DFM 1-TENTAMEN 08 03 03 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 få 60 % av tentamens 80 poäng för att bli godkänd på tentamen. Frågor i anslutning till artikeln "Hypoxia-induced fatty acid transporter translocation increases fatty acid transport and contributes to lipid accumulation in the heart" (Chabowski, A., Górski, J., Calles-Escandon, J., Tandon, N.N. & Bonen, A., FEBS Letters; 580: 3617-3623, 2006) [10 p] 1. (1p) Ge en metabol förklaring till fynden i Figur 1c. Hur tolkar forskarna fynden? Svar: Vid hypoxi hämmas andningskedjan och därmed ATP-bildningen. Cellen övergår då till framförallt anaerob glykolys för fortsatt energibildning. Cellen får då ta av sina glykogenförråd för att upprätthålla energibildningen. Studien visar paradoxalt nog att det ökade upptaget av fettsyror som redovisas i studien framförallt åtgår till nysyntes av olika lipider. Detta bidrar till att cellen vid hypoxi måste använda sig av alternativa substrat som glykogen för att upprätthålla energibildningen. 2. (4p) Baserat på vad du hart lärt dig under kursen DFM1 rörande lipidmetabolism i kroppens olika organ och olika lipiders struktur finns det något oväntat i resultatet som redovisas i Figur 2. a) Förklara det oväntade resultatet. b) Redogör också för reaktionsstegen som gör att tritiummärkt palmitinsyra (Pal) kan återfinnas i lipidfraktionerna (PL, MG, DAG, TG), som redovisas i Figur 2a. Utgå från valfri trios som bildas i glykolysen och palmitinsyra - Pal. Svar: a) Det är oväntat att finna att även muskelceller kan bilda TAG eftersom TAGbildningen huvudsakligen sker i levern, fettväven och i tarmen. Det är också oväntat att återfinna palmitinsyra i kolesterolfraktionen, men troligtvis beror det på att den även innehåller kolesterolestrar. b) DHAP glycerol-3-fosfat; glycerol-3-fosfat + Pal lysofosfatidsyra; lysofosfatidsyra + Pal fosfatidsyra; fosfatidsyra DAG + P i ; DAG + Pal TAG (TG); aktiverad fosfatidsyra + alkohol eller DAG + aktiverad alkohol olika fosfolipider (PL); DAG MG + Pal 3. (2p) Om man i stället för märkt palmitat (palmitinsyra) hade använt sig av tritiummärkt stearinsyra, skulle resultaten (som redovisas i Figur 2 och Figur 1) blivit annorlunda på något kvalitativt eller kvantitativt sätt? Motivera genom att bland annat redovisa den principiella uppbyggnaden för stearinsyra, palmitinsyra och ceramid. 1
Svar: Troligen skulle resultaten inte ändras på något kvalitativt sätt eftersom som fettsyrorna bara skiljer sig åt med avseende på en metylengrupp (C16:0 vs C18:0). Däremot skulle det troligen bli en kvantitativ skillnad vad avser mängden ceramid eftersom den ena av de två fettsyrorna som ingår i ceramid alltid är en modifierad palmitinsyrarest. Denna är bunden till en serinrest i sfingolipider till skillnad från ett glycerolskelett i glycerofosfolipiderna. 4.. (2p) Från metodbeskrivningen framgår det att man i studien använder sig av tritiummärkt palmitat då man vill få ett mått på hur tillfört palmitat oxideras. Man kvantifierar dock bildningen av en helt annan märkt produkt som bildas vid fullständig förbränning av palmitat. Vilken produkt analyseras? Var och hur bildas den? Motsvarande substans i omärkt form åtgår också vid oxidationen av palmitat. Redogör för detta metabola steg. Svar: Man analyserar tritiummärkt vatten som bildas i andningskedjans slutsteg i mitokondrien genom reaktionen 2H + + 1/2O 2 H 2 O. I oxidationen åtgår det däremot vatten då enoylcoa omvandlas till 3-hydroxy-acylCoA (vatten adderas till en dubbelbindning). 