ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΧΗΜΕΙΑ - ΒΙΟΧΗΜΕΙΑΣ / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: 1 ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 30 11-2014 ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: Μαρίνος Ιωάννου, Ιωάννα Καλλιώρα ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΘΕΜΑ A Για τις ερωτήσεις Α1 έως Α3 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση. Α.1 Υδατικό διάλυμα του ασθενούς οξέος ΗΑ συγκέντρωσης 0,1 Μ μπορεί να έχει στους 25 ο C ph ίσο με: α. 1 β. 3 γ. 7 δ. 13 Α.2 Σε υδατικό διάλυμα του ασθενούς οξέος ΗΑ προσθέτουμε ποσότητα νερού. Ποιο από τα παρακάτω μεγέθη παραμένει σταθερό; α. το ph του διαλύματος β. ο βαθμός ιοντισμού του ΗΑ γ. η σταθερά ιοντισμού του ΗΑ δ. η [Η 3 Ο + ] του διαλύματος Α.3 Ποιο από τα παρακάτω υδατικά διαλύματα, συγκέντρωσης 0,1 Μ, έχει στους 25 ο C, το μεγαλύτερο ph: α. ΚCl β. Ca(OH) 2 γ. KOH δ. CH 3 COOΝa Δίνονται Ka(CH 3 COOH) = 10-5, Kw = 10-14 Α.4 Να χαρακτηρίσετε κάθε μία από τις επόμενες προτάσεις ως σωστή ή λανθασμένη. i. Yδατικό διάλυμα ασθενούς οξέος ΗΑ μπορεί να έχει μικρότερο ph από υδατικό διάλυμα HCl της ίδιας θερμοκρασίας. (Σ) ii. Όταν σε διάλυμα ΗΝΟ 3 προσθέσουμε υδατικό διάλυμα NaΝΟ 3, διατηρώντας τη θερμοκρασία σταθερή, η [ΝΟ 3 - ] παραμένει σταθερή. (Λ) iii. H σταθερά ιοντισμού ενός ασθενούς οξέος ΗΑ έχει μόνο μία τιμή. (Λ) iv. To ph ουδέτερου διαλύματος είναι ίσο με 7 στους 70 ο C. (Λ) v. Όταν σε ένα διάλυμα έχουμε CH 3 COONa και CH 3 COOK έχουμε επίδραση κοινού ιόντος. (Λ) Σελίδα 1 από 7
Α.5 Να αντιστοιχήσετε κάθε διάλυμα της στήλης Ι με την τιμή του ph στήλη ΙΙ. ΣΤΗΛΗ Ι ΣΤΗΛΗ ΙΙ i. Διάλυμα ΚΟΗ 0,1 Μ Α. 1 ii. Διάλυμα HCOOH 0,1 Μ Β. 11 iii. Διάλυμα Βa(OH) 2 0,5 Μ Γ. 2,5 iv. Διάλυμα HClΟ 4 0,1 Μ Δ. 13 v. Διάλυμα CH 3 CH 2 NH 2 0,1 Μ Ε. 14 Δίνεται Kw = 10-14, Ka(HCOOH) = 10-4, Kb(CH 3 CH 2 NH 2 ) = 10-5 i. Δ ii. Γ iii. Ε iv. Α v. Β ΘΕΜΑ B Δίνεται διάλυμα HCOONa 0,1 Μ όγκου 400 ml, διάλυμα Δ 1. Β1. Ποιο το ph του διαλύματος Δ 1 ; Έχουμε διάλυμα του άλατος ΗCOONa οπότε προκειμένου να βρούμε την [OH - ], το poh άρα και το ph θα κάνουμε πινακάκι 2 γραμμών για την διάσταση του άλατος και πινακάκι 4 γραμμών για τον ιοντισμό του ανιόντος CH 3 COO - αφού το Na + δεν αντιδρά με το νερό αφού προέρχεται από την ισχυρή βάση NaOH: mol / L ΗCOONa Νa + + HCOO - Αρχικά C ΑΛΑΤΟΣ(1) - - Τελικά - C ΑΛΑΤΟΣ(1) C ΑΛΑΤΟΣ(1) mol / L HCOO - + Η 2 Ο HCOΟΗ + OH - 1 Αρχικά C ΑΛΑΤΟΣ(1) - - Ιοντίζονται x - - Παράγονται - x x Τελικά C ΑΛΑΤΟΣ(1) - x x x Από την έκφραση της Κb έχουμε: Kb#= [HCOOH]#[OH* ] x#x η1#kb#= x 2 η1#kb#= (1) [HCOO * ] C ΑΛΑΤΟΣ(1) #*#x C ΑΛΑΤΟΣ(1) #*#x Αφού Κb / C ΑΛΑΤΟΣ(1) < 10-2 μπορούμε να πάρουμε προσεγγίσεις οπότε: C ΑΛΑΤΟΣ(1) - x = C ΑΛΑΤΟΣ(1) (2) Από τις σχέσεις 1 και 2 βρίσκουμε x = 10-5,5 M, poη = 5,5 οπότε ph = 8,5 Σελίδα 2 από 7
Β2. Πόσα g στερεού HCOONa πρέπει να προστεθούν στο Δ 1, χωρίς αλλαγή του όγκου του, για να μεταβληθεί το ph του κατά μισή μονάδα; Με την προσθήκη του στερεού το ph θα μεγαλώσει και θα γίνει ίσο με 9 άρα pοh = 5 οπότε [ΟH - ] (2) = y = 10-4 mol/l. mol / L HCOONa Νa + + HCOO - Αρχικά C ΑΛΑΤΟΣ(2) - - Τελικά - C ΑΛΑΤΟΣ(2) C ΑΛΑΤΟΣ(2) mol / L HCOO - + Η 2 Ο HCOΟΗ + OH - 1 Αρχικά C ΑΛΑΤΟΣ(2) - - Ιοντίζονται y - - Παράγονται - y y Τελικά C ΑΛΑΤΟΣ(2) - y y y Από την έκφραση της Κb έχουμε: Kb#= [HCOOH]#[OH* ] [HCOO * ] η,#kb#= y#y C ΑΛΑΤΟΣ(2) #*#y η,#10 *10 #= 10 *5 #10 *5 C ΑΛΑΤΟΣ(2) #*#10 *5 η,#c ΑΛΑΤΟΣ(2) #=#1#M Για να βρούμε τα mol του στερεού που πρέπει να προστεθούν χρησιμοποιούμε τον τύπο: n 1 + n ΣΤΕΡΕΟΥ = n ΤΕΛΙΚΑ ή C 1 V 1 + n ΣΤΕΡΕΟΥ = C ΤΕΛ V ΤΕΛ ή 0,4 0,1 + n ΣΤΕΡΕΟΥ = 1 0,4 ή n ΣΤΕΡΕΟΥ = 0,36 mol. n(chcoona))= m Mr(HCOONa) η/)m)=)n(hcoona))mr(hcoona) η/)m)=)0,36)68)=)24,48)g Β3. Πόσα ml H 2 O πρέπει να προστεθούν στο Δ 1, για να μεταβληθεί το ph του κατά μισή μονάδα; Με την προσθήκη του νερού το ph μειώνεται και τείνει στο 7. Άρα το ph του Δ 2 θα είναι ίσο με 8 και poh = 6 οπότε [ΟH - ] (2) = y = 10-6 mol/l. mol / L HCOONa Νa + + HCOO - Αρχικά C ΑΛΑΤΟΣ(3) - - Τελικά - C ΑΛΑΤΟΣ(3) C ΑΛΑΤΟΣ(3) mol / L HCOO - + Η 2 Ο HCOΟΗ + OH - 1 Αρχικά C ΑΛΑΤΟΣ(3) - - Ιοντίζονται z - - Παράγονται - z z Τελικά C ΑΛΑΤΟΣ(3) - z z z Από την έκφραση της Κb έχουμε C ΑΛΑΤΟΣ(3) = 0,01 Μ Σελίδα 3 από 7
Από τον τύπο της αραίωσης έχουμε: n ΑΡΧΙΚΑ = n ΤΕΛΙΚΑ ή C ΑΡΧ V ΑΡΧ = C ΤΕΛ V ΤΕΛ ή 0,1 0,4 = 0,01 V ΤΕΛ ή V ΤΕΛ = 4 L οπότε V ΝΕΡΟΥ = 3,6 L ή 3.600 ml. Β4. Ποιο το ph του διαλύματος Δ 2 το οποίο περιέχει HCOONa 0,1 Μ και HCOOΗ 0,1 Μ. Έχουμε διάλυμα του ασθενή ηλεκτρολύτη CH 3 COOH που περιέχει και το άλας CH 3 COONa οπότε προκειμένου να βρούμε την [Η 3 Ο + ] άρα και το ph του διαλύματος θα