EKSAMENSOPPGAVER uke 3 og 4 fra 2007 til Noen oppgaver kan gå over i pensum fra uke 13 (integrert metabolisme).

Transkript

1 EKSAMENSOPPGAVER uke 3 og 4 fra 2007 til Noen oppgaver kan gå over i pensum fra uke 13 (integrert metabolisme). Kontinuasjonseksamen, MEDSEM2/ODSEM2/ERNSEM2 høst 2007 Onsdag 20. februar 2008 kl. 09:00-15:00 Under langvarig (aerobt) muskelarbeid er ofte fettsyrer den dominerende energikilden. 19. Hvorfor er aerobe betingelser nødvendige når muskelfibrene bruker fettsyrer som energisubstrat? Fordi ß-oksidasjonen, som foregår i mitokondrienes matriks, krever kontinuerlig reoksidasjon av NADH og FADH 2 for å kunne fungere (analogt med sitronsyresyklus). Reoksidasjon av NADH og FADH 2 skjer via elektrontransportkjeden, og er derfor O 2 avhengig. 20. Karnitin er nødvendig om fettsyrer skal brukes som energisubstrat. Forklar hvorfor (bruk gjerne figur). Lange fettsyrer får ikke penetrere den indre mitokondrielle membranen ukontrollert. De omdannes til CoA estere i den ytre membranen, disse kan ikke penetrere den indre membranen. Ved hjelp av L-karnitin og palmitoylkarnitin transferase omdannes acyl-coa estre til O-karnitin estere. Disse transporterers over den indre membranen av en acyl-o-karnitin translokator. På matrikssiden tilbakedannes O-acylkarnitin til acyl-coa som er tilgjengelig for ß-oksidasjon. 21. Hva forstår du med monoumettede og polyumettede fettsyrer? Polyumettede fettsyrer kan fordeles på w-3, w-6 og w-9 familien. Forklar hva betegnelsene betyr. Gi et eksempel på en fettsyre tilhørende hver av familiene og angi til hvilke(n) familie(r) essensielle fettsyrer tilhører. Mono-umettet fettsyre med en dobbeltbinding, polyumettet fettsyre med to eller flere dobbeltbindinger. w-3 familien: eicosapentaensyre (EPA, marine fettsyrer), første dobbelt binding i w -3 posisjonen (C atom nr. 3 fra metylgruppe enden). w -6 familien linolsyre/linolensyre (første dobbeltbinding i w -6 posisjon). w -9 familien polymettede fettsyrer dannet ut fra for eks. oljesyre (som har dobbeltbindingen i w -9 posisjon). Ordinær eksamen, MEDSEM/ODSEM/ERNSEM2 vår 2007 Torsdag 17. januar 2008 kl. 09:00-15: Transporten av glukose over levercellenes cellemembraner er ikke insulinavhengig. Forklar kort hvordan insulin likevel kan regulere leverens karbohydratmetabolisme, og hvordan glukagonpåvirkning endrer denne metabolismen. Bruk gjerne figurer. Insulinkontrollen utøves ved regulering av aktiviteten til karbohydratmetabolismens nøkkelenzymer: Glukokinase (aktivering), derved økt glukose fosforyleringskapasitet, glykolysen aktiveres (fosfofruktokinase og pyurvat kinase aktivering), pyruvat dehydrogenase aktiveres (økt irreversibelt glukoseforbruk), stimulert glykogen syntese, hemmet glykogenolyse. Dessuten insulinstimulert fettsyresyntese og lipidsyntese. Glukagonpåvirking: Glykolysen hemmes (ved fosfofruktokinase og pyruvatkinase hemming, aktivering av fruktosebis-fosfatase. Dessuten fravær av insulinets stimulerende effekter; nettoeffekt fravær av hepatiske glukose opptak, hemmet glykolyse, stimulert glukoneogenese, stimulert glykogenolyse, hemmet glykogensyntese. Nettoeffekt av insulin; leveren er glukoseimportør, mens glukagonpåvirkning gjør leveren til glukoseeksportør. Insulinstimulerin Glukagonstimulering

2 16. I kroppens celler finnes NAD + /NADH, NADP + /NADPH og FAD/FADH 2. a. Skissér hvordan NAD +, NADP + og FAD omdannes til henholdsvis NADH H +, NADPH H + og FADH 2. Angi impliserte elektronoverføringer. Illustrer svaret med en konkret reaksjon som anvender henholdsvis NAD +, NADP + og FAD. NADH: Enhver reaksjon som bruker NAD +, eks. LDH, MDH NADPH: Glukose-6-P dehydrogenase (glutamatat DH også ok) FADH 2: For eks. succinat DH, acyl-coa DH trolig mest kjent, men andre FAD-avhengige reaksjoner er selvsagt ok ( for eks acyl-coa oxidase, aminosyre oksidase). To elektroner fjernes fra karbonatomet i substratet som oksideres. Både NADH og FADH 2 har plass til begge elektronene, mens bare et av de medfølgende protoner får plass i NADH (NAD + mottar et hydrid ion, H - ). b. Når NADH og FADH 2 anvendes under oksidativ fosforylering gir NADH ca. 3 ATP mens FADH 2 gir ca. 2 ATP. Hvorfor? Begrunn svaret ditt. NAD + /NADH har et redox potensial som er noe mer negativt enn FAD/FADH 2. Dermed blir potensialforskjellen til O 2/H 2O noe mindre for FAD/FADH 2, og det er følgelig mindre energi tilgjengelig når FADH2 2 oksideres, derfor også mindre ATP. c. En del mennesker har nedsatt NADPH syntese i sine røde blodlegemer. Dette fører til at de røde blodlegemene har unormal form, og at hemoglobinet ofte lekker ut av dem. Forklar hvorfor. En viktig anvendelse av NADPH er eliminering av organiske peroksider (dannet ved at O 2 reagerer med for eks polyumettede fettsyrer i cellemembranenes lipider). Mutert glukose-6-fosfat DH har liten, eller ingen, aktivitet. Manglende NADPH syntese gir derfor fravær av peroksidakkumulering i cellebranen. Den mister sin fleksibilitet, og kan bli ødelagt ved oksidativt stress (fettsyrekjedene deles opp) slik at Hb lekker ut. Dannelse av aggregater av SH-oksiderte proteiner (Heinz bodies) forventes ikke. Dette er trolig et vanskelig spørsmål. Kontinuasjonseksamen med sensorveiledning MEDSEM2/ODSEM2/ERNSEM2 vår 2007 Onsdag 15. august 2007 kl. 09:00-15:00 3. Underhuden inneholder områder med fettvev. Beskriv kort fettvevets histologiske oppbygning og to viktigste funksjoner. Hvitt fettvev er et løst bindevev med et stort antall adipocytter (fettceller)som danner et gitter/ hønsenetting - lignende mønster. Mellom fettcellene er det sparsomt med ekstracellulær matriks, enkelte spredte fibroblaster, samt kapillærer. I hvitt fettvev lagres fett som triglyserider i én enkelt fettdråpe som ligger fritt i cytoplasma. (Cellene kalles derfor uniloculære adipocytter). De to viktigste funksjoner er: 1) Omsetting og lagring av energi i form av fett. Glukose og fettsyrer tas opp fra blodet og omdannes til triglyserider. Disse mobiliseres som frie fettsyrer til blodbanen ved behov for energi. 2) Varmeisolering; oppsamling av fettvev i underhuden hindrer tap av varme til omgivelsene. 4. I tillegg til vanlig (hvitt) fettvev finnes brunt fettvev. Hva er hovedfunksjonen til brunt fettvev? Forklar kort hvordan mitokondrienes elektrontransportkjede medvirker til denne hovedfunksjonen. I brunt fettvev genereres varme for å opprettholde kroppstemperaturen. I fettcellene hydrolyseres fettsyrer ved beta-oksidasjon, og flere eksoterme reaksjonstrinn genererer varme. (Brunt fettvev består av multiloculære adipocytter. Disse er rike på mitokondrier, og fettet lagres som flere mindre dråper i cytoplasma. I tillegg er det langt flere kapillærer enn i hvitt fettvev). Elektronflyten gjennom mitokondrienes elektrontransportkjede kan her ikke brukes til å drive ATP-syntese. Den indre mitokondrielle membranen er her permeable for protoner, som derfor strømmer tilbake utenom ATPasen; mao. mitokondrienes respirasjon er fysiologisk frikoblet (utkoblet). Energien fra elektronflyten brukes derfor til å generere varme, ikke ATP. Ordinær eksamen, MEDSEM2/ODSEM2/ERNSEM2 vår 2007 Torsdag 21. juni 2007 kl. 09:00-15:00 I epitelceller fra en 8 år gammel gutt med påvist PDH-defekt var PDH aktiviteten 20% av normalaktiviteten. Gutten hadde blodkonsentrasjoner av laktat, pyruvat og alanin som var ca. 3 ganger høyere enn normalverdiene. 22. Forklar hvorfor guttens blodkonsentrasjoner av pyruvat, laktat og alanin var så høye. Manglende PDH aktivitet betyr at pyruvat oksidasjon til acetyl-coa ikke foregår så raskt som energibehovet tilsier. Pyruvat vil følgelig akkumulere i kroppens celler. Dette har som konsekvens at metabolismen søker andre ruter for eliminering av pyruvat; reduksjon til lakatat (ved LDH) eller ved transaminering til Ala (ved alanine

