Svarsmall Tentamen NME Termin 2, 22 november 2013

Transkript

1 Svarsmall Tentamen NME Termin 2, 22 november ) Nuclear localization sequence (NLS) på proteiner som importeras in i cellkärnan klyvs inte bort efter proteintransporten, medan signalsekvenser för proteinimport till andra organeller klyvs oftast bort. Varför är det viktigt för nukleära proteiner att behålla sina signalsekvenser efter import i cellkärnan? 2p Proteinerna ska kunna återföras till kärnan efter mitosen då kärnmembranet löses upp. Kärnproteiner utan signalsekvensen (NLS) skulle stanna kvar i cytosolen efter mitosen och det skulle ta mycket längre tid att skapa funktionella dotterceller (genom att syntetisera nya kärnproteiner). 2) Enzymer katalyserar så gott som alla cellulära processer. Därför är det inte konstigt att enzymhämmare är bland dem vanligaste läkemedlen som finns. Vilka påståenden om enzymhämmare är korrekta? De felaktiga påståendena ska rättas. 2p a. Vid kompetitiv hämning tävlar substrat och inhibitor för samma bindningssäte på enzymmolekylen. b. Hög koncentration av substratet kan konkurrera ut hämmaren vid icke-kompetitiv hämning. c. Kemisk struktur av enzymets kompetitiv hämmare är väldigt lik strukturen av enzymets substrat. d. Kompetitiv hämmare binder ofta till enzymet irreversibelt. a. Rätt. b. Fel. Hög koncentration av substratet kan konkurrera ut hämmaren vid kompetitiv hämning. c. Rätt. d. Fel. Både kompetitiva och icke-kompetitiva hämmare binder till enzymet reversibelt. 3) ADH (alkoholdehydrogenas) har brett substratspecificitet och metaboliserar olika alkoholer inklusive etanol och metanol. Etanol utgör substrat med högre affinitet för ADH än metanol, och det har länge använts som antidot vid metanolförgiftning. a. Vilken kinetisk parameter (konstant) kan användas för att jämföra affiniteten av etanol och metanol för ADH? Vad uttrycker den konstanten numeriskt sätt? 1p b I vilket förhållande ligger denna parameter för etanol och metanol (vilken är större och vilken är mindre)? 1p a. Km. Km är numeriskt lika med den koncentration, som ger halva maximala reaktionshastigheten. Kcat/Km kan också accepteras som svar. Då måste man förklara vad Kcat och Km är. Kcat är omsättningstal (turnover number) vilket anger hur många substratmolekyler som ombildas till produkt per tidsenhet av en enzymmolekyl då allt enzym är mättat. b. Km för etanol är mindre än Km för metanol. Om man väljer att jämför kvoter Kcat/Km för etanol och metanol då är den större för etanol och mindre för metanol.

2 4) ATP har många olika funktioner i cellen. Följande proteiner utnyttjar ATP men på olika sätt. Redogör för ATP s roll och hur dessa ATP-beroende proteiner fungerar. a) Adenylatcyklas AC, som aktiverats av alpha-enheten av Gs-protein, omvandlar ATP till camp, viktig intracellulär messenger b) Myosin Kräver ATP vid interaktion med aktinfilament i samband med muskelkontraktion, intracellulär transport mm. Mekanismer beskrives kortafattat. c) proteinkinas C använder ATP vid fosforylerning av nyckelproteiner vid signaltransduktion d) Na+/K+-pumpen Kräver energi från ATP vid den antiporta transporten av Na+ och K+ mot sina koncentrationsgradienter. Pumpens funktion beskrives kortfatat 6p 5) ATP kan också fungera som signalmolekyl och binda till purinerga receptorer som utgör en av de vanligaste receptorgrupperna hos människa och återfinns bland annat i det centrala och perifera nervsystemet, cirkulationssystemet (t ex hos trombocyter) och immunsystemet. I denna receptorgrupp finns både G-protein kopplade och jonkanalkopplade receptorer. a) Beskriv hur en G-protein-kopplad respektive en jonkanal-kopplad receptor fungerar och hur de på olika sätt kan bidra till höjning av intracellulärt kalcium! 4p G-protein-kopplad receptor. Ligand binder in, konformationsförändring av receptorn, inbindning av G-protein, vars alpha-enhet byter ut GDP mot GTP, alpha-enheten translokeras och aktiverar fosfolipas C, som klyver PIP2 till DG och IP3. IP3 binder till IP3-receptor på kaclium-innehållande organell (ER, sacroplasm retik), kalciumkanaler öppnas och kalcium strömmar ut i cytosolen. Tömningen av calciumdepån skickar signaler till plasmamembranet där kalciumkanaler öppnas och extracellulärt kalcium tas upp. Jonkanal-kopplad receptor: ATP binder in och öppnar upp associerad kalciumkanal och kalcium strömmar in. b) Hur återskapas en låg, basal kalciumnivå efter en receptoraktivering? 1p Kalcium pumpas tillbaka till den intracellulära depån, respektive extracellullärt, med Ca2+ATPaser. Dessutom används i vissa celler Na+/Ca2+ antiporten i plasmamembranet. (signaltrasnduktionen avslutas också av den fördröjda, inneboende GTPas aktiviten i alphaenheten som klyver GTP till GDP och G-proteinet går ihop och inaktiveras.) 6) Vilket/vilka av följande påståenden är sanna? Rätta felaktiga påståenden. a) cgmp frisätts från intracellulära depåer vid cellaktivering Fel, bildas från guanylat cyklas-medierad omvandling av GTP till cgmp b) prostaglandiner och tromboxander bildas i flera steg från arakidonsyra och fungerar som signalmolekyler Rätt

