Fel i kroppens hantering och metabolism av kolhydrarter kan vara mer eller mindre allvarliga. Ibland ger de sig till känna som besvär från
matsmältningskanalen i anslutning till intag av kolhydrater, i andra fall som problem endast vid hårt fysiskt arbete, ex då felen kan härledas till
glykogenomsättningen. Ärftlifa fel i något av de glykolytiska enzymerna som uttrycks i de röda blodkropparna, kan ge upphov till kronisk hemolytisk anemi. En del är medfödda och kan leda till nedsatt förmåga att bryta ned olika
kolhydrater, som ex sukros.
1. Nedbrytning av kolhydrater startar redan i munnen vid intag av föda. De salivproducerande körtlarna producerar enzym, slem och salter och hjälper till att spjälka bland annat stärkelse i munhålan. Vilka körtlar utsöndrar saliv till munhålan och hur skiljer man på dessa mikroskopiskt? (2p)
Glandula parotis:
o 100 % serösa körteländstycken o inga mukösa körteländstycken
o ofta innehåll av vita fettceller i körtelvävnaden Glandula submandibularis:
o Cirka 80 % serösa körteländstycken o Cirka 20 % mukösa körteländstycken Glandula sublingualis:
o Cirka 50 % serösa körteländstycken o Cirka 50 mukösa körteländstycken Serösa körtelceller karakteriseras av:
God färgbarhet med hematoxylineosin (htx-eosin) Innehåll av sekretoriska vesikler/granula apikalt Runda relativt centralt lokaliserade cellkärnor. Sekret är vattnigt och innehållet proteiner. Mukösa körtelceller karaktäriseras av:
Dålig färgbarhet med htx-eosin.
God färgbarhet med ”periodic acid-Schiff” (PAS); färgar bl.a. mukopolysackarider Innehåll av vakuoler (istället för sekretoriska vesikler) apikat
Tillplattade basalt förskjutna cellkärnor.
2. Den fortsatta nedbrytning av kolhydrater sker bland annat med hjälp av enzymer som frisätts från pancreas. Beskriv, gärna med en skiss, och namnde de utförsgångar genom vilka pancreassekretet tömmer sig. Inkludera i svaret var gångarnas mynningar är belägna och viktiga relationer till andra gångsystem. (2p)
Ductus pancreaticus (major) tömmer sig vid papilla duodeni major (Vateri) i pars descendens duodeni.
ductus pancreaticus assesorius (minor) tömmer sig vid papilla duodeni minor i pars descendens duodeni.
Ductus pancreatis mynner tillsammans med Ductus choledochus vid papilla Vateri.
3. Redogör med hjälp av strukturformler (Haworth) och bindningar för uppbyggnaden av sukros. Redogör också för hur de olika
monosackaridkomponenterna som bygger upp sukros, efter normal
enzymatisk processning med sukras, absorberas in i enterocyterna och hur dessa sedan transporteras vidare ut i blodbanan. (2p)
Disackariden sukros består av glukopyranos sammanfogad med fruktosfuranos med hjälp av en 1- 2-glykosidbindning.α β
Glukos i pyranosform absorberas in i enterocyterna med hjälp av sekundär aktiv transport och symportproteinet SGLT1. Ett Na+/K+-ATPas i basalmembranet bygger
upp en koncentrationsgradient av natriumjoner (pumpar ut 3 Na+ och in 2 K+) vilka
dras från tarmlumen och passivt följer då en glukosmolekyl med in i cellen. Fruktos absorberas med hjälp av faciliterad diffusion och GLUT5.
Ut ur enterocyterna tansporteras de två sockermolekylerna med en
koncentrationsgradient och med hjälp av den mera ospecifika glukostransportören GLUT2.
4. Mutationer i det sista reglerande enzymsteget i glykolysen resp. i det första i HMP-shunten är exempel på såna förändringar, som på olika sätt kan ge upphov till hemolytisk anemi. Redogör med angivande av samtliga substrat, produkter, enzym och enzymnamn för de två biokemiska reaktionerna som åsyftas. Förklara också hur två så olika biokemiska reaktioner på olika sätt kan ge samma patofysiologiska konsekvens i de röda blodkropparna. (ledtråd: den röda blodkroppen saknar mitokondrier och cellkärna). (3p)
Enzymet pyruvatkinas katalyserar reaktionen PEP + ADP -> pyruvat + ATP Enzymet glukos-6-fosfatdehydrogenas katalyserar den huvudreglerade
reaktionen i HMP-shunten, dvs. oxidationsreaktionen glukos-6-fosfat + NADP+
(+H2O) -> 6-fosfoglukonat + NADPH + H+.
NADPH som bildas i den senare reaktionen behövs som coenzym för
glutationsreduktas, som behövs för att reducera den oxiderade formen av glutation som bildats då den röda blodkroppen utsätts för oxidativ stress – brist på NADPH leder till hemolys. Minskad aktivitet hos pyruvatkinas leder till minskad
substratfosforylering och därmed energibrist och i slutändan till hemolys.
5. Om motsvarande (se föregående fråga) leverenzymer (isoenzymer) i stället skulle varit muterade skulle nysyntesen av bland annat fettsyror i levern
NADPH behövs som coenzym i reaktionen som katalyseras av fettsyrasyntas (FAS), Pyruvat behövs som donator av kolskeletten i palmitinsyra,
ATP behövs i två cytosolära reaktioner för att bilda byggstenarna acetyl-CoA resp. molonyl-CoA.
b. Med utgångspunkt från de produkter och coenzym som bildas i de två leverreaktionerna, redogör för samtliga reaktionssteg (substrat, produkter, enzym och coenzym), som leder fram till bildningen av palmitinsyra i levern (OBS! bildningen av palmitinsyra behöver ej beskrivas i detalj utan enbart med summaformel.)
