Key to Unit 6 Sample Problems - BIOL 205

Key  to  Unit  6  Sample  Problems  (6-­‐1;T)  1.  Which  does  NOT  describe  microbial  catabolic  reactions?  a.   endergonic   (6-­‐2;In)  2.  How  do  respiration  and  fermentation  differ?  c.   fermentation  transfers  electrons  to  an  organic  molecule,  respiration  uses  an  inorganic  molecule  3.  If  a  cell  performs  the  reaction  below  in  the  production  of  ATP,  how  would  this  cell  be  categorized?  It  is  a(n)   (6-­‐2;In)      +
В +
C4H802     +     NADH+H                               Acetoin                a.                  C4H10O2    +     NAD      2,3-­‐Butanediol  fermenter   (6-­‐3;In)  4.  Observe  Figure  A-­‐1,  page  426  in  the  Lab  Manual.   What  would  be  the  net  ATP  production  if  only  one  of  the  two  Glyceraldehyde  3-­‐phosphates  could  be  oxidized  to  pyruvic  acid  by  a  fermenting  organism?  a.   0   (6-­‐6;In)  5.  A  certain  bacterium  is  inoculated  into  a  PR  lactose  tube  and  a  PR  glucose  tube.  After  24  hours,  the  PR  glucose  is  turbid  and  yellow  with  a  bubble  in  the  Durham  tube.  The  PR  lactose  has  not  changed.  Which  is  consistent  with  these  observations?  b.   The  organism  ferments  glucose  but  not  lactose.   (6-­‐6;An)  6.  (6-­‐7;An)  7.  Sucrose  is  a  disaccharide  made  of  a  glucose  bonded  to  a  fructose.  When  a  pure  bacterial  culture  is  incubated  anaerobically  in  a  validated  (that  is,  base  broth  was  run)  PR  sucrose,  no  color  change  or  turbidity  is  observed.  When  a  pure  culture  of  the  same  bacterium  is  incubated  anaerobically  in  a  phenol  red  medium  with  glucose,  the  broth  turns  yellow.  What  conclusion  is  consistent  with  these  observations?  b.   The  bacteria  can’t  ferment  sucrose  because  they  lack  an  enzyme  to  digest  it.   What  conclusion  can  you  make  about  the  bacteria  in  Question  #6  concerning  their  ability  to  grow  aerobically?  e.   There  is  not  enough  information  given  to  make  a  conclusion.   (6-­‐9;Ap)  8.  Which  of  these  has  the  potential  to  provide  the  greatest  amount  of  energy  to  a  cell?  e.   Oxidation  of  glucose  to  pyruvate.   (6-­‐10;T)  9.  When  an  organism  converts  glucose  into  carbon  dioxide  and  ethanol  to  synthesize  ATP,  the  synthesis  of  ATP  occurs  by:  b.   substrate  phosphorylation.   (6-­‐11;Ap)  10.  In  anaerobic  respiration,  the  final  electron  acceptors  receive  the  electrons  at  a  higher  energy  level  than  oxygen  does,  so  fewer  molecules  of  ATP  are  produced  per  NADH  and  FADH2.  One  estimate  suggests  that  with  nitrate  (NO3)  as  the  electron  receptor,  NADH  and  FADH2  are  each  worth  one  ATP  less  than  when  cells  respire  aerobically.  How  many  ATP  are  produced  per  glucose  when  certain  bacterial  cells  respire  anaerobically  with  nitrate  as  the  final  electron  acceptor?  c.   26   CALCULATION:     10  NADH  X  2  ATP/NADH         2  FADH2  X  1  ATP/FADH2      SUBSTRATE  PHOSPHORYLATION       (6-­‐12;An)  11.  TOTAL  =  20  ATP  =    2  ATP  =    4  ATP    26  ATP  Which  experimental  evidence  DOES  NOT  support  the  chemiosmotic  theory?  c.   demonstration  that  each  pair  of  electrons  from  NADH  is  “worth”  3ATPs  if  O2  is  the  final  electron  acceptor.   Sample  Question  Answer  Keys  -­‐  Page  1   (6-­‐14;Ap)  12.           (6-­‐14;Ap)  13.  Fats  can  be  used  as  an  energy  source  by  removing  two-­‐carbon  fragments  from  the  fatty  acids  and  attaching  them  to  Coenzyme  A  to  form  acetyl  CoA.  