MBI-2001 Biokjemi - 10 stp

Introduksjon til metabolismen (2t): Definisjon av metabolismen; nettverket av biokjemiske reaksjoner. Enzymers rolle i metabolismen. Sentrale metabolitter som dannes under nedbrytning (katabolisme) av næringsstoffene (protein, fett, nukleinsyrer og karbohydrater) kan brukes i biosyntese (anabolisme) av ulike makromolekyler. Sammenheng mellom ulike metabolismeveier. Energi frigjort ved katabolske reaksjoner blir i hovedsak bevart i form av ATP, som brukes til å drive (bl.a.) anabolske prosesser. Metabolismen reguleres gjennom påvirkning av konsentrasjons- og aktivitetsnivået til enzymer.

Kinetikk inkludert to-substrat reaksjoner og inhiberingskinetikk (4t): Definisjon av begrepene enzym, aktivt sted, katalytisk sted, substrat, produkt, koenzym, prostetisk gruppe, holoenzym, apoenzym, inhibitor, spesifisitet. Faktorer som gjør at enzymer virker som eksepsjonelle katalysatorer. Hva betyr steady state kinetikk, pre-steady state kinetikk, initial hastighet og de kinetiske konstantene Vm, Km, Vm / Km, kcat samt kcat / Km. Hvordan bestemmes de kinetiske konstantene grafisk og hvordan varierer enzymaktiviteten med enzymkonsentrasjon (hva er likheten og forskjellen mellom Vm og kcat). Beskrivelse av to-substrat reaksjoner, ping-pong og ternærkompleks ("compulsory order" og "random order") mekanismer. Beskrivelse av reversibel og irreversibel enzym inhibering, forskjellene mellom kompetitiv, un-kompetitiv og miksed inhibering samt hva betyr inhiberingskonstanten Ki. Beskrivelse av forskjellen mellom irreversibel inhibitor og mekanisme basert irreversibel inhibitor.

Karbohydrat metabolisme 1 (2t): Bruksområder for glukose, formålet med glykolysen og glukoneogensen, hhv anaerob oksidasjon (energiproduksjon) og biosyntese av glukose (glukoseproduksjon). Typer enzymatiske reaksjoner og samordnet regulering av de to reaksjonsveiene. Pentose-fosfatveien som gir opphav til reduksjonsmiddelet NADPH og ribose for nukleotidproduksjon. Pyruvats alternative skjebner.

Karbohydratmetabolisme 2 (2t): Formålet med sitronsyresyklusen; typer enzymatiske reaksjoner og regulering. Sitronsyresyklusens rolle som amfibolsk reaksjonsvei og konsekvenser av lavt glukosenivå, som ved langvarig sult og diabetes type 1.

Karbohydratmetabolisme 3 (2t): Beskrivelse av mitokondriet og kompleksene i elektron- transportkjeden. Den kjemiosmotiske teori: Omdanning av potensiell energi i form av energirike elektronbærere NADH og FADH2 til en protongradient, som videre omsettes til ATP. Ulike nivåer av kobling: Elektronoverføring og eksport av protoner fra matrix; tilbakestrøm av protoner til matrix og ATP-syntese. Gjensidig avhengighet.

Karbohydratmetabolisme 4 (2t): Regulering av karbohydratmetabolismen: Faktorer som bestemmer aktiviteten til de ulike reaksjonsveiene (glykolyse, glukoneogenese, sitronsyre- syklus og oksydativ fosforylering, samt glykogenmetabolisme). Beskrivelse av metabolismen under faste og diabetes og effekten av hormonene glukagon og insulin på metabolismen.

Lipidmetabolisme 1 (2 t): Fordøyelse, transport og deponering i fettvev av triacylglyseroler; funksjonene til gallesyrer, lipaser, chylomikroner og glukose (i fettvev). Lipasereaksjonen. Mobilisering av fett i fettvev; transport, aktivering, import i mitokondrier (i muskel) og β-oksidasjon av fettsyrer. Produksjon og anvendelse av ketonlegemer.

Lipidmetabolisme 2 (2t): Biosyntese av triacylglyseroler (i fettvev) og fosfolipider; glyseroneogenese og triacylglyserol syklus. Lipoproteiner og lipid omfordeling. Kolesterol- syntese og -balanse.