5. (1p) I studien försöker man analysera några proteiner som skulle kunna vara är involverade i signaltransduktionsprocessen som aktiveras vid hypoxi och av insulin (OBS! Akt= PKB). I metoden utnyttjar man sig av att proteiner kan modifieras kovalent. Vilka är de aminosyrarester som modifieras specifikt i dessa experiment? Vad har dessa aminosyrarester för strukturell likhet i sina sidokedjor? Svar: De aminosyrarester som modifieras kovalent i studien är serin och treonin. Dessa aminosyrarester, liksom tyrosin, har en hydroxylgrupp i sin sidokedja. Denna hydroxylgrupp kan modifieras kovalent genom att det adderas en fosfatgrupp. [I processen bildas det en fosfoesterbindning på samma sätt som i fosfolipider och som när flera intermediärer i glykolysen fosforyleras.] Allmänna frågor på kursinnehållet (19p) 6 (1p) Beskriv kortfattat hur du experimentellt skulle avgöra om en inhibitor (hämmare) till ett enzym, som följer Michaelis-Menten-kinetik, är kompetitiv eller icke-kompetitiv. Svar: Om man vid kinetisk mätning visar att vid närvaro av inhibitorn påverkas K m men inte V max är inhibitorn kompetitiv. Om däremot V max påverkas men inte K m är inhibitorn ickekompetitiv. 2
7 (1p) När vi förbränner alkohol och olika näringsämnen såsom kolhydrater, fett och proteiner, utvinns olika mängder av energi/gram ämne. Rangordna dessa ämnen och alkohol med avseende på hur mycket energi som utvinns (1 minst, 4 mest) vid metabolism samt ange ungefär hur mycket energi i kcal/j som frisätts per gram ämne. Svar: 1 och 2 kolhydrater och proteiner, 3 alkohol, 4 fett (4 och 4,7 resp. 9 kcal/g) 8 (2p) Vid alkoholmetabolism bildas stora mängder NADH i levercytosolen. Redogör för hur detta energiöverskott i NADH överförs in i mitokondrien för att ett maximalt energiutbyte skall erhållas! Svar: För att maximalt energiutbyte skall erhållas skall energiöverskottet i NADH flyttas m.h.a. malat-aspartatskytteln: 9 (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.] 10 (2p) Vid hepatit har patienterna ofta svårt att tåla fet mat, beroende på nedsatt förmåga att bilda gallsalter. Vilka är de två vanligaste primära gallsyrorna och hur modifieras dessa i levern och i tarmen? Svar: Cholsyra och chenodeoxycholsyra. Gallsyrorna konjugeras till glycin eller taurin. De bildade gallsalterna utsöndras via gallan i duodenum. I tarmen dekonjugeras gallsalterna av tarmbakterierna. Dessutom kan gallsyrorna dehydroxyleras. 3
11 (3p) Ikterus uppkommer på grund av ansamling av en metabolit, som bildas vid nedbrytningen av den prostetiska gruppen i hemoglobin. Redogör för metabolismen av den prostetiska gruppen fram till och med utsöndringen av slutprodukterna Svar: Hemoglobinet bryts ned till hem och globin. Hem klyvs med hemoxygenas, och NADPH till biliverdin (en kedja, järn frisätts) som reduceras med NADPH till bilirubin. Till levern transporteras det hydrofoba bilirubinet bundet till albumin. I levern konjugeras bilirubin med två UDP-glukuronsyra till bilirubindiglukuronid som utsöndras i galla. I tarmen omvandlas konjugatet till urobilinogen som oxideras till sterkobilin (via sterkobilinogen). Sterkobilin lämnar kroppen via faeces, som därigenom får sin färg. En liten del av urobilinogenet reabsorberas från tarmen och går med blodet till njurarna där det omvandlas till urobilin som ger urinen dess färg. [En liten del av urobilinogenet reabsorberas från tarmen och går med blodet till levern och recirkulerar via gallan tillbaka till tarmen.] 12 (3p) Redogör kortfattat för hur reparering av DNA går till med mekanismerna base excision repair och nucleotide excision repair. Förklara även varför det är viktigt att fel i DNA repareras. Svar: Base excision repair är en mekanism där baser som har blivit felaktigt kemiskt modifierare repareras. DNA-glykosylas känner iden den modifierade basen och tar bort den Endonukleas bryter sockerkedjan och DNA-polymeras fyller i DNA-strängen. Slutligen sammanfogar DNA-ligas kedjan. Nucleotide excision repair kan reparera nästan vilken DNA-skada som helst (t.ex. tymindimerer eller kemiska modifikationer). Ett enzymkomplex känner igen att DNAsträngen är skadad. Ett nukleas klipper av DNA-strängen på båda sidor om skadan (25 nukleotider). Den felaktiga DNA-strängen tas bort av DNA-helikas. DNA-polymeras och ligas lagar skadan. Det är viktigt att DNA-reparation sker, för att trygga artens överlevnad samt för att skydda individen mot genetiska förändringar som leder till okontrollerad tillväxt (cancer). 