Tentamen i Medicinsk kemi för biomedicinare 2010:

Transkript

1 Tentamen i Medicinsk kemi för biomedicinare 2010: 1. Beskriv den molekylära strukturen på det vi i dagligt tal kallar fett (1 p) 2. Hur bryts stärkelse ned i saliven och magen? Kan även cellulosa brytas ner och i så fall hur? (2) 3. Flera olika typer av molekyler kan transporteras genom ett cellmembran utan att det krävs energi för transporten. Hur går transporten till (vilken princip ligger bakom)? Ge exempel på molekyler som kan transporteras på detta sätt och de som inte kan det. Kan transporten underlättas på något sätt? (3 p) 4. K m och k cat är konstanter som beskriver vissa egenskaper hos enzymer. Vilka? Hur definieras konstanterna? Vilka enheter har konstanterna? (3 p) 5. Många proteiner regleras i sin aktivitet med hjälp av fosforylering. a) Vad kallas den grupp av enzymer som katalyserar fosforyleringar av andra proteiner? b) Vad kallas den grupp av enzymer som tar bort fosfatgrupper från proteiner? c) Vilka enzymklasser tillhör dessa två grupper av enzymer? (2 p) 6. Enzymer kan hämmas kompetitivt eller okompetetivt. Förklara skillnaden. En negativ alloster effektor, verkar den kompetitivt eller okompetetivt? (2 p) 7. Här är en del av en KODANDE (CODING) DNA-sträng. Vilken sekvens har motsvarande RNA som produceras efter transkription (fyll i de tomma luckorna). (1 p) 5 - A T C G T G C A Vilka av nedanstående faktorer används vid transkription av mrna i eukaryoter? Gör en cirkel runt varje rätt alternativ. Varje rätt faktor ger +0.5 poäng, varje fel faktor ger -0.5 poäng. DNA Primas dttp RNA-polymeras PCNA ORC UTP TBP datp CTP dgtp TFIIH

2 9. I vilken reaktion och var i kroppen syntetiseras karbamoylfosfat och vad händer med denna molekyl sedan? (2 p) 10. Vissa proteiner är glykosylerade. Vad är proteinglykosylering och varför är den viktig? Vilka typer av glykosylering finns det? (3 p) 11. Föreställ er att ett forskningslag har analyserat DNA-sekvensen av EGF-receptorn från en cancerpatient och funnit att patientens EGF-receptor har en mutation som orsakar konstant aktivering av PI3-kinasvägen (PI3 kinase pathway). Vad kan man teoretiskt sett tänka sig kan vara en bra strategi för behandling av patienten? (2 p) Gör en cirkel runt alla korrekta svar (med andra ord kan det vara alltifrån 1 till 4 korrekta svar på frågan). a. Hämma tyrosinkinasaktiviteten hos EGF-receptorn. b. Minska mängden PIP3. c. Hämma aktiviteterna på Akt och PDK1. d. Öka aktiviteten på PTEN. 12. Beskriv i grova drag hur nukleinsyrornas baspar ser ut och vilka krafter som stabiliserar dem. (2 p) 13. Nämn tre funktioner hos nukleotider och beskriv dem kort. (3p) 14. Vilka egenskaper i peptidbindningen gör den så viktig för proteiner? Visa med figur hur en peptidbindning ser ut. (2 p) 15. Hur fördelar sig hydrofoba och hydrofila aminosyror normalt i ett vattenlösligt protein? Vilka bindningar håller samman tertiärstrukturen? (2 p) 16. Varför bryter röda blodkroppar ner glukos till laktat och inte till koldioxid och vatten som de flesta andra vävnader? (1 p) 17. Glukos-6-fosfat kan metaboliseras på fyra olika sätt i levercellen. Vilka är dessa sätt och vad är syftet med dem. Är det något av dem som saknas i de flesta andra vävnader? (3 p)