Assuming  that  a  eukaryotic  cell  is  respiring  aerobically,  how  much  ATP  can  be  generated  from  each  acetyl  CoA  produced  from  a  fatty  acid?  a.   12  ATP  CALCULATION:          3  NADH  X  3  ATP/NADH        1  FADH2  X  2  ATP/FADH2     SUBSTRATE  PHOSPHORYLATION     TOTAL  =   9ATP  =   2  ATP  =   1  ATP    12  ATP  The  amino  acid  cysteine  can  be  hydrolyzed  by  some  bacteria  to  H2S,  NH3  and  pyruvic  acid.   What  is  the  potential  maximum  ATP  yield  per  cysteine  that  is  converted  to  pyruvic  acid  in  an  aerobically  respiring  bacterium?  a.   15     CALCULATION:   4  NADH  X  3  ATP/NADH        =   12ATP       1  FADH2  X  2  ATP/FADH2     =   2  ATP      SUBSTRATE  PHOSPHORYLATION  =   1  ATP         TOTAL    15  ATP   (6-­‐14;Ap)  14.  Hydrolysis  of  triacylglycerols  (mainly  fats  and  oils)  releases  fatty  acids  and  glycerol,  so  not  only  can  the  fatty  acid  components  enter  steps  of  aerobic  respiration,  but  so  can  the  glycerol.   Glycerol  is  changed  to  dihydroxyacetone  by  the  process  show  below.   How  many  ATPs  can  be  produced  per  molecule  of  glycerol  by  an  aerobically  respiring  prokaryote  when  it  catabolizes  glycerol?  e.   22    CALCULATION:   1  NADH  FROM  GLYCEROL  X  3  ATP/NADH    =   3  ATP  1  NADH  FROM  GLYCOLYSIS  X  3  ATP/NADH    =   3  ATP  1  NADH  FROM  TRANSITION  X  3  ATP/NADH    =   3  ATP  3  NADH  FROM  KREBS  CYCLE  X  3  ATP/NADH   =   9  ATP    1  FADH2  FROM  KREBS  CYCLE  X  2  ATP/FADH2     =   2  ATP    SUBSTRATE  PHOSPHORYLATION  IN  GLYCOLYSIS   =   2  ATP    SUBSTRATE  PHOSPHORYLATION  IN  KREBS   =   1  ATP        TOTAL  MADE    23  ATP    ATP  USED  IN  GLYCEROL  CONVERIONS                       –1  ATP        GRAND  TOTAL        22  ATP   (6-­‐15;K)  15.  How  many  CO2  molecules  are  produced  per  glucose  during  respiration?  d.   six   (6-­‐16;  In)  16.  What  do  chemoautotrophs  and  photoautotrophs  have  in  common?  b.   Both  fix  CO2  in  the  Calvin-­‐Benson  cycle.   (6-­‐17;In)  17.  How  does  cyanobacterial  photosynthesis  differ  from  purple  sulfur  bacterial  photosynthesis?  d.   Cyanobacterial  photosynthesis  combines  ATP  production  and  NADP  reduction,  whereas  purple  sulfur  bacteria  separate  ATP  production  and  NADP  reduction.   (6-­‐18;K)  18.  What  is  a  similarity  between  cyclic  and  noncyclic  photophosphorylation?  a.   Both  require  light.   (6-­‐19;K)  19.  In  any  photosynthetic  organism,  ______________  is  a  product  of  the  light  dependent  reactions  and  __________________  is  a  reactant  in  the  light  independent  reactions.  e.   ATP,  CO2   (6-­‐20;K)  20.  Electrons  for  reducing  power  in  green  sulfur  bacteria  come  from  c.   H2S  Sample  Question  Answer  Keys  -­‐  Page  2  Key  to  Unit  7  Sample  Problems   (7-­‐1;  I)  1.  How  are  uracil  and  thymine  similar?  d.   “a”  and  “b”  are  similarities.  (7-­‐2,3;  T)  2.  When  bacteria  are  grown  in  a  medium  containing  radioactive  nitrogen  (15N)  all  of  the  DNA  nucleotides  contain  this  heavy  isotope.  What  will  be  the  result  after  one  generation  if  the  bacteria  are  then  transferred  to  a  medium  containing  regular  nitrogen  (14N)?  e.   All  the  molecules  will  consist  of  one  strand  containing  nothing  but  nucleotides  with  14N  and  the  other  strand  15
14
containing В nothing В but В nucleotides В with В 15N. В See В Figure В below. В Blue В lines В are В N В and В red В lines В are В N . В В 15
Start В with В all В N В in В nucleotides. В В 14
