Tenta 2 Cellbiologi ht 2015

Transkript

1 Tenta 2 Cellbiologi ht På bilden visas en principiell struktur hos en av cellens makromolekyler. A. Vilken makromolekyl är detta? B. Makromolekylen kan ha två olika grundstrukturerer. Vilken av dessa två visas på bilden? C. Vad heter den andra grundstrukturen? D. Vilken slags bindning håller ihop enheterna (de streckade linjerna i bilden)? Svar: A. Protein (0.5p). B. Betasheet (0.5p). C. Alfa-helix (0.5p). D. Vätebindningar (0.5p) 2. Nedan ser du syremättnadskurvor för hemoglobin och myoglobin, syretransporterande proteiner i röda blodkroppar resp. muskel. Myoglobin är en monomer medan hemoglobin är en tetramer. Vilken kurva representerar myoglobin respektive hemoglobin? Motivera. Svar: Hemoglobin som är en tetramer har alltså fyra subenheter och här kan inbindning av syrgas i en subenhet påverka strukturen hos de andra tre subenheterna så att de får högre affinitet för syre (1p), vilket kallas för kooperativitet (allosteri, kooperativ bindning, eller motsvarande term) (0.5p). Detta avspeglas som en sigmoidal form på kurvan. Hemoglobin är alltså den högra kurvan med öppna cirklar (0.5p). Myoglobin, som består

2 av en subenhet, s.k. monomer, kan inte erhålla sådan kooperativitet, ingen sigmoidal kurva. Rätt svar utan motivering ger alltså 0.5 poäng. 3. Närvaro av enhancerregioner ökar gentranskriptionen och dessa är ofta lokaliserade tusentals baspar från genens promotor. Man har upptäckt att enhancers som ligger nedströms om promotorn fortfarande kan fungera effektivt om de flyttats uppströms promotorn. Förklara varför enhancern kan fungera trots denna manipulation! Svar: Enhancers fungerar som bindningställen för proteiner (aktivatorer/repressorer). Aktivatorerna kommer i kontakt med promotorbindande proteiner (mediatorer) genom att DNA strängen böjs. Var enhancern befinner sig relativt promotorn (5 eller 3 ) är därför inte avgörande för funktionen. En beskrivning som klargör DNA-bending (1p) och kontakt mellan DNA-bindande proteiner (1p) i promotor / enhancer krävs för att få full poäng. 4. Histongenerna uttrycks (transkriberas) huvudsakligen under en av cellcykelns fyra faser. A: Givet vad du vet om histonproteinernas funktion, under vilken cellcykelfas är det mest sannolikt att histongenerna uttrycks? Ange vilken fas och förklara varför. B: Histonproteiner spelar själva en viktig roll i genexpressionen. Beskriv en mekanism som via histoner leder fram till ökad transkription. Svar: A: S-fasen (0,5p). För att det nybildade DNA då skall organiseras till kromatin och för detta behövs nya histoner (0,5p). B: Acetylering (0,5 p) av histonproteiner ger förändrad laddning vilket gör kromatin och DNA mer tillgängligt för transkriptionsfaktorer (0,5p). (Även annan histonmodifiering (fosforylering, metylering, ubiqitinering) med förklaring av mekanism ger poäng.) 5. Överkonsumtion av kolhydrater leder till ökad triglyceridinlagring i fettväven. Förklara processerna som leder till detta genom att ange nyckelmetaboliter samt var i cellen processerna sker. Svar: Bildandet av fettsyra: Glukos metaboliseras via glykolysen (cytosol) och citronsyracykel (mitokondrie) vilket genererar citrat (mitokondrien). Citrat transporteras ut till cytosolen, acetylcoa bildas som är utgångspunkt för fettsyrasyntes (cytosol). TG bildas via esterifiering av tre fettsyror och en glycerolfosfatmolekyl (1,5p). Bildandet av glycerol-p: Glukos metaboliseras i glykolysen, det bildas 3-kolfragment som blir utgångspunkt för bildning av glycerolfosfat. TG bildas via esterifiering av glycerolfosfat med tre fettsyror (0,5p) 6. Glukos-6-fosfat kan, förutom att metaboliseras vidare i glykolysen, även omvandlas via två andra viktiga syntesvägar. a) vilka? b) ange tre produkter från de två angivna syntesvägarna och ange vad respektive slutprodukt användes till.