3 18. Ge exempel på tre olika coenzymer och förklara deras funktion? (1.5 p) 19. Hur går det till när fettsyror bryts ner och hur regleras detta? (3 p) 20. Hur ser ett trna ut och hur går det till att den får sin rätta aminosyra på sig? I vissa fall finns även proofreading för att detta ska bli rätt, hur går det till? (3 p) 21. Varför behövs specifika RNA-primers vid DNA-replikationen? Hur skapas de, används de och tas bort? (3 p) 22. Vid en deaminering av cytosin bildas basen uracil. Uracil läses som T av DNApolymeraset och alla uracil måste av den anledningen avlägsnas ur genomet innan det replikeras. Redogör för hur den DNA-reparationsmekanism går till som avlägsnar uracil ur DNA. (2.5p) 23. Glukos och andra energisubstrat för muskeln kan ibland tas från blodet men också från andra källor beroende på de yttre förhållandena. Vilket är det huvudsakliga energisubstratet för en muskel vid följande situationer. Ange även varifrån substratet tas för detta samt vilken den viktigaste nedbrytningsprocessen är vid respektive fall: (2 p) a. I vila före måltid b. I vila efter en blandad måltid c. Vid sprinterlöpning d. I vila efter en veckas svält 24. Hur påverkas upptaget av glukos i en levercell respektive en muskelcell av en blodsockerhöjning? Redogör för mekanismerna. (3 p)

4 Svar till tentamen i Medicinsk kemi för biomedicinare 2010: 1. Fett är tre fettsyror i kemisk förening med ett glycerolskelett. 2. Stärkelse bryts ned av amylas i saliven (samt med hjälp av det låga ph:t i magen). Cellulosa bryter dock inte kroppens enzymer ned alls. Cellulosa kan dock delvis metaboliseras av bakteriella enzymer i tarmen (denna nedbrytning är mycket mer effektivt i kornas magar). 3. Transport som inte är energikrävande kallas diffusion. Molekylerna rör sig då med koncentrationsgradienten, d v s från hög till låg koncentration. Små, oladdade molekyler, t.ex. O 2 och CO 2, rör sig obehindrat genom ett membran utan att specifikt interagera med någon annan molekyl, mekanismen kallas passiv diffusion. Större, polära molekyler samt joner kan p g a membranernas hydrofoba innandöme inte passivt diffundera genom membranet. För dessa molekyler finns membranproteiner som underlättar deras diffusion genom membranet (faciliterad diffusion). Ett exempel på detta är glukos som kan transporteras via glukospermeas. 4. K m (Michaelis-Mentens konstant) anger affiniteten mellan substrat och enzym. Definieras som den substratkoncentration där enzymet arbetar med halva maximala hastigheten (enhet: mol/l). k cat (katalytisk konstant = turnover number) anger hur snabbt substratet kan omsättas (enhet: s -1 ). Definieras som den maximala hastigheten i förhållande till enzymkoncentrationen (V max /[E]). 5. De enzymer som fosforylerar andra proteiner kallas kinaser (mer fullständigt proteinkinaser) och tillhör enzymklassen transferaser, medan de som defosforylerar andra proteiner kallas fosfataser (mer fullständigt proteinfosfataser) och tillhör enzymklassen hydrolaser. De korrekta svaren är således a) kinaser, b) fosfataser, c) transferaser och hydrolaser. 6. Vid kompetetiv inhibering tävlar hämmaren med substratet för bindning till active site. Detta ger ett högre K m men samma V max. Vid ren okompetetiv bindning krävs att substratet sitter i active site för att hämmaren skall binda (låser fast substratet). Detta ger lägre K m och V max. Om hämmaren binder till enzymet oberoende av om substratet sitter i active site talar man om mixed-type eller non-kompetitiv inhibering. Då kan K m vara samma, lägre eller högre beroende på mekanism, men V max är alltid lägre. En negativ alloster effektor verkar okompetetivt (eller snarare via mixed-type). 7. Det mrna som bildas efter transkription är 5 - A U C G U G C A DNA, RNA-polymeras, UTP, TBP, CTP, TFIIH behövs vid transkriptionen.

