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

Kontinuasjonseksamen, MEDSEM/ODSEM/ERNSEM2 høst 2009 Onsdag 17. februar 2010 kl. 09:00-15:00 Oppgavesettet består av 4 sider Hjelpemidler: Norsk rettskrivningsordbok Oppgavesettet utgjør totalt 100 vekttall. Antall vekttall er vist i parentes foran hver spørsmålsgruppe. A. (22) GLUL genet, som koder for glutamin syntetase, er trolig et av de eldste funksjonelle gener i vårt genom. I det humane genomet finnes en familie av fem gener som koder for varianter av glutamin syntetase. Slike genfamilier kan oppstå ved ikke allelisk overkrysning (ulik overkrysning) mellom repeterte sekvenser som er spredt i det humane genomet. 1. Hva er segmentduplikasjoner, SINE og LINE elementer? 2. Beskriv hvordan ikke allelisk overkrysning kan gi opphav til genfamilier Ikke allelisk overkrysning vil kunne føre til mikrodelesjoner og mikroduplikasjoner 3. Beskriv kort en metode for å undersøke hele genomet til en pasient for å påvise slike kromosomavvik. 4. Beskriv oppbygging av et eukaryot gen som gir opphav til et mrna. 5. Gjør rede for generelle prinsipper ved transkripsjonsregulering av gener som koder for mrna i eukaryote celler. 6. Beskriv hovedtyper RNA molekyler som finnes i eukaryote celler, og angi deres funksjoner. 7. Beskriv egenskaper ved proteiner som bestemmer om nylig syntetiserte proteiner lokaliseres til plasmamembranen (som transmembranprotein), cellekjernen, utsiden av cellen (som løselig protein) eller cytosol. B. (17) Glutamin syntetase katalyserer følgende reaksjon: Glutamat +NH 4 + + ATP Glutamin + ADP + Pi 8. Beskriv glutaminets funksjon som transportør av N overskudd. 9. Angi om hvert av de påfølgende utsagn er riktig eller galt. Begrunn ditt svar. a. Urea dannes direkte ved hydrolyse av ornithin. b. Urea syklus foregår bare i cytosol. c. De to N atomene som inngår i urea tilføres ureasyklus som karbamoylfosfat og L alanin. d. Manglende argininosuccinat lyase aktivitet gir NH 3 forgiftning. Det medisinske fakultet 1

10. Angi om hvert av de påfølgende utsagn om glukoneogenesen er riktig eller galt. Begrunn ditt svar. a. Når glukoneogenesen øker medfører dette at det dannes mindre urea. b. Når den dietære tilførsel av tyrosin er tilstrekkelig er ikke fenylalanin en essensiell aminosyre. c. Glukagon er det eneste hormonet som medvirker til stimulering av glukoneogenesen. d. I et glukoneogent vev finnes det glukose 6 fosfatase aktivitet. Aktiv humant glutamat syntetase er en oktamer, der de åtte monomerene holdes på plass av ikkekovalente bindinger. Leverenzymet aktiveres av α ketoglutarat og hemmes av karbamoylfosfat. 11. Forklar kort hva som menes med proteiners primær, sekundær, tertiær og kvaternærstruktur. Gi tre eksempler på bindinger som medvirker til stabilisering av disse strukturene. 12. Hva menes med: a) Allosterisk regulering av enzymaktivitet? b) Feedback regulering av enzymaktivitet? C. (17) I sentralnervesystemet er glutamin(gln) en viktig forløper for nevrotransmitteren glutamat (glu). I glutamaterge nerveterminaler blir glu lagret i synaptiske vesikler via vesikulære glu transportører. 13. Diskuter de mekanismene og drivkreftene som ligger til grunn for at nevrotransmittere kan lagres inne i synaptiske vesikler. Frisetting av klassiske kjemiske transmittere fra presynaptiske nerveterminaler foregår via eksocytose av synaptiske vesikler. 14. Diskuter kort de viktigste mekanismene som fører til at synaptiske vesikler i nerveterminalens cytoplasma trafikkeres til cellemembranoverflaten der frisettingen skal foregå. I glutamaterge synapser medfører binding av glu til postsynaptiske glu reseptorer at reseptorens ionekanal, som er spesifikk for Na + og K +, åpnes. 15. Beskriv den elektriske responsen som skapes på grunn av ionestrømmene som derved oppstår i den postsynaptiske membranen, med hovedvekt på hvorledes de ulike komponentene av den elektrokjemiske gradienten påvirker responsens retning og størrelse. I nyrenes tubuliceller produseres NH 4 + fra aminosyren glutamin. Glutamin tas opp i cellen i kotransport med Na +. 16. Hvilke forhold gjør at et slikt opptak er energimessig gunstig? 17. Gi en kort beskrivelse av prosesser som regulerer cellevolumet. Det medisinske fakultet 2

