Biokemi Flashcards
Opskriv reaktionen katalyseret af glykogen synthase og beskriv enzymets regulation i lever ved allosterisk og covalent modifikation.
Sv: glykogenn + UDP-glukose bliver til glykogenn+1 + UDP
Glykogen synthase findes på en aktiv ikke-phosphoryleret a form og en mindre aktiv phosphoryleret b form. Overgangen fra a til b form styres af en række protein kinaser, som f.eks. protein kinase A, der stimuleres af glukagon og glykogen synthase kinase 3 , der hæmmes af insulin. Overgangen fra b til a form katalyseres af protein phosphatase 1, der stimuleres af insulin og hæmmes af glukagon. Udover denne covalente regulation er enzymet også reguleret allosterisk, bl.a. af glukose-6- phosphat, som stimulerer den mindre aktive glykogen synthase b.
Redegør for hvorledes manglende glykogen synthase aktivitet i lever vil kunne føre til hypoglykæmi.
Sv: En defekt i glykogen synthase i lever vil føre til mangelfuld opbygning af glykogen lagre efter et måltid, hvor en stigning i insulin/glukagon ratio normalt stimulerer glykogen synthase. Når dette ikke sker, vil der opbygges mindre glykogen, og dermed vil glukose produktionen fra glykogen mellem måltiderne blive mindre.
Redegør for energiforbruget ved indbygning af 1 mol glucose i glykogen.
Sv: glukose + ATP —> glukose-6-phosphat + ADP
glukose-6-phosphat —> glukose-1-phosphat
glukose-1-phosphat + UTP —> UDP-glukose + PPi
PPi —> 2Pi
Glykogen(n) + UDP-glukose —> Glykogen(n+1) + UDP
UDP + ATP —> UTP + ADP ___________________________________________________________ Glukose + glykogen(n) + 2 ATP —> glykogen(n+1) + 2 ADP + 2 Pi
– Redegør i oversigt for reaktionerne katalyseret af afgreningsenzym med en beskrivelse af enzymets funktion i glykogen nedbrydning i lever.
- Redegør endvidere for hvorledes mangel på afgreningsenzym fører til nedsat glukose produktion i lever.
Sv: Glykogen phosphorylase kan ikke fraspalte og phosphorylere glukosyl rester, som sidder tæt på α1-6 glykosid forgreninger. Disse glukosyl rester metaboliseres v. hj. a. afgreningsenzym, et bifunktionelt enzym med 2 adskilte enzym aktiviteter. Den første er en transferase, som flytter de yderste 3 glukosyl rester i en gren med 4 glukosyl rester til en fri C-4 i en anden gren, og som efterlader en enkelt glukosyl rest i α1-6 forgreningspunktet. Den anden er en glykosidase, som hydrolyserer α1-6 glykosid bindingen og frigiver et molekyle fri glukose for hvert forgreningspunkt.
Sv: Ved mangel på afgreningsenzym vil glykogen nedbrydningen stoppe 4 glukosid rester fra et forgreningspunkt.
Redegør for hvorledes mangel på enzymet glukose-6-phosphatase vil påvirke glykogen mængden i lever.
Sv.: Ved mangel på glukose-6-phosphatase vil glukose-6-phosphat dannet i glukoneogenesen ikke kunne frigives som fri glukose. Glukose-6-phosphat ophobes derfor og omsættes ved en allosterisk aktivering af glykogen synthase b til glykogen som ophobes til trods for at lav blodglukose samtidig øger glukagon stimuleret glykogen phosphorylase aktivitet.
Angiv navnet på det defekte enzym ved fruktose intolerance og opskriv ligningen for den reaktion, det katalyserer.
- Giv en kortfattet forklaring på, hvorfor fruktose intolerance kan give leverskade, som bl.a. viser sig ved udvikling af gulsot.
Sv.: Aldolase B, som katalyserer reaktionen
fruktose-1-phosphat —> dihydroxyacetonephosphat + glyceraldehyd
Sv.: Ved nedsat aktivitet af aldolase B ophobes fruktose-1-phosphat i leveren. Levercellerne depletteres derved for Pi, som bl.a. er substrat for ATP dannelse ved den oxidative phosphorylering. Dette medfører nedsat ATP dannelse og nedsat ATP koncentration, hvilket igen påvirker alle processer, som er ATP afhængige, f.eks. afgiftningsreaktioner såsom bilirubinkonjugering og udskillelse til galden.