5 9. Karbamoylfosfat produceras från ammoniumjoner, bikarbonat och ATP (bidrar med fosfat och energi) i levercellernas mitokondrier. Därmed blir den toxiska ammoniumjonen oskadliggjord. Reaktionsformeln för detta är (ni behöver inte kunna formeln): NH 3 + HCO ATP = H 2 N-(C=O)PO ADP + P i Karbamoylfosfat reagerar sen med ornitin att bilda citrullin. Detta är en del av ureacykeln. 10. Glykosylering är en process där kolhydrater länkas kovalent till ett protein och är en av de vanligaste post-translationella modifieringarna. Glykosylering är viktig för proteinveckning, stabilitet och cell-cell-interaktion. Det finns två olika former av glykosylering. Med N-länkad glykosylering menas att en kolhydratmolekyl kopplas ihop med aminosyran asparagins kväveatom i dess sidokedja (N = kväve, därav N-länkad). Med O-länkad glykosylering menas att en kolhydratmolekyl fästs till OH-gruppen på aminosyrorna serin eller treonin (O = syre, därav O-länkad). 11. Samtliga alternativ är riktiga för hur man kan tänka sig att en cancerpatient med konstant aktiv EGF-receptor skulle kunna behandlas. 12. Varje baspar i en nukleinsyra sitter horisontellt i ett plan och hålls ihop av 2 eller 3 vätebindningar mellan NH och N eller O (base stacking kan nämnas). Vätebindningarna ligger mellan A och T (eller U) samt mellan G och C. 13. Några funktioner som nukleotider har i cellen är (det räcker att tre av dessa är med i svaret): - energibärare: hydrolys av P-P-bindingar ger energi för att driva endergona reaktioner - bärare av genetisk information: genom basparning i dubbelhelix - RNA-molekyler kan användas för katalys genom att 2'-OH eller andra grupper katalyserar reaktioner såsom splicing eller bildningar av peptidbindningar. - Nukleotider ingår ofta i coenzymer genom att nukleotiden är länkad till någon annan del som fungerar som bärare av elektroner, atomer eller atomgrupper. -Nukleotider kan fungera som signalsubstanser eller regulatorer. Exempel på detta är camp (signalsubstans) och ATP (reglerar aktiviteten på många enzymer). 14. Peptidbindningen (dvs bindningen mellan NH och C=O i proteiners backbone) har en karaktär av en partiell dubbelbindning, det vill säga att den är en plan bindning som är stel och inte vridbar. Det är därmed en stark bindning men den kan ändå lätt klyvas genom hydrolys. En viktig egenskap hos NH och C=O grupperna i peptidbindningen är att de kan vätebinda.