3 Svar: Pentosfosfatvägen/shunten och glykogenesen (0,5 p). Pentosfosfatvägen genererar ribos-5-fosfat som användes vid syntes av nukleinsyror (0,5) samt NADPH som användes vid fettsyrasyntes (0,5) Glykogenesen leder till glykogenbildning och är lagringsformen för glukos (0,5). 7. Endoplasmatiska retiklet (ER) har stor betydelse för veckning och kvalitetskontroll av sekretoriska proteiner. Beskriv kortfattat hur ER identifierar och hanterar felveckade proteiner. Svar: Chaperoner (som t. Ex. BiP) (0,5p) binder till exponerade hydrofoba regioner (0,5p) och förhindrar proteinaggregering. Glykosylering markerar felveckade och icke fullständigt veckade proteiner med hjälp av lektinchaperoner (som calnexin och calreticulin) (0,5p). Felveckade proteiner transporteras ut till cytosolen och degraderas i proteasomen (0,5p). 8. Notch är en membranreceptor som klyvs proteolytiskt efter ligandinbindning. Den C- terminala delen av receptorn återfinns därefter i cellkärnan där den reglerar gentranskription. Ge förslag på en molekylär mekanism som styr intransport av den C- terminala delen av Notch-receptorn i cellkärnan. Svar: Den C-terminala delen som frigörs har NLS (nuclear localization signal) (1p) som för proteinet till en receptor (nuclear import receptor; som är associerad med kärnporen och) som förmedlar kärntransport (1p). Alternativt: C-terminala delen kan bilda komplex med ett annat protein som har NLS (1p). Detta kan leda till att proteinkomplexet transporteras in i cellkärnan (via kärnporen) med hjälp av NLS-receptorn (1p). För full poäng krävs att svaret nämner NLS, tillsammans med en beskrivning där det framgår att en receptor som binder denna signalsekvens, behövs för att transportera in Notch via kärnporen 9. Uppgift: Cancerceller har oftast en förhöjd aktivitet av Ras, ett protein som stimulerar celldelning. Stimulering av vissa membranreceptorer leder till aktivering av Ras. Vilken typ av membranreceptor gäller detta? (0.5p) Beskriv vilka molekylära förändringar som sker på Ras då den aktiveras och hur förmedlas signalen från Ras till cellkärnan? (1.5p)

4 Svar: Receptortyrosinkinaser (0.5p). Under den inaktiva fasen binder Ras GDP och när GDP byts ut mot GTP (Ras-GEF proteinet Sos) aktiveras Ras (0.5 p). Ras stimulerar en MAP kinas kaskad (0.5p), vilket leder till fosforylering av målproteiner såsom transkriptionsfaktorer (0.5 p) G-proteinkopplade receptorer aktiverar trimera G-proteiner (består av tre subenheter) genom att minska deras bindningsstyrka för GDP. A) Vilken subenhet i trimera G-proteiner binder GDP/GTP? B) Vad är den molekylära mekanismen som leder till att GDP snabbt ersätts av GTP efter aktiveringen? C) Hur tror du att G-proteinaktiviteten skulle påverkas av en mutation som minskade dess affinitet för GDP, utan att påverka dess affinitet för GTP? Motivera ditt svar! Svar: A) GDP/GTP binder till a-subenheten (0.5p). B) GTP finns i mycket högre koncentration än GDP i cellen och ersätter därför GDP som binds svagare efter aktiveringen (0.5p). C) G-proteinet skulle förmodligen aktiveras hela tiden. Så snart som GTP hydrolyserats till GDP skulle det lossna, samt GTP binda in och reaktivera a-subenheten. (Till rättaren: I normalfallet binder a-subenheten starkt till GDP och behåller G-proteinet i inaktiv form tills interaktion med en G-protein kopplad receptor leder till att GDP frigörs.) (1p) p53 är en viktig tumörsuppressorgen. Hos möss som saknar p53 uppkommer tidigt en rad av olika cancerformer. p53 har olika effekter på cellen, vilka kan motverka cellens omvandling till en cancercell. Ange de 2 viktigaste effekterna och beskriv och förklara molekylära signalvägar som ger de 2 olika effekterna. Rita gärna. Svar: A: Cellcykelarrest: p53 ger expression av p21 som binder och hämmar CDK (4/6). prb kommer då att förbli icke eller ofosforylerat (eg. underfosforylerat eftersom vissa fosforyleringar består) och därmed kunna hämma E2F. Eftersom E2F behövs för att gå in i S-fas stannar cellcykeln (i G1) (1p). (p21-medierad hämning av CDK2 och därmed stopp i S-fas-entry eller i S-fas; eller: p21-medierad hämning av CDK1 och därmed stopp i M-fas-entry, är också godkända svar). B: Apoptos: p53 ger expression av apoptotiska proteiner (t.ex. Bax, PUMA) som ger frisättning av cytokrom C från mitokondrien. Cytokrom C-frisättning till cytosolen aktiverar kaspaser som inducerar apoptos. (1p) också godkänt:

