Lärandemål för kursen Människokroppens kemi (7,5 hp) (Tandläkarprogrammet Termin 1)

Transkript

1 Lärandemål för kursen Människokroppens kemi (7,5 hp) (Tandläkarprogrammet Termin 1) (Version ) Kursens mål och innehåll Kursens syfte är att ge de baskunskaper i fysikalisk kemi, medicinsk biokemi samt oral biokemi som är nödvändiga för de fortsatta studierna i cellbiologi, fysiologi, farmakologi, cariologi och parodontologi. Denna kemiska allmänbildning bidrar till förståelse av organismens allmänna uppbyggnad och funktioner på molekylär och cellulär nivå. I den orala biokemin behandlas kemi av särskilt intresse för processerna i munhålan. Kursens innehåll samlas under de övergripande rubrikerna Fysikalisk kemi, Medicinsk biokemi och Oral biokemi. Observera dock att innehållet föreläses på ett integrerat sätt, de olika avsnitten kommer således ej exakt i denna ordning. Vidare tenteras hela kursen vid ett tillfälle. Fysikalisk kemi: Definitioner och allmänna begrepp. Atomers och molekylers byggnad. De olika typerna av kemisk bindning. Syra-bas-jämvikter och buffertsystem. Lösningars kolligativa egenskaper (främst osmos och osmotiskt tryck). Medicinsk biokemi: Stereokemi. Kemisk uppbyggnad och funktion för kolhydrater, lipider, proteiner och nukleinsyror. Enzymologi. Digestion och absorption av olika ämnesgrupper i magtarmkanalen. Metabolism av kolhydrater, lipider, aminosyror och nukleotider. Transport av syrgas och koldioxid i blod. Hormoner. Plasmaproteiner. Hemostas. Oral biokemi: Omfattar biokemi som är specifik för munhålan, speciellt för tändernas hårdvävnad och saliven. Salivens oorganiska och organiska kemi med tyngdpunkt på förmågan att skydda munhålan (oorganiska joner, glykoproteiner, ph-buffring). Plackets biokemi. De hårda tandvävnadernas kemi med tyngdpunkt på biologiska kalciumfosfater. Kommentar: De specifika kunskapsmålen som finns angivna nedan är indelade i fakta som skall kunnas och andra kunskaper som skall kännas till. Med kunna avses en detaljerad/exakt kunskap, och med känna till en ytligare form av kunskap som snarare avser principer än detaljer. OBS - känna till skall ej tolkas som att det är mindre viktigt utan det handlar om detaljnivån. 1

2 Fysikalisk kemi Kemisk bindning Atomers och molekylers byggnad. Begreppet polaritet, vad menas med en dipol. Beskriva och förstå olika typer av kemisk bindning (kovalent bindning och icke kovalent bindning: jonbindning, vätebindning, van der Waals bindning och hydrofoba interaktioner). Beskriva begreppet solvatisering och förstå dess biologiska betydelse (ex jonkanaler, bindningsstyrka). Förstå hur atomers sammansättning ger upphov till deras olika elektronegativitet. Elektronskal, hybridiseringstyper, ädelgasstruktur, valenselektron. Vattenlösningar Vattenmolekylens egenskaper, polaritet, vätebindning, vatten som lösningsmedel. Hur polaritet och tendens till vätebindningar avgör vad som kan lösa sig i vatten. Hur salter löser sig i vatten, hydratiseringsskal. Olika koncentrationsangivelser ((os)molaritet, (os)molalitet, ekvivalens/l, %w/v). Begreppet löslighetsprodukt. Kroppsvattnets fördelning på olika vätskerum. Huvuddragen av innehållet av lösta ämnen i de olika vätskerummen, viktiga skillnader. Syra-Bas Kemisk jämvikt, protolys som exempel på kemisk jämvikt, massverkans lag. ph-begreppet. Definition av syra och bas, vatten som syra/bas, amfolyter, vattnets jonprodukt. Skillnaden mellan svaga och starka syror respektive baser. Vad pk a och pk b beskriver. Hur en titrerkurva uppkommer och vad den beskriver (t ex för aminosyror). Hur en buffert verkar, vad buffertjämvikten beskriver, räkna på buffertar. Vilka buffertar som finns i kroppens olika vätskerum, deras egenskaper. De vanligaste syrorna och baserna, de vanligaste buffertarna. Betydelsen av begreppet partialtryck, dels för en gas i gasblandning, dels för en gas löst i vätska. Osmos och osmotiskt tryck, tonicitet Passiv transport, diffusion. Betydelsen av passiv transport för ämnen som syrgas, koldioxid, kolsyra, urea. Innebörden av begreppet osmos, varför osmos uppstår. Betydelse för transport av vatten över ett semipermeabelt membran. Allmänna gaslagen. Uppkomst av osmotiskt tryck. Beräkna osmotiskt tryck. Kolloidosmotiskt tryck, Donnan-jämvikten, tonicitetsbegreppet (hyperton/isoton/hypoton lösning). Principer för aktiv transport över cellmembran. Hur skillnader i kroppsvätskornas sammansättning uppkommer som resultat av de olika transportprocesserna (diffusion, osmos, aktiv transport). Övriga kolligativa egenskaper (ångtryck, kokpunkt och fryspunkt). Sambandet mellan fryspunktsnedsättning och osmolalitet. Ideal lösning, konsekvenser av avvikelse från idealitet. 2