6 15. Hydrofoba aminosyror hamnar i de centrala delarna i ett lösligt protein och hydrofila aminosyror blir ytexponerade, Förutom denna hydrofoba effekt så är vätebindningar viktiga för att hålla ihop tertiärstrukturen. Andra viktiga faktorer är saltbryggor och kovalenta disulfidbryggor. 16. De röda blodkropparna saknar mitokondrier och har därmed ingen citronsyracykel. Därför måste glukos brytas ner anaerobt till laktat. 17. Glukos-6-fosfat kan omvandlas till glukos som kan utsöndras i blodet för att levercellen ska kunna återställa blodsockernivån vid svält eller ansträngning. När blodsockernivån är för hög kan överskott av glukos-6-fosfat istället omvandlas till glykogen (via glukos-1-p och UDP-glukos). Glukosen kan också omvandlas genom glykolysen för energiproduktion eller fettsyntes. Glukosen kan också reagera via pentosfosfatshunten för att generera NADPH (för fett- och kolesterolsyntes) och ribos.(för nukleotidsyntes). Levercellen är speciell eftersom den till skillnad från de flesta andra celltyper har glukos-6-fosfatas och därigenom kan göra glukos från glukos-6-fosfat. 18. Exempel på coenzymer kan vara NAD + /NADH som behövs som elektronbärare vid redoxreaktioner, NADPH/NADP + (bärare av elektroner i biosyntes), FAD (bärare av elektroner) och coenzym A (bärare av acylgrupper). Ytterligare exempel på coenzymer som kan nämnas är pyridoxalfosfat (transamineringar överflyttning av aminogrupp från aminosyra till alfa-ketosyra) och ATP (bärare av energi). 19. Medellånga fettsyror (de vanligaste) som ska brytas ner binds först till CoA och sedan till karnitin. De karnitinbundna fettsyrorna kan transporteras in i mitokondrien och när de väl kommer in kommer de att brytas ner i β-oxidationen och i närvaro av syre kommer den acetyl-coa som så bildats att brytas ner i citronsyracykeln. Hela proceesen är reglerad genom att malonyl-coa hämmar enzymet (CPT-1) som fäster karnitin till acyl-coa. På så sätt ser cellen till att fettsyrannedbrytningen endast sker när det inte pågår en samtidig fettsyrasyntes. Nedbrytningen stimuleras indirekt genom hormonerna glukagon, adrenalin (genom att malonyl-coa-syntesen hämmas) och insulin (motsatt effekt till de andra två hormonerna). 20. Ett trna har en klöverliknande struktur som innehåller en aminosyrabindande del, en DHU-loop en TψC_loop och en antikodon loop (som basparar med ett kodon på det mrna som ska translateras). Aminoacyl-tRNA-transferaser (aa-trna-transferaser) sätter på rätt aminosyra som kodas av antikodonet. Detta kontrolleras genom att aktivt site på aa-trna transferaseren är anpassat för att känna igen rätt aminosyra. I vissa fall finns även en proofreadings-mekanism där aa-trna-transferaset har ett extra site som hydrolyserar felaktiga amionoacyl-trna eller aminoacyl-amp. 21. RNA-primers behövs för att DNA-syntesen skall kunna påbörjas av DNA-polymeras. De skapas av ett speciellt RNA-polymeras, kallat primas. Primaset kan ta två ribonukleotider,

7 föra dem samman, låta dem baspara med den enkeltrådiga DNA-strängen, samt förlänga syntesen så att en RNA-primer byggs upp. 3 -hydroxylgruppen hos primern används sedan av DNA-polymeraset för att koppla nya deoxyribonukleotider till kedjan. RNA-primers klyvs bort av ett flap-endonukleas (FEN-1) efter hand som Pol delta frigör RNA-primern framför sig. När all RNA-primer tagits bort kan ligaset försegla DNA-strängen. 22. Mekanismen kallas för Base Excision Repair (BER). Ett uracil-dna-glykosylas känner igen uracil och klyver bort basen. Sedan klyver ett endonukleas på bägge sidor om deoxyribosen som saknar en bas. Därefter kommer DNA-polymeras Beta och bygger in en ny deoxyribonukleotid (dctp), varefter ett ligas förseglar DNA-strängen. 23. Det huvudsakliga energisubstratet för en muskel är a: fria fettsyror från blodet och betaoxidation i vila före måltid, b: glukos från blodet och aerob glykolys i vila efter måltid, c: glukos från upplagrat glykogen och anaerob glykolys vid sprinterlöpning, d: samma som a i vila efter svält (ketonkroppar från blod och ketonkroppsnedbrytning ger delvis rätt) 24. Glukosupptaget stiger i både muskelcellerna och levercellerna. I levercellen finns GLUT2 vars antal på cellytan inte påverkas av insulin. Denna transportör har ett högt K m för en höjning av blodnivån av glukos resulterar i ett effektivare upptag. Detta förstärks av att det enzym som fosforylerar ( fångar ) glukos, d v s glukokinas, även det har ett högt K m. Muskelcellen har GLUT4 vilket till stor del finns i intracellulära depåer varifrån de rekryteras som svar på en signalkedja utlöst av insulinhöjningen som fås som svar på det höga blodsockret.