Tentamensfall slutversion HT 2004 Tentafall T1B 2004 HT Fråga 1 (2p) Tunntarmsslemhinnan är mycket viktig för absorptionen av näringsämnen. Redogör för de faktorer i tunntarmens uppbyggnad som underlättar absorptionen. Svar: Tunntarmen är det längsta organet i gastrointestinalkanalen. Ett karakteristiskt histologiskt drag i tunntarmsslemhinnan är att det finns strukturella element som medför att den absorptiva ytan förstoras. Tre olika egenskaper är härvid inblandade: plicae circulares (folds of Kerckring), villi-kryptor och mikrovilli (fingerlika utskott lokaliserade på ytan av enterocyterna). På dessa sätt förstoras den absorptiva ytan ca 600 gånger. Fråga 2 (4p) Vilka celltyper är tunntarmens slemhinna uppbyggd av? Ange huvudsakliga funktioner för resp. celltyp. Svar: Tunntarmsslemhinnan är uppbyggd av fingerlika utskott, s.k. villi. Dessa omges av körtelmynningar vilka benämns de Lieberkühnska kryptorna (crypts of Lieberkühn). Såväl kryptor som villi bekläds av ett enkelt cylindriskt epitel. Cellerna som bekläder villi anses vara huvudansvariga för absorptionen medan kryptcellerna primärt har sekretion som huvuduppgift. I villi är de flesta cellerna av två typer, absorptiva celler (enterocyter) och bägarceller (gobletceller). I kryptorna tillkommer de enteroendokrina cellerna, Paneth cellerna samt stam(progenitor)cellerna. Fråga 3 (5p) Beskriv i stora drag hur nybildningen av epitelcellerna i slemhinnan går till. Redogör också för vilka celler nybildningen primärt utgår ifrån, var i epitelet dessa celler finns samt vilka egenskaper som generellt sett utmärker denna celltyp. Svar: Epitelcellerna i tunntarmen härstammar från stamceller lokaliserade i de Lieberkühnska kryptorna. Stamcellerna ger upphov till celler (progenitorer) som delar sig snabbt under sin vandring upp från kryptorna. Under denna vandring uppåt utvecklas ett antal celltyper med olika morfologiska och funktionella karakteristika (ett undantag utgör Paneth-cellerna som lokaliseras till kryptan). Stamceller generellt utmärker sig på vissa sätt: Långlivade celler som delar sig långsamt Kan ge upphov till alla celltyper i en vävnad Ofta asymmetrisk celldelning – ena dottercellen blir ny stamcell medan den andra blir en start för olika differentieringsvägar Tentamensfall slutversion HT 2004 I differentierade celler är kromatinet mer eller mindre kondenserat. Fråga 4 (3+3p) A/ Beskriv hur DNA är förpackat i en human cell. B/ Diskutera vad det betyder för cellens olika funktioner att arvsmassan är förpackad så som den är. Svar: A/ DNA bildar tillsammans med särskilda proteiner, histoner, långa band av repeterande enheter, nukleosomer, en struktur som kan liknas vid ett pärlhalsband. Nukleosomen består av en oktamerisk kärna som byggs upp av olika histoner (H2A-H2B-dimerer och H3-H4dimerer) runt vilka DNA-strängen är lindad (knappt 2 varv per nukleosom). Positivt laddade delar av histonerna binder till negativt laddade delar av DNA. Nukleosomerna packas i sin tur till en tätare struktur som bildar en fiber av tjockleken 30nm. För detta krävs ett större histonprotein, H1, samt andra DNA-bindande proteiner. Ytterliggare packning åstadkommes genom att fibern bildar loopar och denna struktur är sannolikt den som känns igen som euchromatin. Heterochromatinet är packat ytterligare. Den högsta packningsgraden uppnås under mitosen då kromosomerna bildar urskiljbara kroppar. B/ Olika celltyper skapas huvudsakligen genom mekanismer som får olika gener att transkriberas i olika