13 (2p) Beskriv kortfattat när och hur veckningen sker i det växande embryot. Svar: Embryots veckning under den fjärde veckan. Veckning sker både rostralt-kaudalt och lateralt. Embryot tillväxer dorsalt, så att det veckas både på längden och längs sidorna. Endodermal vävnad innesluts och mag-tarmkanal bildas eller anläggs. 14 (4p) Vad heter (latinska namn) de olika så kallade tuggmusklerna och vilka rörelser av underkäken åstadkommer respektive muskel? Svar: M. masseter: eleverar (lyfter) underkäke / bita ihop /stänger munnen + viss protraktion M. temporalis: eleverar (lyfter) underkäke / bita ihop /stänger munnen + retraktion M. pterygoideus medialis: eleverar (lyfter) underkäke / bita ihop /stänger munnen + protraktion + omväxlande unilateral aktivering ger små malningsrörelser M. pterygoideus lateralis: öppnar munnen + protraktion + omväxlande unilateral aktivering ger stora malningsrörelser 4
Tema I: Sårläkning Sårläkning är kroppens naturliga sätt att regenerera vävnad. Ett antal olika processer deltar i kaskadreaktioner för att reparera vävnaden. Den normala sårläkningsprocessen kan indelas i följande steg: 1. Inflammatorisk fas, 2. Proliferativ fas och 3. Mognadsfas. Faktorer som kan påverka och fördröja sårläkningen kan bland annat vara infektion, dåligt nutritionsstatus, dålig blodförsörjning, diabetes, hög ålder och vissa mediciner. 15 (4p) Vid sårläkning måste matrix återbildas. Ett viktigt protein i sammanhanget är kollagen. Bildningen av kollagen (typ 1) kräver bland annat vitamin C. Redogör med ord och skiss för strukturen av kollagen typ1 med hjälp av strukturnivåer och andra proteinkemiska begrepp. Redogör också för vitamin C:s funktion och betydelse för bildning av ett starkt kollagen. Redogör även för vilka andra posttranslatoriska förändringar som detta protein genomgår. Svar: Primärstruktur: ca 333 repetitiva tripletter av aminosyraresterna Gly-X-Y: där X ofta är Pro och Y ofta Hyp/Hyl. Sekundärstruktur hos vardera subenheten i det färdiga proteinet: vänstervriden helix med 3 aminosyrarester/varv. Tertiärstruktur: fibröst/långsträckt protein. Kvartärstruktur: tropokollagen tre subenheter. Vitamin C behövs för att cofaktorn (järn) i enzymerna (prolyl- och lysylhydroxylas), som katalyserar hydroxyleringen av vissa specifika Pro och Lys-rester till Hyp respektive Hyl, skall kunna återreduceras (Fe 3+ Fe 2+ ). Därmed kan enzymerna bibehålla sin katalytiska förmåga. Andra posttranslatoriska modifieringar är: glykosylering, bildande av disulfidbryggor, avklyvning av N- och C-terminaler extracellulärt, bildning av allysinrester, korsbryggebildning mellan tropokollagenmolekyler m.h.a. kovalenta lysin-allysinbryggor. 16 (2p) Diabetiker drabbas ofta av bensår och andra senkomplikationer som en följd av sin sjukdom. Redogör för två vanliga molekylära förklaringar till de patologiska förändringar som dokumenterats vid diabetes i vissa speciellt känsliga vävnader (till exempel kärl och nerver). Dessa förändringar anses ha sin grund i långvarigt förhöjda koncentrationer av glukos både extra- och intracellulärt. Svar: 1) Glykering av proteiner (icke enzymatisk och ospecifik proteinglykosylering) beror på ökad koncentration av glukos som ej befinner sig i pyranosform. Den öppna formen av glukos kan ospecifikt reagera med t.ex. aminogrupper i proteiner (t.ex. HbA Ic ) och därmed komma att påverka proteiners funktion. 2) Reduktion av aldehydgruppen i glukos till sockeralkoholen sorbitol m.h.a. aldosreduktas [coenzym: NADPH + H + NADP + ]. I vävnader som saknar enzymet sorbitoldehydrogenas ansamlas osmotiskt aktivt sorbitol med resultat att vävnadens funktion och förmåga till sårläkning antagligen påverkas. 17 (3p) Vid diabetes typ 2 uppvisar patienten insulinresistens. Det kan finnas många orsaker till denna resistens, såsom fel på signaltransduktionsmekanismen för insulin. Redogör för insulins signaltransduktionsmekanism från receptorprotein till målproteinet i muskelns glykogensyntes. 5