κάνουμε πινακάκι 2 γραμμών για την διάσταση του άλατος και πινακάκι 4 γραμμών για τον ιοντισμό του CH 3 COOH λαμβάνοντας υπόψη ότι έχουμε επίδραση κοινού ιόντος στα ιόντα CH 3 COO - : mol / L ΗCOONa Νa + + ΗCOO - Αρχικά C ΑΛΑΤΟΣ - - Τελικά - C ΑΛΑΤΟΣ C ΑΛΑΤΟΣ mol / L ΗCOOH + Η 2 Ο Η 3 Ο + + ΗCOOH - Αρχικά C ΟΞΕΟΣ - - Ιοντίζονται k - - Παράγονται - k k Τελικά C ΟΞΕΟΣ - k k k + C ΑΛΑΤΟΣ Από την έκφραση της Κa έχουμε: Ka#= [H 3 O+ ]#[CH 3 COO, ] [CH 3 COOH] η.#ka#= (k#+#c ΑΛΑΤΟΣ )#k C ΟΞΕΟΣ #,#k (3) Αφού Κa / C ΟΞΕΟΣ < 10-2 μπορούμε να πάρουμε προσεγγίσεις οπότε C ΟΞΕΟΣ - k = C ΟΞΕΟΣ (4) και C ΑΛΑΤΟΣ + k = C ΑΛΑΤΟΣ (5) Από τις σχέσεις 3, 4 και 5 βρίσκουμε k = Ka = 10-5 M και pη = 5. Δίνεται Kw = 10-14, Ka(HCOOH) = 10-4, Ar(C) = 12, Ar(H) = 1, Ar(Na) = 23. Από τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπονται οι γνωστές προσεγγίσεις. ΘΕΜΑ Γ Γ1. Να μεταφέρετε στο τετράδιό σας τις παρακάτω προτάσεις συμπληρωμένες με τους σωστούς όρους: i. Στη διπλή έλικα του DNA η μία αλυσίδα έχει κατεύθυνση 5' 3', ενώ η συμπληρωματική της έχει κατεύθυνση 3' 5' ii. Ο σκελετός της πολυνουκλεοτιδικής αλυσίδας αποτελείται από Φωσφορική ομάδα και σάκχαρο. Σελίδα 4 από 7
iii. Ορισμένες ενώσεις δρουν ως ρυθμιστές ενός ενζύμου και μπορεί να αναστέλλουν ή να ενεργοποιούν το συγκεκριμένο ένζυμο. Οι ενώσεις αυτές ονομάζονται αλλοστερικοί τροποποιητές και δεσμεύονται στο αλλοστερικό κέντρο του ενζύμου. iv. Οι σφαιρικές πρωτεΐνες είναι διαλυτές στο νερό και σε αραιά διαλύματα αλάτων. Γ2. Να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση. i. Στις πουρίνες ανήκουν : α. η αδενίνη και η θυμίνη β. η κυτοσίνη και η γουανίνη γ. η αδενίνη και η γουανίνη δ. η κυτοσίνη και η θυμίνη ii. Τα ισοένζυμα: α. είναι χαλαρά δεμένα στα ένζυμα β. καταλύουν την ίδια αντίδραση γ. περιέχουν στο μόριό τους φωσφορικό οξύ δ. απομακρύνονται εύκολα. iii. Η αιμοσφαιρίνη είναι: α. απλή πρωτεΐνη β. νουκλεοπρωτεΐνη γ. γλυκοπρωτεΐνη δ. μεταλλοπρωτεΐνη Γ3. Να χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακολουθούν, γράφοντας στο τετράδιό σας δίπλα στο γράμμα που αντιστοιχεί σε κάθε πρόταση, τη λέξη Σωστό, αν η πρόταση είναι σωστή, ή Λάθος, αν η πρόταση είναι λανθασμένη. i. Τα ένζυμα αυξάνουν την ενέργεια ενεργοποίησης. (ΛΑΘΟΣ) ii. Οι αζωτούχες βάσεις αποτελούν το σταθερό μέρος μιας πολυνουκλεοτιδικής