SKRIFTLIG DUGGA AVSNITT 6 HT 07 12 10 Totalt 30p; 15p krävs för godkänt. 1 (1p) Vilket av följande påståenden rörande HMP- ("hexose monophosphate") shuntens funktioner är EJ korrekt? a) I HMP-shuntens irreversibla del bildas NADPH som behövs vid t.ex. fettsyrasyntes och kolesterolbiosyntes. b) I HMP-shunten bildas ribos-5-p som behövs för nukleotidsyntes. c) HMP-shunten är en metabol väg för att metabolisera olika pentoser och för att omvandla olika aldoser och ketoser i varandra. d) HMP-shuntens irreversibla del är speciellt betydelsefull i levern p.g.a. lipogenes, kolesterolbiosyntes och gallsaltsbildning. e) Aktiviteten i HMP-shuntens huvudreglerade enzym (glukos-6-fosfat-dehydrogenas) uppregleras av glukagon. Svar: Alternativ E är fel då enzymet uppregleras av insulin. 2 (1p) Vilket av följande påståenden rörande elektrontransportkedjan (andningskedjan/) är EJ korrekt? a) Innehåller fyra enzymkomplex, som pumpar elektroner protoner till det intermembranösa rummet. b) Innehåller två mobila "carriers"(coenzym Q och cytokrom c) som transporterar elektroner mellan komplex I/II och III, respektive mellan komplex III och IV. c) I komplex I omvandlas NADH till NAD + och i komplex II omvandlas FADH 2 till FAD. d) I komplex IV omvandlas O 2 till H 2 O. e) Elektronöverföringen till eller från coenzym Q är speciellt känsligt vad avser elektronläckage ett läckage som kan led till bildning av superoxidanjoner. Svar: Alternativ A är fel då komplex II ej pumpar protoner till det intermembranösa rummet.
3 (3p) Celler utrustade med mitokondrier kan vid aerob metabolism utnyttja en större del av energiinnehållet i olika substrat, jämfört med vad som är möjligt vid anaerob metabolism. Citronsyracykeln (Krebs cykel/ TCA-cykeln) är helt essentiell i detta sammanhang. Sammanfatta i en summaformel betydelsen av TCA-cykeln vad gäller energibildning (OBS ange också ingående coenzymer och nukleotider liksom mängder av dessa). Summaformeln skall också innehålla ingångssubstratet som bildas vid glykolys eller lipolys och avgående produkter (OBS inga intermediärer eller enzymer behöver anges). Ange också hur cykelns aktivitet påverkas av högenergisignaler samt ange två exempel. Svar: (oxaloacetat) + acetylcoa + 3NAD + + 1FAD + 1 GDP + P i CoA + 2 CO 2 + 3 NADH + 3H + + 1 FADH 2 + 1 GTP + (oxaloacetat). Högenergisignaler ATP och NADH dessa hämmar TCA-cykelns huvudreglerade enzymsteg. 4 (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 målenzym). Svar: Signaltransduktion för glukagon: 7-TM-receptor, trimert G-protein där G binder GDP, utbytte 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 leder till strukturpåverkan och dissociation och därmed aktivering av de katalytiska PKA-subenheterna. 5 (3p) Via glukagons signaltransduktionsmekanism (se fråga 4) aktiveras bland annat nedbrytningen av leverglykogen. Beskriv reaktionsstegen (substrat och produkt) i denna nedbrytning (starta med enzymet i fråga 4) samt ange vilka enzymer som gör vad i glykogenolysen. Svar: Aktivt PKA fosforylerar och aktiverar enzymet glykogenfosforylaskinas som i sin tur fosfrorylerar och aktiverar glykogenfosforylas. Glykogenfosforylas klyver genom fosforolys m.h.a. oorganiskt fosfat alfa-(1-4)-bindningar i glykogen ända fram till 4 enheter från ett greningsställe i glykogen. Genom fosforolysen bildas glukos-1-fosfat. För att nedbrytningen skall kunna fortsätta förbi alfa-(1-6) greningsställena i glykogen behövs ytterligare ett enzym "debranching enzyme". Detta enzym är uppbyggt av två katalytiska domäner med olika enzymatiska aktiviteter där den ena domänen [oligo-alfa(1-4) alfa(1-4)-glukantransferas] förflyttar tre av de fyra glykosidresterna innan ett greningsställe till en närliggande icke reducerande ände. Den andra enzymatiska aktivitet hos "debranching enzyme" [amylo-alfa(1-6)-glukosidas] klyver sedan genom hydrolys den återstående glukosresten vid greningsstället varvid glukos frigörs.
