Karolinska Institutet Biomedicinprogrammet TENTAMEN I INTRODUKTION TILL BIOMEDICIN ONSDAGEN DEN 5 OKTOBER 2011 kl. 8:30-12:00 Efternamn: Mappnr: Förnamn: Personnr: Du fyller endast i namn här. På alla andra papper är det viktigt att du skriver ditt mappnummer. Rättande lärare ser därmed ej namnet på den som svarat. Poäng del 1: Poäng del 2: Totalpoäng: Betyg: F Fx E D C B A Maxpoäng: 60 För godkänd (betyg E) krävs 30 p (varav minst 10 p på del 1) Ungefärliga poänggränser för resp betygsnivå: D 36 p, C 42 p, B 48 p, A 54 p Besvara frågorna direkt i det utdelade materialet. Skriv ej i högermarginalen. Använd ett nytt papper om utrymmet inte räcker. Poängen står angiven vid varje fråga. Skrivningar får ej tas med ut från skrivsalen! LYCKA TILL! 1
TENTAMEN I INTRODUKTION TILL BIOMEDICIN ONSDAGEN DEN 5 OKTOBER 2011 kl. 8:30-12:00 DEL 1 - SYSTEMATISK ANATOMI Mappnr: Poäng del 1: Maxpoäng: 20 1. Vilket av följande alternativ beskriver artärer som leder syrerikt blod till huvudet (0.5p)? A a subclavia dx./sin. B truncus brachiocephalicus och a carotis communis sin. C a carotis communis dx. och a subclavia sin D a coronaria dx och a subclavia sin RÄTT SVAR: B 2. Ange rätt ordning på följande strukturer för att beskriva blodets väg genom hjärtat (0,5p): (1) Atrium dexter, (2) Aorta, (3) Ventriculus sinister, (4) V cava superior & inferior, (5) vv pulmonales, (6) pulmones, (7) Ventriculus dexter, (8) truncus pulmonalis, (9) Atrium sinister A 4,5,1,7,6,2,3,9,8 B 4,1,3,6,2,5,9,7,8 C 4,1,7,8,6,5,9,3,2 D 4,2,1,5,6,9,8,7,3 RÄTT SVAR: C 3. Vilket eller vilka påståenden om levern stämmer inte (1p). A levern producerar galla B levern ligger i thorax, strax ovan diafragma RÄTT SVAR: B och D C levern försörjs med blod via truncus coelicus och vena porta hepatis D levern producerar bl.a. amylas och pankreaslipas 2
4. Vilket eller vilka av följande delar hör till respirationsorganens ledande delar (1p) A Alveoli B Pharynx RÄTT SVAR: B och C C Trachea D Respiratoriska bronkioli 5. Vad kallas tunntamens första avsnitt (latin eller svenska) (0.5p) SVAR: Duodenum (tolvfingertarmen) 6. Komplettera meningen nedan (0.5p) Galla produceras i LEVERN och lagras i _ GALLBLÅSAN 7. När man sväljer så skall maten föras ner i matstrupen. Hur säkerställs det att maten kommer ner i matstrupen och inte någon annanstans där den inte hör hemma (2p)? SVAR: Vid sväljning höjs larynx och epiglottis (struplocket) fälls ner över trachea, för att maten inte skall åka upp i näsan stängs nasopharynx genom att den mjuka gommen (palatum molle) och uvulas (gomspenen) rörelser. 3
8. Personer med nedsatt funktion av binjurebarken kan avlida om de inte ökar sitt saltintag. Hur förklarar du detta? (2p) SVAR: : Binjurebarken producerar aldosteron som ökar upptaget av natrium. Om aldosteron saknas kan man alltså drabbas av natriumbrist vilket påverkar bl.a. nervsystemet. 9. I blodet finns glukos och vissa protein (t.ex. albumin). I sekundärurinen (den man kissar ut!) finns normalt inte glukos eller protein. Hur förklarar du det? (2p). SVAR: Protein passerar inte glomerulus-filtret och blir därför kvar i blodet. Glukos passerar filtret, men tas tillbaka genom tubulär reabsorption 10. Förklara med en enkel skiss vad m. sternohyoideus är. (2p) SVAR: En muskel som förbinder sternum (bröstbenet) med os hyoideum (tungbenet). 4
11. Förklara kort vad vit resp. grå substans är. (2p) SVAR: Vit substans är rik på myeliniserade axon, i grå substans hittar vi ff.a. neuronens cellkroppar, dendriter och astroglia. 12. På bilden syns en kropp avbildad i ett transversalplan genom thorax. Markera dorsalt och ventralt på bilden (1p) Markera: medulla spinalis, ventriculus sinister, pulmo dexter, aorta (2p) 5
13. Markera följande strukturer på bilden (3p) 1, Fjärde ventrikeln 2, Hypofysen 3, Pons 4, Cerebellum 5, Arachnoidea villi 6, Lobus frontalis 6
