Oulun yliopiston biokemian koulutusohjelman valintakoe 22.5.2015 Nimi: Ota henkilötodistus mukaasi jättäessäsi vastauspaperin. Kysymyksiin vastataan suomeksi. Osa 1 Aineistotehtävä. Vastaa vain varattuun tilaan; vastauslaatikon ulkopuolisia kuvia tai tekstiä ei hyväksytä vastaukseksi. Tämän osion vääristä vastauksista EI tule miinuspisteitä. Tehtävä 1. Tämä tehtävä käsittää sivut 1-5. Vastaa tehtäviin valintakoekirjan, lukion biologian tietojesi ja oheisen tekstin tietojen pohjalta. Kysymyksiin vastataan suomeksi, vaikka osa annetusta aineistosta on englanniksi. (9 p) Solua ympäröi solukalvo. Lisäksi solussa on useita erilaisia soluelimiä, kuten mm. tuma, mitokondrio ja endoplasmakalvosto (ER), sekä erillisiä kalvorakkuloita, joita kaikkia ympäröi solukalvon kanssa hyvin samanlainen kalvo (ko. kalvojen perusrakenne on itse asiassa identtinen). Solun kalvorakenteet voivat yhdistyä tai niistä voi kuroutua irti kalvon ympäröimiä rakkuloita. Tätä kutsutaan kalvoliikenteeksi (engl. vesicle traffic). Tästä on kuvia sivulla 3. Golgin laite koostuu päällekkäisistä kelmupusseista (engl. cisternae), joiden reunoilta kuroutuu irti kalvorakkuloita. Rakenteellisesti Golgin laite koostuu erilaista osista, joilla on selkeä polaarisuus eli suunta, ns. cis-trans-polarisaatio. Golgin laite muistuttaa läheisesti endoplasmakalvostoa, ja sitä on pidetty myös endoplasmakalvoston erilaistuneena alueena. Solussa saattaa olla useita Golgin laitteita. Proteins from the ER enter the Golgi at its cis face, which is located towards the ER. Proteins are then transported through the Golgi and they exit from its trans face. As they pass through the Golgi, proteins are modified and sorted for transport to their eventual destinations within the cell. Distinct processing and sorting events appear to take place in an ordered sequence within different regions of the Golgi complex, so the Golgi is usually considered to consist of multiple discrete compartments. Although the number of such compartments has not been established, the Golgi is most commonly viewed as consisting of four functionally distinct regions: the cisgolgi network, the Golgi stack (which is divided into the medial and trans subcompartments), and the transgolgi network. Proteins from the ER are transported to the ER-Golgi intermediate compartment and then enter the Golgi apparatus at the cis Golgi network. They then progress to the medial and trans compartments of the Golgi stack, within which most metabolic activities of the Golgi apparatus take place. The modified proteins, lipids, and polysaccharides then move to the trans Golgi network, which acts as a sorting and distribution center, directing molecular traffic to lysosomes, the plasma membrane, or the cell exterior. 1
Although the Golgi apparatus was first described over 100 years ago, the mechanism by which proteins move through the Golgi apparatus has still not been established and is an area of controversy among cell biologists. One possibility is that transport vesicles carry proteins between the cisternae of the Golgi compartments. However, there is considerable experimental support for an alternative model proposing that proteins are simply carried through compartments of the Golgi within the Golgi cisternae, which gradually mature and progressively move through the Golgi in the cis to trans direction. Proteins, as well as lipids and polysaccharides, are transported from the Golgi apparatus to their final destinations through the secretory pathway. This involves the sorting of proteins into different kinds of transport vesicles, which bud from the trans Golgi network and deliver their contents to the appropriate cellular locations. Some proteins are carried from the Golgi to the plasma membrane by a constitutive secretory pathway, which accounts for the