D. (13) Kreftceller er storforbrukere av glutamin 18. Beskriv minst fire viktige karaktertrekk ved kreftceller. 19. Beskriv hvordan to ulike tumor suppressorgener utgjør henholdsvis R punktet i cellesyklus og DNA skadeskjekkpunktet, og forklar hvordan mutasjoner i disse genene kan gi kreft. 20. Forklar hvordan DNA skader kan utnyttes ved behandling av kreft. 21. Angi viktige livsstilsfaktorer som kan forebygge kreft. E. (10) Signalstoffet TGFβ er involvert i mange biologiske prosesser, og hemmer blant annet celleproliferasjon i en rekke vev. 22. Beskriv det som skjer når TGFβ aktiverer sin reseptor. Bruk gjerne en tegning. Fosfolipase C kan aktiveres på forskjellige måter. 23. Beskriv minst to måter dette enzymet kan aktiveres på. 24. Hvilke sekundære budbringermolekyler blir dannet som følge av aktivering av fosfolipase C, og hvilke proteinkinaser kan aktiveres når nivået av disse sekundære budbringermolekylene øker? F. (17) Glukokortikoidhormoner er vist å stimulere glutamin syntetaseaktiviteten, noe som krever aktiv medvirking av cytoskjelettet 25. Beskriv ulike spesialiserte cellekontakter 26. Beskriv struktur og funksjoner av basalmembranen. 27. I hvilke vevstyper finner vi hovedsakelig: a) kollagen type I b) kollagen type II c) kollagen type IV Hvilke strukturelle forskjeller er det mellom disse tre kollagenvariantene? 28. Hvordan er sarkomeren i skjelettmuskelceller bygget opp? 29. Beskriv mekanismen for kontraksjon i tverrstripet muskulatur. Det medisinske fakultet 3

G. (4) For å dekke fosterets behov for glutamin foregår det glutaminsyntese i placenta. 30. Hva heter prosessen som fører til dannelsen av de tre kimlagene i embryoet og hva heter kimlagene? 31. Gi en oversikt over hvilke typer vev hvert av kimlagene gir opphav til. Inst. For oral biologi Gaustad.9.2.20010 Harald Osmundsen Professor Det medisinske fakultet 4

Kontinuasjonseksamen, MEDSEM/ODSEM/ERNSEM2 høst 2009 Onsdag 17. februar 2010 kl. 09:00 15:00 Sensorveiledningen består av 7 sider Hjelpemidler: Norsk rettskrivningsordbok Oppgavesettet utgjør totalt 100 vekttall. Antall vekttall er vist i parentes foran hver spørsmålsgruppe. A. GLUL genet, som koder for glutamin syntetase, er trolig et av de eldste funksjonelle gener i vårt genom. I det humane genomet finnes en familie av fem gener som koder for varianter av glutamin syntetase. Slike genfamilier kan oppstå ved ikke allelisk overkrysning (ulik overkrysning) mellom repeterte sekvenser som er spredt i det humane genomet. 4. Hva er segmentduplikasjoner, SINE og LINE elementer? Svar: Segmentduplikasjoner defineres som DNA segmenter på en til flere hundre kilobaser (kb) som finnes i opptil flere dusin kopier på forskjellige steder i det humane genomet, og hvor kopiene er mer enn 90% like i sekvens. De ulike kopiene kan enten befinne seg på ett kromosom, eller på forskjellige kromosomer. SINE og LINE elementer (Short/Long interspersed nuclear elements) er høyt repeterte sekvenselementer, de finnes spredt i det humane genomet og utgjør til sammen en tredjedel av genomsekvensen. SINE elementene er 100 300bp i utstrekning og det finnes over en million SINE elementer i det humane genomet. Et full lengde LINE element er 6 8kb i utstrekning og det finnes nesten en million LINE elementer i det humane genomet. 5. Beskriv hvordan ikke allelisk overkrysning kan gi opphav til genfamilier Svar: Ikke allelisk overkrysning vil kunne gi opphav til dupliserte områder i genomet hvis to områder med svært lik sekvens (f eks segmentduplikasjoner) parres i meiosen og overkrysning mellom disse to homologe kromosomene så skjer innenfor segmentduplikasjonen. Da dannes en gamet hvor området mellom de to segmentduplikasjonene er duplisert, og en gamet med en delesjon. Overkrysningen er illustrert i figuren hvor segmentduplikasjonene er vist som piler: Det medisinske fakultet 5