αλυσίδας. (ΛΑΘΟΣ) iii. Το κολλαγόνο είναι μια ινώδης πρωτεΐνη. (ΣΩΣΤΗ) Γ4. Να γράψετε στο τετράδιό σας τα γράμματα της Στήλης 1 και δίπλα σε κάθε γράμμα έναν από τους αριθμούς της Στήλης 2, ώστε να προκύπτει η σωστή αντιστοίχηση. ΣΤΗΛΗ 1 ΣΤΗΛΗ 2 α. τροπονίνη (3) 1. Μεταφορά αμινοξέων β. καζεΐνη (4) 2. μεταφορικός ρόλος γ. trna (1) 3. πρωτεΐνη μυικού ιστού δ. γλυκαγόνη (5) 4. πρωτεΐνη γάλακτος ε. μυοσφαιρίνη (2) 5. ορμόνη πεπτιδικής φύσεως Σελίδα 5 από 7
Γ5. Να αναφέρετε τις διαφορές μεταξύ του συνενζύμου και της προσθετικής ομάδας. Οι προσθετικές ομάδες είναι οργανικές ενώσεις πολύ ισχυρά δεμένες πάνω στα ένζυμα, οι οποίες δεν μπορούν να απομακρυνθούν. Τα συνένζυμα είναι οργανικές ενώσεις χαλαρά δεμένες στα ένζυμα, οι οποίες απομακρύνονται εύκολα. ΘΕΜΑ Δ Ένα ένζυμο αποτελείται από 2000 αμινοξέα αναστέλλεται αντιστρεπτά από έναν αναστολέα ο οποίος προσδένεται σε μια περιοχή του ενζύμου διαφορετική από το ενεργό κέντρο. Δ1. i. Να υπολογίσετε τον αριθμό των νουκλεοτιδίων από τον οποίο αποτελείται το τμήμα του γονιδίου που κωδικοποιεί το συγκεκριμένο ενζυμο. Σελίδα 6 από 7 Οι βάσεις των νουκλεοτιδίων του DNA ανά τρεις ορίζουν ένα αμινοξύ. 3 βάσεις 1 αμινοξύ Χ βάσεις 2000 αμινοξέα Χ = 6000 βάσεις, άρα το τμήμα του γονιδιου που εκφράζεται, αποτελείται από 12.000 νουκλεοτίδια. ii. Αν το τμήμα του γονίδιου που είναι υπεύθυνο για την παραγωγή του ενζύμου αποτελείται από 20% αδενίνη ως αζωτούχα βάση,να υπολογίσετε τον αριθμό των νουκλεοτιδίων που έχουν ως αζωτούχα βάση τη γουανίνη. Απέναντι από κάθε νουκλεοτίδιο με αζωτούχα βάση την αδενίνη βρίσκεται νουκλεοτίδιο με αζωτούχα βάση την θυμίνη, στο μόριο του DΝΑ. Απέναντι από κάθε νουκλεοτίδιο με αζωτούχα βάση την γουανίνη βρίσκεται νουκλεοτίδιο με αζωτούχα βάση την κυτοσίνη. Α = Τ = 20 % και G = C = 30 %. Α = Τ = 20 % 12000 = 2400 και G = C = 30 % 12000 = 3600 Δ2. i. Τι αναστολή προκαλεί ο αναστολέας και από τι εξαρτάται η έκτασή της; Η αναστολή είναι μη συναγωνιστική. Ο μη- συναγωνιστικός αναστολέας προσδένεται σε περιοχή του ενζύμου διαφορετική από το ενεργό κέντρο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να τροποποιείται η τρισδιάστατη δομή του ενζύμου και να μην μπορεί να δεσμεύσει το υπόστρωμα αποτελεσματικά. Η έκταση της μη- συναγωνιστικής αναστολής εξαρτάται από: τη συγκέντρωση του αναστολέα, τη συγγένεια του