DFM1-tentamen

Transkript

1 DFM1-tentamen 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+7, samt 6) för att bli godkänd på tentamen. Frågor i anslutning till artikeln: Mutations in NEUROD1 are associated with the development of type 2 diabetes mellitus Nature genetics; 1999; 23: (11p) 1 (2p) Baserat på information i artikeln och på vad du lärt dig på DFM1-kursen, beskriv med hjälp av proteinkemiska begrepp och en enkel skiss hur proteinet NEUROD1 uppbyggt (organiserat med avseende på domäner). Ge dessutom ett motiverat förslag med utgångspunkt från information i artikeln på hur detta protein kan tänkas interagera med specifika strukturer (kemiska grupper) i DNA och varför specifikt en av mutationerna hämmar bindningen till DNA. Svar: Svaret skall innehålla ord och en skiss som beskriver att proteinet är uppbyggt av två -helixar, åtskilda av en loop, samt att det finns basiska aminosyror i den ena ändan [Nterminalen], som kan interagera med de negativa fosfatgrupperna i DNA-strukturen. Det binder som heterodimer till specifika DNA-sekvenser. Det är endast mutationen som leder till att den positiva aminosyraresten Arg till Leu som påverkar inbindningen. 2 (3p) I artikeln beskrivs fyra mutationer. Dessa mutationer är lokaliserade till kodon 45, 111, 197 och 206. De tre förstnämnda mutationer leder till aminosyrasubstitutioner i proteinstrukturen. Karaktärisera i en enkel tabell de sex aminosyraresterna i den normala proteinstrukturen respektive i de olika muterade strukturerna med avseende på sidokedjans natur (opolär polär; basisk, sur eller neutral) vid normalt fysiologiskt ph 7,4. Baserat på proteinets principiella uppbyggnad och dess interaktionsmöjligheter med andra molekyler ge en motiverad förklaring varför endast en av dessa mutationer leder till den rapporterade patologiska konsekvensen. Hjälp: trebokstavsbeteckning för de angivna aminosyrorna representerar de tre första bokstäverna i respektive aminosyras engelska namn.

2 Svar: 3 (1p) Efter processning av preproinsulin bildas i -cellerna både insulin och C-peptid. I studien mäter man hos vissa patienter koncentrationen av C-peptid i blod. Förklara kortfattat varför man gör detta hos vissa av patienterna. Svar: För att utreda om de patienter som behandlas med insulin har någon egenproduktion av preproinsulin mäter man C-peptid som ett indirekt mått på kvarvarande insulinproduktion. 4 (1p) Sekvensanalys av exon 2 i genen för transkriptionsfaktorn NEUROD1 visade fyra olika förändringar i DNA-sekvensen. Förklara varför det ej är sannolikt att förändringen från G till A i kodon 45 har betydelse för utveckling av typ 2 diabetes. Svar: Frekvensen av denna variant var ungefär densamma i diabetesgruppen som i kontrollgruppen.

3 5 (2p) Förklara varför G till T-substitutionen i kodon 111 kan bedömas ha stor betydelse för utvecklingen av typ 2-diabetes. Denna del av NEUROD1 är konserverad från bananfluga till människa. Ge en förklaring till varför denna mutation kan ge upphov till typ 2-diabetes medan ovan beskrivna variant i kodon 45 ej verkade vara sjukdomsframkallande. Svar: Fig. 2 visar att individer med den muterade allelen utvecklar typ2 diabetes i hög utsträckning. Mutationen i kodon 111 sitter i den DNA-bindande domänen i en transkriptionsfaktor, NEUROD1 som styr genaktiviteter som behövs för utvecklingen av bukspottkörtelns endokrina del vars -celler behövs för insulinproduktion. Den starka konserveringen av Arg 111 talar för att den är funktionellt viktig, då den sitter i den DNAbindande domänen av proteinet och dessutom är basisk talar det för att denna aminosyra behövs för en normalt fungerande DNA-bindning. Utan förmåga till fungerande specifik DNA bindning kan en transkriptionsfaktor ej fungera. 6 (2p) Förklara varför en förändrad läsram (frameshift) i kodon 206 gav upphov till en felaktig peptidsekvens och ett felaktigt stopp av translationsprocessen. Svar: Den genetiska koden för translation av aminosyror består av tripletter av nukleotider i DNA. Som framgår av Fig. 1c medför detta att alla aminosyror nedströms om den förändrade läsramen blir förändrade. Tre av de 64 kodonerna i den genetiska koden är stopkodoner och dessa finns diffust utspridda i olika läsramar i en DNA sekvens men förekommer ej i den öppna läsram som kodar för en proteinsekvens. En förändring av läsramen kommer dock att med hög sannolikhet göra att translationsprocessen relativt snart stöter på ett stopkodon Allmänna frågor (19p) 7 (3p) LDL tas upp av LDL-receptorer på cellytan och är ett exempel på receptormedierad endocytos. Beskriv hur den receptormedierade endocytosen av LDL går till. Svar: LDL-receptorer vid cellytan binder fritt extracellulärt LDL och ansamlas i klatrintäckta gropar ("coated pits"). När tillräcklig många LDL-receptorer med bunden LDL har ansamlats så invagineras den klatrintäckta gropen till en klatrintäckt vesikel. Klatrinet faller av snabbt och den nakna vesikeln går vidare mot en tidig endosom där LDL-receptorer och LDL skiljs åt. LDL-receptorer återgår till cellmembranet men LDL går vidare via sena endosomer till lysosomer där nedbrytning av LDL:s proteinkappa sker och kolesterol frisätts i cellen.

