MEDICINSK BIOKEMI Aarhus Universitet Maj 2011 Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet Medicinsk Bacheloreksamen MEDICINSK BIOKEMI MED KEMI 2 Mandag den 16. maj, kl. 09:00-15:00 Skøjtehallen, Gøteborg Allé 9 Dette opgavesæt indeholder 1 essayopgave og 5 kortsvarsopgaver. Som bilag er tilføjet en Tabel med navne på og strukturer af de 20 aminosyrer. Tilladte hjælpemidler: Almindelige skriveredskaber og lommeregner m/tom hukommelse. Metabolic Pathways, 22nd Edition, Sigma-Aldrich, 2003, udleveres. På eksamensbordet er fremlagt kuverter til aflevering samt gult kladdepapir og trefarvede formsæt til indskrivning. Opgavebesvarelser skal afleveres indskrevet på det trefarvede formsæt. Benyt kuglepen ved indskrivningen - af hensyn til gennemtryk. Der udleveres 2 kuverter. Originalbesvarelsen puttes i kuverten med SORT påskrift og lukkes. Besvarelsen på gennemslagspapir puttes i kuverten med RØD påskrift og lukkes. Begge kuverter afleveres lukket med det indhold, som eksaminanden ønsker bedømt. Ved besvarelsen af beregningsopgaver skal relevante mellemregninger anføres. Reaktionsligninger (men ikke reaktionsskemaer) skal være støkiometrisk afstemte. Hvor andet ikke er anført i opgaveteksten, kan navne og autoriserede forkortelser anvendes i besvarelsens reaktionsligninger og -skemaer.
Essayopgave Fordøjelsessystemet 1. Polysakkarider skal nedbrydes til monosakkarider for at kunne optages af tarmens enterocytter. Angiv opbygningen af de i føden forekommende polysakkarider og gør rede for nedbrydningsprocessen af disse. Beskriv herunder de involverede enzymers reaktioner og de anatomiske områder hvor processen forløber. 2. En forhøjet koncentration af monosakkarider i tarmlumen kan give anledning til akkumulering af væske og heraf følgende diarré. Forklar denne sammenhæng og beskriv hvorledes den enzymatiske nedbrydning af kulhydrater ved tarmepitelet kan reguleres. 3. I mavesækken (ventriklen) spiller hovedceller og parietalceller en vigtig rolle i relation til nedbrydningen af proteiner. Gør rede for disse to celletypers funktion ved nedbrydningen af proteiner. 4. Den enzymatiske nedbrydning af proteiner forløber også i duodenum ved hjælp af proteaser produceret af pancreas. Nævn mindst tre af disse proteaser og forklar hvorledes aktiviteten af disse etableres i duodenum. 5. Størstedelen af fedt i vores diæt består af triacylglycerol. Angiv strukturen af et triacylglycerol og beskriv hvorledes nedbrydningen forløber i tyndtarmen. Der ønskes herunder redegjort for hvilke organer, der bidrager til processen samt hvilke produkter der dannes.
Opgave 1 Stoffet kinin er et naturligt, hvidt krystallinsk alkaloid, som udvindes af kinabark. Det blev brugt til behandling af malaria, især før fremkomsten af nyere bekæmpelsesmidler. I dag bliver stoffet stort set udelukkende brugt mod natlige lægkramper. Stoffet anvendes også som smagsstof i tonicvand. Ifølge legenden fik den bitre smag i kinindrik mod malaria de engelske kolonialister til at blande den med gin, hvorved den kendte cocktail gin og tonic kom til verden. Der kan benyttes følgende værdier for atommasser: H (1 gmol -1 ), C (12 gmol -1 ), N (14 gmol -1 ), O (16 gmol -1 ), og Cl (35 gmol -1 ). kinin 1. Angiv molekylformen for kinin og estimer molekylets molare masse. 2. Angiv de chirale centre i kinin. 3. Hvor mange stereoisomere strukturer af kinin kan der højst forekomme? Da kinin er en amin gives kininholdige medikamenter som et salt, for eksempel som kininhydrochlorid. 4. Angiv den dosis (i mg) af kininhydrochlorid der svarer til 100 mg kinin. 5. Kinin oxideres efter nedenstående reaktionsskema. Angiv de funktionelle grupper der dannes i produkterne ved denne reaktion.
Opgave 2 Hæmoglobin og allosterisk regulation af ilttransport Hæmoglobin spiller en central rolle for gastransporten i organismen. 1. Beskriv opbygningen af hæmoglobin og redegør på den baggrund for betegnelserne holoprotein, apoprotein og prostetisk gruppe. 2. Angiv de allosteriske modulatorer som regulerer hæmoglobins affinitet for ilt, og beskriv mekanismen for deres effekt på hæmoglobin proteinet. 3. Skitser iltmætningskurven for hæmoglobin og angiv hvordan de enkelte allosteriske modulatorer påvirker kurven. Angiv hvad der forstås ved Bohr effekten.
Opgave 3 1. Beskriv, hvordan indtag af alkohol og alkoholens omsætning i leveren påvirker de reaktioner i glukoneogenesen og i β-oxidationen, hvor der forbruges/dannes NAD + /NADH. 2. Beskriv de metaboliske ændringer der sker i leveren ved et massivt indtag af alkohol hos en person der i forvejen faster.
Opgave 4 Mitochondrier 1. Beskriv kort mekanismen ved henholdsvis oxidativ fosforylering og substratfosforylering. Hvilken type fosforylering er den kvantitativt vigtigste? 2. Nyfødte har høje koncentrationer af et afkoblingsprotein (UCP 1) i mitochondrierne i deres fedtvæv. Beskriv kort proteinets funktion og fysiologiske virkning. 3. Hvorledes transporteres ATP ud af mitochondrierne, og hvorledes transporteres ADP og uorganisk fosfat (Pi) ind i mitochondrierne?
Opgave 5 Responselementer: 1. Giv en kortfattet beskrivelse af et responselement. 2. Familien af steroidreceptorer indeholder to velbevarede aminosyresekvenser (domæner). Beskriv med udgangspunkt i disse to domæner hvorledes steroidreceptorer (type-1) virker.
Bilag.
