DFM1-TENTAMEN 11 08 22 Frågorna i tentamen är nivåindelade enligt kursplanens målmodell. Enligt målmodellen består kursens examination av följande nivåer: - enkel (till exempel känna till, identifiera eller namnge) - sammansatt nivå (till exempel redogöra för, beskriva) - relaterad (till exempel analysera, relatera eller ”varför”-frågor) - utvidgad (till exempel teoretisera, analysera) Största andelen av frågorna är på de två första nivåerna. Läs noga frågorna innan du börjar svara. Du måste klara 48 av 80 poäng (=60 %) samt minst 50 % av poängen på delavsnitten (2, 3+5 samt 4) för att bli godkänd på tentamen. Tema 1: Apoptos (12p) ************************************************************************** Apopotos är en kontrollerad cellulär process, som möjliggör borttagning av onödiga eller skadade celler. Apoptos kallas även för programmerad celldöd. Apopototiska processer finns hos människan från de tidiga embryonala faserna. Den vuxna människan omsätter ett stort antal celler varje dag genom apoptos. Ett nyckelprotein i den apoptotiska processen är cytokrom C (cyt C) som är ett vattenlösligt protein som normalt befinner sig i det intermembranösa rummet associerat med det inre mitokondriemembranet. I mitokondrien är cyt C av betydelse för andningskedjans funktion. ************************************************************************** 1. (3p) Beskriv cytokrom C:s speciella roll i andningskedjan genom att med ord och en skiss redogöra för hela andningskedjans organisation och funktion. Svar: För andningskedjans organisation och funktion se Figur 6.8 + 6.13 Harvey and Ferrier (HF; Biochemistry, 5:e upplagan). **************************************************************************** När cytokrom C frigörs från mitokondrien till cytosolen kan det binda till ett annat cytosolärt protein – Apaf1. Då bildas den så kallade apoptosomen, som initierar den apoptotiska processen av en cell genom aktivering av en enzymkaskad bestående av bland annat flera caspaser (cystein-proteaser som klyver efter asparaginsyrarester). Caspaserna fungerar katalytiskt på ett likartat sätt som serinproteaser. **************************************************************************** 1 2. (1p) Vad skiljer aminosyran cystein från aminosyran serin? Svar: I cystein sitter det en tiolgrupp på !-kolet medan det i serin sitter en hydroxylgrupp. [Eftersom syre och svavel står i samma grupp i det periodiska systemet så kommer de att ha likartade egenskaper.] 3. (2p) Redogör för organisationen i funktionella enheter, som kan återfinnas i det aktiva centrat hos ett enzym i allmänhet eller hos caspaser, samt ange betydelsen av respektive funktionell enhet. [Ledtråd. Tänk på serinproteaserna som är aktiva i tarmen och generalisera.] Svar: Ospecifikt bindande aminosyrarester som känner igen ett protein, en substratigenkänningsficka som skapar extra bindningar till ett specifikt substrat/grupp av substrat (hos capaserna är det Asp som igenkänns), en eller flera katalytiskt aktiva aminosyrarester (i caspaser en tiolgrupp som utför en nukleofil attack), en ficka/struktur som med bindningar stabiliserar ett övergångsstadium (”transition state”). Andra enzymer kräver ibland en kofaktor och ytterligare strukturer för att stabilisera andra intermediärer. ************************************************************************** När en cell går i apoptos kommer cellmembranet att reorganiseras och fosfolipiden fosfatidylserin (FS) kommer precis som vid en cellskada att translokeras (flip/floppas med hjälp av ett flippas) från cellmembranets insida till dess utsida. ************************************************************************** 4. (2p) Redogör med en skiss för fosfatidylserins (FS/PS) principiella uppbyggnad och specifika egenskap som skiljer den från alla de övriga vanliga fosfolipiderna och som är av central betydelse när det gäller att binda kalciumjoner i samband med koagulationsprocessen. Svar: Skissen skall innehålla en glycerolrest, som med korrekt orienterade esterbindningar binder till två acylgrupper och med en fosfoesterbindning binder en fosfatgrupp. Till fosfatgruppen skall aminosyran serin binda med en fosfoesterbindning. Den specifika egenskapen hos FS som gör att den kan binda kalciumjoner är att den är sur (har en nettoladdning -1). 