ενζύμου ως προς τον αναστολέα. ii. Πως επηρεάζονται οι σταθερές Km και Vmax; Κατά τη μη- συναγωνιστική αναστολή η Km του ενζύμου ως προς το υπόστρωμα μένει η ίδια (δε μεταβάλλεται η συγγένεια ενζύμου - υποστρώματος), ενώ αλλάζει η Vmax. Δ3. i. Πως επηρεάζει το ph την ταχύτητα των αντιδράσεων που καταλύει το ενζυμο και πως επηρεάζεται το ένζυμο σε ακραίες τιμές pη; Τα περισσότερα ένζυμα λειτουργούν άριστα σε ένα συγκεκριμένο ph. Όταν η τιμή του ph είναι μεγαλύτερη ή μικρότερη από την άριστη, η ταχύτητα της αντίδρασης ελαττώνεται. Αυτό συμβαίνει επειδή οι αλλαγές στο ph μπορεί να επηρεάσουν τον ιοντισμό των ομάδων του ενζύμου, οι οποίες ευθύνονται για τη δέσμευση του υποστρώματος και την κατάλυση της αντίδρασης, όπως επίσης ενδεχομένως μπορεί να επηρεάσουν τον ιοντισμό των ομάδων του υποστρώματος. Επιπλέον ας μην ξεχνάμε ότι οι ακραίες τιμές ph προκαλούν
αποδιάταξη των πρωτεϊνικών μορίων, με αποτέλεσμα αυτά να χάνουν τον βιολογικό τους ρόλο. Τα ένζυμα εφόσον είναι πρωτεΐνες υπακούουν σ' αυτό τον κανόνα. Μόνο η πρωτοταγής δομή στηρίζεται σε ισχυρούς δεσμούς. Αντίθετα, η δευτεροταγής, η τριτοταγής και η τεταρτοταγής δομή στηρίζονται σε ασθενέστερους και σχετικά ευμετάβλητους, στη θερμοκρασία και στο pη δεσμούς. Αυτό έχει ως συνέπεια μεταβολές στο pη ή στη θερμοκρασία να οδηγούν σε λύση τέτοιων δεσμών και τροποποίηση των δομών της πρωτεΐνης, με εξαίρεση την πρωτοταγή δομή. Το φαινόμενο αυτό λέγεται μετουσίωση. Η στερεοποίηση των πρωτεϊνών του αβγού με το βράσιμο ή το "κόψιμο" του γάλακτος με την προσθήκη οξέων οφείλεται σε μετουσίωση των πρωτεϊνών. ii. Με ποιον τρόπο θα μπορούσαμε να ανιχνεύσουμε το ένζυμο; Οι πρωτεΐνες μπορούν να δώσουν μία σειρά από αντιδράσεις με εμφάνιση κάποιου χαρακτηριστικού χρώματος, που οφείλεται κάθε φορά στην παρουσία συγκεκριμένου αμινοξέος ή χαρακτηριστικής ομάδας. Τέτοιες αντιδράσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση των πρωτεϊνών. Μία τέτοια αντίδραση είναι η αντίδραση της διουρίας, την οποία δίνουν οι πρωτεΐνες, τα πεπτίδια και γενικά όλες οι ενώσεις που περιέχουν στο μόριό τους πεπτιδικό δεσμό, όπως και η διουρία (NH 2 CO- NHCONH 2 ) απ όπου και το όνομα της αντίδρασης. Η αντίδραση συνίσταται στην επίδραση επί της πρωτεΐνης με αλκαλικό διάλυμα CuSO 4 οπότε σχηματίζεται ένα χαρακτηριστικό ιώδες χρώμα. Σελίδα 7 από 7