Enzymkinetikk I

Ikke alle enzymer er proteiner; noen er RNA.
Hvorfor RNA?
Fordi RNA er en enkel kjede som kan folde og danne bindinger (basepar) med “seg selv” (egne baser).

Enzymer er involvert i alt. De funker ved at substrater fester seg til spesielle områder på enzymet (v/ svake krefter, hydrogenbindinger) og danner et enzym-substrat-kompleks. Denne prosessen 1) senker aktiviseringsenergien for reaksjonen mellom substrater og 2) øker sannsynlighet for at substrater møter hverandre. Enzymer er svært selektive.

  • Lås-og-nøkkelmodell (lock and key model)
    Gammel modell
    Bilderesultat for Lock and key model
  • Indusert-tilpasningsmodell (induced fit model)
    Ny modell
    Bilderesultat for Induced fit model

Enzymer trenger koenzymer og kofaktorer (vanskelig å skille, selv foreleser er usikker) for funksjonen. De kan enten være bundet løst: koenzym, kofaktor, eller sterkt: prostetisk gruppe.

  • Et inaktivt enzym uten kofaktor kalles et apoenzym
  • Et aktivt enzym med kofaktor kalles et holoenzym

Koenzymer er kofaktorer som endres i løpet av en reaksjon (e.g. NADPH, NADH, ATP). De er som substrater.

Enzymer er tilpasset omgivelsene sine (optimumstemperatur: fysiologisk 37, pH usw.). Hvordan overlever noen bakterier i 100 grader celsius? Mutasjoner i enzymene (e.g. aminosyrer) som motvirker de ekstreme forholdene,

Masseproduksjon av enzymer er en revolusjon. I vaskepulver er det mye av enzymet protease (fordi det er protein i mat). Hva kan du ikke vaske ull (eller e.g. silke) fordi ull består av proteiner.

Hva er den viktigste evolusjonære fordelen ved å ha magesyre?
Å drepe organiske organismer, uskaddeliggjøre fremmede agenser. I magesyren finner vi enzymer med lavere optimumspH (e.g. pepsin).

Glukokinase er et enzym som katalyserer reaksjonen fra glukose til glukose-6-fosfat. Vi finner det hovedsakelig i leveren, hypothalamus, og betacellene i bukspyttkjertelen. Heksokinase er et høyaffinitetsenzym (lav Km, Michaeliskonstant). Glukokinase er et lavaffinitetsenzym.

Jo høyere affinitet et enzym har til substratet, jo sterkere binding og kjappere reaksjon (bedre katalysator).


Foreleser: Sandip Kanse

Ressurser
Presentasjon

Aminosyrer og proteinstruktur

Proteinstruktur
I mennesker og i naturen er alle aminosyrer i L-form (stereoisomer). Vi skiller aminosyrer alltid ved R-gruppen (sidegruppen). Aminosyrer og proteiner kan virke som buffere rundt deres respektive pKa-verdier. Histadin har en pKa-verdi ~6 (nær nøytral pH). 

Hvor bindes aminosyrene sammen?
I ribosomene. Reaksjonen minker kaoset i systemet (entropien) betydelig. Aminosyrene går fra å flyte fritt i cytosol til å bli satt sammen i en spesifikk sekvens. Vi trenger energi og enzymer for at reaksjonen skal gå.

Enzymer katalyserer andre enzymer er ikke proteiner. Vi har tre enzymer i kroppen som er RNA-enzymer (trolig rester fra tidligere evolusjonær historie).

Peptidbindingen er en resonnerende “1.5”, delvis dobbeltbinding. Dette begrenser bevegeligheten til bindingen (derfor rett). Reaksjonen er en kondensasjonsreaksjon som spalter av et H2O-molekyl.

Naturens prinsipp: maksimering av stabilitet.

Proteiner kan denatureres av bl.a. temperatur, pH, og saltkonsentrasjon. Proteinets egenskaper er avhengig av foldningen. Små dipolkrefter samles i en slags “borrelåseffekt”: Van der Waal, hydrogenbindinger, polare samhandlinger, (disulfidbindinger, kovalente) usw.

  • Primærstruktur
    Aminosyrenes rekkefølge
  • Sekundærstruktur
    Alfaheliks, betaflak
    Hydrogenbindinger inni, hydrogenbindinger mellom
  • Tertiærstrukturen
    Komplekser av sekundærstrukturen
  • Kvartærstrukturen
    Flere polypeptider samler seg og danner multimerte proteiner

Sigdcelleanemi skyldes mutasjon i en aminosyre i hemoglobin (små forskjeller, store virkninger).


Foreleser: Sandip Kanse

Ressurser
Presentasjon

Enzymer

Katabolismen gir energi.