4 8 (2p) För att upprätthålla nivåerna av blodglukos under natten, då man vanligtvis inte tillför några näringsämnen till kroppen, ställs metabolismen om bland annat genom att nivåerna av hormonet glukagon ökar. Redogör för glukagons signaltransduktion från receptorproteinets uppbyggnad fram till och med aktivering av första intracellulära cytoplasmatiskt lokaliserade målenzymet. Svar: Signaltransduktion för glukagon: 7-TM-receptor, trimert G-protein där G binder GDP, utbyte av GDP mot GTP, dissociation av G GTP som binder till och aktiverar enzymet adenylatcyklas. Enzymet katalyserar omvandling av ATP till camp + PP i. camp binder till regulatoriska subenheter på det tetramera enzymet PKA (två regulatoriska subenheter och två katalytiska). Inbindningen av camp till de regulatoriska subenheterna leder till strukturpåverkan och dissociation av de katalytiska subenheterna som därmed aktiveras, och kan fosforylera olika målenzymer. 9 (2p) Enzymkinetik är centralt i hela metabolismen och beskriver hur effektivt ett substrat omvandlas till en produkt, en produkt som sedan är substrat i en nästkommande reaktion. Många av dessa enzymer liksom våra digestionsenzymer (till exempel amylas) följer Michaelis-Menten kinetik (mättnadskinetik). Förklara grafen (rita) som dessa enzymer ger upphov till. Vad betyder de ingående storheterna? Hur påverkas de olika parametrarna (V max och K m ) i reaktionen om enzymkoncentrationen fördubblas? Förklara! Svar: Michaelis-Menten ekvationen v = V max x [S] K m + [S] v momentan hastighet, uttrycks oftast i mol bildad produkt/tidsenhet V max maximala hastigheten som ett enzym kan arbeta vid under rådande omständigheter, uttrycks oftast i mol bildad produkt/tidsenhet [S] substratkoncentrationen, uttrycks oftast i Molar (mm) K m Michaelis konstant som är en kombination av hastighetskonstanter, kan sägas vara ett mått på affiniteten för ett substrat till resp. enzym. Uttrycks i Molar (mm).

5 Vid V max / 2 är [S] lika med K m (erhålls ur MM-ekvationen och används för att bestämma K m numeriskt). Dock alla parametrar löses idag med icke-linjär regressionsanalys. Vid en fördubbling av enzymkoncentrationen fördubblas normalt hastigheten (V max ; se plot). K m (affiniteten) påverkas ej. 10 (2p) Vilka är ketonkropparna, när, var och hur bildas de, och varför? (Inga strukturformler behövs). Svar: Acetoättiksyra (acetoacetat), -hydroxysmörsyra (-hydroxybutyrat) och aceton. Bildas i levern. Acetoättiksyra bildas genom sammanslagning av två acetyl-coa. Efterföljande reduktion ger -hydroxysmörsyra medan dekarboxylering ger aceton. Bildas vid svält, samt vid obehandlad diabetes typ 1. Fungerar som näringsämne för celler i hjärnan, samt för hjärtats muskelceller. 11 (2p) Noradrenalin (NA) och adrenalin (A) är strukturellt mycket närbesläktade signalmolekyler som bildas på olika ställen i kroppen. Från vilken essentiell aminosyra bildas dessa båda signalmolekyler och var i kroppen bildas huvudsakligen respektive signalsubstans? Vilken molekylär förändring sker vid omvandlingen av noradrenalin till adrenalin vilket annat substrat behövs och vilken annan produkt bildas? Svar: Både NA och A bildas från den essentiella aminosyran fenylalanin (avdrag för Tyr som ej är en essentiell aminosyra). Vävnads- och/eller cellspecifik expression erhålls genom att det enzym som katalyserar bildningen av A från NA inte uttrycks. Adrenalin bildas huvudsakligen i binjuremärgens kromaffina celler medan NA huvudsakligen bildas i specifika neuron. Den molekylära omvandlingen som sker vid omvandlingen av NA till A är en metylering där SAM fungerar som metyldonator och det bildas SAH. 12 (2p) Kroppens vanligaste energimolekyl ATP kan genereras enligt två principer beroende på metabola omständigheter och celltyp substratfosforylering och oxidativ fosforylering. Beskriv principen för oxidativ fosforylering, som förekommer i de allra flesta celler i kroppen. Svar: Genom den oxidativa fosforyleringen bildas den största mängden ATP i kroppen. Detta sker genom ATP-syntas som är en jonkanal i det inre mitokondriemembranet. Energin kommer från elektrontransportkedjan som pumpar ut protoner från mitokondriematrix till mellanrummet mellan de två mitokondriemembranen. På detta sätt bildas det en ph-gradient över det inre mitokondriemembranet, som frikopplas då jonkanalen i ATP-syntaset öppnas och protonerna rusar tillbaka till mitokondriematrix. På detta sätt fås energi som gör att ATP kan bildas från ADP.