3 aminotransferasen). Pyruvat, laktat og alanin akkumulerer i slike mengder i vevene at disse molekylene også transporteres ut av cellene og akkumulerer i blodbanen. Tiamin (vitamin B 1) anvendes til biosyntese av et koenzym som brukes av PDH-komplekset. 23. Etter at gutten (som ikke hadde B-vitamin mangel) ble gitt store doser av tiamin sank blodkonsentrasjonene av pyruvat, laktat og alanin betraktelig, uten å bli fullstendig normalisert. Hvorfor hadde behandling med tiamin denne effekten? PDH komplekset bruker flere koenzymer dannet ut fra B-vitaminer. Ett av disse er B 1 som gir opphav til koenzymet tiaminpyrofosfat (nødvendig for dekarboksylering av pyruvat forventes ikke). Et mutert PDH kan ha fått nedsatt affinitet for dette koenzymet (dvs økt Km for koenzymet), slik at det ikke bindes til det aktive setet ved normal vevskonstrasjoner av koenzymet. Når B 1 tilføres i store doser øker vevskonsentrasjoenen av tilsvarende koenzym. Dette kompenserer for nedsatt affinitet for koenzymet, og PDH-komplekset får tilnærmet normal aktivitet. Hos individer med påvist defekt i pyruvat karboksylasen foreligger det også acidose. Hos disse individene forekommer det i tillegg ofte hypoglykemi. 23. Hvorfor foreligger det ofte hypoglykemi hos individer med defekt pyruvat karboksylase, mens dette ikke er tilfellet hos individer med defekt PDH? Pyruvat karboksylasen er obligatorisk for glukoneogenesen, mens PDH ikke er vesentlig for glukoneogenesen. Defekt pyruvatekarboksylase medfører at glukoneogenesen ikke fungerer (nødvendig, mellom måltider, under faste). Følgelig foreligger det ofte fastende hypoglykemi hos disse individene. Kontinuasjonseksamen i Medisin, Odontologi og Ernæring Andre semester (cellebiologi) kull V06 Onsdag 21/2-2007, Kl Under faste/sult er ketogenesen særlig aktiv. 21. Hva er ketonlegemer? Hvordan dannes og forbrukes (intermediærer i ketonlegemesyntesen skal ikke beskrives) ketonlegemer? Hva er ketogenesens metabolske funksjon? Ketonlegemer: acetoacetat, ß-hydroksybutyrat og aceton. Syntese av KL: I mitokondrier i lever (og nyrebark) fra acetyl-coa som er dannet fra ß-oksidasjon av fettsyrer. Forbruk av KL: I mitokondriene i perifere vev med aerob metabolisme, inkludert CNS under langvarig sult. Hvordan: hydroksybutyrat + NAD + acetoactat + NADH H + Acetoacetat +succinyl-coa acetoacetyl-coa + succinat Acetoacetyl-CoA + CoA 2acetyl-CoA sitronsyresyklus CO 2+ H 20 + ATP Metabolsk funksjon: Under faste/sult har leveren meget aktiv ß-oksidasjon for å dekke glukoneogenesens energibehov. Leverens sitronsyresyklus kan da ikke forbrenne acetyl- CoA. Acetyl-CoA omdannes så til KL, og distribueres via blodbane til andre organer og fungere som energikilde. Irreversibelt forbruk av glukose minimaliseres, samtidig som glukoneogenesen får sin energi og vi kan leve lengre uten mat. Glukokinase (i levervev) og heksokinase (i alle vev) katalyserer den samme reaksjonen: Glukose + ATP Glukose-6-fosfat + ADP Den glukokinase-katalyserte omsetning av glukose er karakterisert av en høy Km-verdi (5mM) i forhold til den man finner med heksokinase (0.5 mm). (Km = Michaelis konstant, Vmax = Maksimal reaksjonshastighet)

4 Embetseksamen i Medisin, Odontologi og Ernæring Andre semester (cellebiologi) kull V06 Torsdag 18/1-2007, kl To søstre, som begge har en påvist mutasjon i Kompleks I, har meget begrenset evne til å tåle selv moderat fysisk belastning. 11. Den kjemo-osmotiske prosessen (hypotesen) forklarer mitokondriell ATP-syntese. Beskriv kort denne prosessen, bruk gjerne figur. Reoksidasjon av NADH H + (Kompleks I) og FADH 2 (Kompleks II) skaper spontan elektronflyt til Kompleks IV og molekylært O 2 (som reduseres til H 2O). Energien i elektronflyten brukes til å drive protonpumper i Kompleks I, III of IV. Pumpene flytter H + fra mitokondriell matriks til intermembran rom,. Det oppstår derfor en proton (og elektrokjemisk) gradient over den indre mitokondrielle membranen. Denne membranen er bare permeabel for H + gjennom ATPasens protonkanal (Kompleks V). Protonene strømmer gjennom kanalen, drevet av gradientenergien. Dette skaper en roterende bevegelse i en av underenhetene i Kompleks 5, og denne kinetiske energien anvendes til å drive fosforylering av ADP+Pi til ATP. (Poenget om om rotasjon forventes ikke). Søstrene har økte blodnivåer av laktat og pyruvat. Kortvarig fysisk belastning medførte akutt, og unormalt stor, økning i blodnivåene av laktat og pyruvat. 12. Forklar kort hvorfor vi finner økte blodnivåer av laktat og pyruvat hos disse søstrene, og hvorfor disse nivåene øker så markert under kortvarig fysisk belastning. En mutasjon i Kompleks I medfører en vesentlig reduksjon i kompleksets evne til å reoksidere NADH H +. Konsekvensen blir unormalt høye konsentrasjoner av NADH H + i cellene. NADH vil hemme pyruvat dehydrogenasen, og pyruvat blir ikke oksidert som normalt. Pyruvat siver ut i cytosol; der blir en fraksjon redusert til laktat. Laktat blir ikke reoksidert som normalt (manglende NAD + ); både laktat og pyruvat går ut i blodbanen. Selv kortvarig fysisk belastning vil stresse metabolismen fordi evnen til å reoksidere NADH H + er mettet allerede i hviletilstanden. Fysisk aktivitet vil derfor resultere i ekstra pyruvat som ikke har noen muligheter for å bli videre oksideret; derfor markert økning av blodnivåer av pyruvat og laktat ved fysisk belastning.( Mer pyruvat vil også gi mere laktat NADH H + er jo tilgjengelig). Kompleks I reduserer ubikinon (CoQ, koensym Q) ved bruk av NADH H +. Komplekset betegnes derfor ofte som en NADH-ubikinon reduktase. Reaksjonen kan oppsummeres som følger: NADH H + + CoQ NAD + + CoQH Hva er funksjonen til ubikinon i elektrontransportkjeden? Ubikinon er et lipidløslig bifenol, og er følgelig lavmolekylært. Det foreligger derfor i lipidskiktet i den indre mitokondrielle membran. Molekylet fungerer som skjæringspunkt mellom Kompleks I og II og Kompleks III, dvs mellom 2 elektron- (Kompleks I og II) og 1 elektronbærere (Kompleks III). Ubikinon kan ta i mot 2 elektroner, men avgi ett av gangen til Kompleks III fordi ubikininon danner et stabilt fritt radikal(semikinon). 16. Skissér de resulterende grafer. Forklar hvordan grafene angir hemmermekanismen. Hvordan forklarer du denne hemmermekanismen?

5 Lineweaver-Burk plottet er en måte å avgjøre hvilken type hemmer som foreligger. Den angitte grafen viser at linjene skjærer hverandre i abscissen. Dette kan forklares på to måter: 1. At hemmeren er ikke-konkurrerende og reversibel. Dvs at den binder seg til et annet sted på enzymet og endrer enzymets konformasjon slik at det ikke omsetter ubikinon. Siden den ikke kan konkurreres vekk, vil fraksjonen av det inaktive enzymet være konstant for alle substratkonsentrasjonene benyttet. Dette gir nedsatt Vmax = k 2[E tot]. De enzymene som fremdeles er ubundet til hemmer arbeider som før, og vil være karakterisert av den samme Km-verdi ( ( k -1 + k 2)/k 1) (uavh. av [E tot[). Dermed får man en graf som angitt ovenfor. 2. At hemmeren er irreversibel. Denne type hemmer nedsetter fraksjonen av aktive enzymmolekyler ved på en eller annen måte ødelegge enzymet (for eksempel stridsgasser som binder seg sterkt og kovalent til det aktive site på kolinesterasen). Dermed vil igjen den aktive enzymfraksjonen minke (Vmax senkes), mens de enzymmolekylene som fremdeles er ubundet vil være karakterisert av samme Km-verdi. Dermed kan man egentlig ikke skille mellom de to hemmertypene med et L-B plott. (Studentene trenger bare angi en av mekanismene). En mutasjon i ett av polypeptidene i Kompleks I gir økt produksjon av reaktive oksygenradikaler(ros). 17. Mitokondriell respirasjon gir opphav til både H 2O 2 og O 2.- (superoksidradikal). Beskriv kort hvordan. Ca. 95% av O 2 som forbrukes av elektrontransportkjeden reduseres fullstendig i Kompleks IV og danner H 2O. Dette krever 4 elektroner per O 2. Resterende O 2 blir ufullstendig redusert. Når O 2 frigjøres fra Kompleks IV etter å ha mottatt ett elektron dannes superoksidradikalet - O 2.-. Når O 2 frigjøres etter å ha mottatt 2 elektroner er produktet H 2O 2. E.(22) Pasienter med genetiske defekter i Kompleks I får ofte produksjon av syre i sine muskelceller. Syren kommer deretter ut i blodbanen og gjør hele kroppen sur. For å undersøke mekanismene for cellers behandling av intracellulært dannede syrer ble det undersøkt hvor raskt intracellulær ph normaliseres i sure muskelceller. Det viste seg at nedsatt konsentrasjon av Na + i ekstracellulærvæsken medførte at denne normaliseringen gikk langsommere enn ved normal konsentrasjon av ekstracellulær Na Gi forslag til forklaringer. Det at ph normalisering avhenger av ekstracellulær Na+ konsentrasjon bør lede til teorien at et protein som er involvert H+ transport over cellemembranen har et sete for Na+. En enkel forklaring (som også er korrekt) er at en transportør transporterer Na+ og H+ samtidig, i motsatt retning, og benytter den enes konsentrasjons og/eller elektriske gradient til å drive transporten av den andre (både konsentrasjons- og elektrisk gradient bidrar i dette tilfellet). Pga at prosessen er avhengig av Na+ konsentrasjonen utenfor cellene, og, som studentene skal vite, Na+ har lav konsentrasjon inne i cellene, er det rimelig å anta at Na sin konsentrasjonsdrivkraft inn i cellen er den energien som driver H+ ut av cellen gjennom en antiport. Kontinuasjonseksamen i Medisin, Odontologi og Ernæring Andre semester (cellebiologi) kull H05 Onsdag 16/8-2006, Kl Ingen oppgaver fra uke 3 og 4. Embedsseksamen i Medisin, Odontologi og Ernæring Andre semester (cellebiologi) kull H05 Torsdag 15/6-2006, Kl Her mangler oppgaver! Kom meg ikke inn på dokumentet.