Svar til Essayopgave 1. Kostens polysakkarider udgøres af amylose og amylopectin. Amylose er et uforgrenet polysakkarid, som består af glucoseenheder forbundet via α1,4 glycosidbindinger. Amylopectin er forgrenet og opbygget af glucoseenheder forbundet med α1,4 glycosidbindinger samt α1,6 glycosidbindinger i forgreningspunkter. Glycogen findes i animalske fødevareemner og har en struktur som svarer til amylopectin. Cellulose er et polysakkarid som findes i plantevæv og indeholder glucoseenheder forbundet med β1,4 glycosidbindinger. Cellulose betegnes som kostfibre og kan ikke fordøjes af menneskets fordøjelsessystem (forventes ikke ved en fyldestgørende besvarelse). Nedbrydningen af polysakkarider initieres i mundhulen af enzymet amylase, som udskilles fra spytkirtler. I ventriklen inhiberes amylase af mavesyrens lave ph-værdi. Fordøjelsen fortsætter i duodenum ved hjælp af amylase udskilt fra den exokrine pancreas. Disse amylaser er endoglycosidaser og kan spalte α1,4 glycosidbindinger men ikke α1,6 glycosidbindinger. Ydermere kan amylase ikke spalte disakkaridet maltose (to glucoseenheder) samt α1,4 glycosidbindinger tæt ved forgreningspunkter. Produkterne af fordøjelsen bliver således glucose, maltose, maltotriose samt dextriner, som er en heterogen blanding af glucosestrukturer der indeholder forgreningspunkter. Den videre fordøjelse sker på enterocytternes overflade og involverer aktiviteten af en række enzymer herunder oligosakkaridase og α-glucosidase som virker på α1,4 glycosidbindinger samt isomaltase, som har specificitet for α1,6 glycosidbindinger. Det endelige produkt er således glucose. (Baynes & Dominiczak: s118; tabel 10.1; Fig. 10.3; Fig. 10.4; boks s121) 2. I forbindelse med nedbrydning af kulhydrater i tarmlumen dannes der en relativt stor mængde monosakkarider, som er osmotisk aktive og derfor vil trække vand over tarmepithelet og ud i lumen. Ved tilstedeværelsen af disakkarider i tarmlumen forøges mængden af disakkaridaser på enterocytternes børstesømsmembran (med undtagelse af laktase), således at disakkariderne kan spaltes til monosakkarider for optagelse. Transport af monosakkarider over tarmens epithel er dog det hastighedsbegrænsende trin ved fordøjelse af kulhydrater. Ved uændret aktivitet af disakkaridaser vil der derfor ophobes monosakkarider i tarmlumen. For at undgå dette påvirkes disakkaridasernes aktivitet af det osmotiske tryk i tarmen og reduceres således som følge af forøget koncentration af monosakkarider. (Baynes & Dominiczak: s118-120) 3. Hovedceller (chief cells) syntetiserer pepsinogen. Pepsinogen er et inaktivt enzym som aktiveres ved lavt ph til pepsin (autoaktivering) eller på basis af pepsin, som kan kløve og aktivere pepsinogen (autokatalyse). Pepsin er en syrestabil protease, som kan kløve proteiner i fødevarer til fragmenter (peptider) og er således det første trin i nedbrydningen af proteiner. Parietalceller er ansvarlig for at pumpe protoner ud i ventriklen, således at miljøet her er meget surt (ph < 2). Dette sker ved aktiviteten af carbon anhydrase og en protonpumpe lokaliseret i cellernes luminale membran. Den lave ph-værdi der derved etableres i mavesækken understøtter i) autoaktivering af pepsinogen og ii) denaturering (udfoldning) af proteiner i føden således at disse bedre kan spaltes af pepsin.
(Baynes & Dominiczak: s125; tabel 10.2; boks s121) 4. Alle proteaser der udskilles af den exocrine pancreas syntetiseres som inaktive enzymer der skal aktiveres. Trypsinogen: Aktiveres på basis af enteropeptidase/enterokinase, som er et enzym der produceres i duodenum (udskilles fra Liberkinds kirtler). Trypsin kan efterfølgende aktivere trypsinogen og ligeledes aktivere andre inaktive proteaser fra pancreas. Chymotrypsinogen: Aktiveres af trypsin til chymotrypsin Proelastase: Aktiveres af trypsin til elastase Procarboxypeptidaser: Aktiveres af trypsin til carboxypeptidaser (der findes to typer som betegnes A og B) Ydermere er det essentielt for aktiviteten af disse proteaser i duodenum at ph-værdien er neutral. Derfor er det vigtigt at pancreas producerer bicarbonat, som kan neutralisere den sure kymus der kommer fra ventriklen. (Baynes & Dominiczak: s125; tabel 10.2; boks s122) 5. Triacylglycerol (TAG) er opbygget af glycerol hvortil der er koblet tre fedtsyrer via en esterbinding: I tyndtarmen understøttes opløsningen af de hydrofobe fedtpartikler, som indeholder TAG, af galdesalte, der udskilles fra galdeblæren til tarmlumen. Galdesalte er amfifatiske molekyler der indeholder en hydrofob del og en hydrofil del. Disse galdesalte kan inkorporeres i fedtpartikler og herved understøtte opløsningen af fedt til mindre strukturer (emulgation). Denne struktur tillader, at de vandopløselige lipaser kan kløve esterbindinger i TAG og frigive fedtsyrer. I tyndtarmen er det hovedsageligt pancreas lipasen som virker (der udskilles også syrestabile lipaser i mundhulen og i mavesækken). Lipasen er inaktiv i tilstedeværelsen af galdesalte, men bliver aktiveret ved interaktion med proteinet co-lipase, som også udskilles af pancreas. Ydermere medierer co-lipasen forankringen af lipasen på overfladen af fedtpartiklerne hvor fordøjelsen af TAG så kan forløbe. Den største del af fordøjelsen resulterer i dannelsen af 2-monoacylglycerol (2-MAG) da lipasen har vanskeligt ved at fjerne alle fedtsyrer fra glycerolstrukturen. Der dannes dog også mindre mængder af 1-MAG og 1,2 diacylglyceroler samt glycerol. Produkterne af fordøjelsen (glycerol undtaget) holdes i opløsning i miceller, som dannes af galdesalte og transporteres herefter til tyndtarmens børstesømsmembran for optagelse. (Baynes & Dominiczak: s122; Fig. 10.6; Fig 10.7)
Svar til opgave 1 1. C 20 H 24 N 2 O 2, M W = (20 x 12) + (24 x 1) + (2 x 14) + (2 x 16) gmol -1 = 324 gmol -1 2. * * * * 3. 2 N = 2 4 = 16 (s 117 i kompendiet) 4. m(kininhydrochlorid) = (324+35+1 gmol -1 )/(324 gmol -1 ) * 100 mg = 111 mg 5. Der dannes to carboxylsyre grupper
Svar til opgave 2 1. Et holoprotein er et protein, som i sin funktionelle tilstand består af en protein-del (apoproteinet) med en prostetisk gruppe bundet til apoproteinet. Den prostetiske gruppe er en cofaktor, som ikke er et peptid. Hæmoglobin er et tetramert protein, der består af 4 globin subunits. Det er en såkaldt heterotetramer der består af 2 ens alfa-kæder og 2 ens andre kæder. Den almindeligst forekommende har beta2-kæder, men ved nyfødte findes en betydelig mængde som gamma-kæder. I hver subunit er bundet et hæmmolekyle, som er en organisk forbindelse der koordinerer et jernatom. Jernet skal være på ferroform for at kunne binde ilt. 2. Hæmoglobins affinitet for ilt reguleres negativt af en række allosteriske modulatorer. 2,3- difosfoglycerat (BPG) i erythrocytten virker ved at 1 molekyle DPG reversibelt reagerer med hele hæmoglobinmolekylet og herved sænker iltaffiniteten. CO 2 kan bindes til en aminogruppen i hver globinkæde så der dannes en carbaminogruppe, og herved sænkes affiniteten for ilt. H + ioner protonerer sidekæder på visse aminosyrer og herved sænkes hele hæmoglobinmolekylets affinitet for ilt. 3. Som vist på kurven vil de 3 allosteriske modulatorer BPG, H + og CO 2 bevirke en højreforskydning af iltmætningskurven. Det betyder, at der til et givet ilttryk vil være mindre ilt bundet til hæmoglobin og skyldes at regulatorerne sænker iltaffiniteten. Bohr effekten er det fænomen, at iltaffiniteten er sensitiv for ph niveauet.