  • 1 etanol
    ~14 ATP
  • 1 glukose
    ~30 ATP

    GLU(C6H12O6) + 6O2 6CO2 + 6H2O
    dG = -2880 kJ/mol
    ADP + P(a) → ATP
    dG = 30 kJ / mol
    Teoretisk ville vi kunne fått ~100 ATP-molekyler fra ett glukose, dvs. at kroppen er ~30% effektiv. 

Ingen gjetning, vi vet så og si nøyaktig.

dG = dH – T*dS
dG change in available energy (free)
dH change in enthalpy of heat
T absolute temperature
dS change in entropy

G0: G under standard betingelser
G0′: G under standard fysiologiske / biokjemiske betingelser (e.g. pH 7)

dG0 = -RT*ln(Keq)
Keq likevektskonstant

Keq = [B]eq / [A]eq
[X]eq: likevektskonsentrasjon av X

Når konsentrasjonene ikke er ved likevekt:
dG = dG
0 + RTln([B]/[A])

ADP + P → ATP (atpsyntase)
Ved likevekt: 10 000 ADP og 1 ATP fordi ADP er mer stabilt (termodynamisk gunstig) enn ATP. Vi kan påvirke likevekten ved å hele tiden fjerne ATP fra systemet. 

Enzymer funker ikke ved å endre på en reaksjons iboende termodynamiske egenskaper (f.eks. G), men ved å bl.a. senke aktiveringsenergi eller øke sannsynlighet for fordelsaktige kollisjoner. Termodynamikk i seg selv kan ikke forutse reaksjonens hastighet, men den kan måles (eksperimentelt).

V: d[B] / dt = -d[A] / dt
V = k1 * [A]n – k-1*[B]n
k reaksjonskonstant

Hastigheten avhenger av mellomstadiumsbarrieren. Mellomstadiet har høyere energi enn både produkter og reaktanter (toppen av aktivasjonsenergikurven).

Fosforylering av glukose (glukose til glukose-6-fosfat) er den første reaksjonen i glykolysen og ikke-spontan. Energien for å overkomme aktiveringsenergien kommer fra ATP (koblede reaksjoner).

Ved koblede reaksjoner kan dG-verdiene adderes.

|G + P: ikke-spontan
|ATP: spontan
||G + ATP: spontan (men fortsatt behov for litt aktiveringsenergi og kan videre katalyseres av enzymer)

Hvorfor har vi enzymer som metaboliserer etanol?
Vi produserer tusenvis av molekyler i kroppen vår. Enzymene er en del av andre metabolske stier. Fermentering av mat i tarmen.


Foreleser: Sandip Kanse

Ressurser
Presentasjon

 

LSB: smågruppe uke 11

  1. Forklar hvorfor cellemembraner utgjør en diffusjonsbarriere for enkelte typer molekyler men ikke andre.
    Fordi cellemembranen består av et dobbelt lipidlag og er lite gjennomtrengelig for b.la. polare molekyler. Det er derfor membranen trenger porer og kanaler for ioner, vann, store makromolekyler usw. 
  2. Gi eksempler på hvilke transportmekanismer som kan regulere cellens pH. Til kasuistikken:
    – Na+/H+ antiportør
    – Na+HCO3-/Cl- antiportør
    – Cl-/HCO3- antiportør
    Antiporters.jpg
  3. Hvilke konsekvenser ville det ha dersom de tilførte væskene hadde annen osmolalitet enn den fysiologiske?
    Væsken hadde forstyrret det osmotiske trykket (høyere osmolalitet: lekke ut, lavere osmolalitet: lekke inn).
  4. Hva er hensikten med å gi albumin?
    Albumin gjør at væsken holdes inne i blodårene. Det er viktig å opprettholde kroppens osmotiske trykk sånn at plasma ikke diffunderer inn i kroppen. Hvorfor vente til dag to? På dag en er porene i blodåremembranene så store at alt som renner inn i kroppen kommer til å renne ut igjen. Da er det først og fremst viktig å erstatte tapt natrium og holde pasienten hydrert. Det osmotiske trykket består ikke bare av ioner, men også proteiner usw. 

