Oppgavesettet utgjør totalt 100 vekttall. Antall vekttall er vist i parentes foran hver spørsmålsgruppe.

Transkript

1 Ordinær eksamen, MEDSEM/ODSEM/ERNSEM2 høst 2009 Torsdag 14. januar 2010 kl. 09:00-15:00 Oppgavesettet består av 4 sider inklusive Vedlegg 1 Hjelpemidler: Norsk rettskrivningsordbok Oppgavesettet utgjør totalt 100 vekttall. Antall vekttall er vist i parentes foran hver spørsmålsgruppe. Inhibert av statiner, eks. simvastatin Oppgave A (8) Statiner, som hemmer enzymet HMG-CoA reduktase, blir brukt som legemiddel mot for høyt serumkolesterol. 1. HMG-CoA reduktase er det hastighetsbegrensende enzym i kolesterolsyntesen. Hva betyr det at et enzym er hastighetsbegrensende i en metabolsk reaksjonsvei? 2. Det er generelt viktig at aktiviteten til ulike enzymer er nøye regulert. Gi 5 (fem) eksempler på hvordan enzymaktivitet kan reguleres. 3. Hvordan kan man finne ut om en enzyminhibitor er konkurrerende eller ikke-konkurrerende? Illustrer gjerne svaret med en figur. Oppgave B (10) Polymorfismer i genet for HMG-CoA reduktase er assosiert med høy risiko for koronar hjertesykdom. 4. Forklar hva som menes med begrepet polymorfisme. 5. Beskriv minst 3 (tre) typer polymorfismer som er utbredt i det human genomet. I mange familier er nivået av serumkolesterol en multifaktoriell egenskap. 6. Forklar begrepet multifaktoriell arv. Oppgave C (3) HMG-CoA reduktase er også ansett å være viktig i fosterutviklingen, siden mangel på mevalonsyre og dens metabolitter kan føre til organdefekter. 7. Hva er et teratogen og nevn noen eksempler på slike? Side 1 av 18

2 Oppgave D (15) Hos mennesket er genet for HMG-CoA reduktase lokalisert til kromosom 5 og består av 20 exoner. Det er blitt beskrevet tilfeller av alternativ spleising av primærtranskriptet til enzymet. De første 21 basene i den åpne leserammen er som følger: 5 -auguugucaagacuuuuucga Hvordan foregår dannelsen av primærtranskriptet og hvilket enzym katalyserer reaksjonen? 9. Hvor i cellene foregår spleisingen og hvordan skjer den? Hva menes med alternativ spleising? 10. Benytt den vedlagte tabellen (Vedlegg 1) over den genetiske kode til å angi de 7 første aminosyrene til HMG-CoA reduktasen. HMG-CoA reduktasen er lokalisert til membranen i endoplasmatisk retikulum og har flere transmembrandomener. 11. Gjør rede for hovedtrinnene i translasjonen av et transmembranprotein. Oppgave E (15) De fleste statinene gir bivirkninger i form av myopati (muskelsykdom). Dette kan skyldes nedsatt syntese av ubiquinon (koenzym Q, CoQ) i skjelettmuskelen. 12. Skisser hvordan elektrontransportkjedens fire komplekser medvirker til oksidasjon av NADH H + og FADH 2. Angi ubiquinonets plassering og funksjon i elektrontransportkjeden og begrunn hvorfor nedsatt mengde av ubiquinon i skjelettmuskel kan gi svekket funksjon. Bruk gjerne en figur til å illustrere ditt svar. 13. Skjelettmuskelcellen bruker gjerne fettsyrer som energisubstrat. Forklar hvordan fettsyrer som er lagret som triacylglyserol i fettvev kommer inn i skjelettmuskelmitokondrienes matriks (ß-oksidasjonen skal ikke diskuteres her). 14. Forklar hvordan fettvevets metabolisme styres av insulinnivået i blodbanen. Oppgave F (9) Ved hjelp av mikromatriseanalyser sammenlignet en forskergruppe pasienter som var satt på statiner med en kontrollgruppe. De fant at gener som koder for proteiner i skjelettmuskelens ekstracellulære matriks (ECM) og dens kontraktile apparat var oppregulert hos pasienter som brukte simvastatin. 15. Beskriv prinsippene for Northern blotting og mikromatriseanalyser. 16. Beskriv de ulike måtene celler kan binde seg til ECM. 17. Skisser bestanddelene av og funksjonen til skjelettmuskelcellens kontraktile apparat. Oppgave G (10) Ved mikromatriseanalyser fant de også indikasjoner på at signalveier var regulert hos pasienter som ble behandlet med simvastatin, slik som TNFα-indusert mitokondrieuavhengig apoptose. De observerte en økt ekspresjon av SODD, et protein som er vist å hemme TNFα-indusert apoptose. 18. Beskriv (gjerne ved hjelp av en figur) hovedtrinnene i mitokondrieuavhengig apoptose. 19. Diskuter - med bakgrunn i det du nå vet om SODD - hva slags rolle du tror SODD kan spille i utvikling av kreft. Du bør spesielt begrunne om du antar at SODD er et potensielt proto-onkogen eller et tumorsuppressorgen. Side 2 av 18