Gameten med det dupliserte området vil gi opphav til et individ hvor genene innenfor duplikasjonen (A, B og C i figuren) finnes i en ekstra kopi. Hvis ikke dupliseringen av disse genene har negativ innvirkning på individets overlevelse og forplantningsevne, vil duplikasjonen kunne etablere seg i populasjonen. Over tid vil mutasjoner i de dupliserte genene kunne føre til at de blir noe forskjellige. Ikke allelisk overkrysning vil kunne føre til mikrodelesjoner og mikroduplikasjoner 6. Beskriv kort en metode for å undersøke hele genomet til en pasient for å påvise slike kromosomavvik. Svar: I forelesningene er kun en metode beskrevet for å undersøke hele genomet mhp duplikasjoner og delesjoner. Dette er mikromatrisebasert komparativ genomhybridisering (array CGH, acgh). (Komparativ genomhybridisering kan også gjøres på metafasekromosomer, men dette er ikke beskrevet i detalj på forelesning, og metoden har betydelig dårligere oppløsning enn acgh). Ved acgh benyttes matriser hvor svært mange DNA sekvenser (oligonukleotider) er satt av på et underlag. Posisjonen til hver oligo både i matrisen og i genomet er kjent. I et acgh eksperiment innmerkes DNA fra pasienten med en farge (f eks grønn), mens et referanse DNA innmerkes med en annen farge (f eks rødt). De to DNA prøvene blandes sammen og hybridiseres til matrisen. Ved avlesing registreres intensiteten av begge fargene for hvert punkt i matrisen, og forholdet mellom intensiteten av de to fargene avslører delesjoner og duplikasjoner: I eksempelet vil et punkt i matrisen som har mer grønn enn rød farge, representere et område i genomet som er økt i kopitall hos pasienten. Tilsvarende vil punkter som er mer røde representere områder i genomet hvor kopitallet er lavere i pasienten enn i referansen, altså en delesjon i pasienten 4. Beskriv oppbygging av et eukaryot gen som gir opphav til et mrna. Svar: Hovedstrukturen til proteinkodende gener hos eukaryoter består av promoter, transkripsjonsstart, exoner, introner og transkripsjonsstopp. Innenfor exonsekvensene finner vi sekvenser som koder for 5' og 3' ikke translaterende områder, samt sekvensene som gir opphav til den åpne leserammen som koder for selve proteinet. 5. Gjør rede for generelle prinsipper for transkripsjonsregulering i eukaryote celler. Svar:Først må DNA gjøres klart til transkripsjon. Dette kan innebære prosesser som nucleosom unfolding, kromatin dekondensering, demetylering av DNA og histon acetylering. Etter at dette har skjedd kan spesifikke regulatoriske proteiner binde seg til DNA. Disse spesifikke proteinene binder seg til promotere og regulatoriske DNA sekvenser, og vil i samarbeid med RNApolymerasen påvirke/regulere transkripsjonen. 6. Beskriv hovedtyper RNA molekyler som finnes i eukaryote celler, og angi deres funksjoner. Svar: Vi har 5 hovedtyper RNA molekyler i eukaryote celler: rrna, mrna, trna, snrna og mirna. Syntesen av disse RNA molekylene skjer i forbindelse med prosessen transkripsjon ved hjelp av enzymene RNA polymeraser. RNA polymerase I syntetiserer rrna. RNA polymerase II syntetiserer mrna (og enkelte snrna). RNA polymerase III syntetiserer trna, 5SrRNA og enkelte snrna. Hovedfunksjonen til rrna er å danne strukturen til ribosomene. Hovedfunksjonen til mrna er å være budbringer av genetisk informasjon, og å påse at den genetiske informasjonen i exonene overføres til en bestemt aminosyresekvens. Hovedfunksjonen til trna er å transportere Det medisinske fakultet 6

aminosyrer og i samarbeid med mrna påse at den genetiske informasjonen i exonene overføres til en bestemt aminosyresekvens. Hovedfunksjonen til snrna er å være en del av spleisosomet og delta i spleisingen av exoner (fjernelse av intronsekvenser i proteinkodende gener). mirnas er RNA molekyler som består av 21 24 nukleotider og som binder seg til mrna og regulerer genuttrykk på translasjonsnivå. 7. Beskriv egenskaper ved proteiner som bestemmer om nylig syntetiserte proteiner lokaliseres til plasmamembranen (som transmembranprotein), cellekjernen, utsiden av cellen (som løselig protein) eller cytosol. Svar: Proteinlokalisering bestemmes av såkalte sorteringssignaler, som utgjøres av spesielle aminosyresekvensmotiver innen proteinets primærstruktur. Transmembranproteiner har amino terminalt (N terminalt) et ER sorteringssignal (også kalt ledersekvens), og i tillegg minst en transmembranregion, dvs. sekvens med aminosyrer som kan sitte stabilt i en membran. Proteiner som skal til cellekjernen mangler ER sorteringssignal, men har internt i sin sekvens et kjernesignal, som tillater opptak og passasje gjennom kjerneporer. Løselige proteiner som eksporteres til utsiden av cellen har ER sorteringssignal, men mangler transmembranregion. Proteiner som ikke har ER sorteringssignaler forblir i cytosol. B. Glutamin syntetasen