6 (3p) För att upprätthålla blodglukosnivåerna vid fasta och/eller då glykogendepåerna är uttömda måste kroppen periodvis syntetisera glukos. Redogör för de energikrävande reaktionsstegen i glukoneogenesen (substrat, produkt, enzymer, ev. coenzymer) samt ange energikostnaden i form av ATP-ekvivalenter vid bildning av glukos från laktat. Svar: Det kostar sex ATP-ekvivalenter för att bilda en molekyl glukos från två molekyler laktat. De energikrävande reaktionsstegen i glukoneogenesen är: a) pyruvat + CO 2 + ATP /enzym: pyruvatkarboxylas ; coenzym biotin/ oxaloacetat + ADP + P i Efter uttransport från mitokondrien till cytosolen (mellanform malat): b) oxaloacetat + GTP /enzym: fosfoenolpyruvatkarboxykinas/ fosfoenolpyruvat (PEP) + CO 2 + GDP + P i c) 3-fosfoglycerat + ATP /enzym: [3-]-fosfoglyceratkinas/ 1,3-bisfosfoglycerat + ADP 7 (2p) För att långa fettsyror (LCFA) skall kunna oxideras i till exempel muskulaturen måste de efter upptag i muskelcellen transporteras in i mitokondrierna. Redogör för transporten av en lång fettsyra från blodbanan till mitokondriematrix samt redogör för de molekylära förändringar (substrat, produkter, enzymer ev. hjälpproteiner) som fettsyran genomgår under denna transport. Svar: [Intransport av fettsyran i muskelcellen sker antagligen m.h.a av något fettsyretransporterande protein (FATP) och/eller m.h.a. av något fettsyrebindande protein (FABP).] I cytsolen aktiveras fettsyran m.h.a. acylcoa-syntetas som anses sitta bundet till det yttre mitokondriemembranet: fettsyra (=acyl) + CoASH + ATP acyl-coa + AMP + PP i För intransport av den aktiverade fettsyran in i mitokondriematrix användes karnitinskytteln: a) acyl-coa + karnitin /enzym: karnitinpalmitoyltransferas 1 - CPT 1/ CAT I/ acyl-karnitin + CoASH b) translokering av acyl-karnititin (mot karnitin) över det inre mitokondriemembranet m.h.a. en antiport, c) acyl-karnitin + CoASH /enzym: karnitinpalmitoyltransferas II - CPT II/ CAT II/ acyl-coa + karnitin.
8 (2p) Då leverns kapacitet att metabolisera acetyl-coa överskrids bildas ketonkroppar som kan exporteras från levern till blodbanan för att utnyttjas som alternativt/komplementärt bränsle till glukos. Beskriv med reaktionsformler (eller med strukturformler) hur två olika ketonkroppar bryts ned till en substans som kan användas i citronsyracykeln i extrahepatisk vävnad såsom hjärnan. Svar: a) 3-hydroxybutyrat + NAD+ /enzym: 3-hydroxybutyratdehydrogenas/ acetoacetat + NADH, b) acetoacetat + succinyl-coa /enzym: tioforas/ acetoacetyl-coa + succinat, c) acetoacetyl-coa + CoASH /enzym: tiolas/ acetyl-coa + acetyl-coa 9 ((2p) Bestämning av två olika transaminaser används vid klinisk diagnostik. Vilka två enzymer åsyftas? Vad är en ökad halt av dessa enzymer i blodet ett tecken på? Beskriv genom att ange substrat och produkter EN av de två reaktionerna som katalyseras av dessa transaminaser? Svar: ASAT och ALAT är två s.k. transaminaser som är viktiga för aminosyrametabolismen i vår kropp. [Ekvilibrium för dessa reaktioner ligger runt ett och riktningen styrs huvudsakligen av tillgången på substrat respektive produkter.] Om man kan detektera en ökning av ett eller båda av dessa transaminaser i blod indikerar detta vävnadsskada av något slag. Ofta är ASAT>ALAT vid hjärtinfarkt och ALAT>ASAT vid leverskada. ALAT: Ala + -ketoglutarat pyruvat + Glu ASAT: Glu + oxaloacetat -ketoglutarat + Asp 10 (3p) Statiner tillhör en grupp av läkemedel, som ofta skrivs ut till patienter med förhöjda blodfetter (kolesterol). Statiner påverkar det huvudreglerade steget i kolesterolbiosyntesen. Ange substrat, produkt samt enzym (alternativt beskriv den kemiska processen) för detta metabola steg. Ge två principiellt olika exempel på hur det kan regleras endogent. Svar: HMG-CoA [3-hydroxy-3-metylglutaryl CoA] + 2NADPH + 2H + /enzym: HMG-CoA-reduktas/ mevalonsyra + 2NADP + + CoA (tioesterbindningen reduceras till en alkohol och CoA). Kan regleras kovalent via AMP-beroende kinas (AMPKA/proteinfosfatas) samt på gennivå (insulin/glukagon eller av kolesterol och bindning till sterol regulatory element binding protein (SREBP)). 