5. (3p) Mitokondrien spelar en viktig roll i apoptos eftersom de innehåller flera proapoptotiska proteinfaktorer. Dessa lösliga proteiner släpps ut från mitokondrien i en av de processer som leder till apoptos. Men dessa proapoptotiska proteiner kodas inte av det mitokondriella genomet utan importeras in i mitokondrien. Beskriv mitokondriell proteinimport för lösliga proteiner. 2 Svar: Proteiner som skall till mitokondrien bär en speciell signalsekvens. När proteinerna translateras i cytosolen binds de direkt av ett cytosoliskt chaperon (HSP70). Proteinet som skall importeras samt bundna chaperoner binder till en receptor i TOMkomplexet. TOM i yttermembranet och TIM i innermembranet sätts då ihop i ett proteinimportkomplex som bildar en kanal genom både inner- och yttermembranet där den oveckade peptidkedjan dras igenom med hjälp av mitokondriella HSP70 i en ATP beroende process. Det mitokondriella HSP70 hjälper sedan det importerade proteinet att väcka sig. Slutligen klyvs signalpeptiden av. 6. (1p) Nämn ett exempel på en apoptotisk process hos människan i den embryonala fasen eller i fosterfasen, samt ge ett exempel på en apoptotisk process hos den vuxna människan. Svar: Apoptos av vävnad i ”simfenor” i extremiteter. Hos den vuxna människan till exempel förnyelse av huden samt apoptos av gamla blodkroppar i thymus. Tema 2: PKU-provet (20p) **************************************************************************** PKU-provet tas på alla nyfödda i Sverige sedan mitten av 60-talet. Syftet är att hitta barn med någon av ett antal ovanliga men allvarliga medfödda sjukdomar som går att behandla och där en tidig diagnos är viktig för prognosen. Risken att ett barn skulle ha någon av de här sjukdomarna är mycket liten. Bland de drygt 100 000 barn som föds varje år i Sverige är det sammanlagt mellan 60 och 70 som har någon av sjukdomarna som ingår i testet. Det är viktigt att veta att screeningen inte är en diagnos i sig själv, man måste alltid bekräfta genom uppföljande undersökningar. PKU-laboratoriet på Karolinska Universitetssjukhuset är landets enda laboratorium för neonatal screening. Alla nyfödda barn undersöks i dag för 24 ovanliga medfödda sjukdomar. 3 Även alla adoptiv- och invandrarbarn under 18 år erbjuds att ta PKU-provet. Gemensamt för de sjukdomar som PKU-laboratoriet screenar för är att de alla är väldigt ovanliga och att nyfödda som har någon av sjukdomarna oftast är symtomfria men att svåra handikapp och symtom utvecklas senare om inte behandling sätts in tidigt. Provet utgörs av blod som droppas på filtrerpappersdelen av en speciell remiss som rekvireras från PKU-laboratoriet. Provet skall tas så tidigt som möjligt men barnet måste vara minst 48 timmar gammalt. Provet skickas till PKU-laboratoriet samma dag som det tagits. (Källa http://www.karolinska.se/pku) *************************************************************************** 7. (3p) PKU-analysen visar på förekomst av olika sällsynta genetiska sjukdomar. Redogör för vilka typer av genetiska förändringar i cellen som kan ge upphov till genetiska sjukdomar. Beskriv även hur genetiska förändringar principiellt skiljer sig från så kallade epigenetiska förändringar. Svar: Genetiska förändringar i cellen kan uppstå på kromosomal nivå. Exempel på detta är aneuploidier dvs. felaktigt antal kromosomer som uppkommer antingen under meiosens första eller andra delning eller under de tidiga mitotiska celldelningarna strax efter befruktningen. Kan bero på många saker: bristande funktion hos Cohesinkomplexet eller maskineriet som reglerar detta eller på cytoskelettet så att kromosomerna inte linjerar upp sig korrekt på spindeln. Genetiska förändringar kan uppstå även på gennivå, till exempel olika typer av mutationer som ändrar aminosyrasekvensen på ett protein eller leder till att nya stopkodon bildas som gör att proteinet som produceras kanske saknar viktiga domäner eller blir stabilt eller aldrig translateras eftersom transkriptet (mRNA) blir stabilt utan Poly-A-svans. Deletioner och insertioner är också typer av förändringar på gennivå som kan leda till genetiska sjukdomar. Genetiska förändringar handlar om förändringar i nukleotiderna d.v.s. själva DNAkoden. Epigenetiska förändringar är ärftliga förändringar (åtminstone från en cellgeneration till en annan) som påverkar uttryck av olika gener men där förändringen inte sitter i nukleotidsekvensen utan i stället kan vara kemiska modifieringar av DNA eller proteiner som är en del av kromatin. Metyleringar av både av histoner och DNA är ett vanligt exempel på detta. 