij de andere keten onder het vlak.
c Leg uit dat deze vlakke-plaatstructuur niet mogelijk is als proline veelvuldig in de
polypeptideketen aanwezig is.
Er wordt onderzoek gedaan naar een eiwit met een β-structuur. Na hydrolyse van het eiwit is
een hoog gehalte aan asparaginezuur aanwezig. Bij het onderzoek blijkt ook dat de
secundaire structuur van het onderzochte eiwit snel verloren gaat als de pH boven de 7
komt.
d Geef hiervoor een verklaring.
Bij het onderzoek blijkt dat veel asparaginezuurresten in het eiwit aan α-glucose-moleculen
zijn gekoppeld. Hierbij heeft de carboxylgroep van het aminozuur met de OH groep van het
koolstofatoom direct naast het zuurstofatoom in de glucosering, een estergroep gevormd.
Als je het eiwit in zwak basisch milieu met behulp van het enzym peptidase hydrolyseert, worden alleen de
peptidebindingen en niet de estergroepen gehydrolyseerd.
e Geef de structuurformule van de mono-ester van glucose en asparaginezuur die bij dit onderzoek kan worden
aangetroffen.
Koolhydraten vormen voor ons een belangrijke energiebron.
a Geef de algemene formule van een koolhydraat.
Van de koolhydraten is met name zetmeel belangrijk. Met behulp van amylase wordt dit in het lichaam volledig
gehydrolyseerd.
b Geef de reactievergelijking hiervan in molecuulformules.
Druivensuiker bestaat voor 100% uit monosacharide, dat bij vraag b ontstaat.
Druivensuiker wordt door sportlieden wel genuttigd om snel over een hoeveelheid energie te kunnen beschikken. Deze
energie komt vrij bij de verbranding van de suiker. De hoeveelheid energie die daarbij vrijkomt is in tabel 55 van Binas
vermeld.
Een atleet heeft voor 1500 m hardlopen in 3,0 minuten 1,4 x 10 3 kJ energie nodig.
c Hoeveel gram druivensuiker moet een atleet nuttigen om gedurende die drie minuten hardlopen over alle benodigde
energie te beschikken? (Neem even aan dat die suiker de enige energiebron is.)
In werkelijkheid zal zo'n atleet meer moeten nuttigen, omdat bij zo'n plotselinge krachtsexplosie niet alle druivensuiker
volledig verbrandt, maar een gedeelte door gebrek aan zuurstof in melkzuur (2-hydroxypropaanzuur) wordt omgezet.
d Geef de reactievergelijking voor de omzetting van druivensuiker in melkzuur in molecuulformules en in
structuurformules.
Een teveel aan melkzuur in de spieren kan aanleiding geven tot krampverschijnselen. Om dit te voorkomen kan het
lichaam het melkzuur onder andere verwijderen door met behulp van enzymen de hydroxylgroep te vervangen door
een aminogroep.
e Geef de systematische naam en de structuurformule van het aminozuur dat op die manier ontstaat.
f Leg uit of dit een essentieel aminozuur is.
Van meerdere moleculen van dit aminozuur kan een polymeer gevormd worden.
g Teken de structuurformule van een stukje van dit polymeer (ten minste drie eenheden).
Melkzuur zelf bevat ook twee karakteristieke groepen en kan dus polymeriseren.
h Tot welke groep van stoffen behoort het polymeer dat uit melkzuur kan ontstaan?
Bij gedeeltelijke hydrolyse van een eiwit krijgt men de volgende brokstukken (zie Binas tabel 67C): Gly-Glu,
Cys-Gly-Ala, Glu-Lys-Cys.
a Welke mogelijke bouw van een gedeelte van het eiwitmolecuul kun je hieruit afleiden?
Aminozuren vertonen in waterige oplossingen een bufferende werking.
b Verklaar dit met alanine als voorbeeld.
Aminozuren kunnen worden aangetoond met de reactie van Pyria. Bij deze reactie wordt het aminozuur verwarmd met
een oplossing van natriumnitriet welke is aangezuurd. De aanwezigheid van een aminozuur blijkt uit de
reactieproducten, te weten stikstof (gasontwikkeling!) en een hydroxyzuur.
c Geef voor glycine de vergelijking van bovengenoemde reactie.
d Geef aan wat er door een redoxreactie uit het gevormde hydroxyzuur ontstaat.
e Welke oxidator lijkt je hiervoor als herkenningsreactie geschikt. Waarom?