Svar til opgave 3 1. Når alkohol omsættes i leverceller (i cytosol), øges mængden af NADH, idet der dannes NADH i de reaktioner, hvor alkohol omsættes: (reaktioner kræves ikke opskrevet) CH 3 CH 2 OH + NAD + CH 3 CHO + NADH + H + (alkohol dehydrogenase) CH 3 CHO + NAD + + CoA acetyl-coa + NADH + H + (acetaldehyd dehydrogenase) For at kompensere herfor vil de NADH-dannende glukoneogenetiske reaktioner i cytosol forskydes således, at NADH i stedet forbruges og omdannes til NAD +. Dette medfører hæmning af glukoneogenesen. Dette vil også medføre en øget mængde af NADH i mitochondrierne, og dette vil hæmme β-oxidationen. 2. Leveren håndterer en fastesituation ved at respondere på et øget niveau af glukagon i blodet og vil på grund af dette øge den mængde af glukose, der frisættes til blodet via glykogenolyse og glukoneogenese. Idet der forbruges ATP i glukoneogenesen, kræves en samtidig tilførsel af fedtsyrer, der i leveren omsættes i β-oxidationen med NADH og FADH 2 (og efterfølgende ATP) i udbytte. Der vil således både i β-oxidationen og i glukoneogenesen genereres NADH, hvilket er uforeneligt med, at der samtidig dannes en øget mængde NADH ved omsætning af alkoholen. Omsætningen af alkohol i levercellerne vil netop bremse de reaktioner i glukoneogenese og β-oxidation, der genererer NADH og forskyde disse modsatte vej for at kompensere for den øgede mængde NADH. Dette vil altså bremse glukoneogenesen og β-oxidationen. Der vil ikke blive frisat normal mængde glukose til blodet, idet glukoneogenese er nedsat. Desuden vil en tiltagende mængde fedtsyrer være at finde i blodbanen, da disse ikke bliver omsat i leveren i β-oxidationen, da denne også er hæmmet. Fedtsyrerne returneres derfor af levercellerne til blodbanen. Leveren vil derfor under et massivt alkoholindtag ikke være i stand til at håndtere en fastesituation på normal vis; hverken hvad angår frisættelse af glukose til blodet eller omsætning af fedtsyrer i leveren.
Svar til opgave 4 1. Ved oxidativ fosforylering dannes ATP ud fra ADP og uorganisk fosfat (Pi) i ATP synthasen, som sidder i den indre membran. Energien til syntesen stammer fra H + - gradienten over den indre membran: H + -koncentrationen i det intermembranøse rum er højere end i matrix, hvorfor H + under passende omstændigheder kan diffundere ind i matrix. Hvis dette foregår via ATP synthasen, kan enzymet optage den energi, der frigives ved H + -diffusionen. H + -gradienten over membranen dannes af elektrontransportkæden, som i sit sidste trin bruger ilt. Ved substratfosforylering dannes ATP (eller GTP) ved, at energi overføres direkte fra en metabolit (et substrat) til ADP (eller GDP). Fosfatgruppen kan komme sammen med energien eller indgå i reaktionen på lavenergiform. Den oxidative fosforylering er langt den vigtigste. 2. Afkoblingsproteinet sidder i den indre membran og lader H + diffundere fra det intermembranøse rum ind i matrix uden at der syntetiseres ATP. Energien, som frigøres ved H + diffusionen, bliver i stedet for til varme. 3. ATP transporteres over den indre membran i antiport med ADP, og uorganisk fosfat transporteres over den indre membran ind i matrix i symport med H +. ATP, ADP og uorganisk fosfat kan alle diffundere frit gennem den ydre membran.
Svar til opgave 5 1. Responselementer er en kort nukleotidsekvens, der kan binde specifikke transskriptionsfaktorer. Disse transskriptionsfaktorer er kendetegnet ved at blive reguleret af en specifik stimulation (eks. cyklisk AMP, insulin-like growth factor m.m.) og derved enten stimulere eller hæmme gentransskription. Responselementer er ofte en del af en promoter eller en enhancer. (Baynes s. 450) 2. Steroidreceptorer (type-1) er opløselige receptorer, der findes i cellers cytoplasma og er kendetegnet ved at have et DNA og et ligand (steroid) bindende domæne. Når et steroid optages til cellens cytoplasma, kan det interagere med specifikke steroidreceptorer via det ligand-bindende domæne. Dette formidler dels en dimerisering af receptorkomplekset hvorved det DNA-bindende domæne eksponeres, samt en transport af komplekset til cellens kerne. Det DNA-bindende domæne, som består af såkaldte zink-finger motiver, genkender og binder de relevante responselementer, hvorved specifik transskription af DNA til RNA initieres. Responselementer hvortil steroidreceptorer binder er kendetegnet ved at være palindromiske DNA sekvenser. (Baynes s. 452)
MEDICINSK BIOKEMI Aarhus Universitet December 2010 Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet Medicinsk Bacheloreksamen MEDICINSK BIOKEMI MED KEMI 2 Onsdag den 1. december 2010, kl. 09:00-15:00 Dette opgavesæt indeholder 1 essayopgave og 5 kortsvarsopgaver. Som bilag er tilføjet en Tabel med navne på og strukturer af de 20 aminosyrer. Tilladte hjælpemidler: Almindelige skriveredskaber og lommeregner m/tom hukommelse. Metabolic Pathways, 22nd Edition, Sigma-Aldrich, 2003, udleveres. På eksamensbordet er fremlagt kuverter til aflevering samt gult kladdepapir og trefarvede formsæt til indskrivning. Opgavebesvarelser skal afleveres indskrevet på det trefarvede formsæt. Benyt kuglepen ved indskrivningen - af hensyn til gennemtryk. Der udleveres 2 kuverter. Originalbesvarelsen puttes i kuverten med SORT påskrift og lukkes. Besvarelsen på gennemslagspapir puttes i kuverten med RØD påskrift og lukkes. Begge kuverter afleveres lukket med det indhold, som eksaminanden ønsker bedømt. Ved besvarelsen af beregningsopgaver skal relevante mellemregninger anføres. Reaktionsligninger (men ikke reaktionsskemaer) skal være støkiometrisk afstemte. Hvor andet ikke er anført i opgaveteksten, kan navne og autoriserede forkortelser anvendes i besvarelsens reaktionsligninger og -skemaer.
Eksamen i Medicinsk Biokemi med Kemi 2 december 2010 side 2 Essayopgave Binyrernes hormoner 1. Nævn de tre væsentligste hormoner, som produceres i binyrebarken. Hormonerne syntetiseres overvejende i forskellige områder af barken, nævn hvilke, og angiv med udgangspunkt i forekomsten af kritiske enzymer, hvorfor forskellige dele af binyrebarken helt eller overvejende kun kan syntetisere et af hormonerne. 2. Binyrebarkhormonerne syntetiseres på basis af kolesterol. Beskriv hvordan cellerne tilvejebringer og opbevarer den nødvendige kolesterol, og angiv i den forbindelse enzymer og membranproteiner, som er centrale i processen/processerne. 3. Produktionen af binyrebarkhormoner reguleres. Angiv hvilket/hvilke signalmolekyler/joner der virker direkte, og hvordan de virker på det cellulære niveau. Beskriv dannelsen af det/de involverede signalpeptider, herunder de stimuli, som igangsætter processen. 4. Beskriv ved hjælp af et diagram (som det anførte) de ændringer, som langvarig faste medfører i leverens glukoneogenese, samt i blodets indhold af sukker, ketonstoffer og fedtsyrer. Glukoneogenese på basis af protein/aminosyrer er uhensigtsmæssig under langvarig faste. Angiv en anden kilde til glukose, som spiller en stor rolle under faste. Giv, med udgangspunkt i levercellernes mitochondrier, et par eksempler på, at fedtforbrændig virker dæmpende på glykolysen. Niveau relativt til ikkefastende værdier (0). (+) 0 (-) 5 10 00 Varighed af faste (dage) 5. Mangel på enzymerne 21α-hydroxylase eller 17α-hydroxylase vil hver for sig resultere i markante ændringer af binyrebarkens hormonproduktion hvilke?
