Poäng: Godkänt 35 p. Max 70 p.

Transkript

1 Stefan Klintström Avd. f. kemi, IFM Tentamen i Modern Biologi för icke-biologer Datum: Måndagen den 14 december 2009 Tid: Plats: Brahe Examinator: Therése Klingstedt och Stefan Klintström, tel Hjälpmedel: Inga Jour: Examinator besöker tentamen. Poäng: Godkänt 35 p. Max 70 p. Svaren till denna tentamen är ofta av beskrivande karaktär. Det räcker inte med bara nyckelord utan skriv någotsånär fullständiga meningar. Till många av uppgifterna behövs eller krävs det figurer. Ni behöver inte rita vackert, men det skall vara läsbart och lättförståeligt. Lösningsförslag: Visning av tentamen: Läggs ut på kursens hemsida efter tentamen. Efter överenskommelse 1

2 Celler, aminosyror, proteiner, enzymer 1) Vilka av följande påståenden är korrekta resp felaktiga? a. Cellens ärftliga information förs vidare av proteiner 0,5p b. Bakteriens DNA finns i cytosolen 0,5p c. Alla celler i samma organism har samma antal kromosomer (med undantag av könsceller) 0,5p d. Kärnan och mitokondrien omsluts av dubbla membraner 0,5p 2) Vilken förklaring föreslår du till det faktum att det i celler bara finns L-formen av aminosyror? 1,5p 3) Vilka av följande påståenden är korrekta resp felaktiga? a. Nukleinsyror innehåller sockergrupper 0,5p b. Många aminosyror har hydrofoba sidokedjor 0,5p c. De hydrofoba svansarna i fosfolipidmolekylerna vänder sig bort från vatten 0,5p B-frågor 4) Varför är enzymer så effektiva katalysatorer? 3p 5) Hur kan ett byte av en enda aminosyra förändra ett protein med 1000 aminosyror, så att proteinet förlorar sin funktion? DNA, Kromosomer, replikation, transkription, translation 6) Varför är basparningen mellan G och C starkare än den mellan A och T? 7) I DNA-molekylen i en viss bakterie visar en analys att det finns 13% Adenin (A). Hur mkt finns det av var och en av de andra nukleotiderna? 8) Vilka av följande påståenden stämmer? a. En individuell ribosom kan bara tillverka ett sorts protein 0,5p b. Eftersom de två DNA-strängarna är komplementära så kan mrna för en given gen syntetiseras av vilken som av de två strängarna 0,5p 2

3 9) Vilken eller vilka av följande mrna-sekvenser kodar för polypeptidsekvensen amino-glu-arg-lys-gly-karboxy? (Genetiska koden finns på sista sidan) a. 5 - GAA CGU AAA GGU -3 b. 5 - GAG CGC AAG GGG -3 c. 5 - GAG CGC GAA UGG -3 B-frågor 10) Ange ett skäl till varför det är mycket troligt att mitokondrien från början var en liten organism som inkorporerades i en större. 11) Mellan prokaryota (t.ex. bakterier) och eukaryota (t.ex. jästceller) celler finns en strukturell skillnad som medför att man inte rakt upp och ner kan sätta in en eukaryot gen i en prokaryot cell och sedan uttrycka den. a. Redogör för vilken cellkomponent som ger denna mycket väsentliga skillnad mellan prokaryota och eukaryota celler b. Varför kommer inte det eukaryota proteinet att uttryckas på rätt sätt av den prokaryota cellen? 12) En cell har förlorat en gen som kodar för ett av de proteiner som är inblandat i replikationen. Cellen försöker nu i alla fall genomföra replikationen för sista gången. Vad kommer att hända om något av de följande proteinerna saknas? a. DNA polymeras (III) b. Ligas (DNA ligas) c. Det nukleas som tar bort RNA primern (DNA polymeras I) d. Primas Gener och genom, kontroll, utveckling, analys av 13) En eukaryot cell kan reglera uttrycket av en gen vid flera olika steg under vägen från DNA till protein. a. Vilka är dessa reglerbara steg? b. Vilket steg är viktigast och varför? 0,5p 14) Redogör för de olika stegen i en PCR (Polymerase Chain Reaction)? 15) I en PCR används ett speciellt DNA polymeras. Vad är det för speciellt med detta polymeras? 0,5p 3