incorporation of new proteins and lipids into the plasma membrane, as well as for the continuous secretion of proteins from the cell. Other proteins are transported to the cell surface by a distinct pathway of regulated secretion or are specifically targeted to other intracellular destinations, such as lysosomes in animal cells or vacuoles in yeast. Proteins that function within the Golgi apparatus must be retained within that organelle, rather than being transported along the secretory pathway. In contrast to the ER, all of the proteins retained within the Golgi complex are associated with the Golgi membrane rather than being soluble proteins within the lumen. The signals responsible for retention of some proteins within the Golgi have been localized to their transmembrane domains, which retain proteins within the Golgi apparatus by preventing them from being packaged in the transport vesicles that leave the trans Golgi network. 2
kalvorakkula (engl. vesicle) solukalvo (engl. plasma membrane) kalvorakkula ja solukalvo yhdistyvät yhdeksi kalvoksi jos kuvaa katsoo alhaalta ylöspäin, hahmottuu käänteinen tapahtuma, jossa kalvorakkula kuroutuu irti solukalvosta kuroutuminen ja yhdistyminen voivat tapahtua sekä sisältä ulos että ulkoa sisälle sama asia, mikä tässä kuvassa on esitetty kalvorakkulalle ja solukalvolle, tapahtuu useiden eri soluelimien ympärillä olevien kalvojen kesken Joitakin kalvon ympäröimiä soluelimiä: tuma endoplasmakalvosto (ER) Golgin laite (engl. Golgi apparatus) kalvorakkuloita 3
Vastaa seuraaviin kysymyksiin: A. Mitä tehtäviä Golgin laitteella on soluissa? Golgin laiteessa muokataan proteiineja, lipidejä ja polysakkarideja, jotka lajitellaan ja kuljetetaan sieltä eri kohteisiin, esim- lysosomeihin, solukalvolle ja solun ulkopuolelle. B. On esitetty kaksi mallia yksittäisen proteiinin kulkeutumiselle ER:stä Golgin läpi. Selvitä ne lyhyesti. 1) Kalvorakkulat kuljettavat proteiineja Golgin kelmupussien välillä 2) Proteiinit kulkevat Golgin osastosta toiseen kelmupussien sisällä, jotka vähitellen kypsyvät ja liikkuvat Golgin läpi cis-trans suunnassa. 4
C. Miten mahdollistuu Golgin sisäisten proteiinien pysyminen Golgissa? Kaikki Golgin proteiinit ovat liittyneinä Golgin kalvoon. Osalla Golgin proteiinien transmembraaniosassa on retentiosignaali, joka estää proteiinin pakkaamisen kalvorakkuloihin kuljetusta varten ulos Golgista. 5
Osa 2 Tehtävät 2-13. Oikein/väärin-väittämät. Merkitse rastilla, onko väittämä oikein O vai väärin V. Kaikissa oikein/väärin-väittämissä oikea vastaus antaa +1 p, väärä vastaus 0,5 p, tyhjä vastaus 0 p. Maksimipisteet tästä osiosta on 12 p. 2. Rasvojen energiapitoisuus massayksikköä kohti laskettuna on suurempi kuin hiilihydraateilla. OIKEIN (s.36) 3. ATP on solun energiaa varastoiva molekyyli, joka energian luovuttamisen lisäksi osallistuu solun tiedonvälitykseen. OIKEIN (s. 15) 4. Lääkeaine voi olla toimiva siksi, että sen muoto muistuttaa lääkkeen kohdeproteiiniin normaalistikin sitoutuvien molekyylien muotoa. O V [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] OIKEIN (s. 30) 5. Kalvoproteiinit kiinnityvät kalvoon hydrofiilisellä ankkurilla [ ] [ ] VÄÄRIN (s. 166. kiinnittyvät hydrofobisella ankkurilla) 6. Aivojen ja hermoston toiminnalle välttämätön adrenaliini on [ ] [ ] aminohappojohdannainen. OIKEIN (s. 157) 7. Typpioksidi on kaasumainen viestimolekyyli. [ ] [ ] OIKEIN (s. 157) 8. Geenien transkriptiota lähetti-rna:ksi ohjaa DNA polymeraasi II. [ ] [ ] VÄÄRIN (s. 183, RNA polymeraasi II) 9. Transkriptiotekijöiden kiinnittymiskohdat voivat sijaita kaukana ensimmäisen eksonin aloituskohdasta sen 5 puolella. [ ] [ ] OIKEIN (s. 185) 10. Kuljetusrakkuloiden lisäksi mikrotubuluksia pitkin voi kulkea myös soluja. [ ] [ ] VÄÄRIN (s. 212, pitkin voi kulkea myös soluorganellejä) 11. Kolibakteerin DNA on rengasmainen molekyyli [ ] [ ] OIKEIN (s. 85) 6