3 c) endokrin signalering innebär att samma cell både utsöndrar en signalmolekyl och har en receptor för liganden, dvs. att cellen stimulerar sig själv. Fel, det som beskrivs är parakrin signalering. Endokrin signalering innebär att signalmolekyl transporteras från givarcell till mottagarcell via blodet d) fosfataser är enzymer som aktiverar proteiner genom att defosforylera dem Fel/Rätt. Fosfataser defosforylerar proteiner vilket oftast leder till inaktivering av proteiner, men kan också aktivera proteiner e) tyrosinkinasreceptorer signalerar via trimera G-proteiner. Fel, via tyrosinkinaser. Monomera G-proteiner kan ingå i signalkedjan f) en signalmolekyl ger alltid samma cellsvar oavsett vilken cell den stimulerar. Fel g) lipid rafts är områden i plasmamembranet med hög permeabilitet och fluiditet Fel, lipid rafts har låg permeabilitet och fluiditet, område med mycket kolesterol och sfingolipider, där receptorer och andra signalkomponenter ansamlas. i) desensibilisering är en slags avstängningsmekanism som betyder receptorns känslighet för liganden minskas markant Rätt 4p 7) Skriv namn och funktion på cellförbanden (cell-cell junctions) 1-5 i nedanstående figur av epitelceller. 5p 1) Tight junction täta fogar byggs upp av claudin och occludin, förhindrar transport av molekyler mellan eptitelceller, upprätthåller polaritet (apikal basolateral) 2) Adhesion belt cadheriner länkar närliggande celler och förankras med aktinfilament, elasticitet, viktigt vid embryonal utveckling 3) Desmosom cadheriner till plack (plackoglobin m.fl), binder till intermediära filament. ger draghållfasthet och skydd mot mekanisk stress 4) Gap junction kanalförbindelse mellan celler för transport av mindre metaboliter, signalmolekyler, connexon uppbyggd av connexiner (6 st), 1 st connexon/cell

4 5) Hemi-desmosom/Focal adhesion binder till basalmembran/ecm, intermediära filamentplektin-integriner 8) Ange vilket cytoskelettfilamentsystem som ingår i följande strukturella komponenter! 4 p a) cilie mikrotubuli b) pseudopodium aktinfilament c) kärnspole mikrotubuli d) mikrovilli aktinfilament e) nuclear lamina intermediära filament f) nervaxon mikrotubuli, intermediära filament, aktinfilament (dvs alla 3 rätt) g) desmosom intermediära filament h) centriol mikrotubuli Trebor Esurk är en småbarnspappa som ivrigt försöker lära sina barn Hampus, Elsa och Anthos allt om kroppens metabolism. 9. Hampus är en pigg 1-åring som till sin pappas förtret ratar alla otäcka försök att, som Hampus ser det, förgifta honom med grönsaker och rotsaker. Detta resulterar i en diet som mest består av kött. Trots detta så växer han lika bra som sina äldre syskon. Pappa Trebor förklarar för Anthos och Elsa att protein i kött faktiskt kan omvandlas till andra näringsämnen. Besvikna får de ändå höra att de måste äta sina grönsaker för att bli stora och starka? a) Beskriv hur glukogena aminosyror i kött kan metaboliseras till oxaloacetat samt stegvis hur oxaloacetat genom gluconeogenesen kan omvandlas till glukos att frisättas till Hampus blod (illustrera gärna och fokusera svaret på regulatoriska steg samt var i cellen som stegen sker). (5 p) Svarsmall: Övergripande beskrivning om hur aminosyror kan deamineras alternativt transamineras och hur en motsvarande ketosyra bildas enligt nedan.