8. (3p) Beskriv olika epigenetiska förändringar och spekulera över hur dessa kan komma till stånd och hur de kan påverka uttryck av gener. Svar: Epigenetik är ett relativt nytt forskningsfält och det är fortfarande mycket som är kontroversiellt och som diskuteras livligt. Dock verkar man vara överens om att det kan ske förändringar i genomet som inte handlar om mutationer utan andra typer av modifieringar som ändå påverkar uttryck av gener och som leder till förändring av fenotypen. T.ex. har man sett att tvillingar, särskilt om de lever åtskilda, kommer att bli mer och mer olika med tiden. Bland mekanismerna kan man nämna DNA-metylering, histonmodifikationer och 4 kromatinremodellering, såväl som reglering av genuttryck via icke-kodande RNA. Det kan handla om grad av packning i olika delar av genomet ett mönster av heterokromatin som ärvs från en cell generation till en annan. Metylering av DNA är som nämnt ovan ett vanligt ex på epigenetisk modifiering. Kovalenta modifieringar av histonändar leder ofta till olika epigenetiska status för olika celler. Annat som man kan nämna är Xkromosominaktivering och imprinting. Under differentieringsprocessen sätts mönster upp t.ex. via positiv feedback-loops som påverkar uttryck av vissa proteiner. [Kalikå katter är ett exempel på hur en epigenetisk påverkan kan synas tydligt i fenotypen en klon av celler är samlade på ett ställe och leder till fläckig päls.] Epigenetiska förändringar nollställs ofta vid befruktningen. Man pratar om en ”demetyleringsvåg” men man har också sett att t ex skralt födointag hos gravida mödrar kan påverka fosterstorlek hos de döttrar som var foster med dålig näringstillförsel såsom om de förändringar som uppstått faktiskt har kunnat ärvas inte bara mellan cell generationer utan också till avkomma. Näringstillförsel och andra miljöfaktorer är alltså sådant man tror kan påverka "epigenomet". DNA-metylering leder till nedrustning av histonmodifieringar vilket kan leda till både positiva och negativa effekter på genuttryck. 9. (2p) Homocystinuri är en ärftlig sjukdom som ingår i PKU-provet. Vid homocystinuri utsöndras ämnet homocystin i onormalt stor mängd i urinen. Tillståndet ger symtom främst från ögonen, blodkärlen, hjärnan och skelettet. Två friska föräldrar kan få ett barn med homocystinuri. Hur kan en sjukdom vara ärftlig utan att föräldrar är drabbade? Beskriv hur det kan vara möjligt att i en och samma syskonskara bara ett eller några av barnen kan ha den ärftliga sjukdomen. Svar: Det kan handla om en sjukdom som bärs med recessiva arvsanlag. Båda föräldrar kan bära på en muterad och en frisk gen, och därmed finns det en 25 % risk att ett barn skall få sjukdomen. [Det kan även handla om en sporadisk mutation.] 10. (2p) Av de 24 genetiska sjukdomar som ingår i dagens analyser i PKU-provet, finns ett flertal där sjukdomsgraden varierar även om man har ärvt en muterad gen. Vad kan detta bero på? Svar: Det kan handla om en komplex genetisk sjukdom. Det kan bero på olika mutationer i de inblandade generna, men det kan finnas variationer även när mutationerna är identiska. Detta kan bero på andra genetiska faktorer som påverkar skadeeffekten, eller av olika miljöfaktorer. 5 *************************************************************************** PKU-provet har sitt namn efter sjukdomen fenylketonuri (PKU; Föllings sjukdom) som beror på olika mutationer i genen som kodar för enzymet fenylalaninhydroxylas (PAH). Sjukdomen fick ursprungligen sitt namn från att man fann höga nivåer av en fenylketon i urin; denna fenylketon visade sig vara fenylpyruvat (Phe-pyruvat). När systematisk screening av nyfödda infördes i Sverige var PKU-analysen den första analysen som gjordes, därav namnet ”PKUprovet” även om provet i dag omfattar analys av ett stort antal andra sjukdomar. Karaktäristiska patofysiologiska konsekvenser vid PKU är mental retardation, hypearaktivitet, tremor och tillväxthämning. Livslång diet med reducerat fenylalaninintag är av nöden. Hypoteser till de bakomliggande orsakerna som leder till de patofysiologiska konsekvenserna är bland annat störd aminosyratransport och hämmad syntes av olika signalsubstanser (speciellt då PKU beror på hämmad funktion/biosyntes av en nödvändig cofaktor till bland annat PAH). *************************************************************************** 11. (1p) En mutation in PAH genen ger upphov till ett enzym som är kortare än det normala, hur kan det gå till? Svar: Antingen en deletion eller mutation som ger upphov till ett stoppkodon mitt i genen. 