3 Medicinsk biokemi Kolhydrater Beskriva kolhydraters principiella uppbyggnad och funktioner. Beskriva strukturen för monosackariderna glukos, ribos, deoxiribos och fruktos m.h.a. Fischer (F) - och Haworthprojektion (H). Strukturmässigt beskriva följande övriga kolhydraters struktur: glyceraldehyd (F), dihydroxyaceton (F), galaktos (H), maltos (H), laktos (H) och sukros (H). Beskriva vilket asymmetriskt kol som avgör om ett socker är L eller D, respektive α eller β. Förstå begreppen epimer och anomer. Definiera vad som menas med en glykosidbindning samt kunna beskriva hur en sådan kan klyvas (hydrolys och fosforolys). Förstå skillnaden mellan α- och β-glykosidbindningar och den biologiska relevansen av denna skillnad. Beskriva strukturen för polysackariderna (homoglykaner) stärkelse, cellulosa och glykogen. Heteroglykanerna heparin och hyaluronsyras principiella uppbyggnad (ej formler) och funktion. Proteoglykanernas och glykoproteinernas principiella uppbyggnad (ej formler) och funktion. Mekanismen för den enkla typreaktionen mellan en alkohol och aldehyd som illustration till vad som händer vid ringslutning av monosackarider. Lipider Definiera vad som menas med en lipid samt kunna beskriva de olika lipidklassernas generella strukturer (fettsyror, triglycerider=triacylglyceroler, fosfolipider och steroider), fysikaliska egenskaper och funktioner. Beskriva formelmässigt följande lipiders struktur resp. principiella uppbyggnad: fettsyror (palmitinsyra, stearinsyra, linolsyra, linolensyra och arakidonsyra) resp. mono-, di-, triacylglyceroler; fosfolipider (fosfatidyletanolamin, fosfatidylkolin, fosfatidylserin) och kolesterol. Kunna beskriva membraners principiella uppbyggnad och sammanhållande krafter. Förstå fosfolipidernas betydelse i biologiska membraner. Beskriva den s.k. fluid mosaic -modellen av membraners stuktur. Membranproteiners olika funktioner och principiella uppbyggnad. Vad som menas med ett amfifilt ämne och vad en detergent är. Stereospecifik numrering (sn-) och vad som menas med ω-fettsyror. Principiell uppbyggnad, förekomst och funktion för kolesterolderivat (gallsyror/gallsalter) och följande fosfolipider: fosfatidylinositol, cardiolipin och sfingosin. Glykolipiders (bl.a. ceramid) principiella uppbyggnad och funktion. Begreppet förtvålning och vad som sker vid hydrolys och bildning av estrar. Fria radikalers påverkan på cellmembranet. Begreppen mättade och omättade fettsyror och vad som menas med essentiella fettsyror. Proteiner Beskriva den generella strukturen och funktionen för aminosyror. Namnge och klassificera de 20 olika aminosyror som initialt byggs in i våra proteiner. Förutsäga de olika aminosyrornas egenskaper utifrån sidokedjans struktur. Ange vilka aminosyror som är grenade. Beskriva peptidbindningens egenskaper och struktur. Beskriva proteiners strukturer på olika nivåer (primär, sekundär, tertiär, kvartär) och vilka typer av kemiska bindningar som verkar stabiliserande på de olika nivåerna. Specifikt beskriva strukturtyperna α-helix, kollagen-helix, "ß-pleated sheet", "reverse turn", loopar och bindningstyper involverade i dessa strukturer. Definiera begreppen motiv (supersekundär struktur), domän (modul) och subenhet. Definiera begreppet denaturering och förstå mekanismerna bakom olika denatureringssätt. 3