Eksamen i Medicinsk Biokemi med Kemi 2 december 2010 side 3 Opgave 1 Aspartam, også kendt som Nutrasweet, er et modificeret dipeptid der bliver brugt til sødemiddel i fødevarer. Aspartam 1 1 3 1 4 1 1. Angiv navnene på funktionalgrupperne 1 til 4 i aspartam. 2 2. Skriv produkterne der opnås ved fuldstændig sur hydrolyse af Aspartam. Et af disse hydrolyseprodukter er særdeles farlig for personer med en bestemt genetisk arvelig sygdom. Hvilken sygdom er der tale om og hvilke metabolitter ophobes i disse patienter hvis de indtager aspartam? 3. En kemiker i produktionen er kommet til at lave en portion Nutrasweet der smager bittert. Kemisk analyse viser at såvel molekylformel som strukturformel er korrekt. Hvilken kemisk variation kan forklare problemet?
Eksamen i Medicinsk Biokemi med Kemi 2 december 2010 side 4 Opgave 2 DNA indeholder informationen, der via genekspression definerer den afledte organisme. 1. Gør rede for hvorledes transkription initieres og reguleres. 2. Beskriv den transkriptive proces og posttranskriptionelle modifikationer der fører til dannelse af mrna.
Eksamen i Medicinsk Biokemi med Kemi 2 december 2010 side 5 Opgave 3 Inden for det seneste årti har man opdaget at leveren producerer et peptidhormon kaldet hepcidin, som nedregulerer membranproteinet ferroportin, som er den cellulære Fe 2+ eksportør i duodenums epitheliale basolaterale membran samt i makrofager (RES). Ved jernmangel og betændelsestilstande (inflammation) opregulerer leveren frigivelse til blodet af hepcidin, som derved påvirker ferroportin i tarm og makrofager. 1. Beskriv den kvantitativt vigtigste intercellulære (NB ikke intracellulære!) cyclus af jern optaget i blodet med angivelse af relevante celler og jern-bindende proteiner, samt beskriv hvorledes en opreguleret frigivelse af hepcidin kan tænkes at påvirke denne cyclus. 2. Hvilken rolle har proteinerne haptoglobin, ferritin, hæmosiderin og vitamin C (ascorbat) i forhold til jern. 3. Hvilket andet metal er vigtigt for oxidation af Fe 2+ og nævn et protein som spiller en rolle i den forbindelse.
Eksamen i Medicinsk Biokemi med Kemi 2 december 2010 side 6 Opgave 4 Eicosanoider Eicosanoider er intercellulære signalmolekyler, som er involverede i en bred vifte af fysiologiske processer. 1. Angiv de grupper, som eicosanioider kan opdeles i og nævn nogle fysiologiske funktioner som knytter sig til de forskellige grupper. 2. Eicosanoiderne dannes ved enzymatisk modifikation af nogle substrater, som findes oplagret i cellen. Angiv den molekylære grundstruktur, hvori substraterne er oplagret. Angiv det enzym som frigiver dem og navnet/navnene på de nu frie substrater. Substraterne modificeres enzymatisk. Angiv navnene på de enzymer, som foretager den første modifikation af substraterne. 3. Dannelsen af proinflammatoriske eicosanoider kan hæmmes på flere enzymatiske trin fra frigivelsen fra fosfolipiderne til dannelsen af de færdige eicosanoider. Angiv 2 principielt forskellige angrebspunkter for sådan en antiinflammatorisk behandling og hvilke typer farmakologiske hæmmere, som er virksomme.
Eksamen i Medicinsk Biokemi med Kemi 2 december 2010 side 7 Opgave 5 Et peptid fordøjes ved ph 7,0 med trypsin, som hydrolyserer peptidbindinger på carboxylsyresiden af positivt ladede aminosyrerester. Primærstrukturen af peptidet er vist her. Ala-Trp-Gly-Trp-Arg-Ala-Asp-Glu-Thr-Lys-Ser-Glu-Asp 1. Forklar om ionbytningskromatografi eller gelfiltrering er den mest anvendelige separationsmetode til oprensning af de opnåede hydrolyseprodukter? 2. Forklar hvorvidt peptidet vil vandre mod anoden (+) eller katoden (-) ved elektroforese udført ved ph 7,0? Mængden af peptid i prøven blev målt ved spektrofotometri på basis af dets indhold af tryptophan. I en cuvette med en lysvej på 1,00 cm måles en absorption på 0,263 ved 280 nm. En ren tryptophan-opløsning med en koncentration på 1,00 mol/l har en absorption ved 280 nm på 5100, når lysvejen er 1 cm. Der er i alt 3 ml peptidopløsning. 3. Hvor mange nmol peptid er der i opløsningen? Lambert Beers lov: A = ε c l Hvor, A er absorptionen ε er den molære absorptionskoefficient c er koncentration l er lysvejen
Eksamen i Medicinsk Biokemi med Kemi 2 december 2010 side 8 Bilag.
Eksamen i Medicinsk Biokemi med Kemi 2 december 2010 side 9 Svar til Essayopgave 1. Aldosteron, kortisol og dihydroepiandrosteron. Aldosteron syntetiseres i zona glomerulosa under anvendelse af aldosteronsyntase, som ikke findes i andre regioner af binyrebarken. Kortisol syntetiseres altovervejende i zona fasciculata og kan ikke syntetiseres i glomerulosa, som ikke udtrykker 17α-hydroxylase. 17α-hydroxylasen medvirker også i dannelsen af dihydroepiandosteron, som derfor heller ikke kan syntetiseres i zona glomerulosa. Da 17αhydroxylasen kun i mindre grad får lyasefunktion i zona fasciculata, dannes androgenet altovervejende i zona reticularis. 2. Kolesterolestere findes i LDL-partikler. Partiklerne er beklædte med ApoB-100, som via binding til LDL-receptorer på plasmamembranen medierer partiklernes optag i cellerne. Efter endocytose og nedbrydning af partiklerne, spaltes kolesterolester enzymatisk til frit kolesterol og fedtsyre ved hjælp af kolesterolesterhydrolase (CEH). Den kolesterol, som ikke umiddelbart bruges til hormonproduktion, esterificeres via acyl-coa:kolesterolacyltransferase og deponeres i cellens lipiddråber. Alternativt kan cellen selv, ved hjælp af hydroxy-metylglutaryl CoA reduktase (HMG CoA reduktase), syntetisere kolesterol ud fra acetat. 3. Produktionen af kortisol reguleres via adrenokortikotropin (ACTH), som binder til trimert G- protein-associerede membranreceptorer i binyrebarkens celler. Interaktionen aktiverer adenylatcyklase under dannelse af camp, som på sin side aktiverer PKA. PKA fosforylerer cytosolære proteiner, som dels fremmer frigivelsen af kolesterol fra cellernes lipiddepoter, og dels opregulerer ekspressionen af enzymer, som indgår i hormonsyntesen. ACTH genereres i hypofysen gennem proteolyse af precursoren pro-opio-melano-cortin (POMC). Frigivelsen sker som svar på faldende koncentration af kortisol i blodet (og hæmmes af stigende kortisolkoncentration). Aldosteron reguleres via angiotensin II, som binder til en specifik membranreceptor på cellerne i zona glomerulosa. Også angiotensinreceptoren er G-proteinassocieret, og interaktionen aktiverer en lipase, som spalter PIP2 under dannelse af IP3 og DAG og aktivering af PKC og calmodulin. Desuden stimulerer en øgning i blodets K + koncentration cellerne direkte idet cellerne depolariseres, hvorved spændingsfølsomme Ca ++ kanaler åbnes og bl.a. calmodulin og CaM-kinaser aktiveres, hvilket medfører øget sekretion af aldosteron. Angiotensin II dannes ved proteolytisk spaltning af angiotensinogen, som først omdannes til angiotensin I ved hjælp af renin (N-terminal spaltning) og derefter til angiotensin II ved konverting enzym på endotelcellerne (C-terminal kløvning, især i lungerne). Renin er hastighedsbestemmende og frigives fra juxtaglomerulære celler (i afferente arterioler i glomeruli) som respons på i) fald i tryk, ii) faldende Na + koncentration (i macula densa), og iii) øget sympatisk nerveaktivitet i nyrerne.