5 Beskrivning av var olika glukogena AA/ketosyror kan gå in i CSC via a-ketoglu, Succinyl- CoA, Fumarate, Oxaloacet samt pyruvat (via oxaloacet.) som via oxaloacet går in som substr i glukoneogenesen. Beskrivning av glukoneogenesen med fokus på de tre steg som skiljer sig mot glykolysen. Dvs oxaloacet i mitokondrier till PEP i cytoplasma via PEPCK; F-1,6-P2 till F-6-P via F1,6-bisfosfatase; samt G-6-P till Glukos via G-6-fosfatase i endoplasm.retik. b) Ketogena aminosyror kan metaboliseras till acetyl-coa och precis som glukogena aminosyror kan de därmed gå in i citronsyracykeln. Varför kan då inte ketogena aminosyror ge glukos via citronsyracykelns oxaloacetat precis som glukogena aminosyror kan? (2 p) Svarsmall: Ketogena AA och dess ketosyror kan endast gå in i CSC i form av Acetyl (dvs 2- kolsfragment). Efter hopslagning med oxaloacet i CSC så förbränns dessa 2 kol fullständigt. Det oxaloacet som tas ut till glukoneogenesen är ej kopplat till den ketogena AA utan tas från CSC. 10. Under sin andra vinter i livet får Hampus den klassiska vinterkräksjukan. Efter några dagars kräkande och svält så övergår han helt till förbränning av fett som huvudenergikälla. Storasyster Elsa, som är 4 år, tycker att Hampus, utöver kräkandet, inte är så speciellt jättegullig då hans andedräkt luktar mysko. Pappa Trebor förklarar för henne att lukten är aceton som bildats i ketogenesen som en konsekvens av ökad - oxidation. a) Redogör för uppbyggnaden av en triglycerid samt de olika stegen i -oxidation av en fettsyra (illustrera gärna). (3 p) Svarsmall: TG består av en glycerol som bärare av tre acylenheter via esterbindning. Övergripande beskrivning av B-oxidationens 4 reaktioner. Enzym och intermediärsnamn behöver ej vara helt korrekta. b) Redogör för hur leverns ketogenes bildar ketonkroppar av acetyl-coa samt hur t.ex. nervceller använder sig av ketonkropparna i citronsyracykeln (illustrera gärna). (3 p) Svarsmall: Övergripande beskrivning av ketogenes och ketogenolys enligt nedan. Enzym och intermediärsnamn behöver ej vara helt korrekta. Ketogenes Ketogenolys

6 11. Efter att ha busat med Elsa och Anthos i en timme säckar pappa Trebor ihop i soffan. Hans barn accepterar inte riktigt förklaringen att han är helt slut, de har ju själva springit runt som blådårar utan att bli trötta. Pappa Trebor föreläser därför för dem om hur glykogen ger musklerna och hjärnan energi genom glykogenolys. a) Illustrera hur en glykogenmolekyl är uppbyggd. (1 p) Svarsmall: Proteinkärna av Glukogenin med bindningar till polymer glukos. Glukospolymeren byggs upp av glukos kedjor som via förgreningar ger möjlighet till fler parallella grenar. Viktigt att förstå att glykogen ej består av UDP-glukos då UDP endast är en bärarmolekyl och cellen har ej råd med att lagra upp UDP i glykogen. b) Beskriv glykogenesen och glykogenolysen (illustrera gärna). (3 p) Svarsmall: Övergripande beskrivning av glykogenesen och glykogenolysen. Enzym och intermediärsnamn behöver ej vara helt korrekta. c) Beskriv hur leverglykogen och muskelglykogen under fasta bidrar till glukoshomeostas (illustrera gärna och fokusera på skillnaderna mellan lever och muskel). (2 p) Svarsmall: Förståelse att lever via G-6-fosfatase kan omvandla G-6-P från glukogenolysen direkt till glukos att frisättas till blodet och att muskel genom avsaknad av G-6-fosfatas ej kan göra detta. Muskel kan dock indirekt under fasta bidrar till glukoshomeostas genom coricykeln och glukos-alanin cykeln, dvs G6P går in i glykolysen för att via pyruvat ge laktat eller alanin som kan frisättas till blod och i levern omvandlas till glukos till blodet. 12. Pappa Trebor försöker därefter med Elsas leksaksbilar och gosedjur ytterligare beskriva muskulär utmattning genom att illustrera hur det i metabolismen lätt kan uppkomma köer om ett gosedjur (steg) i metabolismen kör för långsamt eller krockar med sin leksaksbil. Vilka konsekvenser har en begränsad tillgång på O 2 har på metabolismen? Beskriv konsekvenserna baklänges från oxidativ fosforylering, elektrontransportkedjan, citronsyracykeln samt glykolysen (illustrera gärna och fokusera på de steg som begränsas av tillgång på NAD + ). (5 p) Svarsmall: Beskrivning av O2 roll som elektronacceptor i ETC och hur avsaknad av O2 gör att NADH och FADH2 ej kan oxideras vid komplex I resp II. Om NADH ej oxideras finns det till slut ej elektronmottagare i CSC och glykolysen. Beskrivning av CSC med fokus på de steg där NAD+ reduceras (citrat till ketoglut, ketoglut till Succinat och fumarat till oxaloacet);