katalyserer følgende reaksjon: Glutamat +NH 4 + + ATP Glutamin + ADP + Pi 8. Beskriv glutaminets funksjon som transportør av N overskudd. Svar: Leveren er eneste organ som har ureasyntese. Fra perifere organer (for eks. CNS) må overskudd av N transporteres til lever for ureasyntese. Fordi NH 3 (NH 4 + ) er toksisk er dette uaktuelt for transport. Overskudd av NH 3 brukes derfor som substrat for glutamin syntetase, og transporteres som glutamin via blodbanen til for eks lever. I leveren tilbakedannes glutamine til glu + NH 3 ved hjelp av glutaminase. Frigjordt NH 3 inngår i leverens ureasyntese. Dersom nyre og tarm også nevnes som mottaker vev for gln er det korrekt. Her foregår det ikke urea syntese. Angi om hvert av de påfølgende utsagn er riktig eller galt. Begrunn ditt svar. a. Urea dannes direkte når ornithin hydrolyseres. Svar: Galt. Urea spaltes av ved hydrolyse av arginin (arginase reaksjonen), L ornithin er også et reaksjonsprodukt. b. Urea syklus foregår bare i cytosol. Svar: Galt. Urea syklus er delt mellom cytosol og mitokondriell matriks. Syntese av karbamoylfosfat og citrullin foregår i mitokondrie matriks c. De to N atomene som inngår i urea tilføres ureasyklus som karbamoylfosfat og L alanin. Svar: Galt. De to N atomene går inn i ureasyklus kommer fra karbamoylfosfat og L aspartat. d. Manglende argininosuccinat lyase aktivitet gir NH 3 forgiftning. Svar: Riktig. Enzymet er nødvendig for ureasyklus. Mangler dette enzymet aktivitet blir det ikke dannet urea, og NH 3 forgiftning vil bli konsekvensen. Det medisinske fakultet 7

9. Glukoneogenesen er en livsviktig prosess. Angi om hvert av de påfølgende utsagn er riktig eller galt. Begrunn ditt svar. a. Når glukoneogenesen øker medfører dette at det dannes mindre urea. Svar: Galt. Økt glukoneogenese medfører økt forbruk av aminosyrer til syntesen av glukose. Dermed dannes det også mer NH 3 (fra gjenværende aminogruppe), som må detoksifisere som urea. Følgelig økt syntese av urea. b. Når den dietære tilførsel av tyrosin er tilstrekkelig er ikke fenylalanin lengre en essensiell aminosyre. Svar: Galt. Tyrosin dannes fra fenylalanin ikke motsatt. Fenylalanin er en essensiell aminosyre. Dietær tilførsel av tyrosin har følgelig ingen innflytelse på fenylalaninens ernæringsmessige status. c. Glukagon er det eneste hormonet som medvirker til stimulering av glukoneogenesen. Svar: Galt. Glukagon er ikke det eneste hormonet. Kortisol medvirker også (stimulerer til nysyntese av glukoneogene enzymer). Dersom adrenalin også nevnes er det ok. d. I et glukoneogent vev finnes det glukose 6 fosfatase aktivitet. Svar: Riktig. Et vev som har glukoneogenese må ha glukose 6 fosfatase aktivitet. Dette er enzymet som omdanner glukose 6 fosfat til glukose + fosfat; det blir glukose som gir direkte opphav til blodglukose. Aktiv humant glutamat syntetase er en oktamer der de åtte momomerene holdes på plass av ikkekovalente bindinger. Leverenzymet aktiveres av ketoglutarat og hemmes av karbamoylfosfat. 10. Forklar kort hva som menes med proteiners primær, sekundær, tertiær og kvaternærstruktur. Gi tre eksempler på bindinger som medvirker til stabilisering av disse strukturene. Svar: Primærstruktur: Aminosyrer koplet sammen i kjede ved peptidbindinger (kovalente). Sekundærstruktur: Regulære arrangementer av polypeptidkjeden innen molekylet. α-heliks: Spiralstruktur. 3.6 AS/tørn. Stabilisert av H-bindinger. β-foldestruktur: Bølgeblikk-liknende struktur der paralelle kjeder stabiliseres av H-bindinger mellom kjedene. Tertiærstruktur: Den 3-dimensjonale struktur av proteinet. Kan inneholde såkalte domener, dvs. fundamentale underavdelinger av molekylet med motiver, som kan foldes uavhengig av resten av molekylet. Kvaternærstruktur: To eller flere polypeptidkjeder koplet sammen (dimer, tetramer, oligomerer,..for eksempel: Hemoglobin med sine 4 polypeptidkjeder). Bindingstyper: 1. Peptidbinding mellom aminosyrene son nevnt ovenfor. 2. H-binding: Et proton danner en bro mellom to elektronegative atomer, som N og O i α heliksen. 3. Ionebinding: Negativt ladet gruppe (COO -,Glu, Asp) trekkes til positivt ladet gruppe (NH 3 +,eks.lys). 4. Hydrofob (apolar) binding: Hydrofobe sidekjeders tendens til å tiltrekke hverandre (eks, Ala, Val). 5. Disulfidbinding: 2 CysSH Cys-S-S-Cys. Det medisinske fakultet 8