11 (2p) Vad innebär oxidativ deaminering och hur är den kopplad till ureacykeln? Ange substrat och produkter! Vad heter enzymet och i vilka organ samt var i cellen sker denna reaktion? Svar: Avspjälkning av NH 3 från glutamat som då blir alfa-ketoglutarat. Basen NH 3 reagerar med vatten, och ammoniumjonen som då bildas är substrat vid bildningen av karbamoylfosfat (se nedan). Enzymet heter glutamatdehydrogenas och finns speciellt i lever och njurens mitokondrier.
12 (2p) Den vanligaste enzymmutationen i ureacykeln rör ett av de mitokondriellt lokaliserade enzymerna (ornitin-transkarbamoylas). Denna mutation drabbar levande födda män i en frekvens av 1:30000. Redogör för de två mitokondriellt lokaliserade stegen i ureacykeln med angivande av substrat, produkter. Vad heter det huvudreglerande enzymet, och hur regleras detta enzym? Svar: CO 2 + NH 4 + + 2 ATP karbamylfosfat + 2 ADP + P i ; karbamylfosfat + ornitin citrullin + P i. N-acetylglutamat ökar allsotert hastigheten hos karbamylfosfatsyntetas och därmed takten i ureacykeln. [N-acetylglutamat erhålles från glutamat och acetylcoa vilket i sin tur stimuleras av god tillgång på aminosyror.] 13 (1p) Beskriv med ord och skiss de reaktioner som katalyseras av ribonukleotidreduktas genom att ange den principiella uppbyggnaden av substrat och produkter (strukturformel för den del av molekylen som förändras). Svar: Det tetramera enzymet reducerar ribosdelen i nukleotiderna ADP, CDP, GDP och UDP till motsvarande deoxyribonukleotider (dadp, dcdp, dgdp, dudp). Den förändring som sker är att hydroxyl-gruppen i position två på ribos reduceras till ett väte. Samtidigt oxideras tioredoxin och det bildas vatten. 14 (1p) Vid cancerbehandling med cellgifter kan man ibland få smärtsamma förändringar kring leder framförallt vid stortån (så kallad sekundär gikt). Gikt kan behandlas med läkemedlet allupurinol. Ange substrat, produkter och enzym i den reaktion som hämmas av allupurinol och som ger upphov till bildning av den substans som leder till denna form av gikt. Svar: Xantin + H 2 O + O 2 /enzymnamn: xantinoxidas/ urinsyra + H 2 O 2. [Även reaktionen som leder till bildning av xantin från hypoxantin katalyseras av enzymet xantinoxidas under bildning av väteperoxid.] 15 (2p) Det finns många olika orsaker till höga blodfetter. Inte bara felaktig kost utan också flera olika genetiskt betingade orsaker. Vid familjär hyperlipidemi (typ I, II och III) är orsakerna liksom konsekvenserna helt olika: typ I leder till ackumulering av kylomikroner i plasma och typ II leder till förhöjda nivåer av LDL i plasma. Ange två olika proteiner, vars förändrade funktion, kan leda till en ökning av kylomikroner i plasma. Motivera genom att kortfattat beskriva vilken funktion de angivna biokemiska molekylerna har. Svar: Hyperlipidemi (typ 1) kan bero på bristande funktion i apolipoproteinet CII, som fungerar som proteinaktivator till enzymet lipoproteinlipas, samt nedsatt funktion i enzymet självt. Lipoproteinlipas uttrycks bland annat i skelettmuskulatur och fettvävens kapillärbäddar och klyver av fettsyror från de triacylglyceroler som transporteras med kylomikronerna.