12. (2p) Aminosyran fenylalanin (Phe) kan betraktas som ett fenylderivat av aminosyran alanin (Ala). Med utgångspunkt från lärandemålen på kursen DFM1 redogör med angivande av substrat och produkter samt enzymnamn och coenzym för hur Phe kan omvandlas till Phe-pyruvat och vidare till Phe-laktat det vill säga metaboliter till Phe som bildas vid förhöjda nivåer av Phe. Svar: Transaminering m.h.a. ALAT (coenzym pyridoxalfosfat) katalyserar reaktionen Phe + "-ketoglutarat ! Phe-pyruvat + glutamat. Den fortsatta omvandlingen av Phepyruvat till Phe-laktat katalyseras av laktatdehydrogenas och är beroende av coenzymet/cosubstratet NADH, som oxideras till NAD+. 13. (4p) Redogör med utgångspunkt från fenylalanin (Phe) med angivande av substrat, produkter, enzym och coenzym för den successiva normala biosyntesen av tre olika signalsubstanser (hormoner och/eller transmittorsubstanser), som bland annat kan vara hämmad vid PKU. Som alternativ till enzymnamnet beskriv vad som sker kemiskt/strukturellt i de olika stegen. Ge också en kortfattat principiell förklaring till hur biosyntesen av de olika signalsubstanserna kan styras/begränsas i olika celler. 6 Svar: 1) Phe + O2 + BH4! Tyr + H2O + BH2 (enzymnamn: PAH). 2) Tyr + O2 + BH4 ! 3,4-dihydroxyTyr (dopa) + H2O + BH2 (enzymnamn: Tyrhydroxylas). 3) dopa ! dopamin (DA) + CO2 (enzymnamn: DOPA-dekarboxylas; [coenzym pyridoxalfosfat]). 4) DA + O2 ! noradrenalin (NA) + H2O (enzymnamn: DA-!-hydroxylas; coenzym: ascorbat; [cofaktor Cu2+]). 5) NA + SAM ! adrenalin (A) + SAH (enzymnamn: [Fenyletanolamin – N]metyltransferas ). Begränsning av uttrycket av de olika signalsubstanserna DA, NA och A till specifika celler styrs bl.a. genom ett cellspecifikt uttryck av de olika processande enzymerna. 14. (3p) En bakomliggande molekylär orsak till vissa av de patofysiologiska konsekvenserna vid PKU är störd membrantransport av aminosyror till hjärnan. Redogör för hur olika klasser av dietära aminosyror absorberas i magtarmkanalen från tarmlumen, till enterocyterna och vidare till blodbanan. Med utgångspunkt från denna redogörelse diskutera hur förhöjda plasmanivåer av Phe i samband med PKU kan störa transporten av bland annat två specifika aminosyror över blod-hjärnbarriären (BBB) till CNS. [Ledtråd: transporten över BBB sker delvis enligt samma principer som absorptionen i tarmen.] Svar: Det finns 11-12 kända aminosyratransportörer som med olika mekanismer transporterar olika klasser av aminosyror. Från tarmlumen sker transporten huvudsakligen m.h.a. Na+-beroende sekundär aktiv transport, från enterocyterna till blodbanan är det delvis andra aminosyratransportörer och faciliterad diffusion som framförallt gäller. Till hjärnan verkar det framförallt vara LAT1, som transporterar de stora aminosyrorna som Phe, Tyr och Trp. Vid förhöjda nivåer av Phe kan upptaget till hjärnan av Tyr och Trp minska beroende på att den sammanlagda transportkapaciteten överskrids, vilket medför minskad bildning av signalsubstanser såsom serotonin men också dopamin och noradrenalin. 7 Pass 2: Tema 3: Bukfetma (26p) ************************************************************************** Många olika sjukdomar kan ge upphov till bukfetma. Med bukfetma avses visceral fetma och skall ej blandas ihop med den mindre farliga subkutana fetman. Bukfetma ses ofta i samband med polycystiskt ovariesyndrom, vid Cushings syndrom på grund av höga värden av kortisol, vid överkonsumtion av alkohol och i samband med det metabola syndromet. Även fruktos har visats sig öka bukfetma hos överviktiga vuxna [Källa: J. Clin. Invest. 