Pyruvat + CoA (+NAD+) -> acetyl-CoA + CO
2 (+NADPH + H+)
o enzym: pyruvatdehydrogenaskomplexet o coenzym: TPP, liponsyra, CoA, FAD, NAD+. Acetyl-CoA + oxaloacetat -> citrat + CoA
o Enzym: citratsyntas
Citrat + CoA + ATP -> oxaloacetat + acetyl-CoA + ADP + Pi
o Enzym: citratlyas
Acetyl-CoA + CO2 + ATP -> malonyl-CoA + ADP + Pi.
o Enzym: acetyl-CoAkarboxyls o Coenzym: biotin
Summaformel för bildningen av palmintinsyra:
Acetyl-Coa + 7 malonyl-CoA + 14 NADPH + 14 H+ -> palmitinsyra (C16:0) +
14NADP+ + 7 CO
2 + 6 H2O
o Enzym: FAS
6. Även kolesterolbiosyntesen skulle kunna komma att påverkas vid mutationer i motsvarande (se fråga 4) leverenzymer (isoenzymer) av i princip samma orsaker. Redogör, med utgångspunkten från en cytosolärt bildad och aktiverad tvåkolsförening, för kolesterolbiosyntesen med angivnande av substrat och produkter. Endast det huvudreglerade enzymsteget ska beskrivas med avseende på namn, coenzym och regulatoriska faktorer. (5p)
2 acetyl-Coa -> acetoacetyl-CoA (4C) + CoA acetoacetyl + acetyl-CoA -> HMG-CoA (6C) + CoA
HMG-CoA + 2 NADPH + 2 H+ -> mevalonsyra (6C) + CoA + 2 NADP+
Mevalonsyra ->-> isopentylpyrofosfat (IPP; 5C) + CO2
IIP -> DPP (5C, isomeringsreaktion) DPP + IPP -> geranylpyrofosfat (GPP; 10C) GPP + IPP -> farnesylpyrofosfat (FPP; 15C) FPP + FPP -> squalen (30C)
Squalen ->-> kolesterol (27C; i flera trimningssteg)
Det huvudreglerade enzymetsteget (steg 3), som katalyseras av HMG-CoA-reduktas, regleras genom kovalent modifiering (fosforylering [AMPK] och defosforylering), på gennivå av insulin och glukagon samt på gennivå av kolesterol.
7. Om det sista reglerade glykolytiska steget hämmas i de röda blodkropparna (RBK) på grund av en mutation i enzymet kommer det ske en ansamling av de glykolytiska intermediärerna som bildats innan det muterade
specifikt i RBK och som fungerar som en alloster regulatur till hemoglobin, kan öka ända upp till 3-4 gånger. Med utgångspunkt från valfri trios i glykolysen, förklara kortfattat hur denna allostera regulator bildas
(substrat och produkter) samt redogör för vilka konsekvenser bildning av denna regulator får på ATP-bildningen i RBK kontra andra celler som ej bildar denna allostera regulator. Förklara också med hjälp av ett
syremättnadsdiagram (storhet och sorter ska anges) hur ökande mängder av den allostera regulatorn kommer att påverka
associations-/dissociationskurvan för syrgas till hemoglobin och vilka funktionella konsekvenser detta får. (3p)
Den allostera regulatorn 2,3-bisfosfoglycerat bildas i en mutas-katalyserad reaktion i de röda blodkropparna: 1,3-BPG -> 2,3-BPG. Genom att inte alla 1,3-BPG-molekyler
kommer att ge upphov till substratfosforylering och ATP-bildning, som i andra celler, kommer ATP-bildningen i RBK vara lite lägre. Då mängderna av 2,3-BPG ökar sker en högerförskjutning av dissociationskurvan i ett syremättnadsdiagram (fig. 3.11 i
Biochemistry, 4th ed). Denna högerförskjutning innebär att affiniteten för syrgas minskar och att det därför blir svårare att binda in syrgas, men lättare att avge den.
8. Redogör för den subcellulära lokalisationen och principiella uppbyggnaden av sfingolipider (ex sfingomyelin) resp. glukosaminoglykaner (ex
dermatansulfat). (2p)
Sfingolipider som ex sfingomyelin är komponenter i cellmembraner.
o Sfingolipider (sfingomyelin) är uppbyggt av en palmitinsyrarest bunden till en serinrest (sfingosin).
o Till sfingosin är en variabel fettsyra bunden (ceramid)
o Til ceramid är sedan en fosfatgrupp med en kolin bunden (sfingomyelin), o alternativt en/flera sockerrester som i sfingolipider (glykolipider)
Glukosaminoglukaner (GAGs) är ofta byggstenar i proteoglukaner och finns i matrix eller på kärlväggar (heparansulfat) och i basala granulocytor (heparin).
o GAGs är uppbyggda som repetitiva disackaridenheter bestående av ett surt socker (iduron- eller glukoronsyra) och ett andra socker som är amiderat och ibland acetylerat.
o Dessutom är sockerresterna ofta ytterligare modifierade med sulfatgrupper.