6 13 (1p) Vilken reaktion katalyserar ribonukleotidreduktas? Svar: Reduktion av alla fyra vanliga ribonukleotider i difosfatform (CDP, UDP, ADP och GDP) till motsvarande deoxyribonukleotid (dcdp, dudp, dadp och dgdp). 14 (1,5p) Vilken reaktion katalyserar HGPRT (hypoxantin guanin fosforibosyl transferas) och vad kan brist på detta enzym ge upphov till? Svar: Återvinning (salvage) av fria purinbaser, genom att hypoxantin eller guanin + PRPP blir IMP eller GMP samt PPi; brist kan ge upphov till för höga uratkoncentrationer p.g.a. ökad purinkatabolism och därmed risk för gikt. Total avsaknad av HGPRT ger Lesch-Nyhans syndrom. 15 (1,5p) Gallsalter bildas genom att gallsyror konjugeras med en av två olika aminosyror. Vilka två aminosyror åsyftas? Hur påverkas gallsyrornas kemiska egenskaper och därmed dess fysiologiska betydelse genom konjugeringen? (Motivera genom en enkel skiss). Svar: Glycin och taurin gör molekylen mera amfifil och därmed blir gallsalterna bättre detergenter. Ringskelettet bildar en hydrofob sida (vänds inåt mot lipiderna) medan hydroxylgrupperna liksom de konjugerade aminosyraresterna, som sitter på ringskelettets undersida, bildar en hydrofil sida som vänds mot vattenfasen (utåt på micellen). 16 (1p) Beskriv hur den receptiva relaxation initieras samt beskriv vilken praktisk betydelse denna har för ventrikeln i samband med måltid. Svar: Är en vago-vagal reflex som innebär att ventrikelns fyllnadsgrad kan ökas till ungefär 1,5L utan att muskulaturens tonus ökar. Detta har en viktig reservoarfunktion i samband med större måltider. 17 (1p) Vad menas med holokrin sekretion? Var i kroppen och i vilka körtlar förekommer denna typ av sekretion? Svar: Hela (gr. holo = hel) cellen fylls med sekret, cellen dör och sekret utsöndras. Förekommer i hudens talgkörtlar som ligger i anslutning till hårfolliklar.

7 Tema 1: Kost och dieter för den friska och sjuka människan (25p) ansv ÅRö **************************************************************** Det finns inga genvägar till viktnedgång var det dystra budskapet i vissa media den 26 februari 2009! Källa till bilden Dagens Nyheter 25/2-09 Trots alla dieter, gamla såsom nya (Flyvärdinnedieten, Grapefruktdieten, Atkins, Montignac, Stenåldersdiet, GI-metoden, LCHF - Low Carbohydrate High Fat, med flera), visar en nyligen publicerad studie där man testat några olika dieter som delvis liknar klassisk Medelhavsdiet, Atkins, Klassisk fettsnål bantningsdiet samt påminner om Viktväktardiet att Alla bantningsmetoder ger lika dåligt resultat (rubrik i Dagens Nyheter) vad gäller bestående viktsnedgång. Det enda som verkar hjälpa varaktigt dietmässigt är att minska kaloriintaget och att röra på sig mera det vill säga att förbruka mera av intagna kalorier. Flera av de undersökta dieterna uppvisade dock andra positiva effekter, såsom sänkta LDL-nivåer vid en fettsnål diet, förhöjda HDL-nivåer vid begränsat intag av kolhydrater samt reducerade insulinnivåer för alla grupper som inte åt mycket kolhydrater. Även inom vården, men då av helt andra orsaker, förekommer många olika typer av specialkost (Diabeteskost, Njurkost, Leverkost, Mjölkfri, Lågkalorikost och till och med att man adderade alkohol till dropp för att öka kalorimängden/ volymenhet). Vid svåra skador, såsom till exempel vid brännskador, ökar kaloribehovet många gånger om, vilket är viktigt att beakta för en positiv och snabb läkning. Vad gäller balansen kalorier in och kalorier ut förekommer mycket stora skillnader mellan individer och alla rekommendationer är baserade på medelvärden hos olika populationer. Det som gäller för populationen gäller inte nödvändigtvis för individen även om man tillhör den aktuella populationen. Vissa blir därför tjocka av ett rekommenderat kaloriintag medan andra i extremfallet i det närmaste svälter vid samma kaloriintag och samma grad av fysisk aktivitet. Detta tema avser att belysa metabola aspekter och resonemang som ligger till grund för några av dieterna.