3 20. Gi eksempler på minst 2 (to) andre onkogener og/eller tumorsuppressorgener som er involvert i reguleringen av apoptose og forklar hvordan de kan bidra til utvikling av kreft. Oppgave H (10) Signalstoffer kan aktivere forskjellige typer reseptorer, avhengig av hvilket vev signalstoffet virker på. Acetylkolin er et slikt signalstoff. 21. Hvilke typer reseptorer og signalveier kan acetylkolin aktivere? Bruk gjerne figurer til å fremstille disse signalveiene. 22. Gassen NO kan betraktes både som en nevrotransmitter og et lokalt signalmolekyl. Forklar hvordan NO kan føre til avslapping av kapillærenes glatte muskulatur. Steroidhormonene blir syntetisert fra kolesterol i gonader og binyrer. 23. Beskriv, gjerne med en figur, prinsippet for hvordan steroidhormonene formidler sine signaler. Oppgave I (6) Forskerne fant også at de pasientene som ble behandlet med simvastatin viste økt plasmanivå av fosfolipidet fosfatidyletanolamin, som normalt finnes i cellers plasmamembran. 24. Hvorfor vil fosfatidyletanolamin som blir isolert fra et vev ha flere ulike molekylvekter? 25. Forklar hvorfor ikke alle stoffer kan diffundere gjennom cellemembraner uten kanaler eller transportproteiner. Nevn et par eksempler på stoffer som i stor grad kan diffundere gjennom cellemembranen uten hjelp av proteiner. 26. Forklar hva som menes med osmose og angi hvilke faktorer som påvirker en løsnings osmotiske trykk. Oppgave J (14) Passasje av ioner og molekyler gjennom cellers plasmamembraner er spesielt viktige for nervecellers informasjonsoverføring. Til dette formålet anvender organismen derfor store mengder ATP. 27. Beskriv med eksempler 2 (to) ulike energikrevende mekanismer som anvendes for transport av molekyler og ioner gjennom membraner i nerveceller. De energiavhengige transportmekanismene er relativt langsomme. For rask transport av ioner anvendes derfor membrankanaler som slipper ioner gjennom vannfylte porer. 28. Angi 2 (to) eksempler på regulering av slike membrankanalers permeabilitet. Fosfolipidmembraner anvendes både i det sentrale og det perifere nervesystemet for å isolere elektrisk aktive membraner. Disse myeliniserte membranene er spesielt viktige i aksoner som leder signaler over lengre avstander. 29. Beskriv strukturen av myeliniserte aksoner, inkludert Ranvierske knuter, og navngi de cellene som produserer slike strukturer. Bruk gjerne en figur i svaret. 30. Beskriv ledning av aksjonspotensialer langs myeliniserte og ikke-myeliniserte aksoner og angi den viktigste funksjonelle forskjellen mellom disse forskjellige aksonene. Side 3 av 18

4 Vedlegg 1 Side 4 av 18

5 S e n s o r v e i l e d n i n g Ordinær eksamen, MEDSEM/ODSEM/ERNSEM2 høst 2009 Torsdag 14. januar 2010 kl. 09:00-15:00 Oppgavesettet består av 4 sider inklusive Vedlegg 1 Hjelpemidler: Norsk rettskrivningsordbok Oppgavesettet utgjør totalt 100 vekttall. Antall vekttall er vist i parentes foran hver spørsmålsgruppe. Oppgave A (8) Statiner, som hemmer enzymet HMG-CoA reduktase, blir brukt som legemiddel mot for høyt serum kolesterol. 1. HMG-CoA reduktase er det hastighetsbestemmende enzym i kolesterolsyntesen. Hva betyr det at et enzym er hastighetsbegrensende i en metabolsk reaksjonsvei? Svar: En metabolsk reaksjonsvei består av flere enzymreaksjoner hvor produktet av reaksjon A er substratet for reaksjon B etc. Enzymer er katalysatorer (øker hastigheten av kjemiske reaksjoner); binder til substratet og katalyserer en reaksjon som omdanner substrat til produkt, produktet frigis og enzymet går tilbake til sin opprinnelige form og kan virke om og om igjen. Enzymer kan øke hastigheten av kjemiske reaksjoner med en faktor på opp til I en metabolsk reaksjonsvei kan det være enzymer med høy og lav katalytisk aktivitet og de ulike enzymene kan forekomme i ulik konsentrasjon. Det hastighetsbegrensende enzymet er det som ikke klarer å ta unna mengde substrat (enten pga lav konsentrasjon eller lav katalytisk aktivitet) og inhibering av dette vil mest effektivt hemme dannelsen av endeproduktet i den metabolske reaksjonsveien. Eksempel: Enzym A danner 100 produkter/sek, mens enzym B kun omsetter 30 substrat/sek. Enzym C har en kapasitet på 50/sek. Siden inhibitorer ofte ikke virker 100% vil hemming av A ha liten eller ingen effekt på reaksjonsveien. Hemming av B vil være mer effektivt. 2. Det er generelt viktig at aktiviteten til ulike enzymer er nøye regulert. Gi fem (5) eksempler på hvordan enzymaktivitet kan reguleres. Svar: Eksempler på stoffer og fysiologiske forhold vi hvilke enzymaktivitet kan reguleres: Side 5 av 18

6 Inhibitorer Aktivatorer Enzymatisk (f.eks. kinaser) ph Temperatur Kofaktorer (metall-ioner; Fe 2+, Mg 2+ m.fl.) Koenzymer (organiske forbindelser) Nysyntese Degradering 3. Hvordan kan man finne ut om en enzyminhibitor er konkurrerende eller ikkekonkurrerende? Illustrer gjerne svaret med en figur. Svar: Typer av hemming: A. Konkurrerende (kompetitiv) Hemmer/inhibitor konkurrerer med substratet om å binde seg til det katalytiske setet B. Ikke-konkurrerende (non-kompetitiv) Hemmer/inhibitor konkurrerer ikke med substratet om binding til det katalytiske setet Binder til et annet sted enn det aktive setet forandrer konformasjon og aktivitet av enzymet. Konkurrerende og ikke-konkurrerende inhibitorer påvirker V max og K m ulikt Konkurrerende V max endres ikke (samme hastighet dersom S binder) K m blir større (mer S for å oppnå 0,5 V max ) Ikke-konkurrerende K m lik: kan ikke konkurrere ut inhibitor med å øke S V max blir lavere Kan finne ut om en inhibitor er konkurrerende eller ikke-konkurrerende ved å plotte 1/V (hastigheten) mot 1/[S] (substratkonsentrasjonen) for lettere kunne bestemme V max og K m Lineweaver-Burk plot Side 6 av 18