Eksamen i Medicinsk Biokemi med Kemi 2 december 2010 side 10 4. fedtsyrer Niveau ketonstoffer relativt til ikkefastende værdier (+) 0 glukoneogenese 5 10 Varighed af faste (dage) (0). (-) blodsukker Under langvarig faste mobiliseres fedtvævets triglycerider. Triglyceridernes fedtsyrer indgår i β- oxidation og ketonstofdannelse, mens glycerol-resten udgør et substrat for glukoneogenesen og en meget vigtig sukkerreserve som skåner kroppens proteiner. Stigende koncentration af acetylcoa i forbindelse med β-oxidation hæmmer pyruvatdehydrogeneasen i mitochondrierne og dermed glykolysen. Mitochondriernes stigende koncentration af acetylcoa og oxaloacetat fører endvidere til øget eksport af citrat, som virker hæmmende på fosfofruktokinasen og dermed glykolysen. 5. Mangel på 21α-hydroxylasen forhindrer syntesen af aldosteron og kortisol, produktionen bliver dermed presset i retning af dihydroepiandrosteron. Overproduktionen af androgener bliver yderligere stimuleret af den øgede mobilisering/syntese af kolesterol og dannelse af pregnenolon, som skyldes det lave niveau af kortisol og den dermed øgede frigivelse af ACTH. 17α-hydroxylasen er nødvendig for syntesen af androgener og kortisol, mangel vil derfor få pregnenolon og progesteron til at ophobes og løbe over i retning af en øget syntese af aldosteron (mineralokortikoider).
Eksamen i Medicinsk Biokemi med Kemi 2 december 2010 side 11 Svar til opgave 1 1. 1: primær amin, 2: carboxylsyre, 3: peptid (amid), 4: ester. 2. Der er tale om fenylketonuri, der stammer fra en fejl i enzymet fenylalaninhydroxylase. Patienter med denne defekt kan ikke danne tyrosin ud fra fenylalanin, hvorved metabolitterne fenylpyruvat og fenylacetat ophobes i organismen. 3. Der er to asymmetriske (chirale) C atomer i aspartam. De skal begge antage den korrekte symmetri (L-form som andre naturlige aminosyrer) for at aspartam smager sødt.
Eksamen i Medicinsk Biokemi med Kemi 2 december 2010 side 12 Svar til opgave 2 1. Transkription reguleres af henholdsvis cis- og trans-acting elementer. Cis-acting elementer er DNA sekvensmotiver, lokaliseret på samme DNA streng som det transskriberede gen. Promoterregionen (cis-acting) er lokaliseret umiddelbart foran transkriptionsstartstedet og kan indeholde sekvensboksmotiver som: TATA, CAAT og GC. Derforuden kan andre cis-acting elementer som: enhancers, silencers og responselementer påvirke transkriptionen enten positivt eller negativt. Disse er placeret i varierende afstande fra transkriptionsstartstedet, både op- og ned-strøms for promoterregionen. Til cis-acting elementer bindes transkriptionsfaktorer, disse såkaldte trans-acting elementer er proteiner ofte indeholdende både DNA bindingsdomæner og transkriptionsregulerende domæner. Transkriptionsfaktorer danner et initieringskompleks umiddelbart foran transkriptionsstart, en proces der initieres af TBP proteinet (TATA bindende protein); RNA-polymerasen er den centrale komponent af initieringskomplekset. Andre transkriptionsfaktorer bindes til enhancers, silencers og respons-elementer. Derved påvirkes transkriptionshastigheden ved direkte interaktion med initieringskomplekset for et givet gen. 2. RNA-polymerase II syntetiserer de novo RNA kæder i 5 mod 3 retningen ved at bruge den ikke kodende DNA streng som skabelon (template). De transkriptive processer fører til dannelse af præ-mrna (hnrna). Ved posttranskriptionelle processer påsættes præmrna henholdvis en 5 -hætte og en 3 -polya-hale. Ved splejsningsreaktioner fjernes introns fra præ-mrna og det modne mrna bestående af exons overføres til cytoplasmaet.
Eksamen i Medicinsk Biokemi med Kemi 2 december 2010 side 13 Svar til opgave 3 1. Jern transporteres i blodet som Fe 3+ -transferrin som bindes til transferrin receptorer. Det meste jern optages via denne receptor i erythroblaster i knoglemarv, hvor jernet indgår i hæmgruppen i hæmoglobin. Hæmoglobinet er derefter en hovedbestanddel af erythrocytten som efter en middellevetid på 120 dage optages i makrofager (RES). Hæmoglobin nedbrydes nu hvorefter Fe 2+ frigives fra cellen og bindes til tranferrin igen efter oxidation til Fe 3+. Ved tilstedeværelse af høj hepcidinkoncentration i blodet vil frigivelse af jern fra tarmen og makrofager være nedsat. Som følge heraf vil der dannes mindre hæmoglobin (medfører anæmi ikke pensum). I den nævnte cycklus mellem blod, knoglemarv, erytrocytter og RES må jern tilbageholdes i makrofager pga den nedregulerede aktivitet af ferroportin. 2. Haptoglobin binder det jernholdige hemoglobin frigivet til plasma, ferritin og hæmosiderin er jern-opbevaringsmolekyler og vitamin C reducerer Fe 3+ til Fe 2+ i forbindelse med absorption i tarmen. 3. Kobber. Plasmamembranproteinet ceruloplasmin og membranproteinet hephaestin (ferrooxidase) er kobberafhængige proteiner (kobber kun nævnt i forbindelse med ceruloplasmin i pensum) som oxiderer Fe 2+.