TENTAMEN I INTRODUKTION TILL BIOMEDICIN ONSDAGEN DEN 5 OKTOBER 2011 kl. 8:30-12:00 DEL 2 - BASAL BIOKEMI OCH CELLBIOLOGI Mappnr: Poäng del 2: Maxpoäng: 40 1. Rita en schematisk mammaliecell och sätt ut cellmembran, kärna, mitokondrie, slätt endoplasmatiskt retikulum, kornigt endoplasmatiskt retikulum, golgi, cytoplasma, och lysosom. Förklara även huvudfunktionen för dessa cellorganeller. (4 p) SVAR: a) Cellmembran: avskiljer cellen från omgivningen. Låter vissa ämnen passera medan andra inte kan passera b) Kärna: innehåller DNA. Replikation och transkription sker i kärnan c) Kornigt ER: innehåller ribosomer där proteinsyntes sker d) Slätt ER: syntes av lipider och fosfolipider e) Mitokondrie: elektrontransportkedjan som producerar ATP (energi) f) Golgi: modifierar vissa proteiner g) Lysosom: proteiner bryts ned h) Cytoplasma: en stor del av cellmetabolismen sker i cytoplasman 7
2. I kroppens vattenlösningar hålls ph tämligen konstant med hjälp av buffertar. En buffert är karbonatbuffert. Teckna jämvikten för karbonatbufferten och markera korresponderande syra respektive bas. I en cell är ph endast 7,1 och vätekarbonatkoncentrationen 10 mm. Räkna ut koncentrationen buffrande syra. pka för kolsyra är 6,1. Även proteiner kan verka som buffertar, framförallt i blodet. Nämn ett sådant protein och vilken aminosyra som mest bidrar till den buffrande effekten (4 p) SVAR: CO 2 + 2H 2 O H 2 CO 3 + H 2 O HCO - 3 + H 3 O + korr. syra (CO 2 + H 2 CO 3 korr. bas Samma ph gäller, 7,1 ph = pka + lg [korr bas] / [korr syra] 7,1 = 6,1 + lg 10 / [korr syra] 1 = lg 10 / [korr syra] 10 = 10 / [korr syra] [korr syra] = 1 mm Albumin som finns i blodet (plasma) fungerar som en bra buffert där histidin är den aminosyra som har den största buffrande effekten vid fysiologiskt ph. Även hemoglobin har viss buffrande effekt. 8
3. För att ett protein ska kunna bildas i cellen krävs att informationen från generna förs vidare. Beskriv hur transkriptionsprocessen fungerar fram till den funktionella slutprodukten. Ange också vilka komponenter som behövs. (4p) SVAR: Transkription: översättning av genernas information till mrna med hjälp av RNApolymeras, nukleotider samt mall (i form av antisenssträngen i DNA). Även transkriptionsfaktorer behövs. RNA-polymerasets σ-subenhet binder till transkriptionsstarten mha transkriptionsfaktorer. Övriga subenheter binder (σ lämnar). RNA-polymeraset läser av DNA mallen till stoppsekvenser passeras. Ribonukleotider (AUGC) inkorporeras genom basparning och difosfoesterbindningar bildas. PreRNA processas genom 5 capping av 7 metylguanosin, splicing (dvs bortklippning av introner) samt polyadenylering i 3 -ändan. 4. Vid translationen måste varje kodon (kodord) matcha ett antikodon. Förklara hur denna del fungerar (skiss krävs för full poäng) med glycin som exempel (glycin kodas av GGU, GGC, GGA, GGG). Förklara vad som menas begreppen degenererad och wobbla som man stöter på i dessa sammanhang. (3p) SVAR: Kodordet i mrna:t basparar med antikodonet i trna:t där den tredje basen i kodordet (mrna) kan wobbla med den första basen i antikodonet (trna). Det innebär att i glycinfallet kan vilken som helst av nukleotiderna A U G C (mrna) passa/baspara med trna. Oftast har trna:t i dessa fall en variant av nukleotid. Eftersom den genetiska koden är degenererad måste detta fungera, dvs att flera kodord kan koda för samma aminosyra. Kom ihåg 5 och 3 ände både i mrna och trna. Aminosyran binder till 3 änden i trna:t som alltid är en adenin. 9
5. Både protein och DNA kan denatureras. Förklara detta både för ett protein och DNA (för DNA kallas det ibland smältning). Ange tre olika sätt som man kan utföra detta på (både för protein och DNA). (3p) SVAR: I båda fallen bryts alla icke-kovalenta bindningar, dvs i proteiner bryts sekundär, tertiär (dock ej disulfidbindningar) och ev kvartärstruktur och i DNA separeras strängarna vilket innebär att helix strukturen förloras. Kan åstadkommas med hög värme, extremt ph eller extrem salthalt. 6. Aminosyrorna är protienernas byggstenar och de hålls ihop av peptidbindningar. Rita tripeptiden Cys-Lys-Ala och ange nettoladdning vid fysiologiskt ph. Vidare sätt ut C- och N-terminal samt markera peptidbindningen i figuren. (3p) Nettoladdning: +1. N-terminal är den första aminosyran i kedjan med en fri aminogrupp och C-terminal är den sista med en fri karboxylgrupp (i det generella fallet). 10