Giv en kortfattet forklaring på hvorfor fruktose intolerance kan føre til hypoglykæmi efter indtagelse af fruktose.
Den lavere ATP koncentration bevirker nedsat glukoneogenese, en proces som er stærkt ATP krævende. Ydermere vil den lave phosphat koncentration bevirke en hæmning af glykogen phosphorylase, hvorved der heller ikke ved glykogenolyse kan dannes tilstrækkeligt glukose.
– Redegør i oversigt for overførslen af palmitinsyre fra cytosol til mitochondrie matrix ved beskrivelse af de indgående reaktioner og deres regulation.
- Redegør for hvorledes mangel på carnitin vil påvirke fedtsyre oxidation i lever.
Fedtsyrer aktiveres af acylCoA synthetase:
palmitinsyre + CoASH + ATP —> palmitoylCoA + AMP + PPi Transport af den aktiverede palmitinsyre kræver carnitin:
CPTI: palmitoylCoA + carnitin —> palmitoylcarnitin + CoASH
CPTII : palmitoylcarnitin + CoASH —> palmitoylCoA + carnitin
CPTI hæmmes allosterisk af malonylCoA.
Sv.: Mangel på carnitin fører således til nedsat fedtsyre oxidation I mitochondrier.
Anfør respirationskædens fysiske placering i cellen og beskriv i oversigt dens komponenter.
Sv: Respirationskædens komponenter er lokaliseret i mitochondriernes indre membran og består af 3 transmembrane proteincomplexer, complex I, III og IV, complex II (succinat dehydrogenase) mod matrix samt to mindre og mere mobile proteiner, coenzym Q og cytochrom c.
Opskriv sumreaktionen (substrater og produkter) for respirationskæden med NADH og O2 som substrater, og beskriv, hvad der betinger, at processen er stærkt exergon.
Sv: NADH + H+ + 1⁄2 O2 —> H2O + NAD+
Processen er en elektronoverførsel fra NADH til O2 (dvs en reduktion af O2) og drives basalt af den langt højere affinitet for elektroner, som O2 har i forhold til NADH (en redox potentiale forskel på 1.14 V).
Den exergone respirationskæde leverer energi til ATP syntese fra ADP og phosphat (oxidativ phosphorylering).
4. Forklar i oversigt hvorledes denne kobling mellem respirationskæde og oxidativ phosphorylering kommer i stand, og anfør ca. hvor mange ATP, der normalt kan forventes dannet ved at overføre de to elektroner i NADH til ilt under dannelse af H2O.
Sv: Respirationskædens transport af elektroner er koblet til en udtransport af H+ fra mitochondrie matrix til intermembranrummet. Det medfører både en pH gradient (højt pH inde og lavt ude) samt en elektrisk gradient (negativt inde og positivt ude). Der er i den indre mitochondriemembran et protein (F0F1-ATPase) som kan udnytte energien den denne elektrokemiske gradient til ATP syntese (protonerne bevæger sig ind gennem ATPasen. Der syntetiseres 2,5-3 ATP per NADH, som oxideres.
Redegør for syntesen af triacylglycerol i tarm.
Sv.: Triacylglycerol (TAG) nedbrydes i tarmlumen af pancreas lipasen til frie fedtsyrer (FFA) og 2- monoacylglycerol (2-MAG). Efter optagelse i enterocytterne aktiveres de frie fedtsyrer og forestres i en reaktion med 2-monoacylglycerol under dannelse af først diacylglycerol (DAG) og dernæst TAG:
2FFA +2CoASH + 2ATP —> 2acylCoA + 2AMP +2PPi
acylCoA + 2-MAG —> DAG + CoASH
acylCoA + DAG —> TAG + CoASH
Beskriv chylomicroners omsætning i blod og redegør for, hvorfor mangel på lipoprotein lipase fører til forøget chylomicron koncentration i blod.
- Beskriv endvidere transporten af cholesterol fra tarm til lever.