Eksamen i Medicinsk Biokemi med Kemi 2 december 2010 side 14 Svar til opgave 4 1. Eicosanoiderne opdeles i følgende grupper der har vidtrækkende funktioner. Eksempler på funktioner gives (Andre eksempler kan være lige så gode i besvarelsen): 1) Leukotriener, som bl.a. er involveret i leukocytternes inflammatoriske respons. 2) Prostaglandiner, som bl.a. regulerer kartonus. 3) Prostacykliner som bl.a. frigivet fra karvæggen hæmmer blodpladernes aggregation. 4) Thromboxaner, som dannet i blodpladerne fremmer deres aggregation. (5) Desuden dannes Epoxyeicosatrienoater, som dog ikke er pensum) 2. Substratmolekylerne for den første enzymatiske omdannelse omfatter C20 fedtsyrerne (eicosatriennoat, eicosapentanoat) og arakidonsyre findes i cellernes fosfolipider, hvor de især er esterbundet til glycerolskelettets C2 position. Herfra frigives de af fosfolipase A2. Arakidonsyre er det kvantitativt vigtigste substratmolekyle i gruppen. Cyklooxygenaserne (COX1 og COX2) katalyserer det første trin i dannelsen af prostanoiderne (thromboxaner, prostacykliner og prostaglandiner), lipoxygenasen katalyserer dannelsen af leukotrienerne og epoxygenasen katalyserer dannelsen af Epoxyeicosatrienoaterne. 3. Den antiinflammatoriske behandling kan gennemføres ved at 1) hæmme frigivelsen af arakidonsyre (eller de andre ovennævnte C20 fedtsyrer) fra fosfolipiderne samt 2) hæmme deres omdannelse til prostanoiderne. Corticosteroiderne hæmmer fosfolipase A2 og derved dannelsen af alle eicosanoider. Gruppen af non-steroideantiinflammatoriske-lægemidler (NSAID) hæmmer cyklooxygenaserne og derved dannelsen af prostanoiderne, hvorimod dannelsen af leukotrienerne ikke påvirkes. Kursiverede navne er ikke målkrav.
Eksamen i Medicinsk Biokemi med Kemi 2 december 2010 side 15 Svar til opgave 5 1. Trypsin kløver efter de positivt ladede aminosyrer arginin (Arg) og lysin (Lys). Dermed dannes 3 produkter ved hydrolyse af peptidet: Ala-Trp-Gly-Trp-Arg, Ala-Asp-Glu-Thr-Lys og Ser-Glu-Asp. Idet 2 af disse produkter indeholder 5 aminosyrerester kan hydrolyseprodukterne ikke separeres ved gelfiltrering. Ala-Trp-Gly-Trp-Arg fragmentet har 1 positiv nettoladning fra Arg. Ala-Asp-Glu-Thr-Lys fragmentet har en nettoladning på -1 (2 negative ladninger fra Asp og Glu og 1 positiv ladning fra Lys). Ser-Glu-Asp fragmentet har en nettoladning på -2 stammende fra Asp og Glu. Idet de 3 hydrolyseprodukterne har forskellige ladninger (hhv. +1, -1 og -2) kan de separeres ved ionbytning på en anionbytter (Ala-Trp-Gly-Trp-Arg fragmentet med +1 nettoladning vil løbe gennem anionbytteren, mens de 2 øvrige peptider binder). 2. Peptidet vil vandre mod anoden (+), idet den N-terminale aminogruppe er positivt ladet, den C-terminale syregruppe er negativ og sidekæderne bidrager med 2 positive ladninger fra 1 Arg og 1 Lys samt 4 negative ladninger fra 2 Glu og 2 Asp. Altså har peptidet en nettoladning på -2 og vil trækkes mod anoden. 3. Lambert Beers lov: A = ε c l Hvor, A = absorptionen = 0,263 l = lysvejen i cm = 1 cm c = koncentration i mol/l ε = den molære absorptionskoefficient i L/(mol cm) = 5100 dvs. 0,263 = 1 cm c 5100 L/(mol cm) c = 0,0000516 mol/l 3 ml opløsning, 2 stk. tryptophan/peptid (0,003 L 0,0000516 mol/l)/2 = 77,35 nmol
MEDICINSK BIOKEMI Aarhus Universitet Maj 2010 Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet Medicinsk Kandidateksamen MEDICINSK BIOKEMI MED KEMI 2 B E L L E V U E H A L L E N, V E S T R E S T R A N D A L L É 1 7 0, R I S S K O V Onsdag den 17. maj 2010, kl. 09:00-15:00 Dette opgavesæt indeholder 1 essayopgave og 5 kortsvarsopgaver. Som bilag er tilføjet en Tabel med navne på og strukturer af de 20 aminosyrer. Tilladte hjælpemidler: Almindelige skriveredskaber og lommeregner m/tom hukommelse. Metabolic Pathways, 22nd Edition, Sigma-Aldrich, 2003, udleveres. På eksamensbordet er fremlagt kuverter til aflevering samt gult kladdepapir og trefarvede formsæt til indskrivning. Opgavebesvarelser skal afleveres indskrevet på det trefarvede formsæt. Benyt kuglepen ved indskrivningen - af hensyn til gennemtryk. Der udleveres 2 kuverter. Originalbesvarelsen puttes i kuverten med SORT påskrift og lukkes. Besvarelsen på gennemslagspapir puttes i kuverten med RØD påskrift og lukkes. Begge kuverter afleveres lukket med det indhold, som eksaminanden ønsker bedømt. Ved besvarelsen af beregningsopgaver skal relevante mellemregninger anføres. Reaktionsligninger (men ikke reaktionsskemaer) skal være støkiometrisk afstemte. Hvor andet ikke er anført i opgaveteksten, kan navne og autoriserede forkortelser anvendes i besvarelsens reaktionsligninger og -skemaer.
Eksamen i Medicinsk Biokemi med Kemi 2 maj 2010 side 2 Essayopgave Cancer 1. Der forskes i microarray-hybridiseringsteknikken med henblik på at kunne bruge denne teknik til at diagnosticere visse former for cancer. Angiv hvorledes teknikken virker, og hvordan den kan anvendes til diagnosticering. 2. Til kemoterapi bruges pyrimidinanaloger som fluorouridin, der omdannes til fluorodeoxyuridylat (FdUMP). Desuden benyttes folinsyreanaloger som aminopterin og metrotrexat. Hvilke metaboliske reaktioner påvirker de to grupper af stoffer, og hvordan virker de? 3. Ras er et protoonkogen. Definer et protoonkogen og angiv hvordan Ras aktiveres og virker som protoonkogen. 4. p53 er et tumorsuppressorgen. Definer et tumorsuppressorgen, og angiv hvordan p53 virker som tumorsuppressorgen.
Eksamen i Medicinsk Biokemi med Kemi 2 maj 2010 side 3 Opgave 1 Proteiner kan separeres ved hjælp af ionbytningskromatografi. 1. Forklar separationspricippet for isolering af proteiner ved hjælp af ionbytningskromatografi. 2. Nævn mindst tre aminosyresidekæder der kan påvirke bindingen af et protein til en ionbyttersøjle og angiv sidekædernes ladning ved ph 7. Analyse af to forskellige proteiner ved hjælp af gelfiltrering under to forskellige betingelser giver følgende resultater for den kvaternære struktur: Buffer, ph 7.4 100 mm NaCl Buffer, ph 7.4 500 mm NaCl Protein A Tetramer Monomer Protein B Tetramer Tetramer 3. Forklar med basis i de observerede data hvilke interaktioner der stabiliserer den kvarternære struktur i proteinerne A og B
Eksamen i Medicinsk Biokemi med Kemi 2 maj 2010 side 4 Opgave 2 Lipidkatabolisme i leveren 1. Når leverceller optager langkædede fedtsyrer med henblik på katabolisering, skal fedtsyren aktiveres og transporteres over den indre mitochondriemembran. Beskriv aktiveringen og transporten, og angiv de energimæssige forhold herved. Beskrivelsen af transporten må gerne være i form af en skitse. 2. En betragtelig del af levercellers iltforbrug går til dannelse af brintperoxid. Hvilket organel er det vigtigste sted for dannelsen af brintperoxid, og hvilke typer fedtsyrer kan være substrat for dannelsen? 3. Under faste/sult vil leveren danne forøgede mængder ketonstoffer. Forklar kort hvorfor.