119: 1322-1334 (2009)]. Till skillnad från glukos så leder fruktos inte till någon eller mycket ringa insulinfrisättning och ger heller inte upphov till samma mättnadspåverkan. Ett enkelt sätt att indirekt identifiera patienter med förhöjda mängder bukfett är att mäta midjemåttet. Ett förhöjt midjemått kan vara betingat av bukfett, men också av ökade mängder av det mindre farliga subkutana fettet. Subkutant fett anses vara mindre farligt då det framförallt anses utgöra en depå för triacylglyceroler (TAG) medan bukfettet anses farligare då det också har hormonella (adiponektin och leptin) effekter samt inflammatoriska effekter (TNF") på närliggande celler, men också i andra vävnader i kroppen såsom lever och skelettmuskulatur. Vid förhöjt midjemått bör man mäta den så kallade bukhöjden som ger ett bättre mått på bukfettet eftersom det tas i liggande läge, vilket medför att det subkutana fettet huvudsakligen glider åt sidan. Ökat bukfett medför ökad risk för diabetes typ 2 (insulinresistens) och hjärt-kärlsjukdomar. Detta behandlas i första hand genom livsstilsförändringar – ökad fysisk aktivitet, kostomläggning både vad avser kvalitet och kvantitet, samt rökstopp och minskat alkoholintag, speciellt öl som innehåller mycket kolhydrater. I Sverige har omkring 350 000 personer diabetes mellitus och en majoritet av dessa (ca 85 %) har den ofta livsstilkorrelerade formen (typ 2). *************************************************************************** 15. (4p) Efter upptag i till exempel en levercell kan fruktos metaboliseras till två olika trioser i glykolysen. Dessa trioser kan också bildas i glykolysen vid metabolism av glukos. Med utgångspunkt från en fruktosmolekyl redogör med hjälp av substrat och produkter samt enzymnamn (endast för de reaktioner som involverar nukleotider) för bildningen av en aldotrios och en ketotrios i glykolysen. Ge också en motiverad förklaring till varför metabolismen av fruktos går snabbare än metabolismen av glukos. Svar: 1) Fruktos + ATP ! Fruktos-1-P + ADP (enzymnamn: fruktokinas), 2) Fruktos-1-P ! glyceraldehyd + DHAP (ketotriosen) [enzymnamn: aldolas B], 3) glyceraldehyd + ATP ! glyceraldehyd-3-P (aldotrios) + ADP (enzymnamn: trioskinas/glyceraldehydkinas). Metabolismen av fruktos går snabbare eftersom det innefattar färre steg och framförallt inte passerar det hastighetsreglerade enzymsteget fosfofruktokinas 1. 8 *************************************************************************** Den i föregående fråga bildade aldotriosen kan omvandlas till en citronsyracykelintermediär som efter uttransport från mitokondriematrix till cytosolen kan omvandlas till palmitinsyra. *************************************************************************** 16. (4p) Redogör med hjälp av substrat och produkter för den fortsatta metabolismen av den bildade aldotriosen (se föregående fråga) till och med bildningen av den aktuella citronsyracykelintermediären. Enzymnamn, och i förekommande fall coenzymer, behöver endast anges för de enzymsteg som innebär redoxreaktioner och de reaktioner där det klyvs högenergibindningar. Svar: 1) glyceraldehyd-3-P + Pi + NAD+ !1,3-BPG + NADH + H+ (enzymnamn: glyceraldehyd-3-fosfat dehydrogenas; GAPDH), 2) 1,3 BPG + ADP ! 3-fosfoglycerat + ATP (enzymnamn: fosfoglyceratkinas), 3) 3-fosfoglycerat ! 2-fosfoglycerat, 4) 2-fosfoglycerat ! PEP + H2O, 5) PEP + ADP ! pyruvat + ATP (enzymnamn: pyruvatkinas), 6) pyruvat + CoA + NAD+ ! acetylCoA + CO2 + NADH + H+ (enzymnamn: pyruvatdehydrogenaskomplexet - PDH), 7) acetylCoA + oxaloacetat ! citrat + CoA (enzymnamn: citratsyntas). **************************************************************************** Även om fettväv har egensyntes av fettsyror så härstammar de flesta fettsyrorna i inlagrat fett (triacylglyceroler – TAG) från dietärt intag av TAG, medan det TAG som bildas i levern framförallt innehåller fett som härstammar från egensyntetiserade fettsyror. **************************************************************************** 17. (5p) Redogör med text och skiss för hur det dietära intaget av triacylglyceroler (TAG) hanteras i tarmen (digestion, absorption, intracellulär processning) till och med att de dietärt intagna fettsyror tagits upp i fettväven. Redogörelsen skall innehålla substrat, produkter och enzymer samt essentiella hormoner av betydelse för processerna i tarmen. Svar: TAG-processning i magen: mekanisk sönderdelning + maglipas som genom hydrolys klyver av vissa fettsyror som fortfarande associera p.g.a. det sura pHt i magen. I tunntarmen micellbildning: frisättning av gallsalter och fosfolipider via gallan och gallblåsetömning stimulerad av cholecystokinin (CCK). Gallsalterna och fosfolipiderna fungerar som detergenter och leder till inneslutning av TAG, DAG och fettsyror i miceller. CCK stimulerar också exokrina pankreas att utsöndra colipas och pankreaslipas som fortsätter nedbrytningen av TAG och DAG till 2MAG + FFA. Ca 20 % av 2MAG processas vidare m.h.a. det ospecifika enzymet