6 Kontinuasjonseksamen i Medisin, Odontologi og Ernæring Andre semester (cellebiologi) kull V05 Onsdag 15/2-2006, Kl Tegn strukturen av et mitokondrion og sett på betegnelser. Figur med dobbeltmembran, hvor indre membran er sterkt foldet. 1) ytre mitokondriemembran, 2) indre mitokondriemembran, intermembranøst rom, 3) cristae, 4) matriks. 4. Hva menes med redokspotensialer? Hvordan kommer redokspotensialer til anvendelse i elektrontransportkjeden? Redokspotensialet angir hvor lett og med hvilken retning elektroner overføres mellom to redokspar. Desto større forskjellen i redokspotensiale er mellom to redokspar, desto lettere overføres elektroner (ett eller to, avhengig av typen redokspar). Elektroner vil spontant overføres fra redoksparet med det mest negative redokspotensialet, til det andre paret (som da vil ha et mer positivt redokspotensiale). Mengden energi vi kan få ut av elektronstrømmen mellom to redokspar er gitt ved Nernsts ligning. ( G 0= -n F E 0) som noen kanskje vil nevne. Mange vil trolig nevne NAD+/NADH (E 0= -0.32V), eller FAD/FADH 2 (E 0= -0.22V), eller O 2/H 2O (E 0= +0.82V) som eksempler. Anvendelse i respirasjonskjeden: Forskjeller i redokspotensialer er grunnlaget for respirasjonskjedens funksjon. Elektroner vil strømme fra redoksparet med det mest negative redokspotensialet (NAD+/NADH eller FAD/FADH2) gjennom kjeden via par med stigende potensialer til sluttakseptor, dvs det mest positive redoksparet ( O 2/H 2O). Elektronflyten er spontan, dvs at den er assosiert med en negativ G0-verdi. Denne energien brukes til å skape protongradienten over den IMM, og derfor ATP-syntesen 5. Skisser elektrontransportkjeden og forklar kort hvordan den fungerer. Forklar også hvordan den delvis kan fungere som énelektronbærer og delvis som to-elektronbærer. Studentene skal kunne skissere ETK som sammensatt av 5 komplekser, med rekkefølge av elektronstrøm som følger: Vei 1: NADH kompleks I CoQ kompleks III cytokrom c kompleks IV O 2. Vei 2 starter i stedet med FADH 2 som er del av kompleks II, og som videresender elektroner til CoQ. Derfra som vei 1. I kompleks I, II og IV medfører elektronflyten pumping av protoner over indre mitokondriemembran. Dette genererer en protongradient, der den oppladete energien brukes til å drive ATPsyntese ved at protoner går inn i matriks gjennom kompleks V ( reversert protonpumpe ). 6. Forklar funksjonene til ubiquinon (coenzym Q) og cytokrom c i kjeden. Hvor i mitokondriet finnes ubiquinon og cytokrom c? Har cytokrom c andre funksjoner? CoQ frakter elektroner mellom kompleks I og III, samt II og III. Har lipofil hale og flyter sidelengs i indre mitokondriemembran. Tar i mot to elektroner fra kompleks I og II og kan også gi fra seg ett av gangen til kompleks III (fordi det kan eksistere som et rimelig stabilt fritt radikal (semiquinon) i lipidmiljøet i IMM). Danner dermed skjæringspunktet mellom 2 og 1-elektronbærerne i respirasjonskjeden. Cytokrom c frakter elektroner mellom kompleks III og IV. Er et løselig protein som befinner seg i rommet mellom indre og ytre mitokondriemembran. Kan slippe ut i cytosol gjennom spesielle porer som dannes ved moderat mitokondrieskade og formidler da signal om at cellen skal undergå apoptose. 7. Hvilken funksjon har kompleks II i denne kjeden? Kompleks II, eller succinat dehydrogenase, katalyserer oksidering (dehydrogenering) av succinat til malat, dvs et av trinnene i sitronsyresyklus. 8. Hva menes med respiratoriske utkoplere, og hvordan virker disse? Respiratoriske utkoplere gjør IMM protonpermeabel. Protoner kan dermed komme over membranen utenom poren i ATPasen (kompleks 5). Dermed blir det energiforbruk uten medfølgende ATP-syntese. ATP-syntesen svikter, samtidig som respirasjonen stimuleres (for å opprettholde protongradienten). Utkoplere er svake syrer, dissosiert ved fysiologisk ph. De protoneres i miljøet ved IMM, og er som nøytrale molekyler tilstrekkelig lipidløslige til å diffundere gjennom IMM. Dermed frakter de protoner over IMM. Etter hvert vil dissosierte utkoplermolekyler returnere fra mitokondriematriks, slik at utkopleren fungerer som en protonferje og protongradienten nedbrytes.. I visse typer vev, som brunt fettvev, har vi proteiner som virker som fysiologiske utkoplere (uncoupling proteins). 10. Forklar ut fra dette hvordan syntese av ATP er koplet til elektrontransportkjeden. Det foreligger en ph-gradient over IMM, på ca en ph enhet, med lavest ph på utsiden. I tillegg en elektrostatisk membranpotensialforskjell (utsiden mer positiv), som til sammen gir en relativt stor elektrokjemisk gradient. Protonene vil derfor spontant bevege seg mot den negative siden (matrikssiden). Eneste mulighet for dette er normalt ved å passere gjennom poren i ATPasen (kompleks V), som også er koplet til det aktive setet for forsforylering av ADP til ATP. Derfor er den spontane flyten av protoner inn i matriks direkte koplet til fosforyleringen av ADP. Der ser ut til at protonbevegelsen gjennom poren gir en roterende bevegelse til en av underenhetene i ATPasen, som så mer direkte gir energien til ATP-syntesen (forventes ikke forklart). Protongradienten skapes av protonpumpene i respirasjonskjedekompleks I, III og IV (se spørsmål 4 og 5).

7 11. Selv om elektrontransporten stanser opp, vil den elektrokjemiske gradienten over indre mitokondriemembran opprettholdes forutsatt at ATP er tilstede. Forklar. Stopper elektrontransporten opp, vil den elektrokjemiske gradienten brytes ned til den når et nivå hvor reaksjonen over vil reverseres (gå mot venstre). Protontransporten vil gå motsatt vei, og ATP-syntetasen vil fungere som en protonpumpe som forbruker ATP. Dermed vil et visst elektrokjemisk potensial (protongradient og membranpotensial) opprettholdes. 15. Forklar hvorfor en muskelcelle som inneholder mutert mtdna lettere akkumulerer laktat enn en normal muskelcelle. Likevekten mellom laktat og pyruvat bestemmes av aktiviteten til enzymet laktatdehydrogenase og mengden av substratene: Laktat + NAD pyruvat + NADH I de fleste tilfellene vil mutasjoner gi nedsatt aktivitet av de mitondriale enzymene NADH-dehydrogenase, ATP-syntetase og cytokrom c-oxidase. Ved økning i cellulært nivå av NADH forskyves likevekten av reaksjonen mot venstre. 24. Hva er frie oksygenradikaler? Har de noen sammenheng med mitokondrier? Frie radikaler er molekyler eller atomer som er kjemisk svært reaktive ved at de i ytre skall har et uparret elektron som ikke deltar i intramolekylær binding. Disse reagerer dermed lett med andre molekyler. Frie oksygenradikaler utgjør de biologisk viktigste frie radikaler. Det dannes spesielt mye av dem i mitokondrier, ved at elektroner doneres til oksygen fra de ulike kompleksene i elektrontransportkjeden på en slik måte at reduksjonen av oksygen skjer ufullstendig. Embetseksamen i Medisin, Odontologi og Ernæring Andre semester (cellebiologi) kull V04 Torsdag 12/1-2006, Kl Forklar (kort) hvordan cytokrom c kan regulere cellens liv og død. Cytokrom c er en del av elektrotransportkjeden som kreves for dannelse av ATP. En levende celle er avhengig av ATP, og cellen kan derfor ikke leve uten cytokrom c i mitokondrienes elektrontransportkjede Hjernens nedsatte evne til å katabolisere glukose 31a. Kan skyldes at glukokinasen ikke er aktiv i hjernen hos individer med demens. Feil. Glukokinasen finnes bare i leveren, nedsatt glukosekatabolisme i hjernen kan følgelig ikke skyldes manglende glukokinaseaktivitet. b. Har begrenset effekt på hjernecellenes ATP-forsyning fordi det bare er ATP dannet ved fosforylering på substratnivå som er affisert. Feil. Hjernen forbrenner glukose fullstendig til CO2 og H2O. Nedsatt katabolisme av glukose vil følgelig ha som konsekvens at svikten i ATP-fosyningen blir større enn bare det som skyldes sviktende fosforylering på substratniva (dvs. i fosfoglyseratkinase- og pyruvatkinasereaksjonen). c. Har stor betydning for hjernecellenes ATP-forsyning fordi oksidativ fosforylering også blir hemmet. Riktig. Sviktende glukosekatabolisme vil i hjernen, som obligat aerobt organ, bety at forsyningen av acetyl-coa til sitronsyresyklus også svikter. Dermed blir det mangle på NADH og FADH2 til elektrontransportkjeden, og forsyningen av ATP fra oksidativ fosforylering vil bli affisert. d. Har meget begrenset effekt på hjernecellenes energiforsyning fordi ß-oksidasjonen overtar som energigenerator. Feil. Hjernen har ikke ß-oksidasjon av fettsyrer, så dette er ikke noen alternativ energikilde for hjernen. 32a. Palmitin- og stearinsyre er monoumettede fettsyrer som begges kan syntetiseres i leveren. Feil. Palmitin- og stearinsyre er mettede fettsyrer; men begge kan syntetiseres i leveren. b. Linol og linolensyre er polyumettede fettsyrer, med kjedelengde på 20 karbonatomer, som kan begge syntetiseres i leveren. Feil. Linol- (C18:2) og linolensyre (C18:3) er polyumettede fettsyrer som er 18 karbonatomer lange. De er begge essensielle fettsyrer og kan altså ikke syntetiseres i leveren. c. Ved å bytte ut en linolensyre i et triacylglyserolmolekyl med en stearinsyre vil triacylglyserolmolekylet få lavere smeltepunkt. Feil. Den mettede fettsyren, stearinsyre (C18:0) har høyere smeltepunkt enn den polyumettet fettsyren linolensyre (C18:3). Følgelig vil det nye triacylglyserolmolekylet også ha høyere smeltepunkt. d. Når en polyumettet fettsyre blir ß-oksidert gir dette færre ATP molekyler enn ved ß-oksidasjon av en mettet fettsyre med samme kjedelengde.