7 Oppgave B (10) Polymorfismer i genet for HMG-CoA reduktase er assosiert med høy risiko for koronar hjertesykdom. 4. Forklar hva som menes med begrepet polymorfisme. Svar: Polymorfisme er en vanlig genetisk variasjon: Et locus med minst to varianter (alleler) hvor det mest sjeldne allelet har en allelfrekvens på over 1%. 5. Beskriv minst 3 (tre) typer polymorfismer som er utbredt i det humane genomet. Svar: Polymorfismetypene som er diskutert på forelesningene er 1) Enkeltbase polymorfier (SNP), 2) Mikrosatelitter (Short tandem repeats, STR), f.eks. (CA) n. hvor repetisjonsenheten er 1-6bp og n varierer fra allel til allel, 3) Minisatelitter (VNTR), f.eks. (CGGGCGGAGG) n. hvor repetisjonsenheten er bp og n varierer fra allel til allel, 4) Kopitallspolymorfi (CNV) er områder på opptil flere hundre kb, kopiert to eller flere ganger på samme sted i genomet, og 5) strukturell variasjoner, hvor f.eks. områder på opptil flere megabaser (Mb) kan være invertert når en sammenligner to homologe kromosomer fra en person. I mange familier er nivået av serumkolesterol en multifaktoriell egenskap. 6. Forklar begrepet multifaktoriell arv. Svar: Ved multifaktoriell arv bidrar flere gener (med sine alleler) og miljøfaktorer sammen til fenotypen. Multifaktorielle egenskaper er ofte kvantitative egenskaper (som f.eks. blodtrykk, Side 7 av 18

8 høyde og vekt).ved multifaktoriell(e) arv/sykdommer kan man observere økt sykdomsforekomst i familier uten at det foreligger Mendelsk (enkel) arvegang. Ved slike sykdommer vil flere gener være viktige for risikoen for å utvikle sykdommen. Samspill med miljøfaktorer vil være avgjørende for om man utvikler sykdom. Oppgave C(3) HMG-CoA reduktase er også ansett å være viktig i fosterutviklingen, siden mangel på mevalonsyre og dens metabolitter kan føre til organdefekter. 7. Hva er et teratogen og nevn noen eksempler på slike? Svar: Teratogenese betyr misdannelse (fra terat = monster og genese = dannelse ). Et teratogen er en substans som kan føre til misdannelser. Studentene skal kunne liste opp generelle teratogenklasser slik som steroidhormoner og andre kjernereseptorligander, antikonvulsive midler, sedativer, etanol, ulike virus, radioaktivstråling, røntgenstråling. Enten teratogenklasser eller bestemte teratogene stoffer kan knyttes til eksempler på defekter (men dette er ikke nødvendig for svar på denne oppgaven). Nevnte eksempler fra forelesningsnotater: Retinsyre (vitamin A). Kan forårsake defekter i hjernen (f.eks. anencefali) og nevrallistderivater (kranofasiale defekter slik som ganespalte, hjertedefekter, thymusdefekter). Androgener. Kan gi maskulinisering av kvinnelige ytre kjønnsorganer. Anti-konvulsive midler (krampestillende, antiepileptika f.eks. diphenylhydantoin, trimethadione, valproat). Kan forårsake defekter i hjernen og ryggmargen (inkl. psykisk utviklingshemming), kraniofaciale defekter, defekter i distale ekstremiteter. Sedativer (f.eks. thalidomid). Kan forårsake defekter i ekstremitetene, hjerte/karsystem, kraniofaciale defekter, urogenitaldefekter, defekter i fordøyelsessystemet. Etanol. Kan forårsake hjertedefekter, kraniofaciale defekter, psykisk utviklingshemming, generell veksthemming. Oppgave D (15) Hos mennesket er genet for HMG-CoA reduktase lokalisert til kromosom 5 og består av 20 exoner. Det er blitt beskrevet tilfeller av alternativ spleising av primærtranskriptet til enzymet. De første 21 basene i den åpne leserammen er som følger: 5 -auguugucaagacuuuuucga Hvordan foregår dannelsen av primærtranskriptet og hvilket enzym katalyserer reaksjonen? Svar: Dannelsen av primærtranskriptet kan deles inn i initiering, elongering og terminering. Side 8 av 18

9 Initiering: Generelle transkripsjonsfaktorer binder seg til promoter-regionen. RNApolymerase II binder seg. DNA dobbelhelixen åpnes. RNA-polymerase II fosforyleres på sin C-terminale ende. DNA-tråden leses i 3 til 5 retning og det syntetiseres en RNA-tråd i 5 til 3 retning. Elongering: RNA-polymerase II katalyserer følgende reaksjon: RNA n + NTP RNA n+1 + PP i Både exon- og intronsekvenser av DNA blir lest og primærtranskriptet inneholder derfor både exon- og intronsekvenser. Terminering: Det er i det eukaryote system ikke en vel definert terminering av primærtranskriptet. RNA-polymerase II stopper transkripsjonen i et område på ca baser etter et polyadenyleringssignal. 9. Hvor i cellene foregår spleisingen og hvordan skjer den? Hva menes med alternativ spleising? Svar: Her forventes det at studentene beskriver spleising av et primærtranskript for mrna: Med spleising menes fjerning av intronsekvenser. Prosessen foregår i cellekjernen og utføres av spleisosomer, som består av protein- og RNA-komplekser. RNA-molekylene er relativt korte og betegnes U1, U2, osv. Noen av dem hjelper til med gjenkjenning av ekson/intronovergangene. For hvert enkelt intron som fjernes gjenkjenner deler av spleisosomet først 5 - spleisesetet og en adenin i forgreningspunktet (branch point) et stykke fra 3 -spleisesetet i intronet. Prosessen begynner vanligvis med intron 1, der første trinn er kutting av esterbindingen i 5 -spleisesetet. Den frigjorte fosfatgruppen i 5 -enden av intronet danner i stedet esterbinding til adenosingruppen i forgreningspunktet. Foruten C5 og C3 - fosfodiesterbindingene får adenosingruppen her en tredje fosfodiesterbinding (til C2 ) slik at det dannes en lasso. Deretter skjer en ny reaksjon ved at 3 -spleisesetet blir kuttet og ekson 1 og 2 blir bundet direkte sammen. Tilsvarende fjernes påfølgende introner. Alternativ spleising er en prosess som forekommer i eukaryote celler hvor pre-mrna (primærtranskriptet) fra et gen leder til forskjellige modne mrna molekyler på grunn av bruk av forskjellige exoner i spleiseprosessen. Hvis disse forskjellene i det modne mrna omfatter den åpne leserammen, fåes forskjellig aminosyresekvens og dermed mulighet for endret funksjon av proteinet. 10. Benytt den vedlagte tabellen (Vedlegg 1) over den genetiske kode til å angi de 7 første aminosyrene til HMG-CoA reduktasen. Svar: Met leu ser arg leu phe arg M L S R L F R Side 9 av 18

