KAROLINSKA INSTITUTET
Biomedicinprogrammet (kandidat)
TENTAMEN I MEDICINSK BIOKEMI (10 hp)
MÅNDAGEN DEN 1 MARS 2010, 12.30-17.30.
Kontrollera att alla sidor (1-14) och frågor (1-23) finns i mappen innan du
börjar .
OBS! Texta tydligt!
Efternamn: .......................................................................... Mappnr:...........................
Förnamn: ...............................................................
Personnr: .................................
Resultatsammanställning:
Totalsumma:________
Resultat: ________
OBS! MYCKET VIKTIGT!! FÖRSE VARJE SIDA MED MAPPNUMMER!
Besvara frågorna direkt i det utdelade materialet. Använd helst inte andra lösa blad,
och var i så fall noga med att skriva namn och mappnummer på alla inlämnade
papper!
OBS OBS! Skriv ej på baksidan på några papper. Skriv ej i marginalen.
Lägg in samtliga blad i den bifogade mappen. Inga blad får plockas bort!
Poängen står angiven vid varje fråga. Total maxpoäng = 60.
Skrivningar får ej tas med ut från skrivsalen.
Betyg:
F 0-19,5 p; Fx 20-29,5 p; E 30-35,5 p; D 36-41,5 p; C 42-47,5 p; B 48-53,5 p; A 54-60 p
Mappnr: _________
TEXTA TACK!
Frågor i anslutning till artikeln Skeletal muscle fat and carbohydrate metabolism
during recovery from glycogen-depleting exercise in humans, N. E. Kimber, G. J. F.
Heigenhauser, L. L. Spriet & D. J. Dyck, J. Physiol., 548: 919-927, 2003. (Totalt 10 p)
1.
Vad var avsikten (två viktiga delmål) med studien som beskrivs i artikeln? (1 p) BiA
Svar: Avsikten med studien var att undersöka betydelsen av intramuskulärt triacylglycerol
som energisubstrat efter intensivt arbete samt att i mera detalj undersöka de metabola
förändringar som sker i skelettmuskulatur efter glykogenuttömning.
2.
I artikelns metoddel beskrivs kortfattat blodprovstagning och behandling av
blodproverna före de olika analyserna. Varför önskar man inaktivera lipoproteinlipas
(LPL) före fettsyraanalysen och varför inaktiveras LPL av den aktuella behandlingen?
Hur aktiveras LPL in vivo i kroppen? (2 p) BiA
Svar: Tillsatsen av NaCl (5M) och upphettningen (56o C) kommer att denaturera LPL, som
inaktiveras och därmed inte kan fortsätta att bryta ned TAG till fria fettsyror och
glycerol. In vivo aktiveras LPL av hormonet insulin och allostert av apolipoprotein CII
som finns på kylomikroner och VLDL.
2
Summa
denna
sida:
________
Mappnr: _________
TEXTA TACK!
3
Summa
denna
sida:
3.
I artikelns resultatdel (inklusive Tabell 2) beskrivs de koncentrationsförändringar av
blodglukos samt insulin, fria fettsyror och glycerol i plasma som erhölls i studien.
Utifrån det du lärt dig under MBK-kursen om metabola förändringar i samband med
födointag, fasta och träning redogör för de erhållna resultaten och hur de hänger
samman. (2 p) BiA
Svar: När koncentrationen av blodglukos, och därmed plasmainsulin, faller på grund av
arbetet aktiveras det hormonkänsliga lipaset (HSL) i fettväven. HSL kommer då att
bryta ner TAG varvid plasmanivåerna av fettsyror och glycerol ökar. Vid intag av den
första måltiden ökar blodglukos och som en konsekvens härav också insulin. Den
ökande koncentrationen av insulin kommer genom defosforylering hämma HSL i
fettväven varvid koncentrationen av glycerol och fria fettsyror i plasma normaliseras.
4.
I artikelns resultatdel samt i Tabell 2 beskrivs också hur plasmakoncentrationen av laktos
förändras under försöket. Redogör för det metabola steget där laktat bildas (substrat,
enzym och eventuella coenzym) samt varför laktatkoncentrationen ökar signifikant men
kortvarigt i den aktuella studien. (2 p) BiA
Svar: Reaktion: pyruvat + NADH + H+ Æ laktat + NAD+. Enzymnamn: laktatdehydrogenas.