celler. Vid gentranskription måste DNA göras tillgängligt för RNA-polymeras. Fråga 5 (5p) Hur regleras gentranskription på denna nivå? Svar: En förutsättning för att RNA-polymeraset ska fungera är att det binds till promotorregionen tillsammans med ett komplex bestående av generella transkriptionsfaktorer. TATA-sekvensen utgör ett igenkänningsställe i promotorn. För att promotorregionen ska vara fullt tillgänglig måste ibland kromatinet dekondenseras. Detta kan styras av regulatoriska proteiner som binder till specifika sekvenser ganska långt ifrån promotorn. Aktiverande proteiner kan koppla histon-acetylas (HAT) till promotorregionen vilket leder till acetylering av bestämda positioner i nukleosomens histoner, vilket i sin tur leder till att kromatinet öppnas upp. Repressorproteiner kan på liknande sätt binda till enzym som deacetylerar histonerna (HDAC) och kondenserar nukleosomerna. Inaktivering av transkription skapas också genom metylering av såväl DNA som histonproteiner. Härigenom kan differentierade celler ”minnas” vilka gener som är aktiva respektive inaktiva. Olle rättar Den vidare medicinska utredningen av Eva påvisar att hon p.g.a. den skadade tunntarmsslemhinnan delvis saknar förmåga att bryta ned och absorbera ett flertal energiinnehållande näringsämnen. Tentamensfall slutversion HT 2004 Fråga 6 (5p) På vilka principiellt olika sätt genomgår de energiinnehållande näringsämnena nedbrytning i tunntarmen? Vilka produkter absorberas? Svar: 1) Substansen kan absorberas utan digestion i tunntarmen. Substansen absorberas direkt, transporteras genom enterocyten och återfinns i portablodet – t ex glukos och fruktos 2) Hydrolys i tunntarmens lumen av polymerer till monomerer. De senare absorberas, transporteras genom enterocyten och återfinns i portablodet- t ex luminal hydrolys av proteiner till aminosyror. 3) Direkt absorption av oligomer efter föregående digestion av polymerer i tunntarmens lumen. Intracellulär hydrolys till monomerer vilka återfinns i portabloder – t ex absorption av oligopeptider (företrädesvis 2-3 AA) och intracellulär hydrolys av dessa 4) Hydrolys av oligomerer till monomerer i tunntarmens borstbräm. Monomererna absorberas och återfinns i portablodet – t ex laktos, sackaros, maltos, vissa oligopeptider (företrädesvis 3-8 AA). 5) Luminal hydrolys av en substans. Absorption av dess betåndsdelar vilka resyntetiseras i enterocytens cytoplasma. Exempel på detta är triacylglycerol (TAG). Det förpackas som chylomikroner och insöndras till lymfan. Kortkedjiga fettsyror < 12 kol reacyleras dock inte utan går till levern via portablodet. Fråga 7 (4p) Vilka substanser lämnar enterocyten och vart insöndras de för vidare transport till övriga organ i kroppen. Svar: se ovan Fråga 8 (4p) Förklara hur absorptionen av järn går till. Svar: Dietärt järn finns i två former, hemjärn (organiskt) och icke-hemjärn (oorganiskt) Absorptionen av järn sker i duodenum. Generellt absorberas hemjärn bättre. Absorptionsmekanismerna är olika för de olika typerna. Tentamensfall slutversion HT 2004 Hem-molekylen absorberas intakt (okänd mekanism) och Fe3+ frisätts i enterocyten efter det att hemoxygenas ”klyvt” hemringen. Fe3+ reduceras i enterocyten till Fe2+ Oorganiskt järn finns i två former, Fe3+ och Fe2+. Fe2+ är lösligt upp till pH 8 och absorberas genom två olika sätt. 1) Det binds till proteinet transferrin i tunntarmens lumen varvid komplexet binds till transferrinreceptorn på ytan av enterocyten. Endocytos sker och det låga pH i vesikeln medför att Fe2+ frisätts. 