Sv.: Chylomicroner dannet i enterocytten indeholder kun en enkelt (apoB-48) af flere lipoproteiner af betydning for chylomicroners omsætning i blodbanen. I blodbanen overføres de manglende apolipoproteiner (apoCII og apoE) fra HDL. Chylomicronerne afgiver TAG til de extrahepatiske væv ved hydrolyse af TAG til glycerol og 3 fedtsyrer. Hydrolysen er aktiveret af en lipoprotein lipase (aktiveret af apoCII) og chylomicron remnants med relativt højt indhold af cholesterolestre optages i leveren (afhængig af apoE) via receptormedieret endocytose. Mangel på lipoprotein lipase vil derfor forhindre afgivelse af TAG og føre til akkumulation af chylomicroner og dermed TAG i blodet.
Redegør for, hvorfor mangel på lipoprotein lipase også fører til forhøjet cholesterol koncentration i blodet.
Sv.: Lipoprotein lipase hydrolyserer også TAG i VLDL. Ved en defekt i lipoprotein lipase vil koncentrationen af både VLDL og chylomicroner og dermed cholesterol derfor stige.
Redegør for syntesen af mevalonat fra acetylCoA og redegør for, hvordan syntesen af cholesterol er reguleret.
Sv.: Syntesen af HMGCoA og mevalonat sker i henholdsvis cytoplasma og endoplasmatisk retikulum. Syntesen af HMGCoA i cytoplasma foregår på samme måde som i mitochondrier:
2 acetylCoA acetoacetylCoA + CoASH (β-ketothiolase)
acetoacetylCoA + acetylCoA hydroxymethylglutarylCoA (HMGCoA)(HMGCoA synthase) HMGCoA reduceres I det endoplasmatiske reticulum ved hjælp af enzyme HMGCoA reduktase til mevalonat: HMGCoA + 2NADPH + 2H+ mevalonat + 2NADP+ + CoASH
HMGCoA reduktase er reguleret ved allosterisk og covalent modification samt ved enzym induktion. Slutproduktet cholesterol hæmmer således transskriptionen af HMGCoA reduktase og ved allosterisk modifikation også aktiviteten af allerede eksisterende enzym. Endvidere er aktiviteten af enzymet reguleret ved covalent modifikation, idet enzymet er aktivt på ikke-phosphoryleret form (høj insulin koncentration fremmer dephosphoryleringen ).
Beskriv hvorfor forøget LDL koncentration i blodet øger risikoen for blodprop dannelse.
Sv.: Manglende optagelse af LDL ved receptormedieret endocytose kan føre til øget optagelse af LDL i makrofager og dannelse af skumceller (foam cells), som ved binding til karvæggen øger risikoen for dannelsen af blodpropper.
Beskriv HDL’s funktion i cholesterol transport og udskillelse og redegør for funktionen af enzymet lecithin-cholesterol acyl transferase (LCAT) i blodet.
Sv.: Cholesterol optages fra de extrahepatiske væv af HDL, som transporterer cholesterolen tilbage til leveren i form af cholesterolestre, hvorfra de uomsat eller omsat til galdesyrer kan udskilles i tarmen Cholestrolester dannelsen katalyseres af enzymet lecithin-cholesterol acyl transferase (LCAT), som er bundet til overfladen af HDL, og som overfører en fedtsyre fra 2-stillingen i phosphatidylcholin (lecithin):
cholesterol + phosphatidylcholin —> acylcholesterol + lysophosphatidylcholin.
Ved indtagelse af overskud af kalorier (energi) i form af kulhydrat, vil overskuddet blive omdannet til fedt i lever og fedtvæv.
Omdannelse af glukose til fedtsyren palmitat (C16H32O2 ; 16:0)(de novo fedtsyresyntese) kan skitseres som følger:
4 glucose ->(1)-> 8 pyruvat ->(2)-> 8 acetyl-CoA ->(3)-> palmitat
- Angiv den intracellulære lokalisering af reaktionsfølgerne 1 og 2 og beskriv de vigtigste mekanismer for regulering af reaktion 2.
- Opskriv bruttoligningen for reaktionsfølge 3 og beskriv de vigtigste regulatoriske mekanismer i reaktionsforløbet.