8 ***** Kostrekommendationerna variera över tiden och under en lång period har vi rekommenderats att skära ned på fettintaget för att gå ned i vikt och för att minska riskerna för olika hjärtkärlsjukdomar. Samtidigt med att fettintaget minskade, ökade dock intaget av socker liksom andelen överviktiga. Det ökade sockerintaget ifrågasätts därför alltmer och anses i dag av många vara en viktig orsak till den rådande fetmaepidemi. Pendeln håller därför på att svänga tillbaks och vissa rekommenderar att man skall ersätta kolhydraterna med fett för att gå ned i vikt. Metabolt finns det också en relevans till dessa rekommendationer eftersom glukos kan ge upphov till samtliga molekylära komponenter som bygger upp triacylglyceroler (TAG), som bildas i levern. TAGs som bildats i levern exporteras sedan normalt till andra vävnader i kroppen inklusive fettväv och skelettmuskulatur. ******************************************************************************** 18 (7p) Redogör för hur glukos, fullständigt via olika metabola vägar i levern, kan ge upphov till samtliga kol i triacylglyceroler (samtliga substrat och produkter skall anges). För de steg där det bildas eller åtgår energi i form av nukleotider eller steg där det på motsvarande sätt åtgår eller bildas reducerade coenzymer skall även enzymnamnen och coenzymer anges. Ange också vilka steg i syntesen som inte sker i cytosolen. Svar: Glukos + ATP ADP + Pi + glukos-6-p (enzymnamn: glukokinas [hexokinas]); glukos-6-p fruktos-6-p; fruktos-6-p + ATP ADP + Pi + fruktos-1,6-bisfosfat (enzymnamn: fosfofruktokinas 1); fruktos-1,6-bisfosfat glyceraldehyd-3-fosfat + DHAP. För att göra glycerol-3-fosfat: DHAP + NADH NAD + + glycerol 3-fosfat (enzymnamn: glycerofosfatdehydrogenas) För att göra fettsyror: glyceraldehyd-3-fosfat + Pi + NAD + 1,3-bisfosfoglycerat + NADH (enzymnamn: glyceraldehyd-3-fosfat dehydrogenas); 1,3-bisfosfoglycerat + ADP ATP + 3- fosfoglycerat (enzymnamn: fosfoglyceratkinas); 3-fosfoglycerat 2-fosfoglycerat PEP; PEP + ADP ATP + pyruvat (enzymnamn: pyruvatkinas) Två steg som sker i mitokondriematrix: pyruvat + CoASH + NAD + NADH + CO 2 + acetylcoa (enzymnamn: pyruvadehydrogenaskomplexet) acetylcoa + oxaloacetat CoA + citrat Åter till cytosolen: citrat + CoA + ATP oxaloacetat + acetylcoa + ADP + Pi acetylcoa + CO 2 + ATP ADP + malonylcoa (enzymnamn: acetylcoa-karboxylas) acetylcoa + 7 malonylcoa + 14 NADPH 14 NADP+ + 14H CO 2 + 6H 2 O + palmitinsyra (C16:0) (enzymnamn: fettsyrasyntas) palmitinsyra + CoA + ATP AMP + PPi + palmitoylcoa För att göra TAG palmitoylcoa + glycerol-3-fosfat lysofosfatidsyra + CoA palmitoylcoa + lysofosfatidsyra fosfatidsyra + CoA fosfatidsyra Pi + DAG palmitoylcoa + DAG TAG