10 HMG-CoA reduktasen er lokalisert til membranen i endoplasmatisk retikulum og har flere transmembrandomener. 11. Gjør rede for hovedtrinnene i translasjonen av et transmembranprotein. Svar: Besvarelsen bør inneholde følgende hovedtrinn: Initiering: trna med aminosyren metionin bundet til 3 -enden av trna binder seg til P-setet på den lille ribosomale subenheten (40S). Videre binder mrna seg til 40S-subenheten ved hjelp av 5 -cap-strukturen. Dette krever eukaryote initieringsfaktorer (eif) og GTP. trna med metionin og mrna forflytter seg relativt i forhold til hverandre slik at trna med metionin blir posisjonert ovenfor AUG (startkodon for translasjon) i mrna. Denne prosessen krever ATP. Den store subenheten (60S) binder seg til den lille subenheten. Dette foregår på frie ribosomer. Elongering: trna med en bestemt aminosyre bundet til 3 -enden av trna binder seg til A- setet på ribosomet. Hvilken trna med tilhørende aminosyre som binder seg bestemmes av kodon på mrna og antikodon på trna. Dette krever eukaryote elongeringsfaktorer (eef) og GTP. Peptidbinding dannes mellom de to aminosyrene ved hjelp av et ribozym. Dipeptidet er festet til trna som er lokalisert i A setet. Deretter skjer en translokasjon; trna med dipeptidet og mrna forflytter seg relativt i forhold til ribosomet slik at trna med dipeptidet blir forflyttet over i P-setet og en ny triplett av mrna blir tilgjengelig i A-setet. Denne translokasjonen krever eukaryote elongeringsfaktorer (eef) og GTP. Denne elongeringen fortsetter inntil SRP binder seg til den N-terminale delen av proteinet. Elongeringen stanser og hele ribosomkomplekset forflyttes til en SRP reseptor på endoplasmatisk reticulum. Komplekset forflyttes videre til en translocation kanal og SRP frigis. Elongeringen fortsetter og proteinet blir organisert i ER-membranen på basis av start - og stopp - signaler i proteinsekvensen med tanke på transmembrane sekvenser. Terminering: Det er 3 stoppkoden på mrna for translasjon (UAA, UAG og UGA). Ett av disse vil avslutte den åpne leserammen. Når ett av disse kommer i A-setet, stopper translasjonen og alle komponentene i komplekset løsner fra hverandre; ribosomet, trna, mrna og det ferdige proteinet. Proteinet vil foreligge i membranen av endoplasmatisk reticulum. Termineringen av translasjonen krever eukaryote releasing faktorer (erf) og GTP. Oppgave E (15) De fleste statinene gir bivirkninger i form av myalgi (muskelsykdom). Dette kan skyldes nedsatt syntese av ubiquinon (koenzym Q, CoQ) i skjelettmuskelen. 12. Skisser hvordan elektrontransportkjedens fire komplekser medvirker til oksidasjon av NADH H + og FADH 2. Angi ubiquinonets plassering og funksjon i elektrontransportkjeden og begrunn hvorfor nedsatt mengde av ubiquinon i skjelettmuskel kan gi svekket muskelfunksjon? Bruk gjerne en figur til å illustrere ditt svar. Side 10 av 18