4 B-frågor 16) Inom forskarvärlden har RNA-interferens fått en stor betydelse. Vad är RNAinterferens och varför är det så användbart? 17) Nämn fem mekanismer som verkar för att ge genetisk variation? 2,5p 18) Är alla mutationer ärftliga? 0,5p Membraner, struktur, transport Kemisk energi från mat, mitokondrier (kloroplaster) 19) Vad skulle hända om fosfolipiderna i ett cellmembran skulle bytas ut mot fosfolipider med bara enkelbindningar i fettsvansarna? 20) De flesta molekyler kan inte passera ett cellmembran utan behöver hjälp av membranproteiner av två slag, kanalproteiner och sk transporterare. Förklara hur en passiv transporterare fungerar. 21) Ange tre olika sätt som en membrankanal kan öppnas och stängas 3p B-frågor 22) Ett exempel på en aktiv transportör i cellmembran är Na/K-pumpen. Förklara kortfattat hur den fungerar 23) Dinitrofenol (DNP) har använts som ett bantningsmedel. DNP fungerar genom att det gör cellmembran genomsläppliga för protoner, H +. a. Ge en rimlig förklaring till hur detta kan betyda att man kan går ner i vikt. En livshotande bieffekt var att patienternas kroppstemperatur steg. b. Ge ett rimligt skäl till varför temperaturen steg. Intracellulära rum, Cellkommunikation, Cytoskelett, Cellcykeln 24) Beskriv kortfattat funktionen hos: a. ER, Golgi, Peroxisom, Lysosom b. Varför innehåller den eukaryota cellen olika membranomslutna rum? 25) För att ett protein ska fungera måste det få sin korrekta veckning. a. Hur ser cellen till att nysyntetiserade protein blir rätt veckade? b. Vad kallas det system som aktiveras när cellen blir överbelastad med felveckade proteiner? 4

5 B-frågor 26) Heterotrimera G-protein är viktiga vid signalering. Vilka påståenden är korrekta respektive felaktiga? Motivera ditt svar. a. Heterotrimera G-protein består av tre subenheter: alfa, beta och gamma 0,5p b. När ett G-protein blir aktivt fosforylerar alfa-subenheten GDP till GTP 0,5p c. Den GTP-bundna alfa-subenheten är den enda av de tre subenheterna som kan binda och aktivera effektorproteiner 0,5p d. Beta-enheten bestämmer hur länge G-proteinet är aktivt 0,5p 27) Hur för G-protein signalen vidare in i cellen? 28) Den eukaryota cellcykeln delas in i olika faser. Vilka är dessa och vad händer under dem? Sex, genetik, vävnad, stamceller, cancer 29) Meiosen är en process som gör diploida celler haploida. a. Beskriv hur denna process går till. b. Vad kallas den process som under meiosen bidrar till genetisk variation? 30) Beskriv fem olika cell-cell kontakter hos epitel. B-frågor 31) Vad heter det protein som aktiveras om cellen upptäcker skador på DNA? Mutationer i detta protein är en vanlig orsak till cancer. Beskriv den signalväg som proteinet är inblandad i, och hur denna väg normalt skyddar mot cancer 5p Öppen fråga 32) Vi vill att ni beskriver hur något eller några av nedanstående avsnitt relaterar till ert vanliga arbete. Celler, aminosyror, proteiner, enzymer Membraner, struktur, transport Kemisk energi från mat, mitokondrier (kloroplaster) Felveckade proteiner Biomaterial Visualerisering av celler 10p 5

6 Bilaga - Genetiska koden Första pos Andra pos Tredje pos U C A G Phe Ser Tyr Cys U U Phe Ser Tyr Cys C Leu Ser Stop Stop A Leu Ser Stop Trp G Leu Pro His Arg U C Leu Pro His Arg C Leu Pro Gln Arg A Leu Pro Gln Arg G Ile Thr Asn Ser U A Ile Thr Asn Ser C Ile Thr Lys Arg A Met Thr Lys Arg G Val Ala Asp Gly U G Val Ala Asp Gly C Val Ala Glu Gly A Val Ala Glu Gly G 6