Svar: Receptorn är uppbyggd av två subenheter (vardera bestående av två domäner sammanhållna med en disulfidbrygga) sammanfogade med en disulfidbrygga. Inbindning av insulin till en -domän leder till strukturförändring i den intracellulära domänen och korsvis autofosforylering av Tyr-rester i -domänerna. Hela receptorligandkomplexet fungerar nu som ett kinas och kan fosforylera ett dockningsprotein IRS (insulin-receptor-substrat), som känns igen av olika andra proteiner, t.ex. PI-3K. PI-3K kan fosforylera PIP 2 till PIP 3, som i sin tur känns igen av PKB (AKT) som i aktiverad form (PKB-P) kan katalysera olika reaktioner såsom fosforylering GSK, rekrytering av GLUT4 från en intracellulär vesikelpool (i skelettmuskulatur, fettväv och hjärta). Aktivt PKB kan via flera steg aktivera olika fosfataser som defosforylerar t.ex. glykogensyntas. 18 (2p) Det har nyligen visat sig att enzymet diacylglycerolkinas (DAG-kinas; DGK) kan vara involverat i insulinresistensen och de biverkningar som ses vid diabetes. Vilken nyckelintermediär bildas av DAG-kinas och vad kan i sin tur bildas från denna nyckelintermediär? Beskriv kortfattat två principiellt olika konsekvenser för cellsignalering om funktionen av DGK är nedsatt. Ledtråd: tänk på olika signaltransduktionsmekanismer. Svar: DGK katalyserar bildningen av nyckelintermediären fosfatidsyra varifrån man kan bilda fosfatidylinositol (PI). I fosforylerad form kan PI delta i olika typer av cellsignalering (t.ex. i insulins signalering och via fosfolipas C och IP 3 -frisättning). Vid nedsatt DGKaktivitet ökar koncentrationen av DAG som deltar i signaltransduktion genom att fungera som coaktivator till olika isoformer av PKC. Sår förekommer i alla delar av vårdkedjan. Vissa svåra sår, som till exempel stora brännskador vårdas på specialiserade avdelningar på sjukhus. Ibland måste skadan täckas med ny hud, till exempel genom transplantation. 19 (3p) Ett stort patientproblem vid läkning av stora sår efter brännskador är vätskeförluster. Därför är det viktigt att sårytan kan täckas med ny cellyta så snabbt som möjligt. Detta cellytelager förhindrar att till exempel bakterier och virus enkelt kan infektera den annars blottlagda vävnaden. Den exponerade strukturen vid ett sår är främst den extracellulära matrixen (ECM). Ange namn på tre viktiga komponenter i cellmatrix (förutom kollagen). Hur kan man förklara att ett öppet sår vätskar så mycket, förutom eventuell blödning? Ett exempel på sådana sår kan vara brännskador. Svar: Extracellulära matrixen (ECM) består av elastiska molekyler, sammanlänkande molekyler (t.ex. fibronektin), fibermolekyler, basalmembran och hygroskopiska molekyler (t.ex. proteoglykaner och hyaluronsyra). De hygroskopiska molekylerna (t.ex. hyaluronsyra) ser till att dra åt sig vatten, vilket leder till en mycket hög tillgänglighet av vatten i den frilagda ECM i sårytan. Detta vatten kan avdunsta, eller t.o.m. rinna av såret. Det avdunstade vattnet ersätts av nytt vatten från intilliggande vävnad p.g.a. den vattensugande effekten. D.v.s. ECM agerar som pump för att kanalisera bort vatten från den del av ECM som ligger vid sidan av såret. Detta vatten ersätts av vatten från blodet och därmed resten av kroppen. 6