Eksamen i Medicinsk Biokemi med Kemi 2 maj 2010 side 5 Opgave 3 1. Hvordan og hvornår er glykogenolysen aktiveret i muskler? 2. Angiv den hormon-uafhængige mekanisme til aktivering af glykogenolysen i muskler (tegn og forklar).
Eksamen i Medicinsk Biokemi med Kemi 2 maj 2010 side 6 Opgave 4 1. Angiv hvorledes biologisk aktivt vitamin D syntetiseres ud fra 7-dehydrocholesterol. 2. Redegør for de kompensatoriske mekanismer som indtræder ved vitamin D mangel. 3. Redegør for mindst tre relevante biokemiske parametre som vil kunne anvendes til at sandsynliggøre diagnosen vitamin D mangel.
Eksamen i Medicinsk Biokemi med Kemi 2 maj 2010 side 7 OPGAVE 5 Betragt strukturerne af de to kønshormoner, testosteron og androsteron, som angivet nedenfor. 1. Beskriv ændringen i funktionelle grupper ved omdannelse af testosteron til androsteron, og angiv hvilken klasse af kemiske reaktioner disse ændringer tilhører. 2. Hvor mange chirale centre har testosteron molekylet? 3. Angiv om testosteron er et polært eller et upolært molekyle og hvorvidt det kan forventes at være opløseligt i serum. Efter syntese af testosteron i testiklerne sendes det ud i plasma, hvor det kan cirkulere til væv hvor det skal anvendes. Efter optagelse i vævet omdannes testosteron til dihydrotestosteron ved hjælp af enzymet 5- -reductase, hvorved affiniteten til den nukleare androgen receptor mere end fordobles. 4. Angiv de to proteiner der findes bundet til testosteron i plasma.
Eksamen i Medicinsk Biokemi med Kemi 2 maj 2010 side 8 Bilag.
Eksamen i Medicinsk Biokemi med Kemi 2 maj 2010 side 9 Svar til Essayopgave 1. Microarray-hybridiseringsteknikken er baseret på en plade, der har tusindvis af definerede felter (heraf array). En robot kan specifikt identificere hvert enkelt felt, hvortil et givet stykke enkeltstrenget DNA immobiliseres. Således kan pladen fyldes op med DNA sekvenser (skal være antisense), der repræsenterer alle transkripter indeholdt i et givet væv. Hybridisering med en blanding af fluorescensmærkede prober, og en efterfølgende maskinel aflæsning, vil oplyse hvilke sekvenser på pladen der er hybridiseret til. Når microarray bruges til diagnosticering af cancer, skal man kende en række markørproteiner, hvor de korresponderende transkripters ekspressionsniveauer er radikalt ændret i en specifik tumortype i forhold til tilsvarende raskt væv. Der tages en biopsi fra tumoren, hvorfra mrna isoleres og tilbagetransskriberes til cdna. cdna'et mærkes eksempelvis med rød fluorescens. Tilsvarende laves cdna fra raskt væv, men dette mærkes med grøn fluorescens. Der hybridiseres med begge prober til en plade med DNA, der repræsenterer det væv der undersøges. Efterfølgende kvantitativ aflæsning af hybridiserede prober vil vise hvilke transkripter, der er markant op eller nedreguleret i tumoren. 2. Cancerceller er hurtigt prolifererende celler og har derfor brug for en optimal deoxyribonukleotidproduktion til syntese af DNA. Et vigtigt trin i syntesen af deoxyribonukleotider er dannelsen af TMP (også kaldet dtmp) ud fra dump. I denne proces flytter enzymet thymidylatsynthase en methylgruppe fra N 5,N 10 -methylentetrahydrofolat til dump. Fluorouridine omdannes i kroppen til fluorodeoxyuridylat (FdUMP). FdUMP danner en kovalent binding til thymidylatsynthase, men i modsætning til det normale dumpthymidylat kompleks, kan dette kompleks ikke modtage en methylgruppe fra N 5,N 10 - methylen-tetrahydrofolat. Thymidylatsyntasens binding til FdUMP er irreversibel og enzymet går til grunde (FdUMP kaldes også en "suicide inhibitor"). Folinsyreanaloger (eks. Aminopterin og Methotrexat) virker ligeledes ved at hæmme trinnet fra dump til TMP. Folinsyreanaloger binder med meget større affinitet (ca. 1000 gange) til dihydrofolat-reductase, hvorved syntesen fra dihydrofolat til tetrahydrofolat hæmmes. Når produktionen af TMP hæmmes, vil der opstå et underskud af TTP, som er en af de 4 deoxyribonukleotider der bruges til DNA syntese, og hurtigt prolifererende celler vil derfor gå til grunde. 3. Et proteoonkogen er et proliferativt gen, der ved mutation kan omdannes til et onkogen, hvorved celler transformerer til cancerceller. Onkogener er dominante og er ofte en del af en signalkaskade, der får celler til at proliferere. Ras tilhører gruppen af monomeriske GTPaser og er en del af en signalkaskade. Initialt binder en ligand (typisk en vækstfaktor) til to ens tyrosinkinase-receptorkæder som derved bliver i stand til at autofosforylere deres cytoplasmatiske domæner. De forforylerede haler binder en række såkaldte adapterproteiner, heriblandt Grb2 som på sin kæde kan binde Sos. Sos er en guanidin exchange factor der udskifter GDP med GTP på Ras. Herved opnår Ras kinaseaktivitet, og sætter gang i den mitogen-aktiverede protein kinase (MAPK) kaskade. MAPK kaskaden går fra Ras til Raf (MAPKKK) til Mek (MAPKK) og til Erk (MAPK) og proteinerne i denne kaskade er alle kinaser. Aktiveret Erk
Eksamen i Medicinsk Biokemi med Kemi 2 maj 2010 side 10 translokerer til kernen, hvor det kan fosforylere og aktivere transskriptionsfaktorer, der er involveret i DNA syntese og celledeling. 4. Et tumorsuppressorgen er et gen, hvis produkt er med til at beskytte celler mod at proliferere uhæmmet og derved transformere til cancerceller. De er normalt recessive og er ofte involveret i kontrol af cellecyklus. p53 er et protein, der kan monitorere skader på DNA. Ved DNA skader i mindre omfang, inducerer p53 transkription af p21 (som er en cyclin-afhængig kinaseinhibitor også kaldet WAF1). p21 inaktiverer bl.a. Rb og påvirker en række cyclin-afhængige kinase (CDK) komplekser. Celle-cyklussen stoppes i S-fasen indtil skaderne er repareret. Ved større DNA skader kan p53 mediere apoptose.