Sv.: 1 (glykolyse) foregår i cytosolen. 2 (katalyseret af pyruvat dehydrogenase komplekset) foregår i mitochondrie matrix. Pyruvat dehydrogenase komplekset hæmmes af produkterne acetylCoA og NADH. Endvidere hæmmes komplekset ved phosphorylering, katalyseret af pyruvat dehydrogenase kinase (PDK). Aktivering ved dephosphorylering katalyseres af en protein phosphatase, der bl.a. aktiveres af insulin.
Sv.: 8 acetylCoA +14 NADPH + 14 H++ 7 ATP –> palmitat + 14 NADP+ + 7 ADP + 7 Pi + 8 HSCoA + 6 H2O
AcetylCoA skal transporteres fra mitochondriematrix til cytosol. Det sker som citrat, der i cytosolen spaltes til acetylCoA og oxaloacetat i en energikrævende reaktion (katalyseret af citrat lyase).
Omdannelsen af acetylCoA til palmitat involverer acetylCoA carboxylase (acetylCoA + ATP + CO2 –> malonylCoA + ADP + Pi) og fedtsyre syntase (acetylCoA + 7 malonylCoA + 14 NADPH + 14 H+ –> palmitat + 7 CO2 + 14 NADP+ + 8 HSCoA + 6 H2O). AcetylCoA carboxylase aktiveres af citrat, hæmmes af langkædede acylCoA og hæmmes ved phosphorylering. Citrat lyase, acetylCoA carboxylase og fedtsyre syntase aktiveres på transkriptionsniveau af insulin.
Beskriv den principielle opbygning af en VLDL partikel, herunder de reaktioner, der er nødvendige for, at palmitat kan indgå som en del af VLDL partikler.
Sv.: VLDL består af en kerne af triacylglycerol og cholesterolestre omgivet af et monolag af phospholipid og cholesterol samt protein (apolipoprotein). Proteinet i VLDL er apoB100 samt andre apolipoproteiner som CII og E. Palmitat omdannes til tripalmitoylglycerol ved forestring med HSCoA til palmitoylCoA, som ved reaktion med glycerol-3-P danner monopalmitoylglycerol-P. Ved reaktion med endnu et molekyle palmitoylCoA og fraspaltning af phosphat dannes dipalmitoylglycerol, som ved endnu en reaktion med palmitoylCoA danner tripalmitoylglycerol.
Omdannelse af palmitat til oleat (C18H34O2; 18:1, Δ9) er hyppigt forekommende som led i omsætningen af palmitat, der er dannet ved de novo syntese. Beskriv de reaktioner, der indgår i omdannelsen af palmitat til oleat.
Sv.: Palmitat forlænges med 2 C-atomer ved en reaktion i det endoplasmatiske reticulum eller i mitochondrie matrix. Produktet er stearat (18:0), der desatureres til oleat (dobbeltbinding mellem C-9 og C-10) i en (monooxygenase)reaktion, hvor fedtsyren og NADH oxideres med ilt.
De novo syntese af fedtsyrer i leveren foregår med væsentligt større hastighed fra fruktose end fra glukose. Beskriv omdannelsen af fruktose til metabolitter i glykolysen og foreslå en mulig forklaring på, at fruktose er et bedre forstadium for de novo lipogenese end glukose.
Sv.: Fruktose phosphoryleres med ATP til fruktose-1-P, der spaltes til glyceraldehyd og dihydroxyacetone-P. Sidstnævnte er intermediær i glykolysen. Glyceraldehyd phosphoryleres til glyceraldehyd-3-P, der er intermediær i glykolysen. Fruktose kan tænkes at være særligt effektiv som forstadium for de novo lipogenese, da et af de hastighedsbestemmende trin i glykolysen, katalyseret af phosphofrukto 1-kinase, omgås.
Gør rede for hvorledes leucins aminogruppe kan omdannes til urea, således at begge nitrogenatomer i urea stammer fra leucin.
Sv.:
Ved syntese af urea i ureacyklus vil det ene N-atom i urea stamme fra NH4 + og det andet fra aspartat.