9 ************************************************************************** I andra sammanhang, som när man förbereder sig för till exempel ett ansträngande långlopp som Vasaloppet eller ett maratonlopp, är det dock vanligt att man efter att ha tömt sina kolhydratdepåer kort innan långloppet, intar stora mängder snabba kolhydrater för att bygga upp sina glykogendepåer. Tekniken har också börjat användas inom vården, även om man där inte tömmer depåerna utan snarare fyller på med extra energi. ************************************************************************** 19 (4p) Med utgångspunkt från den nyckelintermediär i glykolysen, som också kan gå in i HMP-shunten, redogör för glykogenbildning i levern vid uttömda depåer. Ange samtliga substrat och produkter med namn i biosyntesen. Beskriv också hur det huvudreglerade enzymet i processen regleras hormonellt och allostert av olika faktorer samt ange namn eller princip för övriga enzymer i processen. Redogör också för glykogens struktur med ord och enkel skiss. Svar: glukos-6-fosfat glukos-1-fosfat + UTP PPi + UDP-glukos glykogenin korsvis autoglykosylering till ca 8-11 glukosresters längd, därefter adderar glykogensyntas successivt glukosrester samtidigt som UDP avspjälkas. Efter ett tag kommer debrancing enzyme klyva en -(1-4)-bindning i den växande kedjan och flytta en oligosackarid i riktning mot glykogenin samtidigt som den skapar ett greningsställe med en - (1-6)-bindning. Processen upprepas nu ett flertal gånger och glykogensyntas addera nu glukosenheter genom att skapar nya -1-4 bindningar i många riktningar (ca ett greningsställe var 8 glukosenhet). Glykogensyntas (GS) aktiveras hormonellt av insulin genom defosforylering medierad av ett proteinfosfats (PP1). GS inhiberas hormonellt av glukagon och adrenalin genom fosforylering medierad via PKA. GS aktiveras dessutom genom feed forward -stimulering medierad av glukos-6-fosfat [glukos kan också godkännas]. ****************************************************************************** Om man nu tror på modernare dieter såsom Atkins så handlar det bland annat om att minska sitt intag av kolhydrater och att öka intaget av bland annat proteiner och fett. Vid överskott av aminosyror kan vissa av dessa, precis som glukos, leda till ökad bildning av metabola intermediärer, som också kan omvandlas till fettsyror. En kost baserad på ett ökat intag av proteiner resulterar dessutom i ökat behov att eliminera det för kroppen toxiska kvävet. ******************************************************************************** 20 (2p) Redogör för hur aminosyran alanin i levern kan metaboliseras till en intermediär i glykolysen, som i sin tur vid ett välfött tillstånd kan omvandlas vidare till fett. Ange samtliga substrat, produkter samt enzymnamn i den aktuella reaktionen (OBS den fortsatta metabolismen för den i glykolysen bildade intermediären skall ej beskrivas). Den andra produkten som bildas i den aktuella reaktionen kommer genom fortsatt metabolism ge upphov till en kväveförening. Redogör även för bildningen av denna kväveförening med angivande av substrat, produkter, enzym och coenzym.

10 Svar: alanin + -ketoglutarat puruvat + glutamat (enzymnamn: alaninaminotransferas [ALAT]). Genom oxidativa deamineringen av glutamat frisätts -aminogruppen i form av ammoniak som protoneras till ammonium medan kolskelettet blir till -ketoglutarat Glutamat + NAD+ -ketoglutarat + NADH + NH 3 (enzymnamn: glutamatdehydrogenas); NH 3 + H + NH 4 +. ***************************************************************************** Ureacykeln är central när det gäller utsöndringen av kvävet bundet till -kolet i våra aminosyror. I ureacykeln bildas urea (urinämne) vilket är en molekyl som innehåller två kväveatomer och representerar 90 % av de kvävehaltiga föreningarna i urinen. ***************************************************************************** 21 (6p) Redogör med angivande av samtliga substrat, produkter och en enkel skiss för bildningen av urea. Utgå från den kväveinnehållande produkten som bildas i frågan ovan. Enzymnamn behöver endast anges för det enzym som reglerar ureacykelns hastighet (i övrigt behöver ingående enzymnamn ej anges). Markera i din figur vilka delar som sker i mitokondrien och vilka delar som sker ute i cytosolen. Beskriv också, hur ureacykel och citronsyracykel hänger ihop? På vilket annat sätt kan kväve bundet till -kolet utsöndras via njurarna och hur bidrar denna molekyl till syra-bas-balansen i njuren. Svar: I den oxidativa deamineringen frisätts -aminogruppen hos glutamat i form av ammoniak som protoneras till ammonium medan kolskelettet blir till -ketoglutarat. Enzymet är glutamat dehydrogenas. Ammonium, vätekarbonat samt ATP utgör sedan substrat för enzymet karbamylfosfatsyntetas som ger karbamylfosfat. Denna reaktion utgör reglerpunkt i ureabildningen och karbamylfosfatsyntetas stimuleras av N-acetylglutamat som bildas från glutamat och acetyl-coa i respons till inflöde av aminosyror, t ex i samband med måltid. Karbamylfosfat kondenserar med ornitin så att citrullin bildas. Citrullin kondenserar i sin tur med aspartat i en reaktion som kräver ATP och ger argininosuccinat som spjälkas till fumarat och arginin. Slutligen spjälkas arginin med hjälp av vatten till urea och ornitin där det senare kan påbörja ett nytt varv av ureacykeln. Urea går över till blodet och transporteras till njurarna för utsöndring. Stegen fram till och med citrullin-bildning sker i mitokondrien varefter citrullin passerar ut i cytosolen där resterande steg fram till och med urea-avspjälkning sker. Ornitin passerar därefter in i mitokondrien för ett nytt varv av ureacykeln. Det ena kvävet i ureamolekylen kommer från oxidativa deamineringen medan det andra härrör från aspartat. Oxaloacetat i citronsyracykeln kan transamineras till aspartat som kan passera ut i cytosolen och där kondensera med citrullin. Fumarat som spjälkas från argininosuccinat kan omvandlas till malat i cytosolen och sedan passera in i mitokondrien och där ansluta till citronsyracykeln och omvandlas till oxaloacetat som kan transamineras till aspartat osv. Glutamin i njuren kan bilda ammoniak genom glutaminas-reaktionen där amidkvävet på sidokedjan avspjälkas. Ammoniaken protoneras till ammoniumjon och reaktionen har på så vis betydelse för syrabas-balansen i njuren. [Glutaminas-reaktionen är också av stor betydelse för buffringen av tarmmukosan.]