Eksamen i Medicinsk Biokemi med Kemi 2 maj 2010 side 11 Svar til opgave 1 1. Ved ionbytningskromatografi benyttes det at proteiner er ladede partikler. Ladningerne bæres af den N-terminale aminogruppe, den C-terminale syregruppe samt en række ioniserbare aminosyresidekæder (se nedenstående). Et proteins pi-værdi svarer til den ph-værdi hvor proteinets totale/samlede ladning er 0. Ved ph-værdier forskellig fra pi vil nettoladningen således være forskellig fra 0 og proteinet vil derfor være ladet. Ved anionbytningskromatografi immobiliseres der en positiv struktur (f.eks. diethyl aminoethyl, DEAE) til en søjlematrix. Denne struktur binder proteiner, som har en negativ ladning ved den benyttede ph-værdi. Ved kationbytningskromatografi vil der til søljematricen være immobiliseret en struktur med negativ ladning (f.eks. carboxymethyl, CM). Denne struktur vil binde proteiner, der er positivt ladet ved den benyttede Phværdi. Proteiner der er bundet til søjlematricen kan efterfølgende elueres ved at ændre bufferens ionstryke (f.eks. stigende gradient af NaCl) eller ved at ændre Ph-værdien af bufferen, således at ladningerne på aminosyresidekæderne neutraliseres og derved eliminerer bindingen til ionbytteren. 2. De aminosyresidekæder der kan påvirke bindingen til en ionbytter er de ioniserbare aminosyrer (ladning ved Ph 7 angivet i parentes) Asparginsyre (Pk s 4; negativ ladning) Glutaminsyre (Pk s 4; negativ ladning) Histidin (Pk s 6; overvejende neutral) Cystein (Pk s 9; neutral) Tyrosin (Pk s 10; neutral) Lysin (Pk s 10; positiv ladning) Arginin (Pk s 12; positiv ladning) For Pk s værdier kan der henvises til bilag i opgavesættet samt Table 2.3 i Baynes/Dominiczak, 3. udgave side 9 3. Ved at forøge koncentrationen af ioner (NaCl) i en opløsning kan man som ved ionbytning forstyrre de ioniske interaktioner, som i nogle proteiner stabiliserer den kvaternære struktur. Protein A: Proteinet er en tetramer ved 100 Mm NaCl men bestemmes til at være en monomer ved 500 Mm NaCl. Det kan altså konkluderes at proteinets kvaternære struktur et opretholdt af ioniske interaktioner i proteinet. Protein B: Proteinets kvaternære struktur ændres ikke ved at forøge ionstyrken af bufferen. Det kan derfor konkluderes at proteinets kvaternære struktur ikke er opretholdt af ioniske interaktioner. Det er derfor sandsynligt at interaktion imellem hydrofobe områder spiller en væsentlig rolle for opretholdelse af den kvaternære struktur. I mindre hyppige tilfælde
Eksamen i Medicinsk Biokemi med Kemi 2 maj 2010 side 12 kan den observerede kvaternære struktur ligeledes bibeholdes af intermolekylære disulfidbroer, som også kategoriseres som en del af proteinets kvaternære struktur.
Eksamen i Medicinsk Biokemi med Kemi 2 maj 2010 side 13 Svar til opgave 2 1. Aktivering af fedtsyren: Fedtsyre + CoASH + ATP Acyl-CoA + AMP + PP i PP i + H 2 O 2 P i Aktivering koster altså omdannelse af 1 ATP til 1 AMP = 2 ATP (ud fra ADP). Transport: Acyl-CoA + carnitin acyl-carnitin + CoASH Acyl-carnitin transporteres ind i matrix af carnitin-acyl carnitin translokase. Inde i matrix overføres acyl-gruppen til CoASH: Acyl-carnitin + CoASH Acyl-CoA + carnitin Translokasen transporterer nu, ved antiport med acyl-carnitin, carnitin tilbage til mitochondriets intermembranøse rum. Der hverken dannes eller forbruges energi under transporten, da de energirige bindinger bevares. 2. Det vigtigste sted for dannelse af brintperoxid er peroxisomerne, og substraterne for produktionen kan være fedtsyrer med lang eller meget lang kædelængde samt forgrenede fedtsyrer. 3. Under faste/sult vil leverens ATP-forbrug til bl.a. gluconeogenese stort set kunne dækkes via produktion af FADH 2 og NADH + H + ved β-oxidation af fedtsyrer. Desuden er aktiviteten i citratcyclus (TCA cyclus) lav, fordi dets intermediater, især malat, bliver brugt til gluconeogenese. Disse forhold bevirker et overskud af acetyl-coa. Dette er uheldigt, da leveren skal bruge frit CoASH. Problemet løses ved, at acetylgrupperne bruges til ketonstofdannelse.
Eksamen i Medicinsk Biokemi med Kemi 2 maj 2010 side 14 Svar til opgave 3 1. a) Fight or flight response kan startes af adrenalin via beta-adrenerge receptorer. b) Under muskelarbejde som er en hormon-uafhængig aktivering. 2. Der er to vigtige hormon-uafhængige mekanismer der aktiverer glykogenolysen i muskler. a) - Først influx af Ca 2+ i musklerne efter nervestimulation. - Dette aktiverer Ca 2+ -calmodulin komplekset som aktiveres af fosforylase kinase. - Fosforylase kinase aktiverer glycogen phosphorylase: glykogenolysen starter b) Allosterisk aktivering af fosforylase af AMP. Under muskelarbejde. Muskler bruger ATP og AMP stiger fordi: ATP ADP+ Pi Myokinase katalyserer: 2ADP ATP+ AMP - AMP aktiverer fosforylase kinase. - Fosforylase kinase aktiverer glykogen phosphorylase: glykogenolysen sker - AMP hæmmer inhibitionen af fosfofructokinase- 1 (PFK-1) af ATP - PFK-1 er aktiveret og glykolysen sker.
Eksamen i Medicinsk Biokemi med Kemi 2 maj 2010 side 15 Svar til opgave 4 1. I huden syntetiseres 7-dehydrocholesterol, der ved UV-bestråling omdannes til vitamin D 3 (cholecalciferol). Vitamin D 3 transporteres bundet til vitamin D-bindende protein (DBP) til leveren. Vitamin D 3 kan også indtages med føden fra animalske produkter eller dannes ud fra vitamin D 2 (ergocalciferol), der findes i visse planter. I leveren hydroxyleres vitamin D 3 til 25-hydroxycholecalciferol, hvorefter det bundet til DBP transporteres til nyrerne og omdannes til den biologisk aktive metabolit 1,25- dihydroxycholecalciferol, der er en central regulator af calcium stofskiftet. 2. Funktionel vitamin D mangel medfører nedsat intestinal absorption af calcium og reduceret plasma-calcium. Dette stimulerer frigivelsen af PTH (sekundær hyperparathyroidisme), hvilket medfører øget calcium reabsorption i nyrerne og øget udskillelse af fosfat. 3. 25-hydroxycholecalciferol og/eller 1,25-dihydroxycholecalciferol, PTH, fosfat (forklaring: se spm. 2). Mangel på aktivt vitamin D hæmmer knoglernes mineralisering ved at begrænse udbuddet af calcium og fosfat, og den efterfølgende hyperparathyroidisme vil desuden øge osteoklasternes knoglenedbrydning. Parametre der indikerer øget knogleomsætning vil følgelig være forhøjede; f.eks. alkalisk fosfatase, osteonectin, osteocalcin, hydroxyprolin og N- og C-terminal fragmenter af prokollagen.