4 Olika typer av posttranslationella modifieringar (ex. klyvningar, hydroxyleringar, γ- karboxyleringar, N- och O- glykosylering, fosforylering och defosforylering, disulfidbryggor, sulfateringar, fettmodifieringar (ex farnesyl o prenyl) och betydelse för olika peptiders/proteiners funktion. Proteinindelningsbegreppen fibrösa (t.ex. kollagen) och globulära proteiner (t.ex. hemoglobin) samt konjugerade proteiner (ex glykoproteiner, hemproteiner och metalloproteiner). En- och trebokstavsbeteckning-systemen för aminosyror. Enzymers funktion Redogöra för hur en reaktion påverkas av sitt enzym (jämvikt, aktiveringsenergi, reaktionshastighet), den aktiva ytans funktion, läge/lokalisation och begreppet specificitet. Förklara i termodynamiska termer hur ett enzym verkar och i detta sammanhang innebörden av Gibbs fria energi (ΔG), vad ΔG säger om en reaktions benägenhet att ske spontant. Beskriva hur enzymaktiviteten påverkas av ph, temperatur och inhibitorer (irreversibla, reversibla: kompetitiva, nonkompetitiva). Michaelis-Mentens ekvation (grafiskt utseende) samt redogöra för den metabola betydelsen av storheterna V max och K m för ett givet enzym. Definiera och förstå den funktionella betydelsen av begreppen kovalent modifiering (reversibel och irreversibel) och alloster enzymreglering (ex fosfofruktokinas) samt andra sätt att reglera enzymaktivitet (t ex geninduktion och nedbrytning). Definiera begreppen isoenzym och zymogen (proenzym). Redogöra för sambanden mellan enzym-coenzym (holo-, apo- och coenzym) och vitamincoenzym-cofaktor. Beskriva vilken betydelse cofaktorer (metalljoner, coenzymer, proteiner) har för enzymers funktion och struktur. De två huvudkategorierna av coenzymer (gruppöverförande respektive väteöverförande). Förstå parametrar som är av betydelse för ett ämnes reaktionsbenägenhet (induktiva effekter, steriska effekter, resonanseffekter). Beskriva fosfatgruppens uppbyggnad och förstå hur dess bindning till vissa föreningar kan fungera som "energibärare". Förstå och definiera vad som menas med oxidation och reduktion i biologiska system. Beskriva de strukturella likheterna mellan "energibäraren" ATP, AMP (byggsten i DNA) och coenzymet NAD +. Begreppen nukleofil respektive elektrofil. Mekanismerna för enkla typreaktioner som tjänar som grund för förståelsen av biologiskt förekommande reaktioner: reaktioner med vatten, oxidation och reduktion i systemet alkohol - aldehyd - karboxylsyra (fysiologiskt: enzymerna alkoholdehydrogenas och aldehyddehydrogenas). Digestion, sekretion och absorption Beskriva digestion av kolhydrater, lipider och proteiner i matsmältnings-kanalen och i detta sammanhang ange salivens betydelse för kolhydratnedbrytning samt magsaftens betydelse för proteinnedbrytning. Beskriva de olika digestionsenzymernas lokalisation (var de bildas, resp. är aktiva) och funktion. Proproteasernas (zymogeners) aktivering. Betydelse av enteropeptidaser. Colipasets roll vid fettdigestionen. Redogöra för gallsalternas betydelse vid digestion och transport av fett, enterohepatiska kretsloppet. Mekanismer för absorption av kolhydrater, aminosyror/dipeptider och lipider i tarmmukosan. Pankreas med den exokrina sekretionens sammansättning, reglering och funktion. Betydelse av de endokrina hormonerna gastrin, sekretin och CCK för digestionen. 4