Aminosyremetabolisme 1 (2t): Katabolisme av proteiner og aminosyrer. Opptak og omsetning av proteiner. Enzymatisk nedbrytning av aminosyrer (glutamin syntetase, glutamat dehydrogenase, aminotransferaser og koenzymet pyridoksalfosfat). Transport av aminogruppa til lever og Glukose-alanin syklus. Ureasyklus som fører til utskillelse av overskuddet av nitrogen.

Aminosyremetabolisme 2 (2 t): Oversikt over nitrogenmetabolismen (fiksering og biogenese av organisk nitrogen). Metabolsk sammenheng mellom aminosyrer og intermediater i karbohydrat-metabolismen (glukogene og ketogene aminosyrer). Aminosyrer som utgangspunkt for biologisk aktive aminer, hormoner, neurotransmittorer og medisinske aspekter ved disse. Eksempel på defekter i aminosyre-katabolismen (Phenylketonuria).

Nukleotidmetabolisme (2t): Nysyntese og gjenbruk av nukleotider. Nysyntese av puriner (AMP og GMP) via IMP. Pyrimidin syntese. Omdanning av ribonukleotider til deoxyribonukleotider vha enzymet ribonukleotid reductase. Dannelse av TMP vha Thymidin syntetase. Nedbrytning av puriner til urinsyre.

Metabolisme oppsummering (2t): Metabolismens nettverk; de fleste metabolitter deles av flere enzymer. Fra makromolekyl til monomer (fordøyelse) av lipid, karbohydrater og proteiner. Skjebnen til monomerer etter opptak (fett, glukose, aminosyrer). Oversiktskart over stadiene i karbohydrat-, aminosyre-, nukleotid- og lipidmetabolismen. Metabolsk kontrollanalyse.

Biosignalering (2t): Generelle mekanismer for signaloverføring med eksempler: G-protein-koblede enzymer, reseptor enzymer, steroid hormoner. Regulering av cellesyklus, abnormaliteter i forbindelse med utvikling av kreft. Ulike mekanismer for regulering av enzymaktivitet og regulering av cellesyklus.

Hormoner og integrert metabolisme (2t): Beskrivelse av organer involvert i ormon-produksjon, klassifisering av hormoner etter struktur og lokalisering av reseptor. Eksempler på hormoner med ulike funksjoner. Hormoners rolle i regulering av metabolismen under ulike omstendigheter, eksemplifisert med glukagon, insulin, epinefrin og leptin.

Strukturen til eukaryot DNA (2 t): Watson & Crick struktur, DNA i eukaryoter er i cellekjernen, kromosomer, arrangering av gener, Histoner og nukleosomer, pakking av nukleosomer, mitotiske kromosomer, kromatin remodellering, nukleosomer er dynamiske, Eukromatin og heterokromatin, posttranslatorisk modifisering av histonhaler, histonkoden, inaktivering av X kromosomet

Fra DNA til RNA til protein hos eukaryoter, protein-folding og -degradering (2 t): Regulering av genuttrykk, ulike typer av RNA-molekyler og RNA polymeraser, struktur RNA polymeraser, promoter, terminator og transkripsjonssyklus. Sterke og svake promoterer og initiering av RNA-syntese. Generelle transkripsjonsfaktorer og prosessering av pre-mRNA, capping og polyadenylering, samt splicing. Transport av modne RNA-molekyler ut av kjernen. Danning av ribosomale subenheter i nukleoli, folding av proteiner, samt chaperoner og kvalitetskontroll av proteiner og proteasomal degradering av proteiner, samt autofag degradering av proteiner

Evolusjon av genom, RNA-verden og livets start (2 t): Hva er et gen og et genom? Forskjeller mellom genomer i ulike arter. Stabilitet, enkeltmutasjoner og større kromosomale endringer. Duplikasjoner, transposable elementer. Seleksjonspress, starten på liv og utvikling av genomer og gener

DNA reparasjon i prokaryoter og eukaryoter, og homolog rekombinasjon (2 t): DNA-skader, spontane endringer, årsaker til mutasjoner. Cellulære responser på DNA-skader, DNA som dobbelhelix gjør det lettere å oppdage feil. Ulike reparasjonssystemer: BER i prokaryoter og eukaryoter, NER i prokaryoter og eukaryoter, reparasjon av dobbelttrådbrudd, ikke-homolog end-joining og homolog rekombinasjon, samt reparasjon av feil som oppstår under DNA-syntese (Mismatch repair)

Gruppearbeid: Det avholdes 6 gruppeøvelser á 2 timer, som dekker de sentrale temaene i pensum.