7 Kortfattade lösningsförslag till tenta i Modern Biologi för icke-biologer a. Fel. Förs vidare av DNA b. Rätt. Bakterier har ingen cellkärna som eukaryoter c. Rätt. d. Rätt. 2. Se svar till fråga 2-7. Om både L- och R-formen av aminosyrorna hade funnits så hade de bildade proteinmolekylerna varierat i utseende. Sidokedjorna hade pekat åt varierande håll. 3. a. Rätt b. Rätt. 10 av de 20 är hydrofoba. c. Rätt. 4. Enzymer är så effektiva eftersom de som alla katalysatorer sänker aktiveringsenergin. Enzymer gör det extremt bra eftersom de orienterar substratet perfekt i tre dimensioner. Då två substrat skall reagera så orienteras de perfekt i förhållande till varandra. Mikromiljön i den klyfta där reaktionen sker är också väl utformad med bl.a. grupper som tillför eller tar bort väteatomer, elektroner, eller annat som behövs. Om så behövs så är klyftan också vattenfri. 5. Oftast spelar byte av en aminosyra ingen roll, men om det innebär att en aktiv aminosyra i den aktiva klyftan byts ut så kan enzymet sluta att fungera eller fungera sämre. Detsamma gäller om bytet betyder att proteinets form ändras på ett sådant sätt att också klyftan påverkas. 6. G och C har tre vätebindningar medan A och T har bara två vätebindningar. 7. T kommer också att vara 13%, medan G och C kommer att vara 37% vardera. 8. a. Fel. En ribosom kan tillverka vilket protein som helst. b. Fel. Om man jämför de mrna som bildas av resp DNA-sträng så ser man att de är olika. 9. a och b kodar för den angivna aminosyrasekvensen. 10. Mitokondrien har eget DNA och egna ribosomer. Cellens kärna innehåller inte kod för att kunna framställa en fullständig mitokondrie. Mitokondrien har ett dubbelmembran. 11. Eukaryota celler har cellkärna och kan därigenom ha ett system där delar av den genetiska koden tas bort genom sk splitsning av omoget mrna. Prokaryota celler 7

8 som inte har cellkärna kan inte genom föra splitsning utan kommer att skriva av även introner vilket innebär att det bildade proteinet kommer att bli fel. 12. Se svar till fråga 6-3 i boken. 13. A. En eukaryot cell kan kontrollera vilka protein som syntetiseras genom: 1.) Kontrollera hur ofta och när en gen skrivs av (transkriptionskontroll). 2.) Kontrollera hur en RNA transkript splicas och på andra sätt processas. 3.) Reglera vilka mrna som transporteras ut ur kärnan. 4.) Selektivt degradera vissa mrna molekyler. 5.) Selektera vilka mrna som ska translateras av ribisomen. 6.) Selektivt aktivera eller inaktivera protein efter att de har syntetiserats. B. Kontroll av transkriptionen är viktigast. Cellen undviker på detta sätt att syntetisera molekyler som inte behövs. 14. En PCR baseras på följande steg: 1.) Uppvärmning av provet för att separera DNA-strängarna. Brukar vara temperaturer mellan C. 2.) Provet kyls ned och primers kan binda in. Temperatur varierar, vanligt med 55 C 3.) DNApolymeras syntetiserar komplementära strängar med start vid varje primer. Temperaturen är vanligtvis runt 72 C. Provet hettas upp igen och cykeln startar om. Återupprepas gånger för att få optimal amplifiering av det eftersökta DNA-fragmentet. 15. DNA-polymeraset som används i en PCR är speciellt i det avseende att det är mer värmetåligt, vilket krävs för att det ska tåla de höga temperaturer som krävs för att separera DNA-strängarna. 16. RNA interferens är en mekanism som celler använder för att oskadliggöra främmande RNA, speciellt RNA som är dubbelsträngat (virusgenom). Dicer klyver dubbelsträngat RNA till korta fragment som kallas small interfering RNAs (sirnas). Fragmenten inkorporeras i RISC komplexet som använder en av strängarna till att söka efter komplementära RNA i cellen. Komplementära mål-rna degraderas sedan snabbt av RISC. RNA interferens används flitigt inom forskarvärlden till att stänga av gener. 17. Gener kan varieras från olika organismer genom: 1.) Mutation inom en gen. Kan ändra genproduktens aktivitet eller stabilitet, ändra dess lokalisering i cellen eller påverka dess interaktion med andra protein. 2.) Mutation inom den regulatoriska regionen hos en gen. Kan påverka när och var en gen uttrycks. 3.) Genduplikation. 4.) Exon shuffling. 5.) Horisontell överföring av gener mellan organismer. 18. Nej. Det är bara mutationer som sker i könsceller som förs vidare till nästa generation. Mutationer i somatiska celler stannar inom organismen och kan orsaka t.ex cancer. 19. Cellmembranets rörlighet skulle minska betydligt. Troligen skulle det sluta att fungera om inte temperaturen samtidigt höjdes rejält. 20. Den passiva transporteraren är öppen mot ena sidan av membranet. Då målmolekylen bundits in så ändrar proteinet form så att målmolekylen förs över till andra sidan. När målmolekylen släppts av så ändrar transporteraren ånyo form så att den kan ta emot en ny molekyl på den första sidan av membranet. 21. Voltage-gated, Ligand-gated and Stress-gated. 22. Se figur