11 ***************************************************************************** Förutom att glukos kan ombildas till triacylglyceroler (TAG) i levern (se ovan) behövs också glukos för bildningen av TAG i fettväven. Dessutom förutsätter bildning av TAG i fettväven ett insulinpåslag. Ett reducerat intag av glukos och därmed insulinpåslag skulle därför kunna leda till minskad bildning av TAG i fettväven. ****************************************************************************** 22 (2p) Redogör för hur minskad insulinfrisättning på två viktiga sätt reducerar möjligheten att bilda triacylglyceroler (TAG) i fettväven. Svar: Insulin stimulerar uttrycket av lipoproteinlipas som i fettväven spjälkar cirkulerande TAG i lipoproteinpartiklarna VLDL och kylomikroner. Vid nedsatt insulinfrisättning som fås om man undviker kolhydrater så minskar upptaget av fettsyror i fettväven. Vidare är glukosupptaget via GLUT4 insulinberoende i fettväv. Fettväven, till skillnad från levern uttrycker normalt mycket små mängder eller inte alls glycerolkinas varför fettväven kräver glukos för att bilda glycerolfosfat. Vid minskad insulinfrisättning minskar därmed upptaget av glukos och därmed bildningen av glycerolskelettet. 23 (1p) Lågkolhydratdieter (< 5 energiprocent kolhydrat) verkar genom att hålla nere koncentrationerna av insulin och glukos i blodet. I fettceller så finns det stora mängder glukostransportörer i återanvändande endosomer nära cellytan. Dessa glukos-transportörer frisätts från de återanvändande endosomerna till cellytan när insulin binder till cellens insulinreceptorer och tas sedan tillbaks till de återanvändande endosomerna när insulinkoncentrationen sjunker. Varför tror du detta system används i fettcellerna? Flera olika typer av motiverade svar är möjliga. Svar: För att snabbt kunna svara på en ökad insulinkoncentration och glukoskoncentration i blodet och få igång nyproduktion av fett. Om signalen (ökad insulinkoncentration) skulle behöva gå från cellmembranet ner till kärnan för att aktivera produktionen av nya glukostransportörer och dessa sedan skulle behöva produceras och transporteras till cellmembranet så skulle det ta för lång tid. ******************************************************************************** Våra kostvanor kan i många fall kopplas till sannolikheten att drabbas av vissa typer av cancer. Alltför lågt intag av vissa vitaminer (till exempel Vitamin C, -E, -B 12 och folsyra) eller joner (till exempel järn och zink) med födan har bland annat visats leda till DNA-skador, alternativt minskad förmåga att reparera DNA-skador. ******************************************************************************** 24 (3p) Folsyrabrist leder till en ökad frekvens av enkel- och dubbelträngsbrott på DNA:t. Anledningen har visat sig vara att metyleringen av uracil till tymin uteblir vilket medför att uracil (U) inkorporeras i den replikerande DNA-strängen i stor utsträckning. Vilken reparationsmekanism är ansvarig för att reparera en felaktigt inkorporerad bas (uracil)? Beskriv även schematiskt hur reparationen går till. Gör även en hypotes om anledningen till varför inkorporering av uracil nära varandra på var sin sida av DNA-dubbelhelixen kan ge upphov till dubbelsträngsbrott i samband med reparationen. Svar: Base excision repair. Glykosylas tar bort basen. Endonukleas bryter kedjan. DNApolymeras och DNA-ligas fyller i och sluter in en ny nukleotid. Endonukleas bryter kedjan transient (enkelsträngsbrott) men om skadan lagas simultant även på motsatt sträng bildas ett dubbelsträngsbrott, som dessvärre är mycket svårare att reparera.

