ESAME DI MATURITÀ. Opzione specifica biologia e chimica. giugno 2011

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1 ESAME DI MATURITÀ Opzione specifica biologia e chimica giugno 2011 UCORRELAZIONI Cognome: Nome: Gruppo: Numero: Tempo a disposizione: 60 minuti Punteggio correlazioni: 60 punti. Sussidi ammessi: tavola periodica non annotata, raccolta formule (Tables numériques o Formeln und Tafeln) calcolatrice tascabile ad alimentazione autonoma, con visore che mostra una sola riga di caratteri alfanumerici Le risposte vanno scritte sui fogli dell esame nei riquadri appositi; se doveste aver bisogno di altro spazio, usate i fogli ufficiali. Ogni blocco o foglio singolo deve portare cognome, nome, gruppo e numero del candidato. Risposte a matita e/o su fogli senza il timbro non verranno considerate. Le risposte alle domande dovranno essere concise, chiare e il linguaggio il più rigoroso possibile. Risposte evasive, poco chiare verranno penalizzate! Risultati numerici, senza una traccia dei calcoli svolti, non verranno ritenuti validi. È richiesto ovunque il corretto uso delle unità di misura e della simbologia chimica. Al termine dell esame, il candidato raccoglie ed ordina i fogli che inserisce nella cartelletta. BUON LAVORO! 1

2 Le proteine sono macromolecole e sono i costituenti fondamentali di tutte le cellule animali e vegetali. Per comprendere il ruolo che svolgono è indispensabile conoscere le loro strutture. La principale è la struttura primaria, ovvero la sequenza degli amminoacidi. Se si vuole determinare la struttura primaria di una proteina, solitamente prima si fa un idrolisi completa a 110 C per 24 h con una soluzione di acido cloridric o concentrato (ca. 6 M). La soluzione ottenuta viene analizzata per mezzo di un cromatografo. Quale informazione si ottiene con questo passaggio? [2] Se nella sequenza vi dovesse essere la presenza di ponti di idrogeno, questi vengono rotti completamenti durante l idrolisi? Motivare. [3] E se vi è un ponte disolfuro? L aggiunta di HCl basterebbe a romperlo? Motivare. [2] Dopo questo primo passaggio però non si conosce ancora nulla della sequenza. Per scoprire qual è l amminoacido iniziale, solitamente alla proteina viene aggiunto il 2,4- dinitrofluorobenzene, detto anche reattivo di Sanger. Il reattivo di Sanger reagisce con il gruppo (eventualmente gruppi) amminico terminale. Se ora si ripete l idrolisi completa della proteina fatta reagire otteniamo un amminoacido, quello iniziale, marcato, che viene facilmente riconosciuto. 2

3 Disegni la struttura in forma semplificata del reattivo di Sanger. [4] Ora una possibilità è quella della logica sequenziale, ovvero far digerire da enzimi (o molecole) specifici la nostra proteina (v. tabella sotto) ed analizzare poi la soluzione ottenuta. Enzima Tripsina Chimotripsina bromuro di cianogeno Carbossipeptidasi Proteasi V8 Sito della scissione gruppo carbonilico di Lys e Arg gruppo carbonilico di Phe, Tyr e Trp gruppo carbonilico di Met L amminoacido C-terminale (ultimo amminoacido) gruppo carbonilico di Asp e Glu Cosa otterremo dopo che un enzima avrà reagito con la nostra proteina? [2] Facciamo ora un esempio per cercare di capire come funzioni la determinazione della struttura primaria di oligopeptide. Se trattassimo un oligopeptide con l enzima chimotripsina otteniamo i tre frammenti: Ala-Gly-Tyr e Trp e Ser-Lys-Gly-Leu-Met-Gly Lo stesso oligopeptide trattato con tripsina dà i seguenti frammenti: Ala-Gly-Tyr-Trp-Ser-Lys e Gly-Leu-Met-Gly Trattando infine l oligopeptide con bromuro di cianogeno otteniamo un nonapeptide e della Gly. Ora utilizzando le informazioni ottenute e sovrapponendo i frammenti otteniamo che la sequenza del peptide è: Ala-Gly-Tyr-Trp-Ser-Lys-Gly-Leu-Met-Gly Il metodo appena descritto sembra complicato a prima vista, ma risulta più veloce rispetto a trattare direttamente una proteina con la degradazione di Edman. Questo metodo permette di tagliare dalla proteina un solo amminoacido (N-terminale) alla volta ed i poterlo analizzare con semplici tecniche analitiche. 3