Move  to  N  medium  and  after  one  generation:   (7-­‐2,3;  T)  3.What  will  be  the  result  of  continuing  this  experiment  for  another  generation?  c.            Half  the  double  stranded  DNA  molecules  will  contain  nothing  but  nucleotides  with  14N.  The  other  half  of  the  double  stranded  molecules  will  have  one  strand  with  nothing  but  nucleotides  with  14N  and  the  other  strand  will  have  nothing  but  nucleotides  containing  15N.  Start  with  DNA  from  Question  2:  After  another  generation  of  replication  (7-­‐12;  Ap)  4.Write  the  complementary  base  sequence  for  the  DNA  strand  shown  below.  ...AGCCGTCAGAGTCTA...  ...TCGGCAGTCTCAGAT...  (7-­‐12;  Ap)  5.Write  the  complementary  base  sequence  for  the  DNA  strand  shown  below.   ...CCGTACAGGATACGT...  ...GGCATGTCCTATGCA...   (7-­‐12;  Ap)  6.The  stretch  of  DNA  shown  below  is  in  the  middle  of  a  gene.  Use  the  codon  map  in  your  text  (page  175)  to  determine  the  amino  acid  sequence  encoded  by  it.  The  lower  strand  is  the  template  (antisense)  strand  and  is  shown  in  the  correct  reading  frame.  ...ATGTATTCGGGGGACTAG...  ...TACATAAGCCCCCTGATC...  mRNA    AUG  UAU  UCG  GGG  GAC  UAG...   Amino  Acids      Met-­‐Tyr-­‐Ser-­‐Gly-­‐Asp-­‐STOP   Sample  Question  Answer  Keys  -­‐  Page  3  (7-­‐12;  Ap)  7.This  stretch  of  DNA  includes  the  beginning  of  a  gene.   For  what  amino  acid  sequence  does  it  code  if  the  lower  strand  is  the  template  (antisense)  strand?  ...GATGCATTTATTGAACAC...  ...CTACGTAAATAACTTGTG...  mRNA     G  AUG  CAU  UUA  UUG  AAC  AC...   Amino  Acids      Met-­‐His-­‐Leu-­‐Leu-­‐Asn-­‐Thr   (7-­‐12;  Ap)  8.This  stretch  of  DNA  includes  the  beginning  of  a  gene.   For  what  amino  acid  sequence  does  it  code  if  the  lower  strand  is  the  template  (antisense)  strand?   ...GCCAATGTTCGCTATGGAGGC...  ...CGGTTACAAGCGATACCTCCG...  mRNA     G  CCA  AUG  UUC  GCU  AUG  GAG  GC...   Amino  Acids      Met-­‐Phe-­‐Ala-­‐Met-­‐Glu-­‐Ala  (7-­‐12;  Ap)  9.What  is  the  nucleotide  sequence  of  the  DNA  template  (antisense)  strand  that  codes  for  the  amino  acid  sequence  shown  below?   -­‐  Val  -­‐  Ile  -­‐  Asp  -­‐  Gly  -­‐  Pro  -­‐      mRNA  GU(U,C,A,G)  -­‐  AU(U,C,A)  -­‐  GA(U,C)  -­‐  GG(U,C,A,G)  -­‐  CC(U,C,A,G)      antisense  DNA  CA(A,G,T,C)  -­‐  TA(A,G,T)  -­‐  CT(A,G)  -­‐  CC(A,G,T,C)  -­‐  GG(A,G,T,C)      NOTE:This  represents  384  possible  combinations  to  produce  the  amino  acid  sequence!!    (7-­‐12;  Ap)  10.  What  is  the  nucleotide  sequence  of  the  DNA  template  (antisense)  strand  that  codes  for  the  amino  acid  sequence  shown  below?   -­‐  Phe  -­‐  Glu  -­‐  Ala  -­‐  His  -­‐  Gln  -­‐         mRNA  UU(U,C)  -­‐  GA(A,G)  -­‐  GC(U,C,A,G)  -­‐  CA(U,C)  -­‐  CA(A,G)    antisense  DNA  AA(A,G)  -­‐  CT(T,C)  -­‐  CG(A,G,C,T)  -­‐  GT(A,G)  -­‐  GT(T,C)    NOTE:This  represents  64  possible  combinations  to  produce  the  amino  acid  sequence!!  (7-­‐12,13;  Ap)  11.  What  will  be  the  amino  acid  sequence  if  a  guanine  is  substituted  for  the  first  of  the  two  adjacent  adenines  on  the  template  (antisense)  strand  of  the  DNA  molecule  in  Question  #8.  How  do  the  amino  acid  sequences  differ?      antisense  DNA   ...CGGTTACGAGCGATACCTCCG   (substitution  is  underlined)      mRNA     GCCAAUGCUCGCUAUGGAGGC      amino  acids           ..Met  -­‐  Leu  -­‐  Ala  -­‐  Met  -­‐  Glu  -­‐  Ala      The  substitution  of  G  for  A  results  in  Leu  being  inserted  into  the  peptide  instead  of  Phe.   The  rest  of  the  peptide  is  the  same.   Sample  Question  Answer  Keys  -­‐  Page  4  (7-­‐12,13;  Ap)  12.  What  will  be  the  amino  acid  sequence  if  a  guanine  is  inserted  between  the  two  adjacent  adenines  on  the  template  (antisense)  strand  of  the  DNA  molecule  in  Question  #8?   How  do  the  amino  acid  sequences  differ?  (Don’t  include  the  mutation  from  Question  #11.)