9 23. Se fråga A. ER: Ribosomer fäster till rough ER och matar in nysyntetiserade protein in till ER där proteinet sedan får en korrekt veckning. Modifiering av flertalet proteiner, såsom glykosylering, sker i ER. Syntes av steroidhormon och nedbrytning av organiska molekyler, t.ex alkohol, sker i smooth ER. I ER sker även syntes av membran. Golgi: Modifiering, sortering och packning av protein och lipider som tagits emot från ER för transport till andra organeller eller för sekretion. Peroxisom: Innehåller enzym som medverkar vid oxidativa reaktioner som bryter ned lipider och oskadliggör toxiska molekyler. Lysosom: Degraderar molekyler och utslitna organeller. B. För att cellen måste kunna separera reaktioner från varandra, t.ex reaktioner som bygger upp resp bryter ned glukos. 25. A. Protein som inte veckas korrekt får hjälp av chaperoner. Chaperoner binder till felveckade protein och ser till att de veckas rätt innan de släpps ut från ER. B. Systemet kallas för Unfolded protein response (UPR) och det aktiverar transkription av chaperoner och andra ER komponenter som behövs för att vecka proteinerna korrekt. 26. A = Korrekt B = Felaktigt (GDP byts ut mot GTP) C = Felaktigt (även beta-gamma enheten kan binda och aktivera effektorprotein) D = Felaktigt (det är alfa-enheten som bestämmer hur länge G-proteinet är aktivt genom att reglera hur länge det binder GTP) 27. G-protein för signalen vidare genom att reglera jonkanaler eller enzym i plasmamembranet. 28. Den eukaryota cellcykeln delas in i: M-fasen: under M-fasen sker delning av cellkärnan (mitos) och delning av cytoplasman (cytokinesi) S-fasen: under S-fasen sker DNA-replikation G1-fasen: tidsintervallet mellan slutet på M-fasen och början på S-fasen G2-fasen: tidsintervallet mellan slutet på S-fasen och början på M-fasen Under G1 och G2 växer cellen och duplicerar organeller, cellen undersöker även inre och yttre miljö för att se till att förhållandena är optimala för celldelning 29. A. Meiosen går till på följande sätt: 1.) DNA replikeras 2.) Homologa kromosomer paras ihop och utbyter genetiskt material 3.) Homologa kromosompar binder till spindeln och ansamlas vid metafasplattan 4.) Separering av homologa kromosomer till varsin ny cell 5.) Systerkromatider binder till spindeln och ansamlas vid metafasplattan 6.) Separering av systerkromatider till varsin cell Resultatet blir 4 haploida celler av en diploid modercell. 9

10 B. Processen som bidrar till genetisk variation kallas för rekombination. Homologa kromosomer parar ihop och utbyter genetiskt material med varandra genom överkorsning Tight junctions: sluter tätt mellan intilliggande celler 2. Adherens junctions: sammanför aktinfilament mellan intilliggande celler 3. Desmosom: sammanför intermediära filament mellan intilliggande celler 4. Hemidesmosom: förankrar intermediära filamanet till basala lamina 5. Gap junctions: kanaler som går genom membranet på två celler som ligger intill varandra, genom dessa kanaler kan cellerna utbyta små molekyler med varandra 31. Proteinet heter p53. I normala fall degraderas p53, men när skador på DNA uppstår aktiveras kinaser som fosforylerar p53 och på så sätt stabiliserar och aktiverar proteinet. P53 binder till DNA och aktiverar transkription av p21. p21 är en inhibitor av G1/S-Cdk och S-Cdk, vilket innebär att cellcykeln stannar upp i G1 och cellen får tid på sig att reparera skadorna på DNA. Om skadorna är för stora aktiverar p53 apoptos och cellen begår själmord. Om p53 är defekt fortsätter cellen att dela sig trots att DNA är skadat och det sker ansamling av mutationer och cancer uppstår. 10