8 Riktig. En polyumettet fettsyre inneholder færre H-atomer enn den tilsvarende mettede fettsyrene. Dette betyr at den polyumettede fettsyren har færre reduserende ekvivalenter å gi fra seg under sin ß-oksidasjon. Den polyumettede fettsyren gir derfor oppphav til færre ATP molekyler enn den tilsvarende mettede fettsyren. 33 c. Under sult vil hjernens glukoneogenese dekke hjernens glukosebehov. Feil. Hjernen har ingen glukoneogenese glukoneogenese foregår bare i leveren (og i nyrebarken). d. Glukoneogenese og ketogenese er metabolsk forskjellige prosesser, men er funksjonelt sett sammenkoplede. Riktig. Glukoneogenese omhandler syntese av glukose fra aminosyrenes karbonskjeletter (i en liten grad også fra glyserol), mens ketogenesen er en del av fettsyrekatabolismen (syntese av ketonlegemer fra overskudd av acetyl-coa dannet fra ß-oksidasjon av fettsyrer). Prosessene er funksjonelt sammenkoblede fordi: Det bare er glukoneogene vev som utfører ketogenese (dvs lever og nyrebark). Ketogenesen oppstår som en konsekvens av økt ß- oksidasjon i disse vevene. Den økte ß-oksidasjonen i glukoneogene vev er nødvendig for å skaffe ATP til glukoneogenesen. Vev med aktiv glukoneogenese har ikke aktiv sitronsyresyklus, grunnet manglende oksaloacetat som acetylgruppeakseptor. Følgelig må acetyl-coa som dannet fra ß-oksidasjonen omsettes utenfor sitronsyresyklus, dvs til ketonlegemer. Pyruvatkarboksylase krever acetyl-coa som obligatorisk allosterisk aktivator. Besvarelser som forklarer den metabolske forskjellen, samt har med minst 3 av de påfølgende punkter bør ansees som bestått. Sensorveiledning for eksamen i Medisin, Odontologi og Ernæring 2. semester Cellebiologi Kull H-04 Utsatt prøve 17. august 2005 kl Beskriv mikroanatomisk hvordan fettvev er bygget opp. Fettvev er en spesialisering av løst bindevev. Hvitt fettvev er det som forekommer alt overveiende hos menneske. Dette vevet inneholder et stort antall unilokulære fettceller/ adipocytter, omgitt av kapillærer og sparsomt med ekstracellulær matriks. En enkelt unilokulær adipocytt inneholder som navnet angir en enkelt dråpe med fett (lagret som triglyserider) i cytoplasma. Rundt dette finnes en tynn brem med cytoplasma. Kjernen er liten med kondensert kromatin. Cellene er meget store. I motsetning til hvitt fettvev, som har som oppgave å lagre energi som fett, har brunt fettvev i oppgave å forbrenne fett for å generere varme. Dette vevet er rikt på kapillærer, og fettcellene har her flere fettdråper (multilokulære adipocytter) og tallrike mitokondrier. (Brunt fettvev er kun undervist teoretisk, ikke vist som snitt). 2. Hvordan ser fettvev ut i vanlige histologiske snitt (parafinsnitt farget med hematoksylin og eosin)? Forklar dette utseende. Fordi innstøping i parafin innebærer bad i hydrofobe løsningsmidler, forsvinner fettdråpen under prosessen. I tillegg er det få ladde molekyler her, slik at fargene hematoksylin og eosin ikke vil farge fett. Dermed ses hvitt fettvev som et hønsenetting eller såpeskum -liknende vev, hvor fettdråpene er ufargete (hvite). 3. a) Beskriv kort hvordan fettsyrer mobiliseres fra fettvev. b) Beskriv kort i hovedtrekk ß-oksidasjonen av fettsyrer. c) Hvorfor kalles nedbrytningen av fettsyrer ß-oksidasjon? a) Hormonsensitiv lipase aktiveres, produktene fra lipasereaksjonen (frie fettsyrer og glyserol) går til blodbanen, der fettsyrene bindes til albumin, glyserol ikke. Begge taes opp i leveren. Mekanismer: Adrenalin og noradrenalin bør nevnes, de stimulerer fosforylering og aktivering av lipasen. Insulin er antilipolytisk, nedsatt insulinnivå medfører at insulin-avhengig hemming av lipasen forsvinner. b) Nedbrytningen skjer gjennom en syklisk prosess der to-karbonfragmenter kuttes fra C1-enden i form av acetyl-coa, med den resterende delen bevart som acyl-coa. Dette skjer i fire trinn. I de første tre oksideres C-3 metylengruppen (-CH 2-) til en ketogruppe som følger: 1) oksidering (dehydrogenering) av enkeltbindingen mellom C2 og C3 til dobbeltbinding. 2) hydrering (tilsetting av vann) til dobbeltbindingen, slik at C3 omdannes til en alkoholgruppe. 3) videre oksidering (dehydrogenering) av C3 til en ketogruppe. Samlet er de tre trinnene analoge til omdannelsen av sitrat til oksaloacetat, og de samme elektronfrakterne brukes som akseptorer i oksidasjonstrinnene (hhv FADH 2 og NADH). Omdanning av C3 til ketogruppe medfører polarisering av bindingen mellom C2 og C3, som dermed blir lettere å spalte. Dette skjer ved trinn 4, som er kløyving av 3-ketoacyl-CoA vha av thiol-gruppen i HSCoA (thiolyse). Dermed frigjøres ett molekyl acetylcoa, samtidig som via har fått dannet en acylcoa-kjede forkortet med to C- atomer. (For umettede eller forgrenete fettsyrer og fettsyrer med oddetall C-atomer kommer tilleggsreaksjoner som ikke kreves

9 beskrevet. Energiregnskap og enzymkomplekset/ navnene på enzymene som katalyserer reaksjonen forventes heller ikke beskrevet. ) c) Ved den alternative nomenklaturen av fettsyrer kalles C2 for C-atomet og C3 for C-atomet. Siden det er C3 som oksideres, kalles prosessen ß-oksidasjon. For spørsmålene 3-5 skal du angi hvilke(t) svar som er korrekt(e) og begrunne dette. 4. Aktiv ß-oksidasjon krever samtidig aktiv elektrontransportkjede. Skyldes dette at: a) ß-oksidasjonen er avhengig av en protongradient over indre mitokondriemembran? b) acylcoa-dehydrogenaseaktiviteten krever FAD og ß-hydroksyacyl-CoA dehydrogenaseaktiviteten krever NAD +? c) transport av fettsyrer over indre mitokondriemembran er avhengig av en protongradient over membranen? a) Galt, ß-oksidasjon medvirker heller til at gradienten bygges opp. Nærvær av protongradient betyr lite for ß-oksidasjonen. b) Riktig. Derfor vil det under ß-oksidasjon dannes FADH2 og NADH H+. Disse må reoksideres dersom ß-oksidasjonen skal kunne opprettholdes. Reoksidasjon av FADH2 og NADH H+ krever aktiv elektrontransport. c) Galt, transporten av fettsyrer er uavhengig av protongradienten. 5. 2,4-Dinitrofenol er et eksempel på en frikopler. Forårsaker en frikopler at a) ATP-syntesen stimuleres fordi protongradienten blir redusert? b) ATP-syntesen stopper opp fordi protongradienten blir større? c) strømmen av elektroner gjennom elektrontransporten øker, samtidig som fosforyleringen av ADP stopper opp? d) elektrontransporten hemmes og derfor hemmes også fosforyleringen av ADP? a) Galt. Frikopler stopper ATP syntesen ved at protongradienten reduseres. b) Galt. ATP-syntesen hemmes, men fordi protongradienten forsvinner. c) Riktig. Elektronstransporten stimuleres, men samtidig stopper ADP-fosforylering (ATP-syntese) fordi protongradienten elimineres. d) Galt. Det er ingen hemming av elektrontransporten, og derfor heller ingen kopling til fosforylering av ADP. 6. Er flyten av elektroner gjennom elektrontransportkjeden fra NADH til O 2 spontan fordi a) redokspotensialforskjellen mellom NAD + /NADH H + og H + /O 2 er negativ? b) G-verdien for elektronoverføringen er nær 0? c) redokspotensialforskjellen mellom NAD + /NADH H + og H + /O 2 er positiv? d) G-verdien for elektronoverføringen er stor og negativ? a) Feil. Spontan reaksjon krever positiv forskjell i redokspotensialer. Dersom det henvises til Nernsts ligning er det bra. b)feil. Når -G verdien er ca. O, betyr det at reaksjonen er i likevekt. c) Riktig. Redokspotensialforskjellen er positiv (ca V). Derfor flyter elektronene spontant fra NADH til O 2. d) Riktig. Stor positiv redokspotensialforskjell, gir stor negativ G-verdi, og spontan reaksjon. 7. Hva skjer med den kjemiske energien som frigjøres ved redoksreaksjonene i elektrontransportkjeden i nærvær av en frikopler? Omdannes til varme. 25. Hva er oksygenradikaler og hvorfor er disse skadelige? Med radikaler menes generelt molekyler eller ioner med uparrede elektroner, hvilket gjør dem svært reaktive. Oksygenradikaler er oksygenmolekyler som mangler et elektron. (Det er undergrupper av dem, kalt superoksidradikaler, hydroksylradikaler og hydrogenperoksid, som kan omdannes til hverandre.) De reagerer med andre molekyler ved å ta elektroner fra dem (oksidering). Ved at de dermed forandrer disse molekylenes kjemiske egenskaper, kan de forårsake irreversible skader, der hovedproblemet er skader på DNA. I kroppen produseres de fleste oksygenradikaler i elektrontransportkjeden ved ufullstendig overføring av elektroner til molekylært oksygen (hvilket betyr at mitokondrialt DNA er spesielt utsatt for skader). Oksygenradikaler kan imidlertid også dannes andre steder, som resultat av ioniserende stråling eller påvirking av kjemiske stoffer ved røyking eller luftforurensning Embetseksamen i Medisin, Odontologi og Ernæring 2. semester (Cellebiologi) kull H juni 2005 kl Angi korrekt svaralternativ på de følgende spørsmålene, og begrunn valget. I. Laktatdehydogenasen katalyserer følgende reaksjon: a) Pyruvat + NAD+ + CoA Acetyl-CoA + NADH H+ b) Laktat + NADH H+ Pyruvat + NAD+ c) Pyruvat +NADH H+ Laktat + NAD+