Anledningen till att laktatkoncentrationerna ökar i den aktuella studien är att det utförda
arbetet resulterade i anaerob metabolism med laktatbildning p.g.a. att syreskuld uppstår.
________
Mappnr: _________
5.
TEXTA TACK!
I artikeln diskuteras ett paradoxalt fynd rörande oxidationen av fett i relation till
insulinkoncentrationen under återhämtningsfasen. Med utgångspunkt från vad du lärt
dig under MBK-kursen, förklara varför fyndet verkar paradoxalt. (1 p) BiA
4
Summa
denna
sida:
________
Svar: Då koncentrationen av insulin ökar under återhämtningsfasen ökar bildningen av
malonyl-CoA. Malonyl-CoA inhiberar enzymet karnitin-(acyl/palmitoyl)-transferas I
för att motverka intransport av nysyntetiserade fettsyror i mitokondrien. Därför verkar
det paradoxalt att båda processerna kan pågå samtidigt
6.
Med utgångspunkt från både artikeln och det du lärt dig under MBK-kursen redogör för
de metabola förändringar som rapporteras under återhämtningsperioden vad avser
påverkan på glykogen och regleringen av pyruvatdehydrogenas (PDH)-aktiviteten. Hur
skall man förklara detta med tanke på de effekter insulin har på många olika enzymer i
de aktuella metabola vägarna. (2 p) BiA
Svar: I studien finner man att glykogenesen ökar samtidigt som PDH-aktiviteten hämmas.
Eftersom insulin stimulerar glukokinas/hexokinas, fosfofruktokinas 1 och 2 samt
pyruvatkinas, glukos-6-fosfat-dehydrogenas (HMP-shunten), skulle inflödet av glukos
styras mot dessa på bekostnad av glykogenesen. Å andra sidan stimuleras också
glykogensyntas av insulin samtidigt som GSK hämmas vilket också gynnar
glykogenesen. En ytterligare faktor som styr mot glykogenes är den allostera
aktiveringen glykogensyntas som sker via glukos-6-fosfat. Att flödet av glukos i första
hand går i riktning mot glykogen får antas bero på Km hos olika enzymer, som använder
glukos-6-fosfat som substrat, samt hur de olika metabola vägarna som konkurrerar om
detta substrat är reglerade dels av insulin men också av kalcium, och kvoterna av
ATP/ADP, acetylCoA/CoA-SH, NADH/NAD+ och av AMP beroende kinaser.
Mappnr: _________
TEXTA TACK!
Essäfråga
7.
Vid långvarig svält härstammar mycket av hjärnans energi från fettdepåerna i kroppen.
Förklara hur det går till genom att:
a) Redogöra för hur processen i fettväven stimuleras med hormon, receptor och
fullständig signaltransduktion till och med det första intracellulära enzymet.
b) Med namn eller formler redogöra för samtliga steg (substrat och produkter) från hela
tripalmitoyl-glycerolmolekylen i fettväven till och med det första steget i en cell i
hjärnan för var och en av de olika produkter som härstammar från de olika delarna i
triacylglycerolen. Namn krävs på de enzym som är reglerade. (Vägledning: Ange hur
frisättningen sker i fettcellen, hur produkterna transporteras, hur och var de frisatta
produkterna omvandlas till substrat för hjärnan, samt hur dessa substrat transporteras till
en cell i hjärnan.) (10 p) ÅRö
Svar: a) Glukagon binds till en 7TM-receptor som då ändrar konformation så att det kan
interagera med (flera) G-protein så att dessa byter sitt bundna GDP till GTP i αsubenheten. Efter detta utbyte lossnar från Gα-GTP och kan kopplas till
adenylatcyklaset, som då ändrar konformation och kan katalysera omvandling av ATP
till cAMP och PPi. [Inneboende GTPas-aktivitet i Gα-subenheten hydrolyserar till GDP,
och subenheten släpper och kan binda till G α-subenheten som då inte längre kan binda
till adenylatcyklas. (Adenylatcyklaset återställs dessutom med flera mekanismer.)]
cAMP binder till de två regulatoriska subenheterna (2 cAMP / subenhet) i proteinkinas
A (PKA) så att de två katalytiska subenheterna frisätts och kan fosforylera olika
målproteiner med hjälp av ATP.
b) I fettväv är målproteinerna för aktiverat PKA proteinet Perilipin, som omger TAGaggregat, samt triacylglycerollipas (vävnadslipas, hormonkänsligt lipas). TAG-lipas blir
då aktivt och hydrolyserar TAG till DAG och FFA samt DAG till MAG och FFA.