   sense  DNA  ...CGGTTACAGAGCGATACCTCCG...(insertion  is  underlined)      mRNA    GCCAAUGUCUCGCUAUGGAGGC      amino  acids          ...Met  -­‐  Ser  -­‐  Arg  -­‐  Tyr  -­‐  Gly  -­‐  Gly      All  amino  acids  downstream  from  the  insertion  of  G  are  different.   (7-­‐7;T)  13.  Fill  in  the  table.   Initiation  =  where  the  process  begins;  Elongation  =  the  enzyme  responsible;  Termination  =  where  the  process  ends.      Process  Initiation  Elongation  Termination      DNA  Replication  Replication  origin  DNA  Polymerase  III  Ter  site   (mostly)      Transcription  Promoter  on  DNA  RNA  Polymerase  Termination  site       Translation  Start  Codon  Peptidyl  Tranferase  Stop  codon   (AUG)  (UAA,  UGA,  UAG)    (7-­‐16;I)  14.  Inducible  genetic  control  is  associated  with  b.   genes  of  catabolic  enzymes.  (7-­‐16)  15.  What  would  be  the  effect  of  a  mutation  in  the  lac  operon  repressor  protein  that  makes  it  nonfunctional?  The  genes  of  the  lac  operon  would  a.   be  transcribed  continuously,  regardless  of  lactose’s  presence  or  absence.   Key  to  Unit  8  Sample  Problems  (8-­‐2;  T)  1.  Which  is  considered  a  recent  criterion  for  categorizing  bacteria?   Comparison  of   a.  antigens    (8-­‐5;  An)  2.  Radioactive  DNA  from  Species  M,  N,  and  O  is  allowed  to  hybridize  with  reference  DNA  from  Species  Z.   The  following  data  are  recorded:   %  HYBRIDIZATION  HYBRID  M/Z  15%  N/Z  O/Z   89%  52%  Which  is  true?  b.  N  and  Z  are  more  closely  related  than  M  and  Z.  (8-­‐5;  Ap)   3.  Four  types  of  bacteria  have  the  following  G+C  percents:  BACTERIUM  A  B  C  D     G+C  Percent  32  35  48  64  Which  statement  is  best  supported  by  the  G+C  percent  data?  e.   Species  B  and  D  are  not  closely  related.  Sample  Question  Answer  Keys  -­‐  Page  5  (8-­‐5;Ap)  4.  The  rectangle  below  represents  an  electrophoresis  gel  used  in  a  DNA  sequencing  experiment  like  the  one  discussed  in  class  and  in  your  text.  The  relevant  nucleotides  are  labeled  with  a  fluorescent  chemical  as  follows:  ddATP  is  red,  ddTTP  is  blue,  ddGTP  is  green,  and  ddCTP  is  yellow.  Determine  the  nucleotide  sequence  of  the  strand  in  the  gel.  MIGRATION  IS  TO  THE  RIGHT.   |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В The В sequence В of В the В strand В in В the В gel В is: В В 5’-­‐TCGAGGCAGTCCTATA-­‐3’ В В If В you В got В 5’-­‐ATATCCTGACGGAGCT-­‐3’ В then В you В probably В forgot В that В nucleotides В are В added В to В the В 3’ В end В of В a В growing В polynucleotide В chain. В The В smallest В and В fastest В fragment В will В consist В of В primer В plus В the В first В nucleotide В at В the В 5’ В end. В В Sample В Question В Answer В Keys В -­‐ В Page В 6 В