6. Van der Waalske krefter: Svake induktive bindinger som oppstår ved at elektronskyer polariserer hverandre. 11. Hva menes med: c) Allosterisk regulering av enzymaktivitet? Svar: allosterisk regulering, kontroll av enzymets aktivitet ved binding av stoffer eller proteiner til et annet område av enzymet enn det aktive setet, kalt et allosterisk sete. Allosteriske proteiner kan ha et eller flere allosteriske seter og har ofte to eller flere underenheter. Binding av et substratmolekyl til et allosterisk enzym vil påvirke tendensen til å binde det neste substratmolekyl (homotrop effekt), og binding av et regulatormolekyl på et eget sete vil påvirke bindingen av substratet på sitt sete (heterotrop effekt). Effekten formidles via endringer i proteinets romlige struktur (konformasjon). d) Feedback regulering av enzymaktivitet? Svar: Feedback regulering - et produkt i en reaksjonsvei hemmer eller stimulerer et tidligere trinn i samme reaksjonsvei. C. I sentralnervesystemet er glutamin (gln) forløper for nevrotransmitteren glutamat (glu). I glutamaterge nerveterminaler blir glu lagret i synaptiske vesikler via vesikulære glu transportører. 13. Diskuter de generelle mekanismene og drivkreftene som ligger til grunn for at nevrotransmittere kan bli lagret i synaptiske vesikler. Svar: Det er forelest at standard synaptiske transmittere blir syntetisert i nerveterminalenes cytoplasma/mitokondrier, og at alle kjemiske synapser deretter akkumulerer nevrotransmittere fra cytoplasma inn i synaptiske vesikler via en koblet transport. Mekanismen for dett er som følger: Synaptiske vesikler har en protonpumpe (såkalt V ATPase) som under forbruk av ATP pumper protoner fra cytoplasma inn i vesiklenes hulrom. Disse protoner binder seg til det relevante transportproteinet mens nevrotransmitteren (lokalisert i cytoplasma) samtidig vil bindes til transportproteinet på vesikkelens utside. Via antiport mekanisme (exchange transport) blir protonene flyttet tilbake til cytoplasma med sin konsentrasjonsgradient, mens transmitteren forflyttes inn i vesikkelens hulrom mot en betydelig konsentrasjonsgradient. Uten opprettholdelse av protongradienten vil lagringen av transmitter raskt stoppe. Frisetning av klassiske kjemiske transmittere fra presynaptiske nerveterminaler foregår via eksocytose av synaptiske vesikler. 14. Diskuter kort de viktigste mekanismene som fører til at synaptiske vesikler i nerveterminalens cytoplasma bindes til overflatemembranområdet der frisettingen skal foregå. Svar: Det er forelest at nerveterminaler inneholder svært lite tubulin og trafikkering av vesikler fra cytoplasma ut til overflaten foregår langs aktinfilamenter (trolig ved hjelp av motorproteinet myosin), delvis hjulpet av proteinet synapsin. Binding av vesiklene til det riktige området på overflatemembranen ( docking ) foregår så ved hjelp av SNARE proteiner, her bør dannelsen av SNARE komplekset mellom v og t SNARER være kort beskrevet. Det medisinske fakultet 9

I glutamaterge synapser medfører binding av transmitteren glu til postsynaptiske reseptorer at ionekanalen som er spesifikk for natrium og kalium vil bli åpnet. 15. Beskriv den elektriske responsen som skapes på grunn av ionestrømmene som derved oppstår i den postsynaptiske membranen, og diskuter hvorledes de ulike komponentene av den elektrokjemiske gradienten påvirker responsens retning og størrelse. Svar: Det er forelest at økning av permeabilitet for natrium fører til at membranpotensialet går mot natrium potensialet som er positivt på innsiden, mens økning av permeabilitet for kalium fører til at membranpotensialet går mot kalium potensialet, som er negativt på innsiden av membranen. Beskrivelse av de enkelte drivkrefter bør inneholde følgende elementer: De elektrokjemiske drivkreftene som driver ionene har ulike retninger: Natriumionets konsentrasjon er størst på utsiden og ionet vil derfor av kjemiske grunner strømme inn i cellen. De positivt ladete natriumioner blir i tillegg av elektriske årsaker også tiltrukket av den negative innsiden, totalt blir den elektrokjemiske gradient for natriumionene meget sterk og gir betydelig opphopning av natrium intracellulært. Motsatt er kaliumionets konsentrasjon størst intracellulært og ionet vil derfor strømme ut av cellen. Imidlertid