Bildad MAG hydrolyseras av icke-reglerade lipaser (MAG-lipas), slutprodukterna är
glycerol och fria fettsyror. Glycerol transporteras fritt i blodet till lever och njure, bildar
glycerol-3-fosfat (med glycerolkinas och ATP) som oxideras med glycerol-3fosfatdehydrogenas och NAD+ till DHAP som isomeriseras till glyceraldehyd-3-fosfat
och dessa två slås ihop (aldolas) till fruktos-1,6-bisfosfat som klyvs av det reglerade
enzymet fruktos-1,6-bisfosfatas (hämmas av AMP och i lever av fruktos-2,6-bisfosfat
och insulin på gennivå) till fruktos-6-fosfat. Fruktos-6-fosfat isomeriseras till glukos-6fosfat som klyvs av glukos-6-fosfatas (i lever och njure), bildat glukos transporteras
med blod till hjärnan där det tas upp av GLUT-3 och sedan fosforyleras till glukos-6fosfat av hexokinas.
Fettsyrorna transporteras till lever på albumin, bildar acyl-CoA med CoA och ATP,
acyl-CoA bildar acylkarnitin (CAT1/CPT1 hämmas av malonylCoA) på yttre
mitokondriemembranet och translokeras in genom inre mit.-membranet för att återbilda
acyl-CoA, som β-oxideras (OBS! skall beskrivas) till acetyl-CoA, som bildar
ketonkropparna (OBS! skall beskrivas) acetoacetat och 3-hydroxybutyrat samt aceton
(som ej används). De bildade energisubstraten transporteras fritt i blodet, i hjärnan
återoxideras 3-hydroxybutyrat (ger NADH) till acetoacetat, som aktiveras acetoacetylCoA genom att erhålla CoA från succinyl-CoA.
5
Summa
denna
sida:
________
Mappnr: _________
TEXTA TACK!
Essäfråga
8.
Redogör för bearbetning, nedbrytning och absorption av proteiner i matsmältningskanalens olika delar, samt miljöns betydelse för dessa processer och hur dessa processer
regleras av specifika hormoner. (5 p) ÅRö
Svar:Redogörelsen skall på ett systematiskt sätt beskriva nedbrytning, processning och
absorption av proteiner i matsmältningskanalens olika delar vad avser mekanisk
påverkan (i t.ex. munhålan och magsäcken), miljömässig påverkan (t.ex. pH i mage Æ
denaturering och tarm Æ för opimalt pH och mekanism hos serinproteaserna), samt
framförallt enzymatisk påverkan. När det gäller den enzymatiska påverkan skall
centrala enzymer för proteindigestionen behandlas (bl.a. pepsin, enteropeptidas, trypsin
samt övriga endo- och exopeptidaser) och vad som utgör substrat resp. produkter.
Essentiella hormoner som bör tas upp är f.f.a. sekretin och kolecystokinin som skall
diskuteras vad avser bildning och funktioner; även gastrin bör diskuteras då det
påverkar syrasekretionen. Vad avser absorption skall de flesta principerna diskuteras
och exemplifieras: faciliterad diffusion, sekundär aktiv transport (d.v.s. symport); för
a.s. och peptider symport med Na-joner (olika transportörer specifika för olika klasser
av a.s.) resp. H-joner (PepT1). För den vidare transporten till blodbanan faciliterad
diffusion m.h.a. olika a.s.-transportörer. [För upptag från blodbanan vid svält faciliterad
diffusion av delvis andra a.s.-transportörer.]
6
Summa
denna
sida:
________
Mappnr: _________
TEXTA TACK!