Labøvelser: To obligatoriske lab. øvelser med innlevering av labjournal etter hver øvelse:

Labøvelse 1: Enzymkinetikk:

Denne øvelsen gir et innblikk i hvordan man eksperimentelt kan måle reaksjonshastigheten til et enzym og bestemme hastighetskonstantene Vm, Km og Vm /Km ved bruk av et Lineweaver-Burk plot. Studentene vil også lære hvordan kcat kan beregnes ut fra den eksperimentelt bestemte konstanten Vm da konsentrasjonen av enzym som benyttes i assay er kjent Enzymet som benyttes er gjær alkohol dehydrogenase som er et to-substrat enzym. Substratet er etanol og koenzymet er NAD+.

Labøvelse 2: Metabolisme: Elektrontransportkjeden og oksidativ fosforylering.

Denne øvelsen gir et innblikk i hvordan mitokondrier utfører elektrontransport og oksidativ fosforylering. Studentene skal blant annet se på hvordan ulike elektrondonorer, hemmere og andre faktorer påvirker elektrontransporthastigheten og ATP-syntesen. Prosessene studeres ved å tilføre stoffene til isolerte mitokondrier (respirasjonsmålinger) og cyanidforgiftede mitoplaster supplert med heterologt cytokrom c (spektrofotometriske målinger). Hastigheten av respirasjon/elektrontransport og graden av ATP syntese vil avhenge av elektronenes innfallsport (eller leveringssete) og hvorvidt de eventuelt blir hindret i å nå fram til den terminale (elektron)akseptoren. Koblingen mellom elektrontransport og ATP-syntese gjør at stoffer som påvirker sistnevnte indirekte også vil påvirke elektrontransporten.

Anbefalt forkunnskap: KJE-1001 og MBI-1002

Generell studiekompetanse eller realkompetanse + Matematikk R1 eller (S1+S2), i tillegg til ett av følgende fag:

• Matematikk (R1+R2)
• Fysikk (1+2)
• Kjemi (1+2)
• Biologi (1+2)
• Informasjonsteknologi (1+2)
• Geologi (1+2)
• Teknologi og forskningslære (1+2).

Søknadskode 9197 Enkeltemner i realfag, lavere grad. Kravkode REALFA

Kunnskaper:

Målet for emnet er å utvikle kunnskaper om metabolisme og informasjonsbiologi og deres betydning for organismers funksjon.

Etter endt kurs skal studenten kunne:

• Beskrive de sentrale trekk i energimetabolismen som gir opphav til ATP.
• Beskrive sammenhengen mellom reaksjonshastighet og substrat-konsentrasjon i en enzym-katalysert reaksjon, og betydningen av Michaelis-Menten ligningen.
• Beskrive hvordan kinetiske parametre bestemmes eksperimentelt, samt forskjellen mellom irreversibel og reversibel hemming.
• Beskrive hva som menes med kompetitiv, un-kompetitiv og miksed inhibering.
• Beskrive sentrale reaksjonsveier for nedbrytning og biosyntese av karbohydrater, aminosyrer, lipider og nukleotider.
• Gjøre rede for de underliggende mekanismer for replikasjon, transkripsjon og protein syntese, samt få en introduksjon til rekombinant DNA teknologi. Målet er å oppnå et integrert perspektiv, slik at man ser sammenhengen mellom metabolismen av ulike næringsstoffer og genregulering av enzymer involvert i metabolismen.
• Beskrive grunnlaget for eksperimentelle forsøk

Ferdigheter:

Etter endt kurs skal studenten kunne:

• Vise ferdigheter i praktisk laboratoriearbeid som skal belyse arbeidsmetoder og deler av stoffet.
• Vise evne til samarbeid, kommunikasjon under laboratorie- og gruppeundervisning
• Presentere fagstoff

Generell kompetanse:

Etter endt kurs skal studenten kunne:

• Gjøre bruk av kunnskap og ferdigheter og sette metabolismen av næringsstoffer i sammenheng med cellebiologiske prosesser som er gjennomgått i andre emner (for eksempel i cellebiologi).