Tentamen NMET2 VT2015 (17/4 2015) (Totalpoäng 55 p) SVAR PÅ FRÅGA 1-5 LÄGGS I SEPARAT MAPP 1) Redogör för den generella uppbyggnaden av ett cellmembran och beskriv kort funktionen hos de ingående molekylära komponenterna (Rita gärna!). Beskriv också vad som är speciellt med det inre mitokondriemembranet vad gäller struktur och egenskaper relativt det yttre mitokondriemembranet. (5p) I svaret ska följande komponenters stuktur och funktion beskrivas: fosfolipider (mättade och omättade fettsyror), kolesterol, perifera och integrerade proteiner (receptorer, jonkanaler, enzymer), kolhydrater (i extracellulär del). Det yttre mitokondriemembranet är relativt permeabelt med många poriner. Det inre mitokondriemembranet är selektivt permeabelt (impermeabelt) pga har mycket cardiolipin, har mycket perifera och integrerade proteiner involverat i andningskedjan, veckat. 2a) Plasmamembranreceptorer brukar delas in tre huvudtyper. Beskriv översiktligt var och en av dessa receptorer (Rita gärna) (3p) G- protein kopplade receptorer, Jonkanal kopplade receptorer och Enzym associerade receptorer översiktigt hur dessa fungerar ska beskrivas b) Aktivering av receptorer med signalämnen ger ibland upphov till ett biologiskt svar inom några få sekunder, medan det i andra fall kan dröja flera timmar. Hur kan man förklara detta? (1p) Snabbt biologiskt svar: aktivering av befintliga proteiner och snabb frisättning av signalkomponenter (t ex fosfolipas C IP3 Ca2+; adenylatcyklas camp; PKC - fosforylering av målprotein) Långsamt biologiskt svar: aktivering av transkriptionsfaktorer, genaktivering, nysyntes av proteiner c) Receptoraktivering med efterföljande intracellulär signalering är oftast övergående. Beskriv minst tre olika system för avstängning av cellaktiveringen! (3p) - upptag av receptor (nedreglering), - inaktivering av receptor, - inaktivering av signalprotein produktion av hämmande protein lossning av ligand d) En konsekvens av receptoraktivering är ofta en ökning av intracellulärt kalcium. Hur återgår kalcium till sin basalnivå? (1p) Ca2+ATPaser pumpar kalcium tillbaka till intracellulära depåer (t ex ER) och ut ur cellen (dvs extracellulärt) (+ Na/Ca antiport)
3) När vita blodkroppar förflyttar sig krävs samverkan mellan cytoskelett, plasmamembranproteiner och extracellulär matrix. Ange vilket cytoskelettsystem och vilka plasmamembranproteiner och extracellulära matrixproteiner cellerna utnyttjar och beskriv översiktligt hur det går till när en vit blodkropp migrerar, gärna med en figur. (5p) Beskrivning av selektiner, integriner, kollagen (eller fibronektin, vitronektin) och aktinfilamentsystemet. Amöboid rörelse med reversibel aktinpolymerisering inklusive aktinbindande proteiner, kalcium och PIP2 ska redogöras. 4) Vilket/vilka av följande påståenden är sanna? Rätta felaktiga påståenden! Desmosomer består av occludiner och claudiner och skapar nära kontakt mellan celler och förhindrar läckage mellan cellerna FEL. Denna beskrivning stämmer för tight junctions; Desmosomer består av cadheriner (desmoglein, plakoglobin) kopplade till intermediära filament Intracellulära vesiklar transporteras utmed mikrotubuli och fusionerar med målmembran med hjälp av v- SNARE och t- SNARE RÄTT Receptormedierad endocytos, t ex av LDL, involverar inbindning av ligand till specifik receptor och omslutning av ligand/receptor komplexet med aktin- innehållande pseudopodier FEL. Denna beskrivning stämmer delvis för fagocytos. Receptormedierad endocytos involverar inbindning av ligand till receptor, ansamling av ligand- receptor komplex i coated pits, vesikel omsluts av clatrin osv. Mannos- 6- fosfat (M6P) på proteinernas N- länkade oligosackarider är en signal som tar proteinerna till lysosomer. RÄTT Km (Michaelis konstanten) anger ett enzym s maximala reaktionshastighet FEL: KM, anger den substratkoncentration där hastigheten (v) uppgår till halva maxhastigheten för enzymet (d.v.s. v = vmax/2). (4p) 5) Beskriv kortfattat de mekanismer som används i cellen för att se till att ett nyproducerat protein hamnar i: a) plasmamembranet b) mitokondrien c) kärnan. (5p) a) Ko- translationell. Signal recognition particle (SRP) har tre domäner den ena binder signalsekvensen på proteinet, den andra binder ribosomen i A siten, den tredje SRP- receptor. Energikrävande process (GTP).Adresslappar hydrofoba aa på N- terminal eller interna hydrofoba sekvenser. Terminala ER- adresslappar klyvs bort efter transporten. Membranproteiner har stop- transfer sekvens/sekvenser. Vesikeltransport genom ER- och golgisystem via mikrotubuli och transportproteiner (dynein, kinesin), v- SNARE och t- SNARE. b) ATP krävande process. De transporterade proteinerna är icke veckade (hjälp av chaperoner). Adresslappar positiva aa på proteiners N- terminal, klyvs bort efter transporten. Interna stop- transfer sekvenser för transmembrana proteiner. Translokoner TOM, TIM. Cytosoliska kinaser och fosfataser reglerar TOMs aktivitet genom fosforylering/defosforylering.