5 Klinik: Magsår (ulcus pepticum). Laktosintolerans (orsak och symtom). Orsaker till steatorré (pankreatit, gallsten). Hormoner involverade i intermediärmetabolismen Definiera begreppet hormon samt begreppen endokrin, parakrin och autokrin cellsignalering. Redogöra för de viktigaste hormonerna (insulin, glukagon, adrenalin, cortisol), principiell uppbyggnad och effekter. Beskriva olika typer av receptorproteiners (7-transmembran-receptorer, insulinreceptorn och steroidreceptorer) allmänna uppbyggnad och koppling intracellulärt (signaltransduktion: G-proteiner, camp-systemet och tyrosinkinas-pkb samt genaktivering via transkriptionsfaktorer). Andra intracellulära signalsystem såsom fosfatidylinositol och Ca 2+ /calmodulin. Glykolysen Beskriva glykolysens reaktionssekvens. För de olika reaktionerna ange substrat, produkt, enzym och ev. coenzym. Ange vilka reaktioner som är ATP-förbrukande, ATP-producerande = substratfosforyleringar. Energiutbytet i glykolysen. ATP-bildning under aeroba resp. anaeroba förhållanden. Definiera vad som menas med högenergiföreningar, vilka som bildas i glykolysen, och förklara vad som karakteriserar dem. Förstå laktatdehydrogenasets betydelse för den anaeroba glykolysen. Beskriva glykolysens reglering. Redogöra för bildningen och betydelsen av 2,3-BPG i röda blodkroppar. Glykogenomsättningen Redogöra för enzymer som deltar i glykogenesen och deras funktioner. Beskriva aktiveringen av glukos. Redogöra för enzymer som är nödvändiga för glykogenolysen och hur processen tillgår. Glykogenomsättningens reglering via hormoner och allostera effektorsubstanser. I vilka organ glykogenet lagras och vilken metabol roll de olika glykogendepåerna spelar. Hur glykogendepåernas omsättning påverkas under vila, svält och fysiskt arbete. Glukoneogenesen Leverns, resp. njurarnas betydelse för denna process. De viktigaste prekursorerna. De steg som skiljer denna reaktionssekvens från en omvänd glykolys. Energikonsumtion vid bildning av glukos från laktat. Glukoneogenesens reglering. Coris cykel. Citronsyracykeln Beskriva oxidativ dekarboxylering samt karboxylering av pyruvat (enzymer, coenzymer, reglering). Hur de olika stegen går till (formler som hjälp). Redogöra för citronsyracykelns reaktionssteg, speciellt redox-reaktioner, substratfosforylering, dekarboxyleringssteg. Energiutbytet i citronsyracykeln. Reglering av citronsyracykelns aktivitet. Kopplingar mellan citronsyracykeln och glykolysen. 5

6 Betydelsen av tiaminbrist för citronsyracykelns aktivitet. Den kliniska kopplingen till Wernicke- Korsakoff syndrom. Mitokondrien Beskriva mitokondriens uppbyggnad. Det inre mitokondriemembranets struktur och speciella egenskaper. Principerna för transport av specifika substrat över det inre mitokondriemembranet. Elektrontransport Beskriva elektrontransportkedjans uppbyggnad. Typer av föreningar som bildar redoxpar. Principen för redox-parens inbördes ordning. Förstå skillnaden i energiproduktion vid återoxidation av NADH resp. FADH 2. Redogöra för den oxidativa fosforyleringen. Funktion och förekomst av "Uncoupling protein". Lipogenesen och syntes av triacylglycerol Redogöra för syntesen av triacylglyceroler i lever, fettväv och tarmmukosa. Vilken betydelse lipogenes har hos människa. Enzymsystem som behövs för nysyntes av fettsyror. Coenzymberoende. Fettsyrasyntesens reglering, dess subcellulära lokalisation, och vilken fettsyra som bildas primärt. HMP-shunten Ange HMP-shuntens biologiska funktioner. Fosfolipidbildning Likheter och skillnader mellan fosfolipidsyntes och triacylglycerolsyntes. Kolesterolomsättning och lipoproteiner Strukturen för kolesterol. Kolesterolbiosyntesen till mevalonsyra. Huvudreglerande steg i kolesterolbiosyntesen (substrat, produkt och enzym) och dessas reglering. Den endogena kolesterolbiosyntesens koppling till dietärt kolesterolintag. De viktigaste lipoproteinerna (chylomikroner, VLDL, HDL, LDL) och hur de skiljer sig åt med avseende på principiell lipidsammansättning samt vilken funktion de har i kroppen. Varför fettet i chylomikroner och VLDL framförallt tas upp av extrahepatiska vävnader (främst fettväv). Lipoproteinlipasets funktion och reglering i fettväv resp. muskel. Lipolys och ß-oxidation Redogöra för reglering av hormonkänsligt lipas. Transport av fria fettsyror i plasma. Upptag av fettsyror i olika organ. Metabolism av glycerol. Aktivering av fettsyror. Redogöra för karnitinskytteln och dess reglering. Fettsyrornas ß-oxidation. Energiproduktion vid oxidation av mättade fettsyror. 6