Oppbygning av cellens membraner

  • Dobbelt fosfolipidlag (e.g. glycolipider, sfingolipider)
  • Proteiner
  • Porer
    E.g. akvaporiner
  • Kanaler
  • Kolesterol
    Kolesterol gjør at lipidmembranen blir mer rigid og dermed elastisk; elastiske materialer er et stadie mellom de flytende og faste
  • Lipid drafts
    Områder med mye kolesterol og er viktig for å bl.a. regulere bevegelsen av membranproteiner
  • Glykolipidlag
    Utenpå cellemembranen. Beskytter mot farlige endringer i pH. Viktig også for cellesignalisering

Transportprosesser for ulike molekyler over cellemembranen
Passive mekanismer

  • Diffusjon
  • Fasilitert diffusjon (ved bærermolekyler)
    Med konsentrasjonsgradient

Aktive mekanismer

  • Primærtransport
    Virker mot konsentrasjonsgradienten
  • Sekundærtransport
    Symport: molekyler utnytter en åpning som allerede eksisterer (mindre resistanse)
    Antiport: et molekyl beveger seg med konsentrasjonsgradienten (passivt), mens et annet bruker åpningen til å bevege seg mot den

Endo(inn)cytose og ekso(ut)cytose

Årsakene til at det er en skjevfordeling av ioner over cellemembranen
Ujevn fordeling av lekkende ionekanaler. Lipidmembranen er en god isolator. Ioner trenger derfor kanaler eller transportører for å komme seg gjennom.

Osmotiske krefter og cellens volumkontroll
Akvaporiner er med på å regulere vanninnholdet i en celle. Eksperiment: et froskeegg som er genmanipulert til å ha flere akvaporiner i cellemembranen vil svelle unormalt mye i vann.

Cellers pH-regulering og bufferkapasitet
To måter (Avhengig / Uavhengig av Na+)

  • H+ ut
    Na+/H+-antiportør. Na+ pumpes inn og H+ ut.
  • Bikarbonat (base) inn
    Cl- ut. NaHCO3 inn. Na+ frigjøres. HCO3- binder seg til H+ i lumen og danner H2CO3 (karbonsyre) som igjen kan reagere videre til H2O og CO2.

Uavhengig av Na+
Antiport: Cl- inn og HCO3- ut (for å utjevne alkalinitet).
H+ produseres i cellen hele tiden. HCO3 tar opp H+. Når bikarbonatkonsentrasjonen faller, begynner H+ å binde seg hyppigere med OH-.

Lysosomer
H+ kan pumpes inn i lysosomer ved primærtransport (energikrevende, ATP). pH i et lysosom er ~5. I cytosol er pH ~7.2.

Faktorer som bestemmer transporthastigheten av molekyler over korte avstander, samt de vanligste transportveier gjennom membranen

  • Avstand
  • Brownske bevegelser
  • Affinitet
  • Størrelse
  • Stoffkonsentrasjoner
  • Membranens overflate

Usw.

Syre/base, buffere og eksempler på pH-forstyrrelser (acidose)
Ved nyresvikt vil syreholdig urea usw. bli værende i kroppen. Laktat, H+-nivået går opp o glikevekten forskyves. pH i blodet øker. Den naturlige reaksjonen er å hyperventilere, men det er ikke nok i seg selv.


Foreleser: Laura Trachsel Moncho

Oppgaver
Ressurser

EXPHIL XV. DYDSETIKK

Dydsetikk er en tilnærming til etikk med røtter i Platon og Aristoteles og oppstod som en reaksjon til misnøye med utilitarisme og deontologi. 

Dydsetikk vs. “riktig handlingsetikk” (utilitarisme, deontologi usw.)

  1. Hva slags person bør jeg være? (dyd)
  2. Hva slags handling bør jeg gjøre? (handlingsetikk)

Siden kjernespørsmålene er forskjellige blir svarene selvsagt det også.

Dydsetikk:
Handlinger har utspring i personen. En god person vil aldri mene å utøve en “dårlig”, moralsk forkert handling.

1. Innholdsrikt etisk vokabular
Sier ikke bare at noe er “feil”, men f.eks. at det er “feigt” eller “arrogant”
2. Dydsetikken forstår menneskets etiske motivasjon
Følelser er viktige
Handlingsetikken ser typisk bort fra menneskets indre dimensjoner (ikke moralsk relevant)
3. Vektlegger oppdragelse og etisk dannelse
God moral kan læres

Handlinger fra dydsetikkens perspektiv er utstrakt i tid. Vi må se på tidligere og videre handlinger før vi kan bedømme om nåtidens er riktig. Handlinger er ikke isolerte hendelser (integritet får moralsk verdi).

  1. En handling er riktig om det er den handlingen en dydig aktør ville valgt
  2. En dydig aktør er en som handler dydig
    En som besitter dyder og utøver dem (ikke passiv, å motstå fra å være udydig ved å ikke gjøre noe overhodet er ikke tilstrekkelig)
  3. En dyd er et karaktertrekk et menneske trenger for å utfolde seg

Dyd og utfoldelse = riktig handling

  • Rett handling
  • Rett reaksjon
  • Rett følelsesliv

Tar hensyn til både kognitive og affektive faktorer

En person som vil og prøver å være snill, men ikke klarer å forstå hvordan er ikke dydig (med snillhet som dyd).