7. Enzymaktiviteter (enzymer) kan delas in i sex huvudklasser. Vilka är dessa och förklara kort vilken typ av reaktioner de katalyserar. (3p) Enzymklasserna betecknas 1 6 som är den första siffran i enzymets EC nummer. 1. Oxidoreduktaser. Katalyserar oxidationer och reduktioner 2. Transferaser. Överför grupper mellan olika ämnen 3. Hydrolaser. Bryter bindninagr mha vatten 4. Lyaser. Bryter bindningar som C-C, C-N och C-S 5. Isomeraser. Flyttar grupper inom en molekyl 6. Ligaser. Syntetiserar ämnen med krav på energi (ATP), dvs bildar bindningar som C-C, C-N, C-O och C-S 8. När det gäller enzymer anger vi att de följer Michaelis-Menten kinetik. Grafiskt är det bättre att använda Lineweaver-Burk ekvationen. Hur lyder den och hur ser grafen ut. Beskriv de ingående storheterna. Visa i graf hur det ser ut. Hur påverkas de ingående storheterna om man fördubblar enzymmängden. Visa också i grafen (förklara). (5 p) SVAR: Lineweaver-Burk ekvation (som beskriver en rät linje) De ingående storheterna står för v momentan hastighet V max den maximala hastighet som enzymet kan ha under rådande omständigheter S substratkoncentration K m Michaelis konstant som är ett mått på affiniteten för substratet till enzymet (matematiskt något förenklat), dvs hur bra substratet binder. Vid en fördubbling av enzymmängden, med andra faktorer konstanta, fördubblas V max. K m är konstant som inte är beroende av mängd enzym utan är en affinitetsfaktor för substrat och enzym. Den nedre linjen i LB diagrammet är alltså med fördubblad enzymmängd. 11
9. Hemoglobin är allostert reglerat. Vad innebär det? Förklara och visa i graf. Ange också minst tre effektorer som påverkar avgivandet av O 2 i cellerna och hur respektive effektor interagerar med Hb. Förklara varför Hb är allostert reglerat och beroende av olika effektorer. (5 p) SVAR: Allosterreglering innebär att en effektor binder på en annan plats än det aktiva centret. I Hb-fallet så fungerar O 2 som en positiv effektor (kooperativitet) så att nästkommande O 2 kan binda lättare. Detta sker bl a genom att vissa jonbindningar mellan subenheterna inom Hb-molekylen bryts. I en O 2 mättnadsgraf ger detta en sigmoidal kurva för Hb (flera subenheter som påverkar varandra till skillnad från myoglobin). För att O 2 ska kunna avges lättare ute i cellerna interagerar olika effektorer med Hb. Hög halt H + underlättar avgivandet där H + binder till specifika histidinrester. CO 2 underlättar avgivandet där CO 2 binder till N-terminalerna i Hb samt slutligen 2,3- bisfosfoglycerat som binder över β-subenheterna och alla dessa effektorer låser deoxyformen av Hb. Det senare så att inte O 2 transporteras tillbaka till lungan. Hb behöver vara allostert reglerat för att kunna finjustera bindningsmängden av O 2 i olika situationer. 12
10. Beskriv hur serinproteaset kymotrypsin aktiveras från sitt inaktiva zymogen. Det aktiva enzymet är strikt beroende av rätt veckning. Beskriv de olika proteinstrukturnivåerna med utgångspunkt från kymotrypsin med stabiliserande krafter. (6 p) Kymotrypsin bildas i pankreas som inaktivt zymogen. Efter utsöndring i duodenum aktiveras kymotrypsinogen av trypsin i steg 1 och genom autokatalys i steg 2 enligt nedan Primärstruktur: aminosyrasekvensen, dvs beskriver ingående aminosyror, ordning och antal. Peptidbidning (kovalent) Sekundärstruktur: beskriver ryggradens veckning, vätebindningar inom ryggraden (α-helix, β-flak och reverse turn är sekundärstrukturelement) Tertiärstruktur: den tredimensionella veckningen av hela polypeptidkedjan där sidokedjorna på aminosyrorna binder till varandra. Stabiliseras av: vätebindningar, hydrofob interaktion, jonbindningar, van der Waals krafter samt disulfidbindningar. De olika delarna av peptidkedjan i kymotrypsin hålls ihop kovalent av disulfidbindningar. Kvartärstruktur: interaktion mellan olika subenheter i ett protein. Samma krafter som tertiärstruktur. Obs att kymotrypsin inte har någon kvartärstruktur. 13