11 Svar: Det forventes ikke noen omtale av hva som foregår inne i elektrontransportkjedens fire komplekser. Det forventes at studenten kan skissere hvordan elektrontransportens fire komplekser fungerer til sammen for å gjennomføre reoksidasjon av NADH H + og FADH 2. Kompleks I reoksiderer NADH H +, kompleks II reoksiderer FADH 2 ; begge disse kompleksene overfører e - og H + til CoQ, som derved reduseres til CoQH 2. Disse to kompleksene overfører derfor 2e - og 2H + ( to-elektron ledere) til CoQ, som reduseres til CoQH 2. CoQH 2 reoksideres av kompleks III. Siden kompleks III og IV er rene en-elektronledere (fordi de er basert på at Fe 2+ /Fe 3+ prinsippet), kan kompleks III bare motta 1e - av gangen. CoQH 2 må derfor skrittvis reoksideres, dvs. CoQH 2 CoQH + H + + e - CoQH CoQ + H + + e - CoQ (et lipidløslig, organisk, molekyl) er velegnet til dette formålet for delvis oksidert CoQ (CoQH, et semiquinon) er et stabilt, fritt, radikal så lenge det foreligger i det lipidrike miljøet i den indre mitokondrielle membranen (IMM). Molekylet er samtidig meget hydrofobt fordi det har en lang alifatisk substituent, og vil derfor naturlig forefinnes i IMM. Kompleks III reoksideres så av kompleks IV, men med cytokrom c som en-elektronbærer mellom kompleksene. Kompleks IV inneholder to Fe 3+ og to Cu 2+ og kan derfor ta imot 4 elektroner, nettopp hva som er nødvendig når 1 O 2 skal reduseres til 2 H 2 O. Samtidig medfører dette reoksidasjon av kompleks IV. Nedsatt mengde CoQ i skjelettmuskler vil sannsynligvis føre til at elektrontransportkjeden ikke fungerer optimalt. Dette kan medføre at mitokondrienes evne til syntese av ATP er nedsatt, og at det derfor ikke blir nok ATP til å dekke et hvert cellulært behov for energi. Svekket muskelfunksjon er en sannsynlig konsekvens. 13. Skjelettmuskelcellen bruker gjerne fettsyrer som energisubstrat. Forklar hvordan fettsyrer som er lagret som triacylglyserol i fettvev kommer inn i skjelettmuskelmitokondrienes matriks (ß-oksidasjonen skal ikke beskrives). Svar: Lagret triacylglyserol brytes ned til frie fettsyrer (FFS) og glyserol av fettvevets hormonsensitive lipase (som er aktivt ved fysiologiske betingelser som krever mobilisering av energireserver i fettvevet). FFS + glyserol siver ut i blodbanen (lipidløslige, diffunderer gjennom cellemembraner). Fettsyrene bindes reversibelt til serumalbumin for transport via blodbanen (99% av alle fettsyrene i blodbanen er bundet til serum albumin, dynamisk ekvilibrium mellom frie og serum albuminbundne fettsyrer). FFS diffunderer fra blodbanen inn i muskelvevet. Aktiveres til acyl-coa av acyl-coa syntetase i ytre mitokondrielle membran Side 11 av 18

12 (FS + ATP + CoA acyl-coa + AMP +PP i ). Acyl-CoA omdannes til O- acylkarnitin ester v.hj.a. karnitin palmitoyltransferase I på utsiden av indre mitokondrielle membran ( IMM). Acyl-CoA + L-karnitin O-acylkarnitin + CoA-SH karnitin palmitoyltransferase (reversibel) Acyl-karnitin transporteres over IMM med et karnitinbæreprotein som finnes i IMM. På innsiden av IMM tilbakedannes o-acylkarnitin til acyl-coa v.hj.a. karnitin palmitoyltransferase II (reversert karnitinpalmitoyltransferase I reaksjon). Nå er fettsyren i den mitokondrielle matriks, som acyl-coa, og er tilgjengelig for ß-oksidasjon. 14. Forklar hvordan fettvevets metabolisme styres av insulinnivået i blodbanen. Svar: Både lipdsyntese og lipolyse styres via insulin, men med motsatte fortegn.. Lipidsyntese: Brukes til lagring av energioverskudd, derfor koplet til høyt nivå av insulin i blodbanen, dvs blodglukosenivået er høyt på grunn av inntatt måltid. Lipocytter kan bare danne glyserol-3-p (nødvendig for syntese av TAG (triacylglyserol)) fra egen glykolyse, dvs fra glukose tatt opp og metabolisert i lipocyttene. Opptak av glukose er insulinavhengig, dvs høyt insulinnivå er nødvendig for opptak. Glukosen blir gjenstand for glykolyse. Den glykolytiske intermediæren di(oh)aceton-p brukes til syntese av glyserol-3-p: Di(OH)aceton-P + NADH H + glyserol-3-p + NAD + glyserol-3-p dehydrogenase Glyserol-3-P er utgangspunktet for syntese av TAG 3 Acyl-CoA + glyserol-3-p TAG (forenklet fremstilling) Dette betyr at insulinnivået, via bloglukosenivået, styrer lipidsyntesen i fettvev - og ikke fettsyretilførselen. Lipolysen: Den hormonsensitive lipasen er også regulert v.hj.a. insulinnivået i blodbanen. Denne lipase aktiveres av en camp-avhengig protein kinase (stimulert blant annet av adrenalin). Insulin er potent antilipolytisk, hvilket betyr at den hormonsensitive lipasen inaktiveres (defosforylering) når blodnivået av insulin øker etter et måltid. Følgelig vil lipolysen være inaktiv etter et måltid, mens lipidsyntesen da er aktiv. Tilsvarende under faste/sult, når [blodinsulin] er lav aktiveres lipolysen mens lipidsyntesen er inaktivert. Oppgave F (9) Ved hjelp av mikromatriseanalyser sammenlignet en forskergruppe pasienter som var satt på statiner med en kontrollgruppe. De fant at gener som koder for proteiner i skjelettmuskelens Side 12 av 18