5 C: Omställning av metabolismen. p53 inducerar transkription av proteiner som ökar oxidativ fosforylering och minskar glykolys (t.ex. SCO2 och TIGAR). Detta motverkar Warburgeffekten och därmed cellernas tillväxt. (1p) 11. Centrosomen är den struktur i cellen varifrån de flesta mikrotubuli utgår. Centrosomen kan dupliceras i cellen, vilket är en noggrant reglerad process. a) När under cellcykeln dupliceras centrosomen? (0.5p) b) Förklara varför det är viktigt att antalet centrosomer noga regleras i cellen (1p) c) Nämn en sjukdomsgrupp där centrosom-regleringen ofta är störd. (0.5p) Svar: a) Under S-fas (G1, G2 eller interfas också godkänt). b) Om antal centrosomer är fel kan en korrekt mitotisk spole inte bildas, och då kan korrekt fördelning av systerkromatiderna inte genomföras under mitos, vilket leder till felaktigt antal kromosomer i dottercellerna. (Cellcykelarrest i checkpointen innan M-fas också godkänt). c) Cancer (även andra ovanliga sjukdomar kan vara rätt). 12. Cancerceller förlorar oftast sin cellpolaritet genom att tight junctions (TJ) försvinner. Vilka celler uttrycker TJ och var i cellen återfinns dessa? Nämn ett protein i TJ! Varför försvinner cellpolaritet när TJ saknas? Rita gärna! Svar: TJ förekommer i epitelceller (0.5p) i plasmamembran (mellan den apikal och basolateral sidan) (0.5p) och består av membranproteiner såsom claudin och occludin (0.5p). Cellpolaritet förstörs genom att membranproteiner flyttar fritt mellan cellens poler och blandas med varandra (0.5p). 13. Förklara vad som driver en cell till att röra sig i en viss riktning! Svar: Gradienter av kemotaktiska ämnen (kemokiner; även bakterieproteiner för granulocyter) (0.5p) leder till en polariserad aktivering av cellytereceptorer, t.ex. integriner (focal contacts) (0.5p). Aktin-cytoskelettet omorganiseras på ett polariserat sätt (stress fiber, lamellipodia och filopodia) (0.5p). Interaktion av aktin med myosin förmedlar rörelse (0.5p). Riktad organisation av extracellulärmatrix (t.ex. basalmembran) räknas också som rätt svar.

6 14. T-celler spelar en viktig roll i det adaptiva immunsvaret mot intracellulära bakterier som koloniserar fagosomer i makrofagerna; t ex mykobakterier. En central mekanism i försvaret mot dessa bakterier är makrofagaktivering. a) Vilken typ av effektor T-celler inducerar makrofagaktiveringen? (0,5p). b) Effektor T cellerna identifierar specifikt infekterade makrofager och aktiverar dessa eftersom de presenterar bakterieantigen. Via vilken klass av MHC molekyler sker antigenpresentationen? Motivera ditt svar! (1p). c) Förklara i korthet vad aktivering innebär för makrofagens förvarsfunktion. (0.5p). Svar: a) Th1-celler (cytotoxiska T celler godkänns även som svar, eftersom dessa kan producera IFNγ och delta i denna typ av immunsvar) (0.5p); b) Presentationen sker framförallt via MHC-II eftersom bakterieantigenen befinner sig i fagosomer. Dessa antigen representerar således externa antigen (antigen som tagits upp från cellens omgivning). Peptider från externa antigen presenteras företrädesvis av MHC-II (1p) [Om man svarat cytotoxisk T cell i a) måste beskrivningen gälla MHC-I. Måste också nämna att bakterien invaderat cytosolen] c) Makrofagens förmåga att döda bakterierna ökar. Detta sker genom ökad produktion av antibakteriella ämnen (NO, syreradikaler och antimikrobiella peptider) som utsöndras i fagosomerna (0.5p). 15. Vilande B-celler uttrycker immunoglobulinmolekyler på cellmembranet och producerar sekretoriska immunoglobuliner (antikroppar) då de differentierat till plasmaceller. Då B- cellen byter uttrycksmönster från membranbunden till sekretorisk form förblir immunoglobulinernas specificitet för antigenet oförändrad. Beskriv mekanismen som ser till att specificiteten bibehålls när membranbundna immunglobuliner övergår till sekretorisk form! Rita gärna! Svar: Membranbunden och sekretorisk form av immunoglobulinproteinets tunga kedja bildas från samma rearrangerade (V-D-J) gen och därför kommer samma variabla region att translateras i de två fallen (0.5p). Den lätta antikroppskedjan förändras inte och därför förblir antigenspecificiteten den samma (0.5p). Vilken av de två olika proteinformerna som bildas avgörs av differentiell klyvning/terminering, splicing och polyadenylering av samma primära RNA-molekyl. Detta leder till att mrna:t kommer att innehålla exoner som kodar för antingen membranbunden eller sekretorisk form av proteinet (1p).