7 samt FAD reduceras (succinat till fumarat). Beskrivning av glykolysen där NAD+ reduceras (glycerald-3-p till 1,3-bisfosfoglycerat). Pappa Trebor inser som tur var till slut att han har en metabol kunskapsstörning och att hans barn är barn. Han övergår till att läsa normala sagor för dem. Trebor (robert) fortsätter dock att besvära sin fru med metabolismen 13. Farmakodynamik är läran om läkemedlens effekter i kroppen. Nedan följer ett antal påståenden som rör farmakodynamiska begrepp. Ange om påståendena är sanna eller falska. (4 p) a) En full agonist har högre efficacy och är mer potent än en partiell agonist b) En full agonist har högre efficacy och högre affinitet för receptorn än en partiell agonist c) I närvaro av en kompetitiv antagonist så kommer agonistens efficacy att bli lägre d) I närvaro av en icke-kompetitiv antagonist så kommer agonistens efficacy att bli lägre e) I närvaro av en kompetitiv antagonist så kommer agonistens potens att bli lägre f) En agonist med hög affinitet för receptorn är mer potent än en agonist med låg affinitet för receptorn g) Om det finns en receptor reserv (spare receptors) så kommer EC50 värdet och Kd värdet att skilja sig åt h) En antagonist saknar affinitet för receptorn Svar: sant d, e, f, g 14. Farmakokinetik är läran om läkemedels omsättning i kroppen, det vill säga om hur halterna av ett läkemedel i kroppen förändras genom absorption, distribution och elimination. a) Vad menas med parenteral och enteral administrering av ett läkemedel? Ge exempel. (1 p)

8 b) Du läser i FASS att ett läkemedel genomgår en omfattande första passage metabolism. Vad innebär detta? (1 p) c) Din farmakologilärare hävdade att för läkemedel som följer första ordningens kinetik så är det bättre att använda halveringstid för att beskriva elimination än att använda eliminationshastigheten. Håller du med och i så fall varför? (1 p) Svar a) Vid enteral administrering kommer läkemedlet till tarmen och absorberas därifrån, exempelvis tabletter. Vid parenteral administrering passerar läkemedlet inte tarmen, exempelvis intravenös injektion. b) Det innebär att delar av intaget läkemedel inaktiveras via metabolism i levern innan det når systemkretsloppet. Peroralt intagna läkemedel når levern en första gång via vena porta och därefter via leverartären. c) Ja, jag håller med min farmakologilärare. Vid första ordningens kinetik (som de flesta lm följer) kommer eliminationshastigheten att variera beroende på plasmakoncentrationen. Halveringstiden är däremot konstant och oberoende av plasmakoncentrationen. 15. Det autonoma nervsystemet består av nerver som styr funktioner i kroppens olika organ som inte är direkt viljestyrda. Autonoma nervsystemet delas in i sympatiska och parasympatiska nervsystemet. a) Nämn olika principer för hur man med läkemedel kan öka respektive hämma aktiviteten i parasympatiska nervsystemet. (2 p) b) Nämn fyra biverkningar du förväntar dig av läkemedel som hämmar aktiviteten i parasympatiska nervsystemet. (2 p) Svar: a) öka aktiviteten med agonister och kolinesterashämmare; hämma aktiviteten med antagonister och med lm som hämmar frisättning av acetylkolin (tex botox). b) typiska biverkningar av antikolinerga läkemedel; försämrat närseende, pupilldilatation, muntorrhet, förstoppning, urinretention, hjärtklappning, minskad svettning