Essäfråga
9.
Beskriv citronsyracykeln (TCA-cykeln), dess funktion och betydelse. Rita schematiskt
dess förlopp (ej strukturformler). Var i cellen utspelar sig citronsyracykeln? Hur är den
kopplad till glykolysen respektive andningskedjan? I citronsyracykelns första steg sker
en kondensation (sammanslagning) av två föreningar. Vilka? Under den fortsatta
metabolismen i citronsyracykeln sker två oxidativa dekarboxyleringsreaktioner. Vad
avspjälkas i dessa reaktioner? Vilka enzymer katalyserar dessa reaktioner och hur
regleras de? I ett av stegen i citronsyracykeln sker en direkt fosforylering. Ange substrat
och produkter i denna reaktion. Varifrån kommer den nödvändiga energin? Förklara!
(5 p) TiP
Svar: Se kapitel 17, Berg et al., Biochemistry.
AcetylCoA och oxaloacetat bildar citrat i citronsyracykelns första steg. De två oxidativa
dekarboxyleringsstegen katalyseras av isocitratdehydrogenas respektive αketoglutaratdehydrogenas och är allostert reglerade. ADP är positv effektor för
isocitratdehydrogenas. Negativa effektorer är ATP och NADH+ för båda enzymerna,
medan också GTP och succinylCoA hämmar α-ketoglutaratdehydrogenas. I dessa
reaktioner avgår CO2. Fosforyleringsreaktionen genererar GTP från GDP och Pi,
samtidigt som succinylCoA blir till succinat. Genom klyvning av en högenergibindning
(tioesterbindning) i succinylCoA frigörs så mycket energi att det räcker till att bilda
GTP.
7
Summa
denna
sida:
________
Mappnr: _________
TEXTA TACK!
Essäfråga
10.
Alkoholmissbruk kan leda till skrumplever (levercirrhos) vilket i sin tur kan leda till
levercoma bland annat genom att ammoniumjoner når för hjärnan toxiska nivåer.
Vilken process i levercellerna är då nedsatt eller utslagen? Beskriv processen från α aminosyror till utsöndringsprodukten samt för den senare, ange varifrån de två
kväveatomerna i denna struktur härrör! I beskrivningen tag med cellulära lokalisationer,
cofaktorer, reglering samt koppling till citronsyracykel. (5 p) ToB
Svar: För detaljer, se Berg et al Kap 23. Transamineringar, oxidativ deaminering,
karbamylfosfatsyntetas-reaktionen, urea-cykeln, fumarat-malat-oxaloacetat-aspartat
kopplingen, kväve från ammoniumjoner resp aspartat (glutamat).
8
Summa
denna
sida:
________
Mappnr: _________
TEXTA TACK!
Kortsvarsfrågor
11.
Ange tre viktiga funktioner för lipoproteinet HDL (3 p) MaH
Svar: a) upptag av överskott kolesterol från olika vävnader, förestring av detta till
kolesterylester med hjälp av PCAT, leverans av kolesterol till levern;
b) reservoar för apolipoproteiner med utväxling av ApoC-II och ApoE till
chylomikroner och VLDL; c) utbyte av lipider med VLDL varvid CETP transporterar
kolesterylester till VLDL medan triglycerider transporteras i motsatt riktning.
12.
Ange fyra funktioner för kroppens kolesterol (2 p) MaH
Svar: a) ingå som strukturkomponent i cellens membraner;
b) bilda gallsalter som behövs för effektiv digestion och absorption av lipider i
magtarmkanalen;
c) bilda steroidhormoner;
d) via 7-dehydrocholesterol bilda vitamin D.
9
Summa
denna
sida:
________
Mappnr: _________
TEXTA TACK!
10
Summa
denna
sida:
13.
Hur ser sockerdelen i nukleosider ut och varifrån kommer den i nysyntes av
nukleotider? Svara med såväl skiss som ord. (2 p) ElA
Svar:Ribos eller deoxyribos, som kommer från HMP-shunten i form av ribos-5-fosfat. För
rätt svar krävs även godkänd skiss.
14.