kolesterylesteras till FFA och glycerol; enzymet bryter också ned kolesterylestrar till kolesterol och FFA. 9 Genom fri diffusion och olika FATP (långa fettsyror) absorberas 2MAG och fettsyrorna in i enterocyterna [kolesterol absorberas delvis också via en specifik transportör]. I enterocyterna aktiveras de långa fettsyrorna: fettsyra + ATP + CoA ! acylCoA + AMP + PPi (enzymnamn: acylCoAsyntetas) och m.h.a. olika acyltransferaser byggs sedan glycerol och 2MAG upp till TAG och kolesterol till motsvarande kolesterylestrar (CE). TAG och CE omsluts sedan av ett enkelskikt av fosfolipider och apoB48 och formar därmed kylomikroner. Kylomikronerna utsöndras till lymfan och når blodbanan via vänstra venvinkeln. I blodbanan erhåller kylomikronerna apoE och apoCII från HDL. I framförallt fettvävens kapillärer aktiverar apoCII enzymet lipoproteinlipas, som klyver av fettsyrorna från TAG, varvid upptag av dessa sker i fettcellerna. **************************************************************************** Den fosforylerade ketotriosen som bildas vid metabolismen av fruktos (se fråga 15 ovan) och glukos kan omvandlas till en molekylär komponent (stomme) i fosfolipider och TAG. **************************************************************************** 18. (2p) Beskriv vilken betydelse, som insulinfrisättning har för TAG-bildning i fettväv. Svar: Insulin behövs för att stimulera rekryteringen av GLUT4 i fettceller – glukosupptag krävs för att göra DHAP och därmed glycerol-3-fosfat. Insulin behövs också för att stimulera aktiviteten hos lipoproteinlipas. **************************************************************************** Vid fetma kan ända upp till 50 % av cellinnehållet i fettväven bestå av makrofager. Dessa makrofager utsöndrar inflammatoriska faktorer såsom TNF" och IL-6, som båda kan verka lokalt på närliggande fettceller, men också frisättas till blodbanan och därmed påverka funktionen i organ som levern och skelettmuskulaturen och därmed leda till insulinresistens genom blockerande fosforylering serinrester i IRS-1. ************************************************************************* 19. (2p) Redogör för IRS-1-proteinets roll i insulins signaltransduktionsmekanism genom att beskriva transduktionen från receptorprotein till lipidmodifikation. Svar: Vid bindning av insulin till den färdigdimeriserade tyrosinkinasreceptorn, sker en strukturpåverkan som leder till en korsvis autofosforylering och aktivering av !domänerna; den aktiverade receptorn fosforylerar därefter IRS-1 på en eller flera Tyrrester. Denna normala Tyr-fosforylering leder till att proteiner med en SH-domän, som känner igen IRS-1-PTyr, t.ex. PI-3K, aktiveras. PI-3K är ett lipidkinas som fosforylerar PIP2 till PIP3. [Fosforyleringen av PIP2 leder till aktivering av den fortsatta signaltransduktionen för insulin.] 10 20. (0,5p) En del av det sammanlagda bukfettet är inlagrat i den peritoneumstruktur som utgår från curvatura major på ventrikeln och hänger nedåt som en gardin framför tarmpaketet. Vilket är det latinska namnet på denna peritoneumstruktur? Svar: Omentum majus. 21. (1,5p) Från den andra sidan av ventrikeln (curvatura minor), och från den proximala delen av duodenum, löper en annan peritoneumstruktur mot levern. Vilka är de latinska namnen på denna struktur och dess båda delar? Svar: Omentum minus, som består av ligamentum hepatoduodenale och ligamentum hepatogastricum. 22. (1p) Klargör med text och figur hur den vita fettväven ser ut i mikroskopet. Av svaret skall också framgå lokalisering av kärna och lipider i den enskilda vita fettcellen. Svar: Perifert förskjuten cellkärna. Unilokulärt lokaliserat fett (på ett ställe till skillnad från bruna fettceller som har multilokulärt lokaliserat fett). Obs! bilden ingår i svaret. ************************************************************************ Så kallade hASC:s (”human adipose stem cells”) som skördats ur fettväv kan genetiskt omprogrammeras till så kallade inducerade pluripotenta stamceller, som kan differentiera vidare till andra celltyper (till exempel neurala celler). ************************************************************************ 23. (3p) Ge fyra exempel om hur stamceller används idag inom regenerativ medicin och medicinsk forskning. Diskutera vilka fördelar inducerade omprogrammerade stamceller har i jämförelse till embryonala stamceller. 