13 ekstracellulære matriks (ECM) og dens kontraktile apparat var oppregulert hos pasienter som brukte simvastatin. 15. Beskriv prinsippene for Northern blotting og mikromatriseanalyser. Svar:The northern blot is a technique used in molecular biology research to study gene expression by detection of RNA (or isolated mrna) in a sample. Northern blotting involves the use of electrophoresis to separate RNA samples by size, and detection with a hybridization probe complementary to part of or the entire target sequence. The term 'northern blot' actually refers specifically to the capillary transfer of RNA from the electrophoresis gel to the blotting membrane, however the entire process is commonly referred to as northern blotting. A DNA microarray is a multiplex technology used in molecular biology and in medicine. It consists of an arrayed series of thousands of microscopic spots of DNA oligonucleotides, called features, each containing picomoles (10 12 moles) of a specific DNA sequence, known as probes (or reporters). This can be a short section of a gene or other DNA element that are used to hybridize a cdna or crna sample (called target) under high-stringency conditions. Probe-target hybridization is usually detected and quantified by detection of fluorophore-, silver-, or chemiluminescence-labeled targets to determine relative abundance of nucleic acid sequences in the target. In standard microarrays, the probes are attached via surface engineering to a solid surface by a covalent bond to a chemical matrix. Ikke nødvendig å ta med i svaret på denne oppgaven: The solid surface can be glass or a silicon chip, in which case they are commonly known as gene chip or colloquially Affy chip when an Affymetrix chip is used. Other microarray platforms use microscopic beads, instead of the large solid support. DNA arrays are different from other types of microarray only in that they either measure DNA or use DNA as part of its detection system. 16. Beskriv de ulike måtene celler kan binde seg til ECM. Svar: Celler kan binde seg til ECM via "spesialiserte" cellekontakter som hemidesmosomer eller fokale kontakter. Disse består bl. a. av en stor ansamling ("clustering") av integriner. Celler kan også feste seg løsere til ECM via et mindre antall adhesjonsmolekyler, "non junctional" adhesjon 17. Skisser bestanddelene av og funksjonen til skjelettmuskelcellens kontraktile apparat. Svar: Skeletal muscles contract according to the sliding filament model: Studentene bør ha med i besvarelsen det som er understreket. Elementer som bør være med er aktin, myosin, tropomyosin, troponin C og troponin T. Ikke nødvendig å ta med i svaret på denne oppgaven: An action potential originating in the CNS reaches an alpha motor neuron, which then transmits an action potential down its own axon. The action potential propagates by activating sodium dependent channels along the axon toward the synaptic cleft. Eventually, the action potential reaches the motor neuron terminal and causes a calcium ion influx through the calciumdependent channels. The Ca 2+ influx causes vesicles containing the neurotransmitter acetylcholine to fuse with the plasma membrane, releasing acetylcholine out into the extracellular space between the motor neuron terminal and the motor end plate of the skeletal muscle fiber. The acetylcholine diffuses across the synapse and binds to and activates nicotinic acetylcholine receptors on the motor end plate of the muscle cell. Activation of the nicotinic receptor opens its intrinsic sodium/potassium channel, causing sodium to rush in and potassium to Side 13 av 18

14 trickle out. Because the channel is more permeable to sodium, the muscle fiber membrane becomes more positively charged, triggering an action potential. The action potential spreads through the muscle fiber's network of T-tubules, depolarizing the inner portion of the muscle fiber. The depolarization activates L-type voltage-dependent calcium channels (dihydropyridine receptors) in the T tubule membrane, which are in close proximity to calcium-release channels (ryanodine receptors) in the adjacent sarcoplasmic reticulum. Activated voltage-gated calcium channels physically interact with calcium-release channels to activate them, causing the sarcoplasmic reticulum to release calcium. The calcium binds to the troponin C present on the actin-containing thin filaments of the myofibrils. The troponin then allosterically modulates the tropomyosin. Normally the tropomyosin sterically obstructs binding sites for myosin on the thin filament; once calcium binds to the troponin C and causes an allosteric change in the troponin protein, troponin T allows tropomyosin to move, unblocking the binding sites. Myosin (which has ADP and inorganic phosphate bound to its nucleotide binding pocket and is in a ready state) binds to the newly uncovered binding sites on the thin filament (binding to the thin filament is very tightly coupled to the release of inorganic phosphate). Myosin is now bound to actin in the strong binding state. The release of ADP and inorganic phosphate are tightly coupled to the power stroke (actin acts as a cofactor in the release of inorganic phosphate, expediting the release). This will pull the Z-bands towards each other, thus shortening the sarcomere and the I-band. ATP binds myosin, allowing it to release actin and be in the weak binding state (a lack of ATP makes this step impossible, resulting in the rigor state characteristic of rigor mortis). The myosin then hydrolyzes the ATP and uses the energy to move into the "cocked back" conformation. In general, evidence (predicted and in vivo) indicates that each skeletal muscle myosin head moves nm each power stroke, however there is also evidence (in vitro) of variations (smaller and larger) that appear specific to the myosin isoform. The previous two steps repeat as long as ATP is available and calcium is present on thin filament. While the above steps are occurring, calcium is actively pumped back into the sarcoplasmic reticulum. When calcium is no longer present on the thin filament, the tropomyosin changes conformation back to its previous state so as to block the binding sites again. The myosin ceases binding to the thin filament, and the contractions cease. Oppgave G(10) Ved mikromatriseanalyser fant de også indikasjoner på at signalveier var regulert hos pasienter som ble behandlet med simvastatin, slik som TNFα-indusert mitokondrie-uavhengig apoptose. De observerte en økt ekspresjon av SODD, et protein som er vist å hemme TNFαindusert apoptose. 18. Beskriv (gjerne ved hjelp av en figur) hovedtrinnene i mitokondrieuavhengig apoptose. Svar: Mitokondreiuavhengig apoptose initieres ved at trimere dødsligander (eks FasL eller TNF) bindes til dødsreseptorer (eks. Fas eller TNFR). Dødsreseptorene er karakterisert ved at de har intracellulære dødsdomener. Binding mellom ligand og reseptor fører til konformasjonsendringer i reseptoren, som i sin tur fører til at dødsdomenet i reseptoren interagerer med dødsdomenet i et linker protein (eks. FADD). Dette leder til konformasjonsendring i FADD, som fører til at FADD, via et av sine andre domener Side 14 av 18

