Aufgabe 1 Für alle Berechnungen werden biochemische Standardbedingungen angenommen. Sie haben eine 0.1 M Glucose-6-P Lösung. Zu dieser Lösung geben Sie das Enzym Phosphoglucomutase, das folgende Reaktion katalysiert: ΔG'0 der Reaktion ist +7.5 KJ/mol. a. Läuft die Reaktion in der geschriebenen Richtung ab? b. Wie hoch sind die Endkonzentrationen von G6P und G1P? c. Unter welchen zellulären Bedingungen würde kontinuierlich G1P produziert?

Aufgabe 2 Berechnen Sie die gesamte negative Ladung von ATP bei pH=7. Verwenden Sie für die Berechnung für drei –OH Gruppen einen pKa-Wert von 2.5 und für die vierte –OH Gruppe einen pKa-Wert von 6.5. Machen Sie die gleiche Berechnung für ADP. Verwenden Sie für die Berechnung für zwei –OH Gruppen einen pKa-Wert von 2.5 und für die dritte –OH Gruppe einen pKa-Wert von 7.2. Welche Bedeutung hat die Ladungsdifferenz ATP/ADP in Bezug auf ΔG'0 der ATP Hydrolyse?

Lösung 1 a. Läuft die Reaktion in der geschriebenen Richtung ab? Ja. Die Reaktion ist unter den gegebenen Bedingungen (nur G6P, 0.1 M) nicht im Gleichgewicht. b. Wie hoch sind die Endkonzentrationen von G6P und G1P? c. Unter welchen zellulären Bedingungen würde kontinuierlich G1P produziert? Kontinuierliche Zufuhr von G6P, kontinuierliche Entfernung von G1P.

Lösung 2 Die –OH Gruppen mit pKa=2.5 sind vollständig deprotoniert. => Ladung = -3 Für die vierte –OH Gruppe mit pKa=6.5 wird die Ladung mit der Henderson-Hasselbalch Gleichung berechnet: => Gesamtladung von ATP bei pH=7: –3.76 ADP: => Gesamtladung von ADP bei pH=7: –2.38 Bedeutung: ADP bei gleichem pH um mehr als eine Ladung weniger negativ, weniger Repulsion, u.a. Einfluss auf Grösse von ΔG'0.

Aufgabe 1 Wie gross muss für eine zwei-Elektronen Redoxreaktion, die an eine Phosphorylierung gekoppelt ist, ΔE' minimal sein, damit die Reaktion ADP + Pi  ATP ablaufen kann? Nehmen Sie für die Berechnung an, dass ΔG' für die Hydrolyse von ATP –42 KJ/mol sei.

Aufgabe 2 Eine Lösung, die 0.2 M Dehydroascorbat und 0.2 M Ascorbat enthält, wird mit einem gleichen Volumen einer Lösung gemischt, die 0.01 M Acetaldehyd und 0.01 M Ethanol enthält. Die Temperatur beträgt 25°C, der pH aller Lösungen ist 7. Die Halbreaktionen lauten: Dehydroascorbat + 2H+ + 2e-  Ascorbat E'0 = +0.06 V Acetaldehyd + 2H+ + 2e-  Ethanol E'0 = –0.16 V a. Schreiben Sie die Reaktionsgleichung der thermodynamisch begünstigten Reaktion. b. Berechnen Sie ΔE'0 und ΔG'0.

Lösung 1

Lösung 2 a: Dehydroascorbat + 2H+ + 2e-  Ascorbat E'0 = +0.06 V. => Oxidationsmittel ( ) Acetaldehyd + 2H+ + 2e-  Ethanol E'0 = –0.16 V. => Reduktionsmittel ( ) => Ethanol  Acetaldehyd + 2H+ + 2e- (2. Reaktion läuft von rechts nach links) Dehydroascorbat + Ethanol Ascorbat + Acetaldehyd b: ΔE'0 = E'0 (Oxidationsmittel) - E'0 (Reduktionsmittel) = 0.06 - (-0.16) = 0.22 V

Lösung Redox 2c c: Dehydroascorbat + Ethanol  Ascorbat + Acetaldehyd 0.002 M 0.001 M 0.2 M 0.1 M