c) Transporterade proteiner är veckade. Importin, NLS (signalsekvens, basiska aa) eller signal patch (klyvs inte bort) Kärnkomplex Ran/GDP Ran/GTP (GEF) i nukleoplasma SVAR PÅ FRÅGA 6-12 LÄGGS I SEPARAT MAPP 6. a. Beskriv en D- glukos molekyl så noggrant du kan (gärna med en snygg strukturformel). (0.5p) Svar: Minimumsvar för poäng: C 6 H 12 O 6 Någon av nedan strukturer är ett ännu bättre svar. b. Ungefär hur mycket energi (kj/mol), frigörs vid total oxidation av glukos (i närvaro av O 2 ) till CO 2 och H 2 O vid biokemiska standardförhållanden (ΔG )? (0.5p) Svar: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O ΔG = - 2840kJ/mol (+/- 840 kj/mol är ok svar) c. Ungefär hur mycket energi (kj/mol), krävs för att driva syntesen av ATP från ADP och P i vid biokemiska standardförhållanden? (0.5p) Svar: ADP + Pi ATP + H 2 O ΔG = 30.5 kj/mol (+/- 5 kj/mol är ok svar) d. Vad är utbytet i våra celler? Alltså ungefär hur mycket ATP kan cellen maximalt krama fram ur varje glukosmolekyl? Motivera! Svar: 32 ATP (38 ATP är godkänt svar men i praktiken så ger 1 NADH ca 2.5 ATP och FADH 2 ca 1.5 ATP i andningskedjan alltså inte 3 och 2 ) (0.5p)
7. Glukoneogenesen delar många av sina steg med glykolysen men det finns tre bypass steg som skiljer sig markant. a. Första bypass- steget sker delvis inne i våra mitokondrier, varför är det centralt för glukoneogenesen när substratet pyruvat tar denna omväg? (1p) Svar: Elektroner som behövs för glukoneogenesen behöver flyttas ut från matrix till cytosolen när pyruvat fungerar som substrat (notera skillnaden när laktat är substrat). b. Beskriv det andra bypass steget i glukoneogenesen så noggrant du kan med enzym och eventuella coenzym samt diskutera hur steget regleras både intracellulärt och hormonellt. (3p) Svar: Fruktos 1,6 bisfosfat+ H 2 O Fruktos 6- fosfat + P i (1p) Steget katalyseras av enzymet fruktos- 1,6, bisfosfatas(- 1) (1p) Enzymet regleras av ATP/ADPxAMP kvoten då det inhiberas av AMP (0.5p) Enzymet regleras även hormonellt då det inhiberas av metaboliten Fruktos 2,6, bisfosfat vars bildning stimuleras av insulin (som bildas genom fosforylering av Fruktos- 6- fosfat som katalyseras av PFK- 2 som aktiveras av insulin). Glucagon via camp aktiverar fruktos 2,6,
bisfosfatas- 2 som katalysera defosforylering av Fruktos 2,6, bisfosfat och den sänkta nivån ger ökad FBPase1 aktivitet (glukoneogenes) (0.5p) 8. Biotin är ett viktigt vitamin. Beskriv reaktionssteget i fettsyrasyntesen där biotin fungerar som ett co- enzym. (2p) SVAR: OBS bilden är betydligt mer detaljerad en vad som krävs för full poäng. 9. Vilka vägar kan en muskelcell använda för att få tillgång till glukosmolekyler? Motivera! (2p) Svar: Endast via glukostransportörer (GLUT4) genom muskelcellens plasmamembran.