10 d) Pyruvat +Glutamat Alanin + -ketoglutarat Alternativ c er korrekt. LDH katalyserer en NADH-avhengig reduksjon av pyruvat til laktat og NAD +. Ingen andre alternativ angir dette. II. Enolasereaksjonen har en G= kj/mol, denne reaksjonen vil derfor a) være irreversibel, og flytregulerende for glukoneogensen b) være reversibel, men flytregulerende for glukoneogenesen c) være reversibel, og en ikke-regulerende reaksjon i glykolysen d) likevektskonstanten vil være >1000, og reaksjonen er derfor reversibel Alternativ c er korrekt. Med en DG nær null blir dette fysiologisk en reaksjon som er i tilnærmet likevekt, og derfor er fritt reversibel avhengig av konsentrasjoner av substrater/produkter. III. Adrenalin påvirker fettvevsmetabolismen ved at a) camp nivået i fettcellene økes og lipidsyntesen derfor stimuleres b) camp nivået i fettcellene økes og den hormonsensitive lipasen stimuleres c) camp nivået i fettcellene økes, og den hormonsensitive lipasen hemmes d) blodkonsentrasjonen av insulin økes, og lipolysen blir derfor hemmet Alternativ b er korrekt. camp (et intracellulært stressignal) vil aktivere en camp- avhengig proteinkinase som så vil fosforylere og aktivere den hormonsensitive lipasen. Dette vil frigjøre fettsyrer som trengs til energiproduksjon. IV. Karbohydratmetabolismen i lever reguleres via blodkonsentrasjonen av adrenalin og glukagon. Når konsentrasjonene av disse økes, skjer dette blant annet ved at a) levercellenes innhold av camp økes; det gir hemming av glykogensyntase og aktivering av fruktose 2-6 bisfosfatase b) både glykogenfosforylase og glykogensyntase aktiveres når konsentrasjonen av camp i levercellene økes c) både glykolyse og glykogensyntese stimuleres d) glukokinasen og fosfofruktokinase 2 aktiveres Alternativ a er korrekt. camp er et intracelluært sult-/stress-signal (formidlet av hhv. glukagon og adrenalin. Glukagon- eller adrenalinpåvirkning vil derfor medføre at glykogensyntase fosforyleres og inaktiveres og at fosfofruktokinase II fosforyleres og blir til en fruktose 2, 6-bisfosfatase. Fruktose 2,6-bifosfat nivået i levercellen vil synke, glykolysen hemmes leveren blir glukoseeksportør. Med adrenalin er effekten på lever også indirekte mediert. Økt blodnivå av adrenalin vil resultere i nedsatt sekresjon av insulin (og økt sekresjon av glukagon); forholdet [glukagon]/[insulin]i blodbanen øker, og leverens metabolisme blir igjen styrt av glukagon. V. Glykogenmolekylet er en polymer bygget opp av a) glukoseenheter sammenbundet med ß1-4 glykosidbindinger b) glukoseenheter sammenbundet med 1-4 glykosidbindinger c) glukose- og galaktoseenheter sammenbundet med 1-4 og 1-6 glykosidbindinger d) glukoseenheter sammenbundet med 1-4 og 1-6 glykosidbindinger Alternativ d er korrekt. Glykogen er et forgrent glukosepolymer, glukoseenhetene i kjedene er bundet sammen med 1-4 glykosidbindinger, og i forgreningspunktene er de dannet med 1-6 glykosidbindinger. VI. Cellene i et nevroblastom har i stor grad glykolytisk metabolisme. Celler med glykolytisk metabolisme er karakterisert ved at a) de får sitt energibehov dekket ved ß-oksidasjon b) de kan få sitt energibehov dekket ved anaerob katabolisme av glukose c) dellene har et absolutt behov for oksygen for å danne ATP d) de kan få ATP fra ß-oksidasjonen også under anaerobe betingelser Alternativ b er korrekt. Glykolytisk metabolisme vil si at glykolysen er primærkilden til energi. Dette innebærer at når oksygentilførselen er begrenset, kan cellene skaffe seg adekvat energidekning fra glykolysen alene, uten at sitronsyresyklus og oksidativ fosforylering er implisert. VII. Under aerobe betingelser vil NADH H+ dannet under glykolysen reoksideres som følger: a) NADH H+ fra glykolysen reoksideres direkte i kompleks I b) NADH H+ fra glykolysen reoksideres bare ved hjelp av malatdehydrogenase c) NADH H+ fra glykolysen kan reoksideres av kompleks 1, men dette krever medvirkning av malat/aspartatskyttelen for transport inn i mitokondriematriks d) NADH H+ fra glykolysen reoksideres ved hjelp av cytokrom c og kompleks IV

11 Alternativ c er korrekt. Glykolytisk NADH H+ dannes i cytosol; indre mitokondriemembran er impermeabel for NAD+/NADH. Følgelig må de reduserende ekvivalente transporteres inn i mitokondriematriks her brukes malat/aspartat-skyttelen. VIII. Under anaerobe betingelser vil flyten av elektroner gjennom elektrontransportkjeden være: a) maksimal, fordi det er et stort behov for energi b) minimal, fordi elektrontransportkjeden mangler en elektronakseptor c) ikke-fungerende fordi protongradienten er ødelagt d) ikke-fungerende fordi koenzym-q (ubiquinon) ikke fungerer under anaerobe betingelser Alternativ b er korrekt. Det vil være minimal flyt av elektroner gjennom elektrontransportkjeden fordi den endelig elektronakseptoren, oksygen, mangler. Embedseksamen i Medisin, Odontologi og Ernæring Andre semester (cellebiologi) kull V04 Onsdag 16/2-2005, Kl Mekanismene bak kakeksi, som også ses hos mange kreftpasienter i sluttstadiet av sykdom, er ikke klarlagt. Det er mulig mitokondriale (respiratoriske) utkoplingsproteiner er involvert. 26. Hva menes med respiratoriske "utkoplere", og hvordan virker disse? Utkoplere gjør indre mitokondriemembran (IMM) protonpermeabel. Protoner kan dermed komme over membranen utenom poren i kompleks 5). Dermed blir det energiforbruk uten medfølgende ATP-syntese. ATP-syntesen svikter, samtidig som respirasjonen stimuleres (for å opprettholde protongradienten). Noen utkoplere er svake syrer, dissosiert ved fysiologisk ph. De protoneres i miljøet ved den IMM, og er som nøytrale molekyler lipidløslige nok til å diffundere over IMM. Dermed medbringes protonet, og vi får forbruk av protongradienten. Etter hvert vil dissosierte utkopleremolekyler returnere fra mitokondriematriks og utkopleren vil fungere som en protonferje. 27. Hvorfor vil respiratoriske utkoplere kunne forårsake vekttap? Ved at overskudd energi omdannes til varme i stedet for til fett. Utkoplere har derfor vært forsøkt brukt som slankemiddel. Ulempen er at de vil kunne skade vev som er helt avhengig av stor energitilførsel gjennom respirasjonskjeden. Dette gjelder blant annet nervus opticus (synsnerven). En kjedelig bivirkning er derfor blindhet (slank, men blind). Embedseksamen i Medisin, Odontologi og Ernæring Andre semester (cellebiologi) kull V04 Torsdag 13/1-2005, Kl J. Under vandringen trenger spermiene store mengder ATP. I samsvar med dette har de et stort antall mitokondrier like under spermiehodet. Studer vedlagte figur, og svar på følgende spørsmål som anvist. I spørsmålene er det angitt ulike svaralternativer, hvorav bare ett er korrekt. For hvert av spørsmålene skal du velge det korrekte svaret og begrunne ditt valg. 30. Kopier tabellen under i din besvarelse og angi navn på prosessene, deres plassering i cellen, samt svar på de to spørsmålene ved å fylle ut tabellen. Del av figur A B C Navn på metabolsk prosess som figurdelen angir Presis plassering i cellen Aktiv under aerobe betingelser? (ja/nei) Aktiv under anaerobe betingelser? (ja/nei) Begrunn dine valgte svar hva angår aktivitet under aerobe/anaerobe betingelser. 31. Sædvæsken er rik på fruktose. Fruktose er: a. Energisubstrat under aerobe og anaerobe betingelser b. Energisubstrat bare under aerobe betingelser c. Energisubstrat bare under anaerobe betingelser. d. Ubrukelig som energisubstrat.

12 32. Under aerobe betingelser dannes ATP både ved fosforylering på substratnivå og ved oksidativ fosforylering. I. Bruk data på vedlagte figur til å regne ut netto antall mol ATP som dannes ved fosforylering på substratnivå per mol glukose som omsettes. a. 6 ATP/glukose b. 2 ATP/glukose c. 4 ATP/glukose d. 8 ATP/glukose II. Angi antall mol ATP som dannes ved oksidativ fosforylering når ett mol glukose omsettes til CO 2 + H 2O. a. 12 ATP/glukose b. 32 ATP/glukose c. 38 ATP/glukose d. 34 ATP/glukose III. Ett molekyl glukose frigjør 2880kJ/mol ved fullstendig forbrenning til CO 2 + H 2O. Hydrolyse av 1mol ATP til ADP + P i frigjør 31kJ. Bruk dine svar fra I og II til å angi prosentandelen av glukoseenergien som lagres som ATP. Vis utregningen. 33. Fra vedlagte figur fremgår det at 2 FADH 2 gir opphav til 4 ATP, mens 2 NADH + H + gir opphav til 6 ATP. Denne forskjellen skyldes at a. FADH 2 reoksideres i endoplasmatisk retikulum b. FAD/FADH 2 har et mer positivt redokspotensial enn NAD + /NADH + H + c. FADH 2 reoksideres direkte av kompleks IV d. FADH 2 reoksideres direkte av den mitokondrielle ATPasen. 34. Nederst i del C av figuren er vist H + og elektroner. Angi hvordan disse anvendes. a. Elektronene brukes til reduksjon av FAD, og protonene bindes til svake syrer. b. Elektronene forbrukes i kompleks I, protonene i kompleks IV. c. Elektronene forbrukes av kompleks II, mens protonene reagerer med molekylært oksygen og danner vann. d. Både elektroner og protoner reagerer med molekylært oksygen i kompleks IV, med vann som det primære reaksjonsproduktet.