NH4 + dannes fra leucins aminogruppe ved transaminering efterfulgt af dehydrogenering af glutamat:
leucin + alfa-ketoglutarat –> alfa-ketoisocaproat + glutamat
glutamat + NAD(P)+ + H2O –> alfa-ketoglutarat + NH4 + + NAD(P)H + H+
leucins aminogruppe overføres til aspartat ved to transamineringer:
leucin + alfa-ketoglutarat –> alfa-ketoisocaproat + glutamat
glutamat + oxaloacetat –> alfa-ketoglutarat + aspartat
Forklar, hvorfor frigivelsen af forgrenede aminosyrer, som angivet i Figur 1, ved en forekomst i muskelproteiner på ca. 20 %, kun udgør ca. 7 % af den samlede aminosyre frigivelse til blodet.
Sv.: Muskelvæv forbrænder forgrenede aminosyrer. Den procentvise lave frigivelse af forgrenede aminosyrer til blodet må derfor skyldes muskelvævets egen omsætning af frigjorte forgrenede aminosyrer.
Beskriv hvorledes transaminering af aminosyrer i muskelvæv kan føre til produktion af a) alanin og b) glutamin fra α-ketoglutarat (2-oxoglutarat) og pyruvat.
Sv.:
aminosyre + α-ketoglutarat –> oxosyre + glutamat
a) glutamat + pyruvat –> α-ketoglutarat + alanin
b) glutamat + NAD(P)+ + H2O –> α-ketoglutarat + NAD(P)H + H+ + NH4+
glutamat + NH4+ + ATP –> glutamin + ADP + Pi
Opskriv den første reaktion i de novo syntesen af pyrimidin nukleotider, hvor glutamin indgår, og gør rede for, hvorledes reaktionen reguleres.
Sv.: glutamin + CO2 + 2 ATP –> carbamoylphosphat + glutamat + 2 ADP + Pi
Reaktionen katalyseres af carbamoylphosphat syntetase II, som reguleres ved negativ feedback af UTP (CTP ifølge M&S).
Glutamin er endvidere et vigtigt energisubstrat i regenererende væv, hvor glutamin oxideres til pyruvat, som frigives til blodet efter transaminering til alanin. Skitsér reaktionsvejen for oxidationen af glutamin til pyruvat og redegør for energiudbyttet ved denne omsætning.
Sv.:
glutamin –> glutamat –> α-ketoglutarat –> succinylCoA –> succinat –> fumarat –> malat –> pyruvat
Oxidationen af α-ketoglutarat til malat i TCA cyklus fører til dannelse af 1 NADH, 1 GTP og 1 FADH2 og oxidativ decarboxylering af malat til pyruvat fører til dannelse af 1 NADPH. Antages det, at 1 NAD(P)H ~3 ATP og 1 FADH2~2 ATP, dannes der således 9 mol ATP ved oxidation af 1 mol α-ketoglutarat til 1 mol pyruvat.
Beskriv omsætningen af pyruvat til phosphoenolpyruvat i glukoneogenesen ved opskrivning af de involverede reaktioner og med angivelse af deres subcellulære lokalisation og deres allosteriske regulation.
Sv.: Pyruvat omdannes i mitochondrier til oxaloacetat v.hj.a. enzymet pyruvat carboxylase:
pyruvat + CO2 + ATP –> oxaloacetat + ADP + Pi
Oxaloacetat overføres herefter som malat til cytosol:
oxaloacetat + NADH + H+ malat + NAD+
Hvor oxaloacetat efter gendannelse omdannes til phosphoenolpyruvat v.hj.a. enzymet phosphoenolpyruvatcarboxykinase :
oxaloacetat + GTP –> phosphoenolpyruvat + GDP + CO2
Pyruvat carboxylase aktiveres allosterisk af acetylCoA.
Alternativt kan oxaloacetat overføres som aspartat eller omdannes til phosphoenolpyruvat i mitochondriematrix v.hj.a. enzymet phosphoenolpyruvatcarboxykinase, hvorefter phosphoenolpyruvat transporteres til cytosol.
Beskriv den allosteriske regulation af urea (urinstof) syntesen fra ammonium og aspartat.
Sv.: Dannelsen af carbamoylphosphat v.hj.a. carbamoylphosphat syntetase I aktiveres allosterisk af N-acetylglutamat:
NH4+ + CO2 + 2 ATP –> carbamoylphosphat + 2 ADP + Pi
Beskriv overførslen af acylCoA fra cytosol til mitochondrier og redegør for den allosteriske regulering af denne overførsel i lever.