12. Metabolia toimii siten, että hyvin moninainen joukko hajotettavia molekyylejä tuottaa vastaavan määrän erilaisia lopputuotteita. VÄÄRIN (s. 97, harvalukuisen määrän lopputuotteita.) 13. Nukleiinihappojen synteesi syöpäsoluissa on hitaampaa kuin terveissä soluissa. VÄÄRIN( s. 61,.on voimakasta nopeasti jakautuvissa soluissa kuten syöpäsolut.) O V [ ] [ ] [ ] [ ] 7
Osa 3 Muut tehtävät. Vastaa vain varattuun tilaan; vastauslaatikon ulkopuolisia kuvia tai tekstiä ei hyväksytä vastaukseksi. Tämän osion vääristä vastauksista EI tule miinuspisteitä. Tehtävä 14. Entsyymien toimintaa eli aktiivisuutta solussa säädellään monella eri tavalla, jotka on lueteltu alla. Kerro vapaavalintaisesti neljän eri säätömekanismin toiminnasta. Tehtävä jatkuu seuraavalla sivulla. (4 p) A. Substraattisäätö Aktiivisuutta säätelee substraatin tai koentsyymin saatavuus, s. 74-77 B. Inhibiittorien läsnäolo Inhibiittori estää entsyymin toiminnan, s. 74-77 Esim. kilpailevassa inhibitiossa substraatti ja inhibiittori kilpailevat sitoutumisesta entsyymin aktiiviseen kohtaan C. Pitkäkestoiset sopeuttamismekanismit Entsyymin geenin ilmaisun aktivaatio tai esto, usein vasteena aineenvaihduntatuotteiden pitoisuuteen soluissa, s. 74-77 8
Tehtävä 14. jatkuu D. Allosteerinen säätö Allosteeriset aktivaattorit ja estäjät, s. 74-77 Allosteerinen vaikuttajamolekyyli saa entsyymiin sitoutuessaan aikaan konformaation muutoksen, joka vaikuttaa entsyymin aktiivisuuteen E. Entsyymien kovalenttinen säätö Entsyymin geenin ilmaisun aktivaatio tai esto, usein vasteena aineenvaihduntatuotteiden pitoisuuteen soluissa, s. 74-77 F. Hormonaalinen säätö Toimii erityisesti kovalenttisen ja /tai geenien ilmaisun kautta, s. 74-77 9
Tehtävä 15. Mikä merkitys alla luetelluilla asioilla on proteiinien kuljetuksessa solun pinnalle tai solun sisällä. (2,5 p) A. Signaalijakso Ohjaa proteiinit endoplasmakalvoston sisälle s.198 B. KDEL-jakso Tarvitaan proteiinien pysymiseen endoplasmakalvostossa s. 198 C. Mannoosi-6-fosfaatti Tarvitaan proteiinien ohjautumiseen (trans-golgista) lysosomeihin s.198 10
Tehtävä 15. jatkuu D. Lipidikalvon ympäröimä rakkula Kuljettavat proteiineja solun sisällä s.198 E. ERAD-järjestelmä Virheellisesti laskostuneiden proteiinien hajotus s. 200 11
Tehtävä 16. Vasemmalla on lista erilaisista molekyyleistä ja oikealla lista seitsemästä sidostyypistä (A-G). Merkitse vasemmalla olevan molekyylin vieressä olevaan laatikkoon kirjaimella, mitä sidoksia (A-G) molekyylissä voi esiintyä. Huomaa, että yhtä sidostyyppiä voi esiintyä useammassa eri molekyylissä ja joissain molekyyleissä voi olla useampia eri sidostyyppejä. Lisäksi alla on kuvia listassa olevista molekyyleistä. Kirjoita kunkin alla olevan kuvalaatikon sisään mistä molekyylistä on kyse. (4 p) Molekyylit: proteiini disakkaridi ( s. 34) ( s. 55; sekund. & tert.rakenne polypeptidiketjujen välinen sidos s. 64) triasyyliglyseroli ( s. 36-37) B, C, D, G F E Sidostyypit: A. Fosfodiesterisidos B. Peptidisidos C. Ionisidos D. Vetysidos komplementaariset nukleotidit (DNA s. 41) DNA-molekyyli (DNA-ketju, komp. nukleotidit s. 41) A, D D E. Esterisidos F. (1 4) glykosidisidos G. Rikkisilta Proteiini Triasyyliglyseroli Disakkaridi DNA-molekyyli Proteiini Proteiini Komplementaariset nukleotidit 12