20 (1p) Sårytan täcks så snabbt som möjligt av ett nytt cellager. Dessa nya celler måste förflytta sig över den delvis skadade och frilagda matrixen. Förklara fokala kontakternas roll i denna dynamiska cellrörelseprocess. Svar: Fokala kontakter är fästpunkter för cellens stressfibrer och cellens fästpunkter mot underlaget. De utgör alltså länken mellan cellens kontraktionsaktivitet och det omgivande mediet och medierar cellmotilitetsdynamiken. Sårläkning är en komplex process där ett antal olika celltyper deltar. Därmed måste cellerna kommunicera aktivt med varandra. 21 (3p) Alla celler i kroppen simmar i ett hav av information. Ofta är det så att olika celltyper reagerar på en och samma signalmolekyl fast reaktionerna blir olika. Förklara hur cellernas intracellulära informationshantering är organiserat så att en signal kan ge olika effekter hos olika celler. Teoretisera kring vilka fördelar multicellulära organismer kan ha av att en och samma signal kan betyda eller förmedla olika saker. Svar: Celler har olika receptorer, vilket innebär att de tar emot bara vissa signaler. Efter signalmottagningen, vilket sker genom en receptor, skickas signalen vidare in i cellen genom olika signaltransduktionsvägar. Olika celltyper kan ha samma typ av receptor, fast olika signalvägar som följer efter. Signalen omvandlas i cellen genom amplifiering, integrering, cross-talk, bifurkation eller förankring. Slutligen hamnar signalen hos olika typer av effektormolekyler (t.ex. transkriptionsfaktorer) som påverkar en process, t.ex. genreglering. Även effektorerna kan vara olika hos olika celltyper. Det kan finnas olika anledningar till att en signal i kroppen kan betyda olika saker för olika celler. Att en och samma signal kan starta eller förändra olika typer av cellulära processer är ett väldigt effektivt sätt att hantera information. Eftersom cellerna är specialiserade på olika sätt, är det fördelaktigt att använda samma signal för olika celltyper. Andra alternativet vore att ha en specifik signal för varje process, vilket skulle öka antalet specifika signalmolekyler avsevärt, även behovet för mekanismer som skapar signaler. Jämför gärna med en orkester alla musiker följer dirigentens instruktioner men skapar ändå olika ljud. Det vore otympligt at ha en dirigent för varje musiker. Dessutom skapar gemensamma signaler en möjlighet att integrera och harmonisera information. 22 (3p) En viktig cellulär process i sårläkning är tillväxt av celler. Redogör schematisk för cellcykelns huvudfaser, gärna med en bild med förklaringar, och beskriv kortfattat vad restriction points är samt var i cellcykeln dessa finns. Svar: G 1, S (DNA-syntes), G 2, M (separation av kromosomer, celldelning), G0 (vilofas). Vid G 1 -checkpoint kontrolleras om miljön är gynnsam miljö. Vid G 2 /M-checkpoint kontrolleras om allt DNA har replikerats samt om miljön är gynnsam. Vid metafas-checkpoint kontrolleras att alla kromosomer är fastsatta i kärnspolen. 7
23 (2p) Celler i ytepitel utgör den yttersta delen av vävnader och ersätts därför vid olika sårskador. Detta gäller skadade epitelceller i huden vid skärskador, men också i magsäcken vid magsår eller i matstrupen efter intag av till exempel lut. I färgbilagan följer bilder på fyra olika ytepitel (A-D) som skall namnges (fullständigt). I de fall det finns speciella ytstrukturer på epitelcellerna skall dessa anges. Varje komplett rätt svar ger 0,5 poäng. Svar: A = Skiktat oförhornat skivepitel (esophagus), B = Enkelt cylinderepitel med bägarceller och mikrovilli (duodenum), C = Flerradigt (3-5-radigt; pseudostratified ) respirationsvägsepitel med kinocilier (trachea) och D = Enkelt kubiskt epitel (njurtubuli). 24 (1p) Förklara kortfattat vad som menas med groddblad. Namnge det groddblad i ett embryo som ger upphov till huden. Svar: Groddblad är lager av celler i det treskiktade embryot: ektoderm, mesoderm och endoderm. Huden har sitt ursprung i ektoderm. 