11 Svar: Kliniskt: Benmärgstransplantationer och hudtransplantation. Som forskningsredskap: Basala mekanismer, toxicitetstester samt läkemedelsscreens. Omprogrammerade stamceller kan skapas ur somatiska celler, och därmed minskar behovet av användning av embryonala stamceller. **************************************************************************** Odlade fettceller visar stor potential som ett framtida fyllnadsmaterial till kroppen när volymer av mjukvävnad saknas efter till exempel trauma, cancerbehandling eller medfödda missbildningar. En teknisk fråga som måste lösas är hur fettceller skall kunna odlas för att skapa tredimensionella, skräddarsydda strukturer. För att kunna skapa dessa, måste konstgjorda ”byggställningar” skapas där celler kan växa. I människokroppen består dessa byggställningar av alla molekyler som tillsammans skapar ECM (extracellulär matrix). **************************************************************************** 24. (3p) Vilka viktiga funktioner måste ECM (naturlig eller konstgjord) ha för att cellerna skall kunna växa och fungera normalt? Vilken adhesionsmekanism använder cellerna för att greppa tag i ECM? Svar: Extracellulär matrix har molekyler som ger struktur, mekanisk hållfast och förankrar celler. ECM reglerar även intercellulär kommunikation. Matrix behövs för tillväxt och differentiering av celler, samt för cellmigration. Celler använder integriner för att ”integrera” cellmatrix och cytoskelettet. 12 Pass 3 Frågor i anslutning till artikeln: "Pyruvate kinase in pig liver mitochondria” (R. Pizzuto, G. Paventi, A. Atlante & S. Passarella), Arch. Biochem. Biophys. 495: 42-48 (2010). [8p]) 25. (1p) Beskriv vad som var syftet med studien enligt artikeln (enligt abstrakt och introduktionen). Svar: Att undersöka mitokondriens betydelse för glykolysen och påvisa funktionen av mitokondriellt pyruvatkinas (mPK). 26. (1p) Vilket PK (cPK eller mPK) har kvantitativt störst betydelse för metabolismen av PEP till PYR enligt den här artikeln? Motivera! Svar: Cytosoliskt pyruvatkinas (cPK) har betydligt större betydelse för metabolismen p.g.a. sitt betydligt högre Vmax (ca 50 x högre), enligt graferna och texten. [Enzymerna har dock ungefär samma Km (drygt en faktor 2 skiljer i ena fallet)]. Trots detta anser forskarna att mPK är viktigt för metabolismen av PEP. 27. (4p) Redogör med ord och figur för den kopplade fluorescensmetoden för PK, det vill säga varför tillsätts NADP+, glukos, hexokinas, G6PDH, Ap5A, PEP och ADP. Redogör med ord samt en figur hur olika reaktioner kopplas till varandra för att kunna detektera mPK. Beskriv reaktionerna med hjälp av substrat, produkter, enzymer och coenzymer. [Ledtråd: Fluorescensmetoden är i princip en känsligare metod än den spektrofotometriska metoden som användes på kolhydratlaborationen under DFM1kursen.] 13 Svar: NADP+ - koenzym som detekteras vid reduktion till NADPH Glukos – används som substrat i kinaseringen till G6P med av PK bildad ATP Hexokinas – enzym som fosforylerar glukos G6PDH (glukos 6-fosfatdehydrogeas) katalyserar omvandlingen G6P och NADP+, det är detta steg som detekteras Ap5A (P1,P5-di(adenosine-5’)pentafosfat) – hämmar adenylatcyklas så att inte sidoreaktionen ska ske PEP (fosfoenolpyruvat) – substrat för cPK/mPK ADP – kosubstrat för cPK/mPK 1) PEP + ADP ! pyruvat + ATP (enzymnamn: pyruvatkinas); 2) glukos + ATP ! glukos-6-P + ADP (enzymnamn: hexokinas); 3) glukos-6-P + NADP+ ! 6-P-glukonat + NADPH + H+ (enzymnamn: G6PDH) (4. ADP + ADP ! ATP + AMP (enzymnamn: adenylatkinas) hämmas av Ap5A) Reaktionerna kopplas till varandra genom att man tillsätter substraten i reaktion 1 vilket leder till bildning av ATP. Bildningen av ATP driver sedan reaktion 2 och bildningen av glukos-6-P. Ökad bildning av glukos 6-P driver sedan på bildningen av NADPH i reaktion 3. NADPH fluorescerar till skillnad från NADP+ (jämför analysmetoden på kolhydratlaborationen där man mätte absorbansen vid 340nm) och en ökad fluorescens blir därför ett indirekt mått på förekomsten och mängden av mPK. 28. (1p) Arsenit används i ett av experimenten. Beskriv vilken funktion arsenit har i det aktuella experimentet. Svar: Arsenit hämmar pyruvatdehydrogenas och därmed hämmas omvandlingen från pyruvat till acetylCoA. 