vil kaliumionene av elektriske grunner (positivt ladete ioner) ikke gå samme retning, men heller bli tiltrukket av den intracellulære negative ladning, dette gir en viss anrikning av kaliumioner intracellulært. Totalt sett er konsekvensen av disse kaliumbevegelsene en relativ svak hyperpolarisering pga. svak utstrømming av kaliumioner. Summert for begge ioner vil hvilemembranpotensialet bli endret i positiv, depolariserende retning, og gi et eksitatorisk postsynaptisk synaptisk potensial (EPSP). (En evt. anvendelse av Nernst ligning under denne diskusjon vil være et pluss). I nyrenes tubuliceller produseres NH 4 + fra gln. Gln tas opp i cellen i kotransport med Na +. 16. Hvilke forhold gjør at et slikt opptak er energimessig gunstig? Svar: Natriumioners konsentrasjonsgradient fra utsiden til innsiden av membranen er stor nok til at gln, som har motsatt konsentrasjonsgradientretning, kan transporteres mot sin gradient Lav intracellulær Na + konsentrasjon i forhold til ekstracellulærvæsken, negativt membranpotensial favoriserer opptak av + ladete partikler, lavere intracellulær glutaminkonsentrasjon. 17. Gi en kort beskrivelse av prosesser som regulerer cellevolumet. Svar: ved akutt cellesvelling vil cellene nedjustere volum ved å kvitte seg med osmotisk aktive partikler og dermed også vann (KCl og aminosyrer). Ved akutt celleskrumping skjer det motsatte (Na/K/Cl og aminosyrer). D. Kreftceller er storforbrukere av glutamin 18. Beskriv minst fire viktige karaktertrekk ved kreftceller Svar: Ukontrollert (vekstfaktor uavhengig) celledeling ofte økt Redusert celledød (apoptose) Redusert evne til differensiering/modning Evne til metastasering (spredning) Evne til å stimulere til dannelse av nye blodårer inn i tumor (angiogenese), noe som gjelder solide svulster Det medisinske fakultet 10

19. Beskriv hvordan to ulike tumor suppressorgener utgjør henholdsvis R punktet i cellesyklus og DNA skadeskjekkpunktet, og forklar hvordan mutasjoner i disse genene kan gi kreft Svar: R punktet utgjøres av prb og DNA skadeskjekkpunktet utgjøres av p53. Celler kan ikke passere R punktet i G1 før prb er fullt fosforylert. Først da vil transkripsjonsfaktoren E2F frigjøres fra lommen i prb, og S fase spesifikke gener (eks. DNA polymerase, cyclin E og cyclin A) kan transkriberes. Mutasjoner i genet for prb som fører til redusert nivå av genproduktet, vil gjøre at E2F hele tiden er fri til å transkribere S fase gener. Dermed passeres R punket i G1 uavhengig av vekstfaktorer, nye mutasjoner kan oppstå og kreft utvikles. p53 er en transkripsjonsfaktor som aktiveres og stabiliseres når en celle utsettes for DNA skade. Det stabile og aktive p53 proteinet vil transkribere en rekke gener, blant annet CKIp21 (som derved hemmer cellene i G1), GADD45 som bidrar til DNA reparasjon, og bax (dersom cellen ikke lykkes i å få reparert sitt DNA) som induserer apoptose. Mutasjoner i genet for p53 fører ofte til at p53 ikke stabiliseres og/eller aktiveres, noe som hindrer transkripsjon av de nevnte 3 genene. Dermed vil cellen fortsette å dele seg (og leve) med skadet DNA. Resultatet kan bli nye mutasjoner og dermed kreft. 20. Forklar hvordan DNA skader kan utnyttes ved behandling av kreft. Svar: DNA skade vil føre til at p53 induseres (se over) i cellen, noe som ofte resulterer i at cellen dør ved apoptose. Dette utnyttes ved en rekke vanlige kreftbehandlinger, slik som stråling og cellegifter (cytostatika). En slik behandling vil være mest effektiv i kreftceller med normalt (ikkemutert) p53. 21. Angi viktige livsstilsfaktorer som kan forebygge kreft. Svar: Slutte å røyke, redusere soling (men NB! D vitamin er vist å beskytte mot en rekke kreftformer, så her er det en balanse), spise 5 om dagen av frukt/grønnsaker, redusere inntak av rødt kjøtt, redusere inntak av alkohol, økt fysisk aktivitet. E. Signalstoffet TGFβ er involvert i mange biologiske prosesser, og hemmer blant annet celleproliferasjon i en rekke vev. 22. Beskriv det som skjer når TGFβ aktiverer sin reseptor. Bruk gjerne en tegning. Svar: TGFβ bindes til en reseptor som har serin/threonin kinase aktivitet. Aktivert reseptor er en heterodimer. Ved binding av ligand blir først en reseptorsubenhet aktivert og fosforylerer og aktiverer den andre subenheten. Denne subenheten fosforylerer et (av flere typer) Smad protein. Etter fosforylering heterodimeriseres to Smad proteiner, og denne heterodimeren transporteres inn i kjernen hvor den sammen med andre genregulatoriske proteiner fører til transkribsjon av utvalgte gener. Det medisinske fakultet 11