25 (1p) Det finns stamceller överallt i kroppen, även i huden. Dessa stamceller är en viktig komponent i kroppens läkningsprocesser. Ge en definition av vad en stamcell är. Svar: Stamceller är celler som kan producera fler stamceller samt differentiera till olika celltyper. Tema II: Svält Svält ( Sult ) är en roman av den norske författaren Knut Hamsun. Romanen berättar om en ung man som försöker förtjäna sitt uppehälle som skribent. Det går dock inte så bra för mannen, och utan pengar ingen mat, och utan mat blir han alltför svag att skriva, det vill säga en Catch 22 situation som är relaterad till det du lärt dig om metabola förändringar vid fasta och svält. Vid fasta och svält utnyttjar sig kroppen av olika näringsdepåer för att upprätthålla blodglukoskoncentrationen och därmed energitillförseln till hjärnan. Redan vid fasta i samband med sömnen utnyttjas till exempel depån av glykogen i levern för att upprätthålla blodglukoskoncentrationen. Under natten kommer även nedbrytningen av andra energikällor att påbörjas vilket bland annat leder till ett ökat inflöde av alanin till levern. 26 (6p) Från vilken vävnad kommer huvudsakligen aminosyran alanin vid detta svälttillstånd? Beskriv hur de olika delarna av alaninmolekylen tas om hand i leverceller och omvandlas till två olika föreningar som exporteras från levern (samtliga steg i dessa processer ska anges, strukturformler erfordras inte). 8
Svar: Alaninet kommer från skelettmuskulaturen (eller från tarmen där glutamin genomgått omvandling till alanin). 1) Transaminering av alanin (med hjälp av ALAT) till pyruvat. Aminogruppen tas upp av - ketoglutarat, som därigenom omvandlas till glutamat. 2) Pyruvat går in i glukoneogenesen. Processen ska anges stegvis, pyruvat in i mitokondrien, pyruvat + CO 2 + ATP oxalacetat + ADP + P i, oxalacetat + NADH malat + NAD +, ut till cytosolen, malat + NAD + oxalacetat + NADH, oxalacetat + GTP PEP + GDP + CO 2, därefter glukoneogenesen till glukos, (se Champe, Harvey and Ferrier (4:e upplagan) fig. 10.7, sid. 121). Export av glukos till blodet. 3) Oxidativ deaminering av -ketoglutarat till glutamat. Aminogruppen in i ureacykel (se nedan och Champe, Harvey and Ferrier (4:e upplagan) fig. 19.14, sid. 254). Export av urea till blodet (för utsöndring via njurarna). Karbamylfosfatsyntetas I i mitokondrien, stimuleras av N-acetylglutamat som det bildas mer av vid överskott på aminosyror, a) katalyserar NH 4 + + CO 2 + 2 ATP karbamylfosfat + 2 ADP + P i b) Karbamylfosfat + Ornitin Citrullin, ut ur mit c) Citrullin + Aspartat + ATP Argininosuccinat + AMP + PP i d) Argininosuccinat Arginin + Fumarat e) Arginin + H 2 O Urea + Ornitin 27 (3p) Vid fasta eller svält sker också ett gradvis ökande inflöde av fettsyror till levern. Hur transporteras fettsyrorna i blodet från fettväv? Vad händer med fettsyrorna i leverceller under natten? Redogör för de steg som krävs för att fettsyrorna ska kunna börja metaboliseras i leverns mitokondrier. Vilken slutprodukt bildas vid -oxidation av fettsyror? (OBS! I frågan ingår inte redogörelse av -oxidationen). Svar: Fettsyrorna transporteras bundna till albumin. Inne i levercellerna aktiveras de till acyl- CoA. Detta är en energikrävande process där ATP omvandlas till AMP + PP i.. Intransport till mitokondrien med hjälp av karnitinskytteln (CPTI, translokas/antiport, CPTII). För detaljer se Champe, Harvey and Ferrier (4:e upplagan) fig. 16.16, sid. 191. Därefter -oxidation. Slutprodukt acetyl-coa. 9
Trots att hjärnan i stor utsträckning består av lipider verkar den i nämnvärd utsträckning inte kunna ta upp och förbränna fettsyror vid svält (när blodglukosnivåerna faller). I stället använder hjärnan sig huvudsakligen av en annan klass av vattenlösliga substrat som komplement till glukos. 28 (3p) Redogör för hur dessa alternativa substrat fullständigt metaboliseras i hjärnan till och med första intermediär i citronsyracykeln. Ange samtliga substrat och produkter och vad som krävs cellulärt och enzymatiskt (specifikt enzym) för att olika andra vävnader skall kunna utnyttja sig av ketonkroppar som alternativt bränsle till glukos. Svar: Metabolism av ketonkroppar kräver celler med mitokondrier som innehåller enzymet tioforas [saknas i levermitokondrier]. 