13 SENSORVEILEDNING: J. Studer vedlagte figur, og svar på følgende spørsmål som anvist. I spørsmålene er det angitt ulike svaralternativer, hvorav bare ett er korrekt. For hvert av spørsmålene skal du velge det korrekte svaret og begrunne ditt valg. 30. Kopier tabellen under i din besvarelse og angi navn på prosessene, deres plassering i cellen, samt svar på de to spørsmålene ved å fylle ut tabellen. Begrunn dine valgte svar hva angår aktivitet under aerobe/anaerobe betingelser. Del av figur Navn på metabolsk prosess som figurdelen angir Presis plassering i cellen Aktiv under aerobe betingelser Aktiv under anaerobe betingelser A Glykolysen Cytosol Ja Ja B Sitronsyresyklus Mitokondriematriks Ja Nei C Elektrontransportkjeden Mitokondriell Ja Nei innermembran Begrunn dine valgte svar hva angår aktivitet under aerobe/anaerobe betingelser. Glykolyse: NADH H+ reoksideres ved hjelp av laktat dehydrogenase, dvs. Pyruvat + NADH H + Laktat + NAD +. Derfor kan glykolysen fungere anaerobt. Sitronsyresyklus: I mitokondriematriks, derfor må både NADH H + og FADH 2 reoksideres via elektrontransportkjeden kan bare fungere aerobt. Elektrontransportkjeden: Bruker O 2 som endelig elektronmottaker kan følgelig bare fungere aerobt. 31. Fruktose er: e. Energisubstrat under aerobe og anaerobe betingelser f. Energisubstrat bare under aerobe betingelser g. Energisubstrat bare under anaerobe betingelser. h. Ubrukelig som energisubstrat. A er korrekt. Fruktose forsforyleres og blir et glykolytisk substrat. Fruktose er derfor et energisubstrat for aerobe og anaerobe betingelser. 32. Under aerobe betingelser dannes ATP både ved fosforylering på substratnivå og ved oksidativ fosforylering. I. Bruk data på vedlagte figur til å regne ut netto antall mol ATP som dannes ved fosforylering på substratnivå per mol glukose som omsettes. a. 6 ATP/glukose b. 2 ATP/glukose c. 4 ATP/glukose d. 8 ATP/glukose C er korrekt. Det dannes 4 ATP i glykolysen og 2 GTP (som blir til ATP) i sitronsyresyklus, totalt 6 mol ATP. Men 2 ATP forbrukes i glykolysen, slik at nettosyntesen blir 4mol ATP/mol glukose omsatt. IV. Angi antall mol ATP som dannes ved oksidativ fosforylering når ett mol glukose omsettes til CO 2 + H 2O. a. 12 ATP/glukose b. 32 ATP/glukose c. 38 ATP/glukose d. 34 ATP/glukose D er korrekt. Figuren viser direkte at det under oksidativ fosforylering per omsatt mol glukose blir dannet: 6ATP + 6ATP+18ATP+4ATP= 34ATP. V. Ett molekyl glukose frigjør 2880kJ/mol ved fullstendig forbrenning til CO 2 + H 2O. Hydrolyse av 1mol ATP til ADP + P i frigjør 31kJ. Bruk dine svar fra I og II til å angi prosentandelen av glukoseenergien som lagres som ATP. Vis utregningen. Netto dannes det totalt 4ATP (substratnivå-fosforylering) + 34ATP (oks.fos) = 38ATP per mole glukose omsatt. Andelen energi som konserveres som ATP blir: (38x31KJ/2880KJ =1178/2880=0.409, dvs ca 41%. 33. Fra vedlagte figur fremgår det at 2 FADH 2 gir opphav til 4 ATP, mens 2 NADH + H + gir opphav til 6 ATP. Denne forskjellen skyldes at e. FADH 2 reoksideres i endoplasmatisk retikulum f. FAD/FADH 2 har et mer positivt redokspotensial enn NAD + /NADH + H + g. FADH 2 reoksideres direkte av kompleks IV h. FADH 2 reoksideres direkte av den mitokondrielle ATPasen.

14 B er korrekt. FAD/FADH 2 blir reoksidert i kompleks II, som også har et mere positivt redokspotensial (reduksjonspotensial) enn kompleks I. Derfor blir spenningsforskjellen mellom FAD/FADH 2 og 1/2O 2/H 20 noe mindre, og elektronene fra FAD/FADH 2 blir følgelig kilde til mindre energi. 34. Nederst i del C av figuren er vist H + og elektroner. Angi hvordan disse anvendes. a. Elektronene brukes til reduksjon av FAD, og protonene bindes til svake syrer. b. Elektronene forbrukes i kompleks I, protonene i kompleks IV. c. Elektronene forbrukes av kompleks II, mens protonene reagerer med molekylært oksygen og danner vann. d. Både elektroner og protoner reagerer med molekylært oksygen i kompleks IV, med vann som det primære reaksjonsproduktet. D er korrekt. Det er kompleks IV i elektrontransportkjeden som forbruker elektroner og H + ved at komplekset reduserer O 2 til H 2O. Embetseksamen i Medisin, Odontologi og Ernæring 2. semester Cellebiologi Kull H-03 Utsatt prøve 11. august 2004 kl OPPGAVE E Langvarig etanolmisbruk har effekter som strekker seg utenfor sentralnervesystemet. Spesielt viktig er effekter på leverceller. Mens etanolbruk over lengre tid kan føre til levercirrhose ( skrumplever ), forekommer det også akutte leverskader. Angi om hvert av de følgende utsagn er korrekt eller ikke, og begrunn kort svaret ditt. 11. Høyt inntak av etanol under faste kan gi hypoglykemi a) fordi glykolysen i leveren hemmes b) fordi glykogenolysen i leveren hemmes c) fordi pyruvat og oksaloacetat i leveren i stor grad omdannes til laktat og malat. Svar c) er korrekt, leveren belastes med oksydasjon av etanol, som danner store mengder NADH (alkohol DH, aldehyd DH). Overskudd av lever NADH fører til at glukoneogene substrater som pyruvat og oksaloacetat reduseres til laktat/malat. Dermed blir disse ikke tilgjengelige for glukoneogenesen, som blir nedsatt, det utvikles hypoglykemi. Langvarig faste /sult medfører d) økt proteolyse (nedbrytning av proteiner) i skjelettmuskel via en mekanisme som er stimulert av insulin e) et N-overskudd som, via glutamat dehydrogenase og pyruvat, kan metaboliseres og evt. utskilles fra leveren. e) er korrekt, glutamat dehydrogenase katalyserer overgang fra glutamat til alfa-ketoglutarat og gir derved inngang til trikarboksylsyresyklus og mitokondriell ATP-syntese. Pyruvat dannes i lever ved tilførsel av alanin via transaminase, og via pyruvat dehydrogenase kan så acetyl CoA bli dannet. Alanin kan også direkte nedbrytes via urea-syklus som foregår i lever. Embetseksamen i Medisin, Odontologi og Ernæring 2. semester (Cellebiologi) kull H juni 2004 kl OPPGAVE I. Den reduksjonen i blodtilførselen som finner sted som følge av et hjerneslag medfører at omliggende vev får redusert sin tilførsel både av O 2 og næringsstoffer. Til hvert av de følgende utsagn skal du angi og kort begrunne hvilket svaralternativ som du mener er korrekt. 28. I hjerneceller som får utilstrekkelig oksygentilførsel vil energimetabolismen være: a. primært basert på glykolyse b. primært basert på glykogenolyse c. i hovedsak basert på sitronsyresyklus d. basert på glykolyse og ß-oksidasjon. Alternativ a er korrekt. Bare glykolysen kan fungere under anaerobe tilstander fordi reoksidasjon av NADH via LDH (pyruvat laktat) skaffer nok NAD + til at glykolysen kan fungere. Både sitronsyresyklus og ß-oksidasjon har så stort behov for NAD +, at bare elektrontransportkjeden har adekvat kapasitet. Dessuten trenger sitronsyresyklus og ß-oksidasjon FAD som bare blir reokisdert via

15 elektrontransporkjeden. Glykogenlyse (altern. B) betegner bare nedbryting av glykogen til glukose-1-fosfat og er derfor ikke noe korrekt svaralternativ. 29. Sviktende oksygentilførsel vil føre til at: a. hjernecellene bruker ß-oksidasjon for å dekke sitt ATP-behov b. sitronsyresyklus funger omtrent som normalt fordi acetyl-coa tilføres fra forbrenning av aminosyrer og fettsyrer c. sitronsyresyklus stopper opp på grunn av sviktende tilførsel av NAD + og FAD d. cellenes energibehov dekkes ved at glukose omsettes til pyruvat fordi sitronsyresyklus nå ikke lenger er nødvendig. Alternativ c er korrekt. Det blir nå utilstrekkelig forsyning av NAD + og FAD, og sintronsyresyklus kan ikke fungere (fordi disse akkumulerer som NADH og FADH 2). Hjerneceller bruker for øvrig ikke ß-oksidasjon som energikilde (alt. a). Alt. b blir galt fordi manglende NAD + og FAD uansett stopper syklusaktiviteten; forøvrig er ikke ß-oksidasjon noen kilder for acetyl-coa til sitronsyresyklus i CNS. Dessuten er anaerob glykolyse en utilstrekkelig energikilde for CNS (alt d). En av konsekvensene er at det i disse cellene dannes store mengder av peroksider fordi mitokondriene nå blir en større kilde til frie radikaler. 30. I hjernecellenes mitokondrier kan frie radikaler dannes når: a. 2 elektroner overføres fra NADH til kompleks I b. 2 elektroner overføres fra kompleks II til coenzym Q c. 3 elektroner overføres fra kompleks IV til O 2 d. 4 elektroner overføres fra kompleks IV til O 2. Alternativ c er korrekt. Ved overføring av 3 elektroner til O 2 dannes et OH. radikal (hydroksyradikal), som er ekstremt reaktivt. Fullstendig reduksjon av O 2 til H 2O krever 4 elektroner (alternativ d). Overføring av 2 elektroner til coenzym Q (alt. b) gir fullstendig redusert koenzym Q (altså ingen radikaldannelse). Tilsvarende overføring av 2 elektroner fra NADH til kompleks I (alt. a) er hva som normalt skjer, og gir ikke fri radikaldannelse. 31. Malatdehydrogenase katalyserer følgende reaksjon i sitronsyresyklus: Malat + NAD + Oksaloacetat + NADH + H + G for denne reaksjonen er under normale fysiologiske betingelser tilnærmet null. Ved manglende oksygenering vil a. G-verdien bli negativ, og mer malat vil bli omdannet til oksaloacetat b. G-verdien bli positiv fordi konsentrasjonen av NADH i cellene øker c. G-verdien ikke bli påvirket i det hele tatt d. G-verdien bli positiv fordi konsentrasjonen av oxaloacetat i cellen vil bli ca. 100 ganger høyere enn den normalt er. Alternativ b er korrekt. Når det blir O 2-mangel vil NADH akkumulere mye mere enn det som skjer normalt. Dette vil medvirke til at den oksaloacetat som måtte finnes vil bli redusert til malat. Termodynamisk kommer dette til uttrykk ved at G-verdien nå vil bevege seg i positiv retning. Alternativ a. blir derfor meningsløst, likeså alternativ c. Alternativ d blir likedan høyst usannsynlig fordi en markert økning i [NADH] vil motvirke at [oksaloacetat] kunne øke (som forklart ovenfor). Embetseksamen i Medisin, Odontologi og Ernæring 2. semester Cellebiologi Kull V-03 Utsatt prøve 25. februar 2004 kl Oppgave G Hos et menneske med insulinom er blodnivået av insulin høyere enn normalt. Samtidig er blodkonsentrasjonen av glukose under normalnivået (hypoglykemi), spesielt mellom måltidene. Typiske symptomer er blant annet svimmelhet, hodepine, svettetokter og tåkesyn. 24. Begrunn kort ditt standpunkt til hvert av de påfølgende svaralternativene, samtidig som du angir det/de svaralternativ du mener er korrekt(e). a) Hypoglykemien skyldes at karbohydratene ikke omsettes fordi lever og skjelettmuskler ikke kan omsette glukose, som derfor skilles ut i urinen. b) Et høyt nivå av insulin i blodet medfører permanent høy aktivitet for fosfofruktokinase (PFK-I) og pyruvat kinase. c) Et insulinom medfører at glukose omsettes ukontrollert og gir opphav til hypoglykemien.