Tehtävä 17. Kuvassa on kaksi reaktionopeuskuvaajaa, joissa molemmissa samasta lähtöaineesta X syntyy reaktiotuotetta Y. (3,5 p) A. Merkitse alla olevien kuvaajien 1) ja 2) laatikoihin lähtöaine (X), reaktiotuote (Y) ja reaktion etenemissuunta (nuoli). energiakynnys 1) 2) G G energiakynnys X X Y reaktion etenemissuunta Y reaktion etenemissuunta B. Mitä tarkoittavat suureet G ja G? vapaa energia ja vapaan energian muutos s. 10 C. Mitä tarkoitetaan energiakynnyksellä eli aktivaatioenergialla ja miten se vaikuttaa reaktion etenemiseen? Piirrä ja nimeä energiakynnys kuvaajiin 1) ja 2). Energiakynnys rajoittaa reaktion etenemistä ja reagoivien aineiden on ylitettävä se, jotta reaktio voisi edetä eli reaktio tarvitsee lisäenergiaa käynnistyäkseen. Reaktio on sitä hitaampi, mitä suurempi energiakynnys ts. aktivaatioenergia on. s. 23 D. Miksi kuvaajissa 1) ja 2) olevat reaktionopeuskuvaajat eroavat toisistaan? Kuvaajan 2) reaktioon on todennäköisesti lisätty entsyymiä (katalyytti) katalysoimaan reaktiota, joka laskee reaktion aktivaatioenergiaa ja nopeuttaa siten reaktiota. s. 23 13
Tehtävä 18. Selitä lyhyesti (4p): A. Mitä tarkoitetaan solujen polarisaatiolla? Solukalvot eivät ole joka pinnalla samanlaisia. s.199 B. Mitä eroa on aktiivisella ja passiivisella kuljetuksella kalvon läpi? Aktiivisessa kuljetuksessa siirretään aine konsentraatiogradienttia vastaan. Aktiivinen kuljetus vaatii energiaa. Passiivinen kuljetus tapahtuu pitoisuusgradientin suuntaisesti. Ei tarvita erityistä energianlähdettä. s. 168, s. 172 14
Tehtävä 18. jatkuu C. Mikä merkitys on ubikitiinin liitämisellä proteiiniin? Ubikitiinin liittäminen proteiiniin on yleisin tapa ohjata proteiineja proteasomiin, jonka avulla eukaryoottisolut hajottavat omia proteiinejaan. s. 200 D. Määrittele käsite makromolekyyli ja anna siitä esimerkki. Makromolekyylit ovat suuria molekyylejä, polymeerejä, jotka koostuvat monomeereistä -proteiinit, nukleiinihapot, polysakkaridit s.19 15
Tehtävä 19. On esitetty, että eliökunnan kolmella luokalla aitotumalliset, arkkieliöt ja bakteerit olisi ollut yhteinen kantamuoto, LUCA (last universal common ancestor; viimeinen yhteinen kantamuoto). Selvitä lyhyesti (2p): a) Miten asiaa on tutkittu, eli mihin hypoteesi perustuu? Verrataan geenisekvenssejä, esim. ribosomaalisen RNA:n geenejä. Mitä erilaisempia eri lajien geenisekvenssit ovat, sitä kauempana toisistaan ne ovat eliöiden sukupuussa. s. 84 b) Mikä asia saattaa vääristää kohdan a) tuloksia? Eliöiden tiedetään pystyvän horisontaaliseen geeninsiirtoon, jossa geenejä siirtyy eliöltä toiselle. Tällöin samankaltaisen geenisekvenssin löytyminen eri eliöiltä ei välttämättä todista polveutumista yhteisestä kantamuodosta. s. 84 16
Tehtävä 20. Oheisessa kuvassa on pieni osa energia-aineenvaihduntaa: Vastaa seuraaviin kysymyksiin (3 p): a) Millainen aine on glykogeeni ja mikä sen tehtävä on? s. 21 : Solujen sokerivarasto, glykogeeni, hajoaa glukoosiksi solujen energiatarpeen mukaisesti. s. 34 : polysakkaridi; glukoosipolymeeri; pääasiassa 1>4-sidoksilla, mutta voimakkaasti haaroittunut 1>6-sidoksilla 17
Tehtävä 20. jatkuu b) Kuvaile lyhyesti glukoositransportteria molekyylinä ja miten se toimii. s. 101 (tehtävän kuva) s. 169-170 Glukoosikuljettaja on passiivinen kuljettaja eli kalvoproteiini, joka sitoo glukoosia saman tyyppisesti kuin entsyymit sitovat substraattia ja helpottaa täten glukoosin diffuusiota solukalvon läpi. c) Mikä yhdiste luovuttaa kuvan mukaisesti fosfaattiryhmän glukoosille? s. 14 ATP >> ADP + Pi 18
Tehtävä 21. Rasvahapot ovat yhdisteitä, joissa on karboksyyliryhmä yhdistyneenä hiilivetyketjuun. Karboksyyliryhmän hiili on hiili numero 1 ja rasvahapon muut hiilet numeroidaan siitä eteenpäin hiilivetyketjun loppuun asti. Eri rasvahappojen hiilivetyketjun pituus vaihtelee ja siinä voi olla myös kaksoissidoksia (tyydyttymättömät rasvahapot). Rasvahappojen systemaattinen nimeäminen tapahtuu seuraavien sääntöjen ja oheisen esimerkin mukaan: - ilmoitetaan hiilten lukumäärä - ilmoitetaan kaksoissidosten lukumäärä - ilmoitetaan kaksoissidosten isomeria (cis tai trans) - ilmoitetaan kaksoissidosten paikka (monennenko hiilen jälkeen) esimerkki: 16:1 cis Δ 9 Tehtävä (1 p): Piirrä seuraavan rasvahapon kemiallinen kaava: 12:2 trans Δ 7, cis Δ 10 s. 26 cis-trans-isomeria s. 37-38 rasvahapon kaava s. 147 rasvahappojen nimeämisen säännöt 19