3-hydroxybutyrat + NAD + acetoacetat + NADH + H + acetoacetat + sucinylcoa acetoacetylcoa + succinat (Enzym: tioforas) acetoacetylcoa + CoASH 2 x acetylcoa acetylcoa + oxaloacetat citrat + CoASH Det är inte bara metabolismen som påverkas vid fasta och svält utan även tarmens motorik. 29 (1p) Vilken typ av intestinal motorik ses vid fasta? Beskriv med en enkel skiss/diagram. Svar: Den typ av motorik som ses vi fasta är en synkroniserad rytmisk motorik som elektriskt karakteriseras av migrating motor complex (MMC), som återkommer med 90-120 minuters mellanrum. [Dessa börjar i ventrikeln (vanligast) eller duodenum (jejunum) och går till nedre delen av ileum.] För skiss se Figur 40-6 i Boron & Boulpaep, Medical Physiology updated version. 10
Tema III: Laktos tolerans och intolerans (13 p) ********************************************************************* De flesta vuxna i världen klarar inte av att dricka stora mängder av standardmjölk på grund av att deras matsmältningssystem inte klarar av att spjälka laktos (mjölksocker). Typiska symptom är gasbildning, koliksmärt och diarré. I Sverige kan man nuförtiden hitta olika typer av låglaktosprodukter. Dessa produkter kan minska besvär hos laktoskänsliga individer. Det förekommer att allmänheten blandar ihop laktosintolerans med mjölkallergi. Laktosintolerans har dock inte kopplingar till immunreaktioner utan handlar om att det inte finns laktasenzym i tunntarmen hos drabbade individer. ********************************************************************* 30 (1p) Enzymet laktas kan bryta ned laktos men ej cellulosa. Detta beror på specificiteten hos laktas, och strukturen för respektive substrat. Beskriv uppbyggnaden för laktos med angivande av ingående monosackarider och bindningstyp/typer. Svar: Laktas är uppbyggd av monosackariderna D-galaktos och D-glukos som är sammanfogade med -(1-4)-glykosidbindningar i den angivna ordningen. 31 (2p) Beskriv absorptionsprocessen för de i laktos ingående monosackariderna (från tarmlumen, via epitelcellen och vidare till blodbanan). Svar: Absorption av galaktos och glukos (i pyranosform) från tarmlumen till epitelcellen sker genom symport med Na-joner och m. h. a. glukostransportören SGLT1 [ sodium glucose transporter 1 ], som drivs genom sekundär aktiv transport. Na-gradienten skapas m.h.a. ett Na/K-ATPas i basalmembranet mot blodbanan. Från epitelcellen in i blodbanan transporteras både galaktos och glukos m.h.a. GLUT2. 32 (3p) Om man är laktosintolerant bör man minimera intaget av laktos. Beskriv hur en laktosintolerant mamma trots detta kan bilda laktos med monosackariden glukos som utgångsmaterial. Samtliga reaktionssteg från glukos till laktos skall beskrivas (susbstrat, produkter och enzymnamn skall ingå i denna beskrivning)? Svar: En laktosintolerant mamma kan bilda laktos även om hon undviker dietärt intag av galaktos (den huvudsakliga källan för galaktos är laktos) genom att om hon är frisk utnyttjar sitt UDP 4 galakto-glykosyl-epimeras, som omvandlar UDP-glukos till UDP-galaktos. glukos glukos-6-fosfat (hexokinas/glukokinas) glukos-6-fosfat glukos-1-fosfat (fosfoglukomutas) glukos-1-fosfat + UTP UDP-glukos + UDP [(UDP-glukospyrofosforylas)] UDP-glukos UDP-galaktos (galakto-glykosyl epimeras) [UDP-galaktos + glukos laktos + UDP (UDP-galaktos: glukos-galaktosyltransferas)] Galaktos och glukos är C4-epimerer som skiljer sig strukturellt åt på kol 4 vad avser hydroxylgruppens placering i denna position (för pyranosformerna befinner sig OH-gruppen nedanför resp. ovanför ringens plan för glukos resp. galaktos). [Med epimerer avses två socker som skiljer sig år vad avser gruppernas orientering på ett asymmetriskt kol.] 11