Van aminozuren die aan het begin van deze vraag worden genoemd, behoort er een tot de zogenaamde “basische
aminozuren” en de andere tot de “zure aminozuren”.
f Geef aan welk aminozuur tot de basische en welke tot de zure aminozuren gerekend moet worden. Motiveer je keuze.
In eiwitten kunnen tussen verschillende groepen in de polypeptideketens dwarsverbindingen voorkomen. Zo kunnen de
dwarsverbindingen ontstaan door waterstofbruggen en door zwavelbruggen.
g Maak deze beide mogelijkheden duidelijk door een stukje van de structuur van zo'n eiwit te tekenen.
Aminozuren, de bouwstenen voor eiwit, reageren met elkaar onder vorming van peptiden. In de primaire structuur
wordt het uiteinde van de keten die de vrije NH2 groep bevat aan de linker kant getekend. De vrije carboxylgroep
staat dus rechts. Een voorbeeld van een peptide is Gly-Ala.
a Geef de structuurformule van dit dipeptide. Raadpleeg tabel 67C van Binas.
b Leg uit of Ala-Gly een stereo-isomeer is van Gly-Ala.
In levende cellen komen eiwitten voor die als zijgroep glucose bevatten. Deze soort stoffen heet glycoproteïnen. We nemen
aan dat de eiwitketen hecht aan koolstofatoom 2 van glucose.
c Geef de structuurformule voor glucose (zie tabel 67A). Zet de nummers bij de koolstofatomen. (De uit de ring stekende
CH2OH groep bevat C atoom nummer 6).
d Welke aminozuurrest van het eiwitdeel...-Ala-Asp-Lys-Phe-Ser-... acht je geschikt om met glucose een glycoproteïne te
vormen? Licht je antwoord toe.
3.
In de biologie is het gebruikelijk de aminozuren in de eiwitketen aan te geven met afkortingen die staan in tabel 67C van
Binas. De afspraak is dat aan de linker kant van de keten een NH2 groep staat (de N-kant) en aan de rechter kant een
carboxylgroep (de C-kant).
Eiwitten danken hun stevigheid aan de vorming van veel waterstofbruggen tussen de polymeerketens. Dat is echter voor
een eiwit dat als smeermiddel op gewrichten moet dienen niet een gewenste eigenschap. De aanwezigheid van het
aminozuur proline (Pro) geeft aan het eiwit de nodige smeuïgheid.
Het eiwit collageen bestaat voor 35% uit glycineresten (Gly) en verder veel alanine (Ala) en het reeds genoemde proline.
Bij het onderzoek naar een stuk collageen, dat uitsluitend is opgebouwd uit de drie aminozuren Gly, Ala en Pro en dat 10
aminozuurresten lang is, wordt gebruik gemaakt van een enzym dat de keten breekt aan de N-kant van alanine. Het
onderzochte stuk collageen wordt door dit enzym verdeeld in de volgende stukken: Ala-Pro, Ala-Gly-Pro-Gly, en losse
aminozuren Ala en Gly.
a Leg uit dat uit dit resultaat moet volgen dat aan het N-uiteinde van de keten Gly moet zitten.
b Waaruit volgt dat in de eiwitketen de groep
-Ala-Ala- moet voorkomen?
Het onderzochte collageenstuk heeft als primaire structuur:
Gly-Ala-Ala-Pro-Ala-Gly-Pro-Gly-Ala-Pro
Bij het onderzoek is ook gebruik gemaakt van een ander enzym. Dit enzym knipt de eiwitketen aan de N-kant van het
aminozuur Pro.
c Welke brokstukken ontstaan bij gebruik van dit enzym? Je kunt volstaan met de biochemische afkortingen van de
aminozuren.
O
C
H
N
CH
H2C
CH2
OH
De invloed van proline op de secundaire structuur van het collageen wordt verklaard uit de
structuur van het proline. Het molocuul Pro staat hiernaast links afgebeeld.
In de figuur rechts is het trimeer Gly-Ala-Gly getekend.
Tussen de ketens zijn waterstofbruggen mogelijk.
CH2
d Teken de structuurformules van Pro-Gly en Gly-Pro.
e
f
O
H
H
H
H
C
C
C
N
H2N
N H C OH
C
C
H
O
CH3 H
O
Teken in een lineaire conformatie het pentapeptide Gly-Gly-Pro-Gly-Gly. Houd rekening met de bindingshoeken in het
prolinemolecuul.
Leid uit deze structuurformule af om welke twee redenen proline de vorming van waterstofbruggen tussen eiwitketens
verhindert.