29. (1p) Malonat används i flera av experimenten. Beskriv vilken funktion malonat har i de aktuella experimenten. Svar: Malonat är en specifik hämmare av mPK (”Jerusalem artichoke”) och hämning av enzymaktiviteten vid tillsats av denna hämmare ger därför ett indirekt bevis på existensen av ett mPK. Allmänna frågor 14p 30. (2p) Vad menas med att ett ämne är ett teratogen? Ge två exempel på ämnen som är teratogena. Den embryonala fasen under graviditeten är den mest känsliga perioden för teratogener. Hur lång är den embryonala fasen (i veckor) och vad kännetecknar den i jämförelse med fosterperioden? 14 Svar: Ett teratogen är ett ämne som ger upphov till fosterskador, till exempel alkohol, neurosedyn eller A-vitamin i höga doser. Den embryonala perioden avslutas vid vecka 8 till 9, och under den perioden bildas alla viktiga strukturer och organ. 31. (1p) Redogör för den kromosomala sammansättningen (karyotypen) hos en individ med Turners syndrom. Svar: En individ (alltid kvinna) med Turners syndrom har monosomi för kromosom X.7. 32. (1p) I magsäckens funduskörtlar finns det flera olika celltyper. Två av dessa celltyper spelar avgörande roller för att vi skall kunna smälta/digerera föda. Vad kallas dessa två celltyper och vilka sekretionsprodukter som deltar i matsmältningen utsöndrar de till slemhinnan i magsäcken? Svar: Parietalceller – HCl. Huvudceller – pepsinogen. 33. (1p) Det finns två varianter på flerradigt epitel. Vilka är dessa? Ange för varje variant en plats i kroppen där respektive epitel förekommer. Svar: 2-radigt epitel: epididymis, ductus deferens; 3-5-radigt epitel: respirationsvägarna, dvs. nasopharynx, larynx, trachea, större bronker. 34. (1p) En bit mat som tuggats och bearbetats i munnen transporteras med hjälp muskulaturen i väggarna av pharynx och esophagus ner till magsäcken. Det finns en principiell skillnad i hur muskulaturen är organiserad i pharynx jämfört med i esophagus (och resten av magtarmkanalen). Beskriv denna skillnad. Svar: Muskulaturen i pharynx består av ett yttre cirkulärt muskellager och ett inre longitudinellt muskellager. I esophagus (och resten av magtarmkanalen) är det yttre muskellagret longitudinellt och det inre cirkulärt. 35. (1p) Muskulaturen i esophagus består av två olika typer. Vilka är dessa typer av muskulatur och hur är de fördelade längs med esophagus? Svar: Muskeltyperna är tvärstrimmig skelettmuskulatur och glatt muskulatur. I den övre tredjedelen av esophagus är det tvärstrimmig skelettmuskulatur och i den nedre tredjedelen glatt muskulatur. I den mellersta tredjedelen är det en blandning av båda muskeltyperna. 15 36. (1p) Den cephala fasen innebär aktivering av spottkörtlarna. Hur påverkas salivens sammansättning och volym vid denna aktivering? Svar: Den cephala fasen innebär en aktivering av parasympatiska nervsystemet som ger en ökad salivsekretion med ökad volym (vatten) vätekarbonatrik sekretion. 37. (1p) Om surt maginnehåll töms från ventrikeln till duodenum aktiveras pankreassekretionen. Hur påverkas då pankreassekretets sammansättning? Svar: Ökad volym (vatten) och vätekarbonatrik sekretion. 38. (2p) Redogör med hjälp av substrat, produkter för den reaktion som katalyseras av HGPRT. Beskriv också vad som händer om aktiviteten hos HGPRT är nedsatt eller saknas hos en patient? Svar: PRPP + hypoxantin/guanin ! PPi + IMP/GMP. Vid sänkt enzymaktivitet ökar purinkatabolismen och därmed uratkoncentration och risk för gikt; vid avsaknad ses Lesch-Nyhans syndrom (med gikt och kognitiv funktionsnedsättning som delsymptom). 39. (1p) Redogör för det initiala reaktionssteget i leverns hemsyntes. Ange substrat, produkter, enzym och reglering samt subcellulär lokalisation. Svar: Gly + succinyl CoA ! CoA + CO2 +ALA (”delta-aminolevullinic acid”) sker i mitokondriematrix och katalyseras av ALAsyntas 1 (ALAS 1) som nedregleras av slutprodukten hemin. 40. (2p) Defekt arginosuccinatlyasfunktion (AL-funktion), som i USA drabbar 1:70 000, kan leda till hyperammonemi. Redogör för den reaktion som katalyseras av AL i levern. Med utgångspunkt från denna förklaring beskriv varför denna defekt kan leda till hyperammonemi samt ge en motiverad förklaring till när denna defekt kan ge sig till känna. Svar: En av de avslutande rektionerna i ureacykeln: arginosuccinat ! fumarat + arginin katalyseras av enzymet AL. Vid nedsatt funktion kommer hanteringen av NH3 i levern att vara nedsatt vilket leder till hyperammonemi. Defekten kommer troligen att ge sig till känna framförallt vid fasta (p.g.a. proteolys) och efter intag av en proteinrik måltid. 16