12 Tema 2: Akut buk (15p) ******************************************************************************** Akut buk innebär ett akut insjuknande med smärtor i buken. Orsaken kan vara "vad som helst" både i och utanför buken; angina pectoris (kärlkramp), prostatainflammation, lunginflammation, appendicit, ileus, polyper, gastrit, colit, pericardit, aortaaneurysm, cystit, dysmenorré, extrauterin graviditet, gallvägssjukdom, trombos/emboli i mesenterialkärl, pancreatit... Eftersom det många gånger kan vara svårt att med en gång avgöra orsaken till buksmärtan och många av orsakerna till en akut buk kan vara livshotande, är det mycket viktigt att handlägga fall av akut buk med största noggrannhet. ******************************************************************************** 25 (1,5p) Nervfibrer som leder smärtsignaler från bukorganen går (huvudsakligen) in till ryggmärgen i de sympatiska nerver som innerverar bukorganen (undantaget är distala delar av tjocktarmen där smärtfibrerna följer parasympatiska nerver in till ryggmärgssegmenten S2- S4). Vad heter de olika sympatiska nerver som utgår från truncus sympaticus och tillsammans innerverar bukorganen? Svar: N. splanchnicus major, n. splanchnicus minor, nn. splanchnici lumbales. 26 (0,5p) En tilltäppning av en artärgren i mesenteriet nära tarmen kan ge upphov till skada och nekros (vävnadsdöd) i ett avsnitt av tarmen, ett tillstånd som är livshotande. Vad heter den stora artären från aorta som svarar för blodförsörjningen av ileum? Svar: A. mesenterica superior. 27 (2p) En orsak till symptom från buken är tilltäppning av gallvägarna på grund av tumörer. Bilderna nedan visar stadieindelningar av en viss tumörtyp i gallvägarna. Ange de latinska namnen på de delar av gallvägarna som markerats med pilar i bilderna nedan. A: B: C: D:

13 Svar: A: ductus hepaticus communis; B: ductus choledochus; C: ductus cysticus; D: ductus hepaticus sinister. 28 (2p) Bifogad bildsida visar fyra mikroskopiska bilder (A-D) från matsmältningskanalen och/eller organ som deltar i matsmältningen. Ange för varje bild i vilken del av matsmältningskanalen och/eller i vilket organ vi befinner oss. Svar: A = esofagus (oförhornat skiktat skivepitel; lamina epitelialis, lamina propria, lamina muscularis mucosae, submucosa, lamina muscularis externa, adventitia (syns ej på bilden)); B = ventrikel (fundus; enkelt cylinderepitel; parietalceller ("stekta ägg") ses i högförstoring); C = kolon (enkelt cylinderepitel med många bägarceller; Lieberkühns kryptor); D = gallblåsa (enkelt cylinderepitel utan bägarceller; lamina epitelialis, lamina propria, lamina muscularis externa, adventitia/serosa; typiskt är avsaknad av lamina muscularis mucosae + submucosa). En bit lever ses i nedre delen av bilden.

14

15 ******************************************************************************** Vid akuta inflammationer i buken, till exempel blindtarmsinflammation (appendicit), är immunsystemet inblandat och man finner bland annat många vita blodkroppar (neutrofila granulocyter) i tarmmukosan. ******************************************************************************* 29 (2p) De olika faserna av utmognad av neutrofila vita blodkroppar utifrån prolifererande omogna celler regleras i till stor del av cellcykelmaskineriet. När de mognat ut till fagocyterande neutrofila blodkroppar delar de sig aldrig mera. Vad kallas denna fas i cellcykeln när cellen inte delar sig mera? Beskriv, gärna med en schematisk bild, de olika faserna i cellcykeln för en aktivt delande/prolifererande cell. Svar: G0-fas, även G0/G1-fas godkänns. Interfas: G1 (gap) tillväxt av organeller, membran, proteiner; S-fas DNA replikation; G2 tillväxt. M-fas: mitos (kärndelning) samt cytokines (celldelning). *************************************************************************** Ett antal olika sjukdomsfenomen kan vara förklaringsgrunden för något så diffust som akut buk. I en del av dessa, som till exempel vid uppkomst av tumörer, graviditet etc., handlar det om att celler har differentierats eller genomgått någon form av regression. En del av dessa celler kan då, från att ha haft en väldefinierad plats i en vävnad, vara i färd med att genomföra en förflyttning. Alltså måste cellernas koppling till ECM (extracellulära matrix) via junctions övergå från fasta kopplingar till mer dynamiska sådana. *************************************************************************** 30 (2p) Redogör för vilka junctions som till exempel en hypotetisk cell i epitelcellagret i tunntarmen måste släppa taget med för att kunna vandra iväg. Svaret ska koppla ihop namnet på en specifik junction med dess celladhesionsmolekyl och vilket cellulärt filamentsystem som är kopplat till respektive junction. Svar: Junction - adhesions protein - filamentsystem involverat tight junction - occludin adherens junctions - cadherin - aktinfilament desmosomer - cadherin - intermediärfilament hemidesmosomer - integrin - intermediärfilament fokala kontakter - integrin - aktinfilament 31 (2p) När cellerna är på vandring känner de av vilka andra celler de möter på vägen för att på så sätt veta när de har hittat den nya vävnad där de passar in. Varför användes inte de ovan diskuterade junctions för detta? Vilken typ av celladhesionsmolekyl används. Svar: För att utveckla de ovan nämnda junctions krävs att celler har en långvarig interaktion; inte ett flyktigt möte. Det är varianter av CEACAM som används.