Fosfolipase C kan aktiveres på forskjellige måter. 23. Beskriv minst to måter dette enzymet kan aktiveres på. Svar: Fosfolipase C kan aktiveres av G proten koblede reseptorer, enten via en aktivert α q subenhet eller en βγ subenhet. En type Fosfolipase C kan også aktiveres ved binding via sitt SH2 domene, til en aktivert reseptor tyrosin kinase. 24. Hvilke sekundære budbringermolekyler blir dannet som følge av aktivering av fosfolipase C, og hvilke proteinkinaser kan aktiveres når nivået av disse sekundære budbringermolekylene øker? Svar: Fosfolipase C spalter et fosfolipid (fosfatidyl inositol 4,5 bisfosfat) i cellemembranen slik at vi får dannet IP 3 og diacylglycerol. IP 3 binder seg til og åpner en Ca +2 kanal i endoplasmatisk retikulum (IP 3 reseptor) slik at Ca +2 strømmer ut i cytoplasma. Her kan Ca +2 blant annet aktivere Protein kinase C (PKC) og Calsium calmodulin kinase (CaM kinase). F. Glukokortikoid avhengig stimulering av glutamine syntetaseaktivitet krever aktiv medvirking av cytoskjelettet 25. Beskriv ulike spesialiserte cellekontakter Svar: a) Spesialiserte cellekontakter er komplekse kontaktstrukturer mellom celler eller mellom celler og matriks. Følgende kontakter er undervist:tight Junctions. Forsegler rommet mellom celler slik at de aller fleste stoffer ikke kan passere. Styrer også cellens polaritet b) Adhesjonsbelter. Celle celle adhesjonsstrukturer via cadheriner som er forankret til aktiner intracellulært. c) Desmosomer. Celle celle adhesjonsstrukturer forankret til intermediærfilamenter via cadheriner. Gir vevet stor mekanisk styrke ved stort antall d) Hemidesmosomer. Celle matriks adhesjonsstrukturer som via integriner fester til ECM. Forankret intracellulært til intermediærfilamenter e) Fokale kontakter. Celle matriks strukturer som via integriner fester til ECM. Intracellulært forankret til aktin. Ulike vevs og celle avhengige funksjoner f) Gap junction. Åpne forbindelser mellom celler som muliggjør rask kommunikasjon av lavmolekylære molekyler mellom celler. En rekke ulike funksjoner. Det vil være fint om studentene også beskriver at alle/de fleste av disse kontaktene er viktige for signaltranduksjon. Det er undervist 26. Beskriv struktur og funksjoner av basalmembranen. Svar: Basalmembran er en overgangssone mellom ulike vev/organer og ECM. Den består av et nettverk av f.eks kollagen IV, laminin, entaktin/nidogen og proteoglykaner. Hovedfunksjoner: feste til ECM, molekyl/cellefilter, strukturerer og former vevet og styrer regenerasjon 27. I hvilke vevstyper finner vi hovedsakelig: a) kollagen type I b) kollagen type II c) kollagen type IV Det medisinske fakultet 12

Hvilke strukturelle forskjeller er det mellom disse tre kollagenvariantene? Svar: a) kollagen type I er en fibrilldannende kollagenvariant, der fibrillene bindes sammen i paralell retning til tykke fibre, opptil 10 mikrometer tykke. Denne typen kollagen dominerer i bindevev (både løst og fast fibret), i benvev og i fiberbrusk. b) kollagen type II er også fibrilldannende, men danner ikke like tykke fibre som type I. Kollagen type II dominerer i hyalin brusk (og elastisk brusk), og kollagenfibrillene danner er et flettverk av fibriller i tilfeldige retninger. c) kollagen type IV danner ikke fibriller men i stedet tredimensjonale nettverk, og finnes i basalmembraner. 28. Hvordan er sarkomeren i skjelettmuskelceller bygget opp? Svar:Sarkomeren er avgrenset på hver side av Z skiven. Fra denne går de tynne mikrofilamentene (MF) av F aktin, inn mot midten. Fra midten av sarkomeren går tykkere bunter av motorproteinet myosin i hver retning mot Z skivene. Myosin molekylets tunge kjede består av et globulært hode og en lange hale. Halene til to tunge kjeder er tvunnet rundt hverandre i coiled coils. Z skiven inneholder capping proteiner (f.eks. CapZ), slik at pluss enden ikke depolymeriserer, og alpha aktinin som kryssbinder aktin, og dermed danner de lange kjedene av sarkomerer i muskelceller. På andre siden av mikrofilamentet sitter capping proteinet tropomodulin og hindrer depolymerisering av minus enden. Langs etter MF ligger lange, side bindende tropomyosin proteiner og blokkerer for myosinbinding.tropomyosin er regulert av det kalsium sensitive troponin komplekset. Det elastiske proteinet, titin, som med ca 25000 aminosyrer er vårt største protein og som strekker seg fra Z skiven mot midten av sarkomeren, bidrar at sarkomeren har konstant lengde i avslappet tilstand. (Dette siste er ikke nødvendig for bestått besvarelse på denne oppgaven. Generelt er det også viktigere at studenten forstår den mekaniske oppgaven til hver proteinklasse enn at hun husker nøyaktige navn på proteiner.) 