Enzymet glukos 6- fosfatas finns ju bara i leverceller, njurceller och tarmepitelceller. 10. Beskriv länken mellan glykolysen och citronsyracykeln så detaljerat som du kan. (3p) Svar: Pyruvat transporteras in i mitokondrie matrix och omvandlas till actyl- CoA i nedan beskrivna reaktion. OBS bilden är detaljerad men bildande av CO 2 och NADH krävs för full poäng. Aktiveras: AMP, CoA NAD +, Ca 2+ Inhiberas: ATP, Actyl- CoA. NADH, fettsyror 11. Beskriv detaljerat och med en förklarande bild hur ATP utvinns i mitokondrien från NADH som bildats i citronsyracykeln. (4p)
12. Transamineringsreaktioner är centrala då överskott på ammoniumjoner skall transporteras från vävnad eller muskel för att tas om hand i levern. a. Beskriv de transamineringar som ingår i glukos- alanin cykeln. (1p) Titta i bilden efter transamineringsreaktionerna som sker i cykeln i muskel respektive lever. b. Hur inkorporeras kolet i UREA molekylen under UREA cykeln? (1p)
SVAR PÅ FRÅGA 13-14 LÄGGS I SEPARAT MAPP 13) När man vill jämföra agonister är begrepp som ockupans, efficacy och affinitet användbara. I figuren nedan visas de farmakodynamiska effekterna av läkemedel a och läkemedel b som binder till samma receptorprotein. Notera att både responsen och ockupansen vid olika koncentrationer visas i figuren. a) Jämför läkemedel a och b vad gäller affinitet och efficacy och förklara ditt svar. (2 p) b) Vilken information ger EC50- värden och Kd- värden? (1 p) c) Vad innebär begreppet receptorreserv? (1 p) Svarsförslag: a) Figuren visar att lm a och b har samma affinitet till receptorn (ockupanskurvan samma) men att de skiljer sig i efficacy (förmåga att ge respons). Läkemedel a kan karaktäriseras som en full agonist och läkemedel b som en partiell agonist. b) EC50- värdet ger information om den koncentration som behövs för att utlösa halva maximala responsen; Kd- värdet ger information om den koncentration som behövs för att hälften av receptorerna ska vara uppbundna. c) Att en ligand/lm kan utlösa maximalt svar vid låg ockupans.
14) Den oselektiva beta-receptor antagonisten propranolol kan till exempel användas för att sänka hjärtfrekvensen vid angina pectoris (kärlkramp). Problem med biverkningar såsom bronkospasm, kalla extremiteter och hypoglykemi begränsar dess användning. a) Beskriv varför oselektiva beta- receptor antagonister ger upphov till bronkospasm, kalla extremiteter och hypoglykemi. (3 p) b) Propranolol är ett lipofilt läkemedel. Ange om du förväntar dig att faktorerna nedan är höga/stora eller låga efter peroral tillförsel: (2 p) 1) biotillgängligheten 2) absorption från tunntarmen 3) första passage metabolismen 4) distributionsvolymen Svar: a) Oselektiva beta-receptor antagonister blockerar både beta 1,2 och 3-receptorer. Vid behandling av kärlkramp är det önskvärt att blockera beta 1-receptorer på hjärtat men pga läkemedels oselektiva profil kommer även beta 2-receptorer att blockeras. Blockad av beta 2- receptorer på bronker och perifera blodkärl leder till bronko- och vasokonstriktion (kalla extremiteter) eftersom beta 2-receptorer normalt sätt medierar bronkodilatation och vasodilation. Sänkt cardiac output pga beta 1-blockad bidrar också till nedsatt perifer cirkulation. Glykogenolys i levern hämmas om beta 2-receptorn blockeras och hypoglykemi kan uppstå hos känsliga individer. b) låg: biotillgängligheten; höga: absorption från tunntarmen, första passage metabolismen, distributionsvolym Lycka till!