2) Fe2+ absorberas via en membrantransportör (DCT1 = divalent cation transporter) tillsammans med en proton. Fe3+ kan visserligen reduceras av reduktaset Dcytb, som finns på ytan av de villösa enterocyterna, men tenderar i tarmlumen att bilda komplex (salter) med anjoner och är olösligt vid pH >3. Absorptionen är därför mycket ringa. Fråga 9 (2p) Varför får Eva råd om att även inta vitamin C? Svar: Vitamin C bildar lösliga komplex med järn och reducerar Fe3+ till Fe2+. Du ritar upp ett släkträd över Eva´s släkt och de som hon känner till har drabbats av hemokromatos: I II III IV Eva Tentamensfall slutversion HT 2004 Fråga 10 (3p) Vilken ärftlighetsgång beskriver släktträdet. Motivera svaret! SVAR. Autosomalt recessiv. Båda könen är drabbade Eftersom du läst en artikel i Läkartidningen om hemokromatos vet du att genen för sjukdomen nyligen har klonats och strukturbestämts. Den vanligaste familjära mutationen är ett basparsutbyte, men även en enbas deletion har påvisats. Nedan finns en del av genens nukleotidsekvens där mutationer har påträffats. Fråga 11 (2+2+2p) Ange vilken konsekvens följande mutationer får för proteinet. a) g328>t b) a518>t c) del t781 (Understruken text=exon) 1 61 121 181 241 301 361 421 481 541 601 661 721 781 841 901 961 1021 1081 cttccctccc acctgaagac tgggtgatag gtgaagccca ctgatttgtg tgagcccatg gagtgatcga cagttaggaa tcagtgctta accagtgtgg cgggtgagaa tgttcactga caggagacaa tgatgacatc agtccctgcg actgccgcgt ttcgggatcc catcccatat ctgaagcaca catatttttg aatgggtgtc ttgtatgtcc ggcagtgagg tctgcaggaa cctgtccctg ggcatgggta aagcccatgg ccatgctacc ggcctccttt gcccttcaaa gcatgggggg gtgcctgtca ccacgtgatg cccattggtg gctcttcctg ctttgagtgt cacgcggggg aagatagctg gtttaaagta gatgagggtc agaagttgtg ttttcccagc aggagagccc aggacctgtc agtggctcac gaaacaactt ctcttccctt acccagaaag tgccatcttt gatgccatgt gacatgccct gaccaggcca cagacacccc gatcacgtca aacatgtgtg gagcatcgtt gttatgcctc aaatccattt aagacatgtc ctagctgtcc agctgacaac cccagtcagt cactacctct cctgctgtcc tctcgaggcc cttgcccagg gcaacctcct gcaactatgc agggaccccg atgacagtgc tcaacaatgc gcgagcagct tgtataccat gttatcacag accacctgag cttcccggca ctctcttctc ccaagtttca ttggggaagc gcctgccaga gacactccag ggagcacagc tgcaggctgt gccctcctga tgaacggcct gcggcacatc ctgccgccgg atcatgtgtt caactatgag catcaactac gaaggtgtac tcacatgggc ccaggacagg ctaaacccag gctggaccca ttctcagata ggtgagacct tagcaaggct aactcaagct atgaagggga agaactccaa agcatatgca gcgctctctc ttccagtgca aagctgcact agggacggta ccatgttccc aaggaggata ctgggggctg aagtgcgaac tgccatggct tacgagttct ccaggcccca cagcggacaa Tentamensfall slutversion HT 2004 Svar. Först måste man identifiera var translationen startar och det gör den i nukleotidposition 72 med ett ATG. a)Leu >Leu (ctg>ctt): Förändrar inte proteinets struktur och funktion b)splice site (acceptor site) förstörs (ag > tg) kan resultera i deletion av helt exon och stor förändring av proteinets struktur och inaktivering av proteinets funktion c) frame shift mutation som resulterar i ett stopkodon tga i position 797 (muterad sekvens). Ger ett trunkerat protein som förmodligen saknar funktion Orsaken till sjukdomen är en förändring i den tertiära strukturen hos ett protein som medverkar i regleringen av järnupptaget från tarmen. Den genetiska orsaken är en punktmutation som får till följd att cystein på ett ställe är utbytt mot tyrosin. Fråga 12 (2p) Varför kan utbyte av just cystein få betydande konsekvenser för proteiners struktur? Svar: Disulfidbindningar är viktiga för