7 Tillstånd med ökad lipolys och orsaker till detta. Ketonkroppsbildning Förstå den intermediärmetabola orsaken till ketonkroppsbildning. Känna till tillstånd med ökad ketonkroppsbildning. Beskriva (ej formler) namn samt biosyntes av ketonkropparna och dess lokalisation. Ange två förutsättningar för att en cell (eller ett organ) skall kunna nyttja ketonkroppar som alternativt bränsle (alternativt till glukos). Ketonkropparnas påverkan på kroppens syra-basbalans. Begreppet ketoacidos. Aminosyrametabolism Mekanismerna för transaminering. Deltagande α-ketosyror och enzymer. ALAT och ASAT. Glutamatdehydrogenasets roll vid den oxidativa deamineringen. Ureacykelns funktion, lokalisation, uppbyggnad samt reglering. Funktion och nedbrytning av kreatinfosfat. Begreppet katekolamin och omvandling av fenylalanin till adrenalin. Bildning av serotonin. Enzymdefekt vid fenylketonuri. Nukleotider och nukleinsyror, nukleotidmetabolism Basernas strukturer. Uppbyggnad av nukleotider och nukleosider. Principiell uppbyggnad för ATP. ATP som energibärare. Hur RNA samt DNA är uppbyggt. Omvandlingen av nukleotider i varandra. De hastighetsreglerande stegen i purin- och pyrimidinmetabolismen vid de novo-syntes resp. återvinning av nukleotider. Xantinoxidasreaktionen.Verkningsmekanismen för allopurinol. Principerna för bildning av deoxyribonukleotider, enzymet ribonukleotidreduktas. Hur det antivirala medlet Acyclovir verkar. Replikation av DNA (dntp till DNA), betydelsen av basparning. Hormonell reglering av Ca 2+ -omsättningen Förekomsten av Ca 2+ i skelett, tänder, och i kroppsvätskorna. Parathormon och Vit D 3 funktioner vid kalcium och fosfatomsättningen i människokroppen. Plasmaproteiner Blodets fördelning i plasma och blodkroppar. Plasmans relativa sammansättning och vad som menas med serum. Viktiga exempel på plasmaproteiner, deras egenskaper och funktion (albumin, globuliner, glykoproteiner, lipoproteiner, metallbindande proteiner, antikropparnas struktur och funktion). Vad som menas med akutfasproteiner och deras kliniska användning. Viktiga exempel (CRP). Separation och analys med ex vis gelelektrofores, isoelektrisk fokusering. 7

8 Syrgas- och koldioxid-transport Hemoglobinets översiktliga struktur, egenskaper och tre funktioner (syrgastransportör, koldioxidtransportör, ph-buffert). Hemoglobinets syrebindningskurva (tetramer ger kooperativitet). Högerförskjutning av syrebindningskurvan, orsaker och betydelse (hur de tre funktionerna samverkar). Buffertarnas funktion vid gastransport, den funktionella kopplingen mellan syretransport till vävnaden samt koldioxidtransport från vävnaden. Övriga Hb-former (Met-Hb, HbF, Thalassemi, CO-förgiftning, Sickle-cell anemi). Blodkoagulation Hemostasens tre faser, dvs. vasospasm, trombocytaggregering och koagulation. Basala fakta om trombocyten och dess funktioner. Enkelt koagulationsschema med Faktor VII, XII, X, II (trombin) och I (fibrinogen). Betydelsen av kaskadsystem. Betydelsen av γ-karboxyglutaminsyra samt allmänt om vitamin K och vitamin K-brist. Hämning av koagulationsprocessen med heparin eller dikumarol/waran. Principen för fibrinolys. Vad som menas med "AP-behandling" = behandling med "blodförtunnande" medel och vad man som tandläkare måste vara observant på när sådana patienter behandlas. Oral biokemi Salivens biokemi Faktorer som påverkar salivens kemiska sammansättning. Salivens oorganiska joner: Vätejonen och ph. Natrium, klor, bikarbonat, fosfat, kalcium, magnesium, fluor. Salivens buffertkapacitet. Salivens innehåll av organiskt material: Urea, sialin, aminosyror, glukos, citrat och laktat. Mucin, α-amylas, lysozym, laktoferrin. Tiocyanat och salivperoxidas-systemet. Immunoglobuliner. Agglutininer. Histatiner. Kalciumfosfatutfällningshämmande salivproteiner (staterin, prolinrika proteiner (PRP)). Salivsekretionens fysiologi. Sialometri. Gingivalvätskan Gingivalvätskans oorganiska joner. Gingivalvätskans organiska ämnen. Pellikeln och plackets biokemi Pellikeln och plackets biokemi. Tandhårdvävnadernas biokemi De vanligaste tandmineralen (kalciumfluorid, brushit, oktakalciumfosfat, amorfa kalciumfosfat, hydroxylapatit, fluorapatit). Upplösning och utfällning av kalciumfosfat. Röntgendiffraktions-metoden. De vanligaste tandmineralens kristallstruktur. Tandvävnadernas organiska fas (emaljens organiska ämnen, dentinets organiska ämnen). 8