Hur syntetiseras deoxyribonukleotider de novo och hur regleras denna syntes? (3 p) ElA
Svar: Ribonukleotid reduktas reducerar ADP, GDP, CDP och UDP till motsvarande dNDP's
m.h.a. thioredoxin eller glutaredoxin. Reglering sker allostert vad gäller såväl aktivitet
(dATP hämmar) och substratspecificitet (regleras via en andra alloster yta i
ribonukleotidreduktas). dUDP fosforyleras till dUTP, vilket genast bryts ned till dUMP,
som är substrat för tymidylat syntas som syntetiserar dTMP m.h.a. folsyrederivat.
________
Mappnr: _________
TEXTA TACK!
11
Summa
denna
sida:
15.
Vilken är utgångssubstansen vid syntes av nyckelintermediären pregnenolon i
steroidbiosyntesen och vad heter det enzym som katalyserar reaktionen? (1 p) AWe
Svar: Kolesterol, Desmolas
16.
Beskriv prostaglandinbiosyntesen översiktligt (strukturformler ej nödvändigt). Vad
heter enzymet som hämmas av acetylsalicylsyra, och som katalyserar de första stegen?
Vad är substratet för detta enzym, och var i cellen finns detta upplagrat? Hur regleras
cellens prostaglandinsyntes? (3 p) AWe
Svar: Cycklo-oxygenas, två isoenzymer, COX-1/2.
Arachidonsyra, i fosfolipider i olika membran. För PG-syntes, mest kärnans membran.
Genom reglering av frisättning av substrat, från fosfolipider. Katalyseras av fosfolipas
A2, som aktiveras då Ca2+ koncentrationen i cellen ökar.
________
Mappnr: _________
TEXTA TACK!
12
Summa
denna
sida:
________
17.
Hur åstadkommes grenarna i glykogenstrukturen? Beskriv processen och namnge
enzymet. (2 p) TiP
Svar: ”Branching enzyme” = glukosyl-4:6-transferas för över 5-8 glukosrester som en
kedja från ickereducerande änden till position 6 några glukosenheter in. Båda
kedjorna kan sedan tillväxa genom att UDP-glukos används.
18.
Ange med namn eller strukturformel fyra olika produkter som direkt kan bildas från
glukos-6-fosfat i lever! (2 p) TiP
Svar: Glukos, fruktos-6-fosfat, glukos-1-fosfat, 6-fosfoglukono-δ-lakton, sorbitol
Mappnr: _________
TEXTA TACK!
13
Summa
denna
sida:
19.
Vad bildas när glykogen bryts ned i en muskelcell? Förklara hur det går till! (Inte
regleringen) (2 p) TiP
Svar: Det bildas glukos-1-fosfat och glukos: Glykogenfosforylas klyver
glukosidbindningen mellan C-1 i den frigjorda och C-4 i den kvarvarande
glukosresten med hjälp av oorganiskt fosfat. Debranching enzyme flyttar en kedja
av 3 glukosrester från en sidokedja om 4 glukos vid C-6 till huvudkedjan, men en
glukosrest blir kvar. Denna hydrolyseras loss av debranching enzyme och ger fritt
glukos.
20.
Vilka två produkter genereras i HMP-shunten som är viktiga i
intermediärmetabolismen? (1 p) TiP
Svar: NADPH och ribos-5-fosfat
________
Mappnr: _________
TEXTA TACK!
14
Summa
denna
sida:
21.
För metylering av homocystein krävs två B-vitaminer, vilka? (1 p) ToB
Svar: Folsyra, vitamin B12
22.
Fettlever är ett tillstånd som kan ha flera bakomliggande orsaker men ofta
sammankopplas med alkoholmissbruk. Vad ligger bakom den ökade inlagringen av fett
i samband med alkoholism? (1 p) ToB
Svar: Oxidation av alkohol ger mycket energi vilket dämpar behovet av beta-oxidation av
fettsyror medan samtidigt intransporten av fettsyror till levern från fettväv ökar liksom
syntesen av triacylglyceroler.
23. Från vilken aminosyra bildas (0,5 p/svar, totalt 2 p) ToB
a) tyrosin?
Svar: Phe
b) adrenalin?
Svar: Tyr
c) NO?
Svar: Arg
d) homocystein?
Svar: Met
________