proteiners struktur. Aminosyran cystein är tillsammans med metionin de enda svavelinnehållande aminosyrorna. Disulfidbryggor kan endast bildas mellan cys-cys. Fråga 13 (4 p) Kan du beskriva vilka etiska problemställningar som uppkommer för Eva när hon skall besluta om genetisk analys? Tentamensfall slutversion HT 2004 För en genetiska analys används PCR med restriktionsenzymklyvning (s k PCR-RFLP). Fråga 14 (4p) Hur går en denna analys till? Förklara! Svar: Oligonukleotider (=primers) som är komplementära till den kodande och icke-kodande DNA strängen och dessutom riktade mot varandra (5´> 3´ riktning) blandas med isolerat DNA från patienten som skall undersökas och ett DNA polymeras (Taq), magnesium klorid, fria nukleotider och buffert. Amplifieringen genomförs i ett cykliskt temperaturprogram (denaturering, annealing, extension) upprepade gånger (25- 35 ggr). Bildad PCR produkt, behandlas med ett restriktionsenzym som känner igen en specifik nukleotidsekvens, och om närvarande digereras PCR produkten i två DNA fragment. DNA fragmenten separeras efter storlek, vanligen på en agarosgel, som kan färgas för att DNA fragmenten skall bli synliga under UV ljus. Tolkningen av resultaten blir i homozygot vildtyp, muterad eller heterozygot. Den genetiska analysen ger följande resultat, när du använder ett restriktionsenzym som känner igen den muterade sekvensen. Fråga 15 (4p) Hur tolkar du resultatet 200 bp 100 bp M 1= 2= 3= 4= 5= 6= FRÅGA 16 svar saknas 1 2 3 4 Eva´s moster (II:5) Eva (III:2) Eva´s moster (II:7) Eva´s pappa (II:1) Evas man (III:1) Eva´s mamma (II:2) 5 6 Tentamensfall slutversion HT 2004 Fråga 17 Triacylglycerol (TAG) från födan transporteras ut i blodet i form av kylomikroner. Dessa fångas upp av endotelet i fettvävnaden och lipoproteinlipas katalyserar hydrolysen av TAG till fettsyror som diffunderar in till fettcellen där det förestras med glycerolfosfat till triacylglycerol för lagring. Glycerolfosfat fås från glukos som cellerna tar upp samtidigt med fettsyrorna. Fråga 18 Energin som frigörs under elektrontransporten används för att pumpa protoner ut ur mitokondrien så att en protongradient etableras, utjämningen av denna driver syntesen av ATP. Alla processer som på annat sätt verkar så att gradienten utjämnas – dvs låter protoner eller OH- passera över det inre mitokondriemembranet – gör att mindre ATP bildas per elektron som passerat genom elektrontransporten till syre. Cellen kan uttrycka specifika proteiner sk uncoupling proteins som släpper protoner genom membranet och därigenom kan reglera effektiviteten i ATP syntesen. Fråga 19 Mitokondrien består av ett yttre permeabelt och ett inre mycket tätt membran. Det inre membranet är tom tätt för protoner som endast långsamt diffunderar igenom. Detta gör att elektrontransporten, som är lokaliserad i det inre membranet, kan bygga upp en protongradient över det membranet. Det inre membranet är kraftigt veckat vilket ger en ytförstoring som ökar mitokondriens kapacitet för elektrontransport och ATP syntes. I matrix, lösligt och bundet till det inre membranet, finns de enzymer som katalyserar citronsyracykeln och fettsyraoxidationen. Lokalisering inuti mitokondrien underlättar överföringen av elektroner från dessa processer till elektrontransportkedjan, dvs utan att energikrävande skyttlar behöver introduceras. Den lokalisering separerar också dessa processer från motsvarande anabola processer, vilket gör att de kan regleras separat och att sk “futile cycles” undviks.