4 Ora provi lei a risolvere il seguente problema d analisi logica sequenziale. La bradichinina è un nonapeptide prodotto dalle globuline del plasma sanguigno in risposta ad una puntura di vespa. È costituita da due frammenti di Arg, una Gly, due Phe, tre Pro e una Ser. L impiego del 2,4-dinitrofluorobenzene (reattivo di Sanger) e della carbossipeptidasi ha permesso di dimostrare che ad entrambe le estremità della catena è presente arginina. L idrolisi acida parziale fornisce i seguenti di- e tripeptidi: Phe-Ser + Pro-Gly-Phe + Pro-Pro + Ser-Pro-Phe + Phe-Arg + Arg-Pro Quali saranno i primi due amminoacidi della bradichinina? E quali amminoacidi saranno gli ultimi due? Motivi i suoi ragionamenti! [5] Qual è la sequenza degli amminoacidi nella bradichinina? [5] Motivi brevemente i suoi ragionamenti! [5] 4

5 In questo esercizio deve ricostruire un ipotetica sequenza di DNA partendo dal nonapeptide analizzato nella parte precedente. Ha due possibilità per risolvere questa parte dell esercizio: i. partendo dalle informazioni che ha sviluppato precedentemente (pagina 4) oppure ii. partendo dalla seguente lista di 7 amminoacidi : Gly Phe Phe Pro Pro Pro Ser (in ordine alfabetico) Li inserisca nello schema, rispettando la relazione con l mrna già impostata sotto. SEQUENZA DI PARTENZA Arg Arg a) Partendo dalla sequenza da Lei proposta aggiunga ora nello schema sottostante le sigle per i nucleotidi mancanti : per la ricostruzione della molecola di mrna [3] 5 AU /CG / A / A/ C/ C/ / A/ U/CGG/3 per la ricostruzione di una piccola parte di DNA [4] 3 5 A U C G A A C C A U C G G U A G b) Spieghi in base a quale principio ha completato lo schema [2] c) Individui una sequenza di nucleotidi 5 3 sul filamento stampo di DNA per un mrna che codifichi la sequenza PHE-PRO-LYS. (NB: Scelga una variante e motivi chiaramente). [4] i. 5 UUUGGGAAA 3 ii. 5 AAA CCC UUU 3 iii. 5 CTT CGG GAA 3 iv. 5 GAACCCCTT 3 v. 5 AAAACCTTT 3 Ho scelto la variante perché 5

6 d) Riassuma le funzioni svolte dall RNA compilando la seguente tabella [4] Tipo di RNA RNA messaggero Funzioni Svolge funzioni catalitiche e strutturali durante la traduzione dell informazione genetica. Trascritto primario t RNA e) Come si differenzia lo svolgimento della sintesi proteica di una cellula procariotica rispetto a una cellula eucariotica? [3] f) Quale dei componenti elencati NON è direttamente coinvolto nella traduzione. (NB: Scelga una variante e motivi chiaramente). [4] i) mrna ii) DNA iii) trna iv) ribosomi v) GTP Ho scelto la variante perché g) Che processi subisce la bradichinina dal momento che si stacca dal ribosoma a quando è secreta dalla cellula dopo la puntura di un insetto? [4] 6

7 h) Avrebbero le stesse conseguenze due mutazioni che sostituissero : [4] i. il nucleotide in 3 posizione con una adenina (s ostituzione G A)? ii. oppure il nucleotide in 30 posizione con una a denina (sostituzione G A)? ALLEGATO:Codice genetico 7