********************************************************************* Laktosintolerans kan vara ärftligt, och förekomsten varierar mycket hos olika etniska grupper. I Finland är ungefär 15 % av vuxna laktosintoleranta i någon mån, och hos andra nordiska länder är det 3-4% av den vuxna befolkningen som upplever obehag i samband med intag av mjölkprodukter med laktos. Man har hittat flera olika typer av mutationer i genen som kodar för laktasenzymet. En typ av mutation ger upphov till en förkortad variant av laktasenzymet. ********************************************************************* 33 (4p) Enzymet laktas uttrycks i tunntarmsepitelet och är således ett exempel på ett protein som uttrycks vävnadsspecifikt, det vill säga i en speciell celltyp. Många av dessa cellspecifikt uttryckta gener styrs via speciella cellulära signalsystem. Styrningen av uttrycket av en enskild gen kan ske på flera olika nivåer i cellen, en av dessa är styrningen av initieringen av transkriptionen. Förklara verkningsmekanismen för hur transkriptionsprocessen kan aktiveras i en inaktiv gen så att denna övergår i ett aktivt transkriberande tillstånd. Beskriv de olika stegen i händelseförloppet från och med. en extracellulär signal (välj själv ett cellulärt signalsystem) som startar processen till och med att RNA-polymeras II har initierat transkriptionen på genen ifråga. Beskriv de olika stegen i processen, helst genom att rita en bild med förklaringar. Svar: En signalkänslig transkriptionsfaktor, t.ex. en hormonreceptor, aktiveras genom att hormonet passerar plasmamembranet och binds till en specifik receptor i cytoplasman eller cellkärnan varefter hormon-receptor komplexet söker sig till en specifik DNA sekvens i en enhancer region (genregulatorisk DNA-sekvens) där den binder sekvensspecifikt till DNA-segmentet och därmed attraherar ett eller flera kromatin-öppnande komplex, såsom histonacetyltransferaser och/eller vissa histonmetyltransferaser eller SWI/SNF (energi-förbrukande kromatinöppnande komplex) s.k. coaktivatorer, varefter kromatinstrukturen luckras upp så att kringliggande DNA blir tillgängligt för bindning av basala (generella) transkripionsfaktorer såsom TATA-bindande komplexet TFIID, TFIIB m.fl. samt RNA-polymeras kan bindas och transkriptionen initieras. Uppluckringen av kromatinstrukturen sker genom att histonsvansarna (N-terminala utskott från histonproteinerna i nukleosomerna) förlorar sin positiva laddning p.g.a. acetylering av lysiner, detta bidrar till att göra DNA tillgängligt så att promotorn öppnas för transkription. ******************************************************************** Enzymet laktas behövs i tunntarmen för framgångsrik digestion av laktos. Den aktiva formen membranbundna formen av enzymet hittas i duodenum (brush border). ********************************************************************* 34 (3p) Laktasgenen kodar för en drygt 1900 aminosyror lång pro-peptid som processas proteolytiskt till ett cirka 1000 aminosyror långt färdigt enzym som är membranförankrat via en C-terminal helix. I laktasenzymets N-terminal finns det en signalpeptid. Redogör för laktasets mest troliga processväg från det att translationen precis är påbörjad till dess att laktaset är frisläppt i det endoplasmatiska retiklets membran. Svar: När laktasets signalpeptidsekvens exponeras vid ribosomen binder den signaligenkännande partikeln (SRP) och förhindrar vidare translation i cytoplasman. mrna-ribosom-srp komplexet binder sedan en receptor för SRP i granulärt ER. Receptorn medierar i sin tur bindning till det ER-membranspännande translokatorkomplexet. SRP dissocierar från signalsekvensen, translationen återstartar och peptidkedjan som translateras transporteras nu genom translokatorn. Den N-terminala ER- signalsekvensen klyvs därefter av cotranslationellt. När den s.k. stop-transfer -sekvensen vid C-terminalen går igenom translokatorn öppnas den och det membranförankrade laktaset släpps iväg lateralt i ER:s bilager. 12