DFM1-TENTAMEN 11 08 22

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