16 *******************************************************************************S märtor i buken kan också vara orsakad av dyspeptiska besvär, det vill säga det vi i dagligt tal kallar magsår. Idag vet vi att det inte enbart är överproduktion av saltsyra utan också en bakterie Helicobacter pylori som leder till besvären. ******************************************************************************* 32 (3p) Behandlingen som används vid magsår är ofta en kombination av antibiotikabehandling och syrahämmande medel. Protonpumpen i parietalcellen har därför varit en måltavla för medicinering. Beskriv hur saltsyresekretionen från parietalcellen regleras? Beskriv också hur saltsyran bildas. Svar: Ökning av sekretionen under den cefala fasen medieras via N.Vagus (acetylkolin) resp. gastrins direkta effekt på parietalcellen, ökning av histaminfrisättningen via N. vagus och gastrin vilka alla ökar parietalcellens produktion. Födans uttänjning av ventrikeln under den gastriska fasen, leder också till aktivering av samma kaskad (gastrin/histamin). Bildning: Antiport av vätejoner m.h.a. H + -/K + -ATPas och uniport av cloridjoner. Tema 3: Tidig graviditet (10 p) *************************************************************************** Embryonal utveckling har sin början vid fertilisering, där ägget och spermien tillsammans skapar en diploid zygot. Typisk för den embryonala utvecklingsfasen är mycket komplexa processer där celler i det växande embryot för att skapa olika vävnader och organ. För att en människa skall växa fram från en zygot krävs det att cellerna kan kommunicera med varandra. *************************************************************************** 33 (2p) För att en spermie skall kunna penetrera ett ägg och befruktning skall kunna ske krävs ett enzym acrosin som är ett serinproteas. Redogör för vilka strukturella och funktionella enheter man kan hitta i enzymers aktiva centrum i allmänhet och/eller specifikt hos serinproteaser. Svar: a) ospecifika bindningsställen för proteinkedjor, b) substratigenkänningsficka (skapar extra bindningsställen och därmed specificitet), c) katalytiska aktiva aminosyrarester (Ser, His, Asp; katalytisk triad hos serinproteaser), d) oxianjonficka eller motsvarande som stabiliserar transition state (övergångsstadiet), samt e) hos många enzymer, men ej serinproteaser, bindningsställe för cofaktor (metall och/eller coenzym).

17 34 (1p) Själva fertiliseringen sker oftast i äggledaren. I äggledaren (tuba uterina) finns ett enkelt cylinderepitel med kinocilier, vars funktion är att transportera äggcellen mot livmodern. Beskriv kort med text och figur hur en kinocilie är uppbyggd. Svar: Kinocilier är uppbyggda av mikrotubuli i strukturen nio dubbletter perifert (en perifer dubblett består av en komplett ring med 13 st. tubulinmolekyler och en inkomplett ring med 10 st. tubulinmolekyler) och två kompletta ringar centralt. Mellan de perifera dubbletterna förekommer dyneinarmar. 35 (3p) Aneuploidi är ett tillstånd om ofta leder till spontanabortation under graviditeten. Beskriv vad aneuploidi handlar om, ge två exempel på olika aneuploidier hos människan samt beskriv hur aneuploidi kan uppstå. Svar: I aneuploidi finns en eller fler kromosomer representerade i färre eller fler antal än det vanliga diploida. Vanliga aneuploidiformer är till exempel Downs syndrom (trisomi-21), Turners syndrom (45,X) eller Klinefelters syndrom (47,XXY, 48, XXYY, eller 49, XXXXY.). Aneuploidier uppstår oftast under meiosen genom meiotisk nondisjunktion när homologa kromosomer inte separeras som vanligt i dottercellerna. Nondisjunktion kan även uppstå under mitosen. [Cancerceller har ofta ett avvikande kromosomavtal.]

18 *************************************************************************** Embryonal utveckling kräver att cellerna kan interagera med varandra - både genom att kommunicera med olika typer av signalmolekyler samt genom fysiska interaktioner. *************************************************************************** 36 (4p) En kategori av signalmolekyler kallas för morfogener. Ge en definition för ett morfogen. Föreställ att du har forskat på embryonal utveckling hos människan och identifierat en kandidatmolekyl som du misstänker skulle kunna vara ett helt nytt morfogen som inte beskrivits tidigare. Beskriv vilka typer av studier man skulle kunna göra på denna molekyl för att se om det verkligen handlar om ett morfogen. Observera - flera olika typer av motiverade svar är tänkbara Svar: Ett morfogen är ett ämne som utsöndras från celler som utgör en punktkälla. Det skapas en koncentrationsgradient kring punktkällan genom diffusion. Mottagarceller med receptorer för morfogenämnet reagerar olika beroende koncentrationen av morfogenet i omgivningen. Flera olika typer av svar är tänkbara när de gäller den andra frågan. Man skulle kunna arbeta i cellkulturer med olika koncentrationer av morfogenkandidatämnet för att se om den får cellerna att differentiera på olika sätt. Man skulle även kunna arbeta med olika djurmodeller för att fastställa morfogenfunktion.