15 interagerer med første caspase (caspase 8) i en caspase-kaskade. Dette aktiverer caspasen, som i sin tur (via spalting) aktiverer neste caspase i kjeden. Til slutt vil en rekke ulike substrater i cellen bli degradert av caspasene (for eksempel laminer, PAPR, ICAD, gelsolin) slik at cellen dør. 19. Diskuter - med bakgrunn i det du nå vet om SODD - hva slags rolle du tror SODD kan spille i utvikling av kreft. Du bør spesielt begrunne om du antar at SODD er et potensielt proto-onkogen eller et tumorsuppressorgen. Svar: Proto-onkogener er gener som kan bidra til kreft når de muteres slik at det blir økt nivå av eller aktivitet på genproduktet, og det er gjerne genprodukter som normalt hemmer apoptose eller øker celledeling. Tumorsuppressorgener er gener som kan bidra til kreft når de muteres slik at det blir redusert nivå av eller aktivitet av genproduktet, og det er gjerne genprodukter som normalt hemmer celledeling eller øker apoptose. Siden SODD hemmer apoptose, er det naturlig å tenke at dette er et potensielt proto-onkogen. De økte nivåene av SODD i pasientene vil da kunne bidra til kreftutvikling ved at cellen ikke dør ved apoptose. Dermed øker sjansen for nye mutasjoner og dermed for utvikling av kreft. 20. Gi eksempler på minst to (2) andre onkogener og/eller tumorsuppressorgener som er involvert i reguleringen av apoptose og forklar hvordan de kan bidra til utvikling av kreft. Svar: Onkogener involvert i apoptose: Bcl-2. Bcl-2 kan danne dimerer med Bax, og det er balansen mellom Bcl-2 og Bax som avgjør om en celle skal leve eller ei. Overuttrykk av Bcl-2 fører til at Bax ikke kan danne porer i ytre mitokondriemembran. Dermed vil ikke cytokrom c kunne lekke ut av mitokondriene - til tross for at cellen har fått et apoptose-signal. Cytokrom c vil da ikke aktivere caspasene, og cellen vil ikke dø ved apoptose. Dette gir økt sjanse for nye mutasjoner og dermed for utvikling av kreft. Tumorsuppressorgener involvert i apoptose: Bax og p53. Ved mutasjoner som gir redusert nivå eller aktivitet av Bax, vil det ikke dannes porer i ytre mitokondriemembran. Resultatet blir det samme som for økt nivå av Bcl-2 (se over). Mutasjoner i p53 fører gjerne til at p53 ikke stabiliseres eller aktiveres ved DNA skade. Dette fører videre til at p53 ikke transkriberer viktige gener, slik som p21, GADD45 eller Bax. Dermed vil cellen ikke stoppe i cellesyklus (p21 er en CKI som hemmer CDKer), DNA blir ikke reparert (GADD45 er involvert i DNA reparasjon), og cellen vil ikke dø ved apoptose (via Bax, se ovenfor). Cellen vil fortsette å leve og dele seg med skadet DNA. Nye mutasjoner kan dannes, og dette kan bidra til kreftutvikling. Oppgave H (10) Signalstoffer kan aktivere forskjellige typer reseptorer, avhengig av hvilket vev signalstoffet virker på. Acetylkolin er et slikt signalstoff. Side 15 av 18

16 21. Hvilke typer reseptorer og signalveier kan acetylkolin aktivere? Bruk gjerne figurer til å fremstille disse signalveiene. Svar: Acetylkolin er en nevrotransmitter både i sentralnervesystemet og det perifere nervesystemet. Acetylkolin kan binde seg til flere typer reseptorer som enten er ionotrofe (nikotinreseptorer) eller metabotrofe (muskarinreseptorer). De metabotrope reseptorene er av type G-proten koblede reseptorer. Acetylkolin kan derved åpne ionekanaler (for Na +, Ca 2+, Cl - ) via de ionotrope reseptorene (f.eks. i muskel- og nerveceller). En type muskarinreseptor kan via βγ-subenheten i et heteromert G-protein åpne en K + -kanal (for eksempel i hjertet). Aktivert muskarinreseptor kan også via α q -subenheten i et heteromert G-protein, aktivere fosfolipase C (PLC) som gir opphav til IP 3, diacylglycerol og Ca 2+ (f.eks. i endothelceller). 22. Gassen NO kan betraktes både som en nevrotransmitter og et lokalt signalmolekyl. Forklar hvordan NO kan føre til avslapping av kapillærenes glatte muskulatur. Svar: NO kan produseres både i nerveceller og endothelceller som omgir glatte muskelceller i åreveggen. I endothelceller vil acetylkolin bindes til en metabotrof reseptor, noe som fører til aktivering av PLC og generering av IP 3, diacylglycerol og Ca 2+. Kalsium aktiverer NOsynthase (NOS) som lager NO fra arginin. NO fra så vel nerveterminaler som endothelceller diffunderer over membranen inn i glatte muskelceller. Her aktiverer NO en guanylatsyklase og nivået av cgmp øker. Derved aktiveres PKG som kan fosforylere en rekke substrater hvoriblandt en Ca 2+ -ATPase som ved fosforylering blir mer aktiv og pumper Ca 2+ ut av cellen. Samtidig blir en Ca 2+ lekkasjekanal inaktivert ved fosforylering med PKG. Til sammen fører dette til at det intracellulære Ca 2+ nivået i den glatte muskelcellen synker, muskelcellene slapper av og hårrørsårene utvider seg (dilateres). Steroidhormonene blir syntetisert fra kolesterol i gonader og binyrer. 23. Beskriv, gjerne med en figur, prinsippet for hvordan steroidhormonene formidler sine signaler. Svar: Steroidhormonene er fettløselige molekyler som diffunderer gjennom cellemembranen. Inne i cytoplasma eller kjernen bindes de til sin reseptor. Bindingen fører til dimerisering (homo- eller hetrodimerer). Ligand-reseptor komplekset bindes til promotoren i utvalgte gener via resptorenes sinkfingerdomener, og dette fører til aktivering av genet (endret transkripsjonell aktivitet). Oppgave I (6) Forskerne fant også at de pasientene som ble behandlet med simvastatin viste økt plasmanivå av fosfolipidet fosfatidyletanolamin, som normalt finnes i cellers plasmamembran. 24. Hvorfor vil fosfatidyletanolamin som blir isolert fra et vev ha flere ulike molekylvekter? Svar: Fosfolipider består av det treverdige alkoholet glyserol, som i posisjon 1 og 2 er forestret til fettsyrer (i posisjon 2 ofte umettet fettsyre). I posisjon 3 er det forestret til fosforsyre, som vanligvis har bundet (via esterbinding) en liten alkoholholdig gruppe Side 16 av 18