16 d) Et insulinom medfører at glukagoneffektene undertrykkes. e) Hos individer med insulinom kan svimmelhet og hodepine blant annet skyldes at ketogenesen i sentralnervesystemet forløper ukontrollert. f) Insulinomet medfører at glykogenolysen foregår ukontrollert. g) Pyruvat dehydrogenasen og fettsyresyntesen i lever stimuleres ved forhøyet nivå av insulin i blodet. a) Feil. Hypoglykemien skyldes akselerert omsetning av glukose. Et høyt blodnivå av insulin fasiliterer opptak av glukose i skjelettmuskel, samtidig som reaksjoner som forbruker glukose er aktivert (f.eks. glykolyse, glykogensyntese), også i lever. b) Riktig. Et høyt blodnivå av insulin vil sørge for at PKF-1 og pyruvat kinase er aktive. Disse er glykolytiske enzymer, og vil derfor være aktive. Noen vil muligens nevne noe om regulatoriske mekanismer, bl.a. om lav [Fr-2,6-BP], og defosforylert pyruvat kinase. Dette er et pluss, men forventes ikke. c) Riktig. Et høyt blodnivå av insulin medfører at alle reaksjonssekvenser som forbruker glukose (glykogensyntese, glykolyse, pentosefosfat-shunt, fettsyre-syntese) er aktive. I og med at insulinkonsentrasjonen ikke er regulert etter fysiologiske behov, blir dermed glukoseforbruket også ukontrollert. d) Riktig. Den intermediære metabolisme reguleres av balansen mellom blodkonsentra-sjonene av insulin og glukagon. Når insulinkonsenterasjonen blir unormalt høy, blir de regulatoriske effektene av glukagon undertrykt. e) Feil. Svimmelhet/hodepine skyldes heller trolig manglende energiforsyning til sentralnervesystemet pga. hypoglykemien. Sentralnervesystemet produserer ikke ketonlegemer. Den egenskapen finnes bare i lever og nyrebark, særlig ved faste/sult. f) Utsagnet er galt. Insulinom gir forhøyet nivå av insulin i blodet, dette stimulerer anabolske reaksjonssekvenser og hemmer katabolske sekvenser. Det betyr at glykogenolysen hemmes, og at glykogensyntesen er stimulert (i den grad glykogenlagrene ikke er fulle). Noen vil kanskje påpeke at glukagon hemmer glykogen-syntesen, og stimulerer glykogenolysen en effekt som motvirkes av insulin og slik begrunne at utsagnet ikke er korrekt. g) Utsagnet er korrekt. PDH i lever stimuleres av insulin. PDH fosfatasen aktiveres av insulin og defosforylerer PDH, som derved aktiveres. Acetyl-CoA karboksylase, som er den initiale, regulerte, reaksjonen i fettsyresyntesen er også stimulert av insulin. Også her defosforyleres enzymet, som derved aktiveres. Videre detaljer kan ikke forventes. Embetseksamen i Medisin, Odontologi og Ernæring 2. semester (Cellebiologi) kull V januar 2004 kl OPPGAVE G. En annen type overvekt synes å være fremkalt av nedgang i fysisk aktivitet, uten at fødeinntaket endres vesentlig. Når energiinntaket er større enn forbruket, vil overskuddet deponeres som fettvev. 24. Hvordan ser fettvev ut i vanlige snitt (parafinsnitt farget med hematoksylin og eosin)? Forklar dette utseende. Fettvev er en spesialisering av løst bindevev. Hvitt fettvev er det som forekommer alt overveiende hos menneske. Dette vevet inneholder et stort antall unilokulære fettceller/ adipocytter, omgitt av kapillærer og sparsomt med ekstracellulær matriks. En enkelt unilokulær adipocytt inneholder som navnet angir en enkelt dråpe med fett (lagret som triglycerider) i cytoplasma. Rundt dette finnes en tynn brem med cytoplasma, kjernen er liten med kondensert kromatin. Cellene er meget store. Fordi innstøping i parafin innebærer bad i hydrofobe løsningsmidler, forsvinner denne fettdråpen under prosessen. I tillegg er det få ladde molekyler her, slik at fargene hematoksylin og eosin ikke vil farge fett. Dermed ses hvitt fettvev som et hønsenetting eller såpeskum -liknende vev, hvor fettdråpene er ufarget (hvite). (I motsetning til hvitt fettvev, som har som oppgave å lagre energi som fett, har brunt fettvev i oppgave å forbrenne fett for å generere varme. Dette vevet er rikt på kapillærer, og fettcellene har her flere fettdråper (multilokulære adipocytter) og tallrike mitokondrier. Dette er kun undervist teoretisk, ikke vist snitt av brunt fettvev). OPPGAVE H. Velg ett riktig svaralternativ for hvert av de følgende spørsmålene. Gi en kort begrunnelse for ditt valg av svaralternativ. 27. Heksokinase katalyserer følgende reaksjon: Glukose + ATP Glukose-6-fosfat + ADP Ekvilibriumskonstanten (K eq) for denne reaksjonen er 850. Dette betyr at: a. G 0 -verdien for reaksjonen er tilnærmet lik 0. b. G 0 -verdien for reaksjonen er stor og positiv. c. G 0 -verdien for reaksjonen er stor og negativ. d. Reaksjonen er entropidrevet.

17 Alternativ c er korrekt. Den store verdien for K eq betyr at reaksjonen, under standard betingelser, ligger langt over til høyre (på B- siden). Det betyr at A spontant omdannes til B, og derfor at G 0 er stor og negativ. 28. Figuren over illustrerer de kinetiske egenskapene til heksokinase og glukokinase. Hvilket av de påfølgende utsagnene er korrekt? a. Kurve II representerer glukokinasen fordi glukokinase og heksokinase har samme K m-verdi for glukose, men forskjellige V max-verdier. b. Kurve I representerer glukokinasen fordi glukokinasens K m for glukose er på ca. 10mM, mens heksokinasens K m for glukose er på ca. 0.1mM. Dessuten har glukokinasen en mye høyere V max-verdi enn heksokinasen. c. Kurve I representerer heksokinasen fordi glukokinasen har mye høyere affinitet for glukose enn heksokinasen, samtidig som glukokinasens V max-verdi er høyere. d. Kurve II representerer glukokinasen fordi glukokinase og heksokinase har omtrent samme affinitet for glukose, men heksokinasen har høyere V max-verdi enn glukokinasen. Alternativ b er korrekt. Figuren viser at heksokinasens K m må være flerfold mindre enn glukokinasens K m, og dessuten at V max for glukokinasen må være mye høyere enn heksokinasens V max. 29. Glukokinasens og heksokinasens metabolske funksjoner er forskjellige, og kan beskrives som følger: a. Både heksokinase og glukokinase finnes i alle organismens vev. Glukokinasen er særlig viktig under faste/sult. b. Heksokinasen finnes bare i lever, og er metabolsk særlig viktig etter et karbohydratrikt måltid. Glukokinasen finnes i alle vev. c. Glukokinasen finnes bare i lever, og er metabolsk særlig viktig etter et karbohydratrikt måltid. Heksokinasen finnes i alle vev. d. Glukokinasen finnes bare i skjelettmuskel, og er særlig vesentlig for muskelens karbohydratmetabolisme under langvarig fysisk belastning. Heksokinasen finnes i alle vev. Alternativ c er korrekt. Glukokinasen finnes bare i leveren, heksokinasen i alle vev. Glukokinasens høye V max og K m er ideelt for et enzym som har til oppgave å fosforylere glukose når blodglukosekonsentrasjonen er høy som etter et måltid. Heksokinasens fosforyleringskapasitet et mettet ved normal blodglukosekonsentrasjon, og har følgelig ingen ekstra fosforyleringskapasitet som kan håndtere den dietære glukosen. Uten glukokinasen ville mye av denne glukosen ikke rekke å bli fosforylert innen glukosemolekylene hadde gått tapt via nyrene. 30. Når matinntaket er stort og karbohydratrikt, og fysisk aktivitet er minimal, foregår det i leveren: a. Særdeles aktiv ketogenese. b. Aktiv glykogenolyse. c. Aktiv fettsyresyntese. d. Aktiv glukoneogenese.

18 Alternativ c er korrekt. Av disse alternativene er det bare c som er brukbart. Et høyt karbo-hydratinntak betyr at kroppens KH lagre mettes. Overskudd av KH vil da kunne omdannes til fettsyrer for deretter å bygges inn i lipider (TAG, PL), som så eksporteres fra leveren som VLDL. Ketogenese, glykogenolyse og glukoneogenese foregår under faste/sult. 31. Den vesentligste årsaken til overvekt ligger i at triacylglyserol akkumuleres i kroppens fettvev. Syntesen av lagringsfett er avhengig av at: a. Glukagonnivået i blodet er høyt for slik å stimulere syntesen av triacylglyserol i fettvevet. b. Insulinnivået i blodet er høyt for slik å transportere glukose inn i fettvevscellene. c. Insulinnivået i blodet er lavt fordi triacylglycerolsyntesen i fettvev hemmes av insulin. d. Fettvevet forsynes med glyserol-3-fosfat fra blodet. Alternativ b er korrekt. TAG-syntesen i fettvev er glukoseavhengig, og den er derfor også insulinavhengig fordi transporten av glukose inn i fettvevcellene er insulinavhengig. Glukose er også nødvendig for syntese av glyserol-3-fosfat i fettvevscellene (via glykolysen), og glycerol-3-fosfat brukes så direkte i syntesen av TAG. 32. Et triacylglyserolmolekyl innholder forskjellige typer fettsyrer. Studer de påfølgende strukturformlene (i, ii, iii). En mettet karbon til karbon binding er vist med (-), mens en dobbeltbinding er indikert med (=). NB: Formlene viser bare H-atomet i karboksylgruppen, de øvrige H-atomene er ikke vist. i. C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-COOH ii. C-C-C-C-C-C-C-C-C=C-C-C-C-C-C-C-C-COOH iii. C-C-C=C-C-C=C-C-C=C-C-C=C-C-C=C-C-C-C-COOH Angi den riktige betegnelsen på hver av disse 3 fettsyrene ved å velge fra følgende svaralternativer. Begrunn kort ditt valg. a. C16:0 b. C18:0 c. C16:1 9 d. C18:1 3 e. C18:1 6 f. C18:1 9 g. C18:3 3, 9, 12 h. C20:4 3, 6, 9, 12 i. C20:5 6, 9, 12, 15 j. C20:5 3, 6, 9, 12, 15 Riktige alternativer er: i tilsvarer C16:0 (alternativ a) Ii tilsvarer C18:1 9 (alternativ f) Iii tilsvarer C20: 5 3, 6, 9, 12, 15 (alternativ j) Tallet etter C angir antall karbonatomer i kjeden, tallet etter (:) angir antall dobbeltbindinger i kjeden. Tallet etter angir dobbelbindingen(es) posisjon tellet fra metylgruppe-enden. Embetseksamen i Medisin, Odontologi og Ernæring 2. Semester - Cellebiologi - Kull H-02 Utsatt prøve 13. august 2003 kl Det hastighetsbegrensende trinnet i glukosens omsetning inne i cellene synes å være den første enzymatiske modifikasjonen, der glukosen blir fosforylert. I skjelettmuskel katalyseres denne fosforyleringen av heksokinase, mens den i lever katalyseres av heksokinase og glukokinase. 19. Hvilken funksjon har glukokinasen, og hvorfor kan ikke heksokinasen oppfylle denne funksjonen? Glukokinasen skal fjerne glukose fra blodet etter et måltid, og arbeider optimalt ved konsentrasjoner av blodglukose over 5 mmol/liter (dvs. har lav affinitet for glukose). Heksokinasen arbeider optimalt ved lavere glukosekonsentrasjoner (dvs. har høy affinitet for glukose), og kan ikke på samme måte som glukokinase øke sin aktivitet som direkte respons på øket blodglukose. Oppgave E. Ved kolera vil pasienten ofte ikke klare å ta til seg fast føde i løpet av de første 1-2 ukene, men vedkommende vil oftest kunne drikke vann.