Sv.: AcylCoA overføres v.hj.a carnitin carrieren, hvor acylcarnitin dannes i den ydre mitochondriememban (ydersiden af indre mitochondriemembran ifølge M&S) katalyseret af enzymet carnitinpalmitoyltransferase I (CPTI):
acylCoA + carnitin –> acyl-carnitin + CoASH
Acylcarnitin transporteres herefter ved udveksling med carnitin til indersiden af den indre mitochondriemembran, hvor acylCoA frigives v.hj.a. enzymet carnitinpalmitoyltransferase II (CPTII):
acyl-carnitin + CoASH –> acylCoA + carnitin
CPTI hæmmes allosterisk af malonylCoA.
Fedtet i den ketogene diæt optages fra tyndtarmen efter hydrolyse i tarmlumen. Triacylglyceroler med lange fedtsyrer frigives til blodet fra lymfen som chylomikronpartikler.
- Gør rede for den videre omsætning af i chylomikronpartikler i organismen.
Sv.: Chylomikroner optager i plasma apolipoprotein CII og E fra HDL partikler. Apo CII gør binding til lipoprotein lipase i især fedtvævs og musklers endothel mulig. Lipoprotein lipasen spalter triacylglycerol i chylomikronerne til fedtsyrer og glycerol (evt. fedtsyrer og monoacyglycerol). Fedtsyrerne optages i vævene, mens glycerol med blodet transporteres til leveren. Den resterende del af chylomikronpartiklen, remnanten, optages i leveren ved endocytose, og nedbrydes af lysosomale enzymer.
Triacylglycerol med mellemlange fedtsyrer hydrolyseres ligeledes i tarmen. En del af de frigivne fedtsyrer, fx oktansyre, C8H16O2, er tilstrækkeligt vandopløselige til at de bundet til albumin kan transporteres med vena portae blodet direkte til leveren, og dér indgå i β-oxidationen.
- Angiv den intracellulære lokalisering af β-oxidationen og beregn netto udbyttet af ATP ved β- oxidation af 1 mol oktansyre til acetylCoA.
Sv.: β-oxidation af fedtsyrer finder sted i mitochondriematrix. Oktansyre skal omdannes til oktanoylCoA for at kunne indgå i β-oxidationen. Derved forbruges 2 mol ATP pr. mol oktansyre. Ved oxidation af 1 mol oktanoylCoA ved tre ”runder” af β-oxidationen, dannes 4 mol acetylCoA, 3 mol FADH2 og 3 mol NADH+H+. Antages FADH2 og NADH+H+ at ækvivalere hhv. 1,5 og 2,5 ATP svarer netto ATP dannelsen til -2 + 3 x 1,5 + 3 x 2,5 = 10 mol ATP pr. mol oktansyre (antages hhv. 2 og 3 ATP fås -2 + 3 x 2 + 3 x 3 = 13 mol ATP pr. mol oktansyre).
Angiv med begrundelse hvorledes insulinsekretionen forventes at være efter indtagelse af en ketogen diæt sammenlignet med insulinsekretionen ved indtagelse af en normal, blandet kost, og beskriv hvorledes leverens glykogensyntese forventes at være påvirket af en ketogen kost.
Sv.: Den meget kulhydratfattige kost må forventes at give en stærkt nedsat insulinsekretion i forhold til insulinsekretionen ved et blandet måltid. Da glykogensyntesen er stimuleret af insulin, vil syntesen være nedsat.
Glycerol er et kvantitativt vigtigt substrat for glukoneogenesen, når man indtager en ketogen diæt. Beskriv kort glycerols omdannelse til glukose.
Sv.: Glycerol omsættes ved phosphorylering til glycerol-3-phosphat, der oxideres i en NAD-afhængig reaktion til dihydroxyacetonephosphat. Dette omdannes til fruktose-1,6-phosphat og videre til fruktose-6-phosphat og glukose-6-phosphat, der hydrolyseres til glukose. Reaktionerne foregår i cytosolen bortset fra hydrolysen af glukose-6-phosphat, der finder sted i det endoplasmatiske reticulum.