29. Beskriv mekanismene for kontraksjon i tverrstripet muskulatur. Svar: Kontraksjon: Myosin hodet kan 1) binde seg til aktin og 2) undergå konformasjonsendringer. Motorproteinet myosin er en ATPase, der steg 1 og 2 er regulert av binding av ATP/ADP. Studenten bør kunne beskrive en syklus som f. eks. starter med A) myosinhodet med ADP og fosfat (P i ) bundet, har I) lav affinitet for aktin og er II) i utstrakt konformasjon. B) Ved binding til aktin frigjøres P i, som gir i) økt affinitet til aktin og ii) konformasjons endring av myosinhodet til mer bøyd stilling slik at aktintråden trekkes et kort stykke inn mot midten av sarkomeren. C) ADP løsner og erstattes med ATP. Dermed løsner myosinhodet fra aktin samtidig som det gjenvinner sin utstrakte konformasjon fra A. D) Ved hydrolyse av ATP er vi så tilbake til A igjen, men myosinhodet vil nå feste seg lengre fremme på aktin tråden (nærmere Z skiven). Ved repeterte A D sykluser og forbruk av energi i form av ATP fra mitokondriene får vi dermed gliding av MF mot midten av sarkomeren. Samtidig aktivitet i mange myosinhoder i hver ende av myosinfilamentene bevirker forkortning av sarkomeren, og dermed sammentrekning av muskelcellen og muskelen som helhet. Det medisinske fakultet 13

Regulering: I avslappet tilstand av muskulaturen hindres binding av myosinhodet til aktintråden sterisk ved at tropomyosinmolekyler, som ligger utstrakt langsetter aktintrådene, stenger for setet på aktin der myosinhodet bindes. Posisjon til tropomyosin er regulert av det trimere protein komplekset troponin. Ved binding av Ca 2+ får vi en konformasjonsendring av troponinkomplekset. Resultatet er at tropomyosintråden trekkes litt til side slik at myosin bindingssetet på aktintråden avdekkes og kontraksjonssyklusen kan settes i gang. Kontraksjonen er således regulert av nivået av fritt Ca 2+. Normalt er Ca 2+ lavt i cytosol, grunnet aktiv pumping inn i sarkoplasmatisk retikulum (SR). Ved nervestimulering av muskelcellen utløses aksjonspotensialer som brer seg langsetter muskelcellemembranen (sarkolemma) og inn i dypet langsetter T rørene. Det elektriske signalet er koplet til Ca 2+ kanaler i SR, slik at kanalene åpnes og Ca 2+ strømmer ut i cytosol (detaljer utover dette i eksitasjons kontraksjonskoplingen behøves ikke). (Det vil være et pluss om besvarelsen inneholder noe om at fravær at ATP gjør at myosinhodet holdes fast bundet til aktintråden, siden ADP da ikke byttes ut. Dette ansvarlig for dødsstivhet, rigor mortis). G. For å dekke fosterets behov for glutamin foregår det aktiv glutaminsyntese i placenta. 30. Hva heter prosessen som fører til dannelsen av de tre kimlagene i embryoet og hva heter kimlagene? Svar: Gastrulering. Ektoderm, mesoderm, endoderm. 31. Gi en oversikt over hvilke typer vev hvert av kimlagene gir opphav til. Svar: Ektoderm gir opphav til epidermis og nervesystemet (det er et lite bidrag til nervesystemet fra mesoderm, men dette ligger på et detaljenivå for viderekomne). Ektoderm gir videre opphav til nevrallistceller, som danner bl.a. bindevev, ben og bruskvev og glattmuskulatur i hode og halsregionen. Mesoderm gir opphav til dermis, ben og bruskvev, tverrstripet muskelceller, glattmuskelceller, hjertemuskelceller. På organnivå: hjerte karsystemet og lymfesystemet, nyrene og urogenitalsystemet, bl.a. (da oppgaven ber om vevstyper vil det ikke trekkes noe dersom organene ikke nevnes). Endoderm gir opphav til epitel og kjertelvev i hele fordøyelseskanalen og utvekster fra denne, inkl lunger, lever, bukspyttkjertel, urinblære, bl.a. (Det er en rekke detaljer utover dette som ikke kreves til eksamensbesvarelse). Det medisinske fakultet 14