19 22. Gi en oversikt over de metabolske endringene som finner sted i denne perioden. Beskriv særlig hvordan skjelettmusklenes og hjernens energimetabolisme utvikler seg etter hvert som fasten blir langvarig. Metabolske endringer, oversikt: Slutt på diettære næringsstoffer gir at leverglykogenet hurtig brukes opp (maksimalt ca. 12 timers varighet). Opprettholdelse av blodglukosenivået krever da at glukoneogenesen startes. Irreversibelt forbruk av karbohydrater til forbrenning stoppes, og erstattes av forbrenning av fettsyrer. Siden diettært fett ikke er tilgjengelig, må fettsyrene skaffes ved lipolyse av triacylglyserol i fettvevet. I leverens mitokondrier er -oksidasjonen betydelig stimulert, og gir opphav til ketogenesen. Frie fettsyrer og ketonlegemer blir nå energisubstrater i alle vev unntatt sentralnervesystemet. Ved langvarig sult er det fortsatt økt konsentrasjon av ketonlegemer i blod, og hjernen kan nå forbrenne ketonlegemer. Skjelettmusklene har tidligere under fasten forbrent ketonlegemer, men går nå over til å bruke frie fettsyrer. 23. Hva er glukoneogenesen, og hvilken fysiologisk funksjon har den? Beskriv kort hvordan glukoneogenesen fungerer med a) alanin som startpunkt b) glycerol som startpunkt. Glukoneogenesen omdanner karbonskjelettene fra de fleste aminosyrer, samt fra glyserol og laktat, til glukose. Fysiologisk funksjon: Å skaffe til veie nødvendig glukose når det er slutt på både diettære karbohydrater og på leverglykogen. Stabilt blodglukosenivå er nødvendig for at sentralnervesystemet skal få den nødvendige glukose til sin energidekning. a) Alanin til glukose: 1. Transaminering av alanin til pyruvat (alanin/glutamat aminotransferase eller transaminase). 2. Karboksylering av pyruvat til oksaloacetat (pyruvat karboksylase) 3. Dekarboksylering og fosforylering av oksaloacetat til fosfoenolpyruvat (fosfoenolpyruvat karboksykinase). 4. Reversering av glykolytiske reaksjoner; fosfoenolpyruvat til 2-fosfoglyserat (enolase), som omdannes til 3- fosfoglyserat (fosfoglyseratmutase), og så fosforylering til 1,3-bisfosfoglyserat (fosfoglyseratkinase, bruker ATP), og videre til glyseraldehyd 3-fosfat (glyseraldehyd-3-fosfat dehydrogenase, bruker NADH H + ). Dette skjer med to alaninmolekyler (2 x 3 karbonatomer gir de 6 som er nødvendige for å gi et glukosemolekyl). Ved triosefosfat isomerasen omdannes et glyseraldehyd-3-fosfat til dihydroksyacetonfosfat. Dihydroksyacetonfosfat og glyseraldelhyd 3-fosfat kondenseres så til fruktose-1,6-bisfosfat (aldolase), som videre defosforyleres til fruktose-6-fosfat (fruktose-6- bisfosfatase). Videre omdannes fruktose-6-fosfat til glukose-6-fosfat (fosfoglukoseisomerase). Til slutt defosforyleres glukose-6-fosfat til glukose (glukose-6-fosfatase). b) Glyserol til glyserol-3-fosfat (glyserokinase), videre til dihydroksyacetonfosfat (glyserol-3-fosfat dehydrogenase). Som for alanin må også to molekyler glyserol omsettes slik, og deretter blir ett av disse omdannet til glyseraldehyd-3-fosfat (triosefosfat isomerase). Det øvrige blir som beskrevet for alanin. 24. Hva er ketogenesen, og hvilken fysiologisk funksjon har den? Forklar hva ketonlegemer er, og skisser kort hvordan ketonlegemer dannes og hvordan de kan metaboliseres. Ketogenesen omdanner overskudd av acetyl-coa fra leverens -oksidasjon til ketonlegemer ( -OH-butyrat, acetoacetat, aceton). Dette foregår i leverens mitokondrier (også litt i nyrebark). Overskudd av acetyl-coa omdannes til ketonlegemer, som skilles ut til blodbanen og forbrennes av øvrige aerobe vev (eks. skjelettmuskel, hjerte og CNS under langvarig sult). Fysiologisk funksjon: Glukosesparende effekt. Syntese: 3 acetyl-coa- -OH, -metylglutaryl-coa- acetoacetat+acetyl-coa. Acetoacetat+NADH H + -OH-butyrat ( -OH-butyrat DH). Forbruk: acetoacetat+succinyl-coa acetoacetyl-coa+succinat (CoA transferase); så acetoacetyl-coa+coa 2 acetyl-coa (tiolase). Acetyl-CoA forbrennes deretter via sitronsyresyklus. -OH-butyrat tilbakedannes først til acetoacetat for å kunne omsettes. Embetseksamen i Medisin, Odontologi og Ernæring 2. semester (Cellebiologi) kull H juni 2003 kl Oppgave L. Den vanligste årsaken til ervervet språksvikt er hjerneskader og celledød i ulike språkområder i hjernen. Cellene dør oftest som følge av hypoksi (O 2-mangel) og/eller mangel på glukose, forhold som medfører at cellenes evne til å dekke sitt energibehov ikke kan opprettholdes.

20 For hvert av de påfølgende spørsmål angir du hvilket svaralternativ som du mener er korrekt. Hvert spørsmål har bare ett riktig svaralternativ. 25. Flyten av elektronene gjennom elektrontransportkjeden fra NADH til O 2 gir energi fordi a) H + /O 2 har et mye mer negativt reduksjonspotensial enn NADH/NAD +. b) H + /O 2 har et mye mer positivt reduksjonspotensial enn NADH/NAD +. c) elektronflyten danner ATP fra ADP +Pi. b 26. Dersom O 2 under reaksjonen i kompleks IV i elektrontransportkjeden tilføres henholdsvis 1, 2 eller 4 elektroner før reaksjonsproduktet frigjøres fra sitt aktive sete, vil det dannes a) superoksid, vann, hydrogenperoksid. b) hydrogenperoksid, superoksid, vann. c) superoksid, hydrogenperoksid, vann. c 27. Løskoplet (frikoplet) respirasjon innebærer at a) mitokondriene danner maksimale mengder av ATP. b) det ikke dannes noe ATP til tross for at flyten av elektroner gjennom elektron-transportkjeden er akselerert. c) ATPasen ( kompleks V ) er hemmet. b Hjernen er normalt totalt avhengig av tilførsel av glukose for å dekke sitt energibehov. I denne sammenhengen har heksokinasen og pyruvat dehydrogenasen nøkkelfunksjoner. 28. Heksokinasen katalyserer følgende reaksjon : ATP + glukose glukose-6-fosfat + ADP. Dette er et eksempel på biokjemisk anvendelse av ATP a) der en termodynamisk ikke-spontan reaksjon blir drevet av energien fra en fosfodiesterbinding i ATP. b) der ATP sørger for at en allerede spontan reaksjon akselereres. c) der ATP fungerer som en allosterisk aktivator. a 29. Pyruvat dehydrogenasen reguleres ved at a) acetyl-coa, ATP og NADH er allosteriske hemmere. b) citrat, AMP og NAPDH er allosteriske aktivatorer. c) defosforyleringen av enzymkomplekset stimuleres av NADH og acetyl-coa. a 30. Enzymer med allosterisk regulering katalyserer oftest reaksjoner som er termodynamisk irreversible. Dette forholdet angis av reaksjonens likevektskonstant (Keq) og av G 0 -verdien for reaksjonen. Når likevektskonstanten (Keq) for reaksjonen (A B) er på 0,0025 vil G 0 -verdien a) være >0 og reaksjonen går spontant fra A B. b) være <0 og reaksjonen går spontant fra A B. c) være >0 og reaksjonen går spontant fra B A. c 31. Etter langvarig faste/sult kan hjernen dekke en stor del av sitt energiforbruk ved forbrenning av ketonlegemer. Til dette brukes følgende enzymer og/eller metabolske sekvenser: a) ß-Hydroksybutyrat-dehydrogenase og ß-oksidasjonen. b) ß-Hydroksybutyrat-dehydrogenase, succinyl-coa-transferase, tiolase og sitronsyresyklus. c) Succinyl-CoA-transferase og sitronsyresyklus. b 32. Et voksent individ skiller ut ca. 16g urea/ døgn. Etter 3 dagers faste skilles det ut ca. 45g urea/døgn. Den økte utskillelsen av urea skyldes at a) aminosyrer fra proteolysen i skjelettmusklene brukes i glukoneogenesen. b) økt ketogenese gir et overskudd av urea. c) langvarig faste medfører at sentralnervesystemets skiller ut mer urea. a