17 (etanolamin, serin eller cholin). Dersom gruppen er etanolamin, kalles fosfolipidet fosfatidyletanolamin. Fettsyrenes lengde kan variere fra 14 til 16 C-atomer (hyppigst 16-20), og dessuten variere med hensyn til tilstedeværelse (og eventuelt antall) dobbelbindinger. Avhengig av hvilke fettsyrer vi har bundet, får vi dermed ulike utgaver av fosfatidyletanolamin. 25. Forklar hvorfor ikke alle stoffer kan diffundere gjennom cellemembraner uten kanaler eller transportproteiner. Nevn et par eksempler på stoffer som i stor grad kan diffundere gjennom cellemembranen uten hjelp av proteiner. Svar: Stoffer som er for polare eller for store kan ikke diffundere gjennm membranen. Eksempler på stoffer som i stor grad diffunderer gjennom cellemembranen uten hjelp er oksigen og karbondioksid 26. Forklar hva som menes med osmose og angi hvilke faktorer som påvirker en løsnings osmotiske trykk. Svar: Osmose er diffusjon av et løsningsmiddel fra et område der konsentrasjonen av løsningsmiddelet er høyere til et område der konsentrasjonen av løsningsmiddelet er lavere (pga at det i tillegg til løsningsmiddel også inneholder en oppløst substans) og der membranen som skiller dem er impermeabel for den oppløste substansen. En løsnings osmotiske trykk er det trykk som må appliseres for å hindre transport av løsemiddelet fra rommet med høyere konsentrasjon til det med lavere konsentrasjon. Osmotisk trykk avhenger av antall partikler og volumet av løsningen (i tillegg til absolutt temperatur T og gasskonstanten R, som kan betraktes som konstanter i menneskeorganismen). Dvs.: osmotisk trykk er proporsjonalt med antall partikler i løsning per volumenhet. Oppgave J (14) Passasje av ioner og molekyler gjennom cellers plasmamembraner er spesielt viktige for nervecellers informasjonsoverføring. Til dette formålet anvender organismen derfor store mengder ATP. 27. Beskriv med eksempler 2 (to) ulike energikrevende mekanismer som anvendes for transport av molekyler og ioner gjennom membraner i nerveceller. Svar: i. Direkte energikrevende er ATP-drevne pumper, f.eks. Na + /K + -pumpen, Ca 2+ -pumpen som sitter i overflatemembranen og H + -pumpen som sitter i de synaptiske vesiklene. ii. Indirekte energikrevende er koblet transport der den energikrevende ionetransporten og resulterende konsentrasjonsgradient blir koblet til antiport- eller symportmekanismer for å frakte et annet ion eller molekyl over membranen. Blant eksempler som kan nevnes er Na + /Ca 2+ -utbyttere som finnes bl.a. i overflate- og mitokondriemembraner, Na + -avhengige Side 17 av 18

18 transportører av nevrotransmittere som finnes i overflatemembraner og H + -avhengige transportører av nevrotransmittere som finnes i vesikkelmembraner. De energiavhengige transportmekanismene er relativt langsomme. For rask transport av ioner anvendes derfor membrankanaler som slipper ioner gjennom vannfylte porer. 28. Angi 2 (to) eksempler på regulering av slike membrankanalers permeabilitet. Svar: i. Spenningsregulerte ionekanaler, disse har en port som åpner/lukker ionekanalen når membranpotensialet endres, samt en intracellulær proteinsløyfe som kan plugge igjen indre åpning av kanalen når membranen er depolarisert. ii. Ligandregulerte ionekanaler, disse endrer konformasjon og åpner/lukker sine porter når den/de riktig/e ligand/er assosierer eller dissosierer fra bindingssetet på kanalproteinet. iii. Lekkasjekanaler som stort sett er åpne: Permeabiliteten i disse kanalene reguleres av statistisk tilfeldige overganger mellom åpne og lukkete konformasjoner. Fosfolipidmembraner anvendes både i det sentrale og det perifere nervesystemet for å isolere elektrisk aktive membraner. Disse myeliniserte membranene er spesielt viktige i aksoner som leder signaler over lengre avstander. 29. Beskriv strukturen av myeliniserte aksoner, inkludert Ranvierske knuter, og navngi de cellene som produserer slike strukturer. Bruk gjerne en figur i svaret. Svar: Aksoner med plasmamembran, som omgis av flere lag med tett sammenklistrete gliacellemembraner, produsert i sentralnervesystemet i oligodendrocytter, i det perifere nervesystemet i Schwannske celler. 30. Beskriv ledning av aksjonspotensialer langs myeliniserte og ikke-myeliniserte aksoner og angi den viktigste funksjonelle forskjellen mellom disse forskjellige aksonene. Svar: Myeliniserte aksoner har spenningsavhengige ionekanaler i de såkalte Ranvierske knuter, som representerer mellomrummet mellom to meylinsegmenter og som derfor fremskaffer kontakt mellom aksonmembranen og ekstracellulær væske. I områdene mellom knutene er aksonplasmamembranen både isolert av myelin og inneholder heller ikke noen spenningsregulerte ionekanaler, Disse membranområdene genererer derfor ikke aksjonspotensialer. Ledningen av aksjonspotensialer foregår derfor ved rask, passiv ledning (hoppende, saltatorisk ledning), fra den ene knuten til den neste, som igjen produserer lokaliserte aksjonspotensialer når den utsettes for depolarisering. Ikke-myeliniserte aksoner anvender kontinuerlig aksjonspotensialdannelse gjennom hele aksonet, der opphopning av ladning rundt den indre åpning av aktiverte spennings-regulerte ionekanaler ledes passivt til nabokanalen, som igjen åpner seg og slipper ladete ioner gjennom. Dette repeteres for hver ionekanal gjennom aksonets lengde, noe som gir betydelig forsinkelser i ledningshastigheten i forhold til den saltatoriske ledningen i myeliniserte aksoner. Side 18 av 18