Barn må læres opp i dyd.

Et godt liv vil inneholde velbehag. Dyd er den viktigste delen av utfoldelsen som person. Utfoldelse er målet alle våre handlinger bør rettes mot.

Barn må læres opp i dyd.

Innvendinger til dydsetikken

  • Dydsetikk svarer ikke direkte på spørsmålet om handling: hva bør jeg gjøre?
    Vi trenger moralske forbilder (f.eks. Herkules eller andre fabler), men disse er ofte irrelevante i mange situasjoner
  • Vi vet ikke på forhånd hva dyder er
  • Dyd skal være objektivt, men er i praksis avhengig av kultur (dannet ved subjektivt konsensus)
  • Dydsetikken gir ingen løsning for når dyder kommer i konflikt med hverandre

Svar
Det at vi ikke på forhånd kan vite hva dyder er peker bare på at en liste over dyder ikke er gitt av teoriens struktur. Det betyr ikke at vi bare skal akseptere alle dyder for hver enkelt kultur uten videre. Deontologien har samme problem.

Konfliktinnvendingen
Deontologi har samme problemet. Vi må vurdere hele situasjonen for å finne ut av hilke dyder som er viktigst. Det at man legger merke til at en handling kan forstås som dydig er ikke tilstrekkelig for å handle.

Handlingsinnvendingen antar at en normativ teori er lett å anvende. Å finne ut av hva som er riktig er vanskelig.

Begrepsinnvendingen antar at etiske teorier ikke trenger begreper om hva som er godt eller etterstrebelsesverdig. Å finne ut av hva som er godt er viktig for å finne ut av riktig handling.

Abort
Typisk en avveining mellom fosterets status og kvinners rettigheter

Hursthouse
Kvinners rettigheter er ikke avgjørende for fosterets status. Det går an å gjøre noe lastefullt ved å utøve en rettighet. Vi trenger ikke å løse et vanskelig metafysisk spørsmål før vi har løst det etiske. Det som er viktig er de velkjente biologiske fakta om graviditet og barn.

  1. Graviditet er vanligvis et resultat av seksuelt samkvem
  2. Kvinner et i stand til å føde barn i lang tid
  3. Å føde er smertefullt og farlig
  4. Familiebånd er blant de sterkeste og dypeste
    Foreldre pleier å være lidenskapelig opptatt av sitt avkom
  5. Svangerskap er en alvorlig prosess
    Å avslutte et svangerskap er delvis å avslutte et nytt menneskeliv

Kvinner kan ikke beskrives som uansvarlige om de ønsker å slippe den fysiske byrden som følger svangerskap og fødsel.

Det å være en forelder er etterstrebelsesverdig i seg selv, men må ikke inngå i hvert godt menneskeliv. Om abort er moralsk forsvarlig har med intensjonen og hvorvidt den er knyttet til et etterstrebelsesverdig mål. Beauvoir handler ikke lastefullt ved å velge filosofi over barn. Abort bare for å “ha det gøy”, derimot er uforsvarlig da “å ha det gøy” ikke er et etterstrebelsesverdig mål (eller..?).

Skjer det noe ondt ved avslutningen av et menneskeliv? Selv om beslutningen er moralsk rett er det likevel grunner til å føle skyld.


Foreleser: Franco Trivigno

Membrantransport

endoexo.png

  • Eksocytose
    Intracellulære vesikler smelter sammen med cellemembranen og frigjør innholdet sitt til ekstracellulært rom
    Eksocytose tilfører lipider og proteiner og gjør at cellemembranens areal øker.
  • Endocytose
    Opptak av innhold fra ekstracellulært rom ved innvaginering av cellemembranen
    Endocytose gjør at cellemembranens areal minker.

Kiss and run
Kiss and Run.gif

kiss-and-run1.png

Cellemembranens hvilespenning er på ~-70mv. Vi finner Na+ hovedsakelig utenfor og K+ innenfor. Det er flere K+ lekkekanaler enn for Na+. Når K+ lekker ut blir det mer negativt inni cellen enn utenfor (likevektspotensialet for K+ er ~-90mv). Hvilespenningen er ~-70mv på grunn av Na+ som lekker inn. Na+/K+-pumpen opprettholder hvilepotensialet.

  • Intracellulært
    K+ og andre organiske anioner
  • Ekstracellulært
    Na+, Cl-, Ca2+

Elektrokjemisk potensiale for et ion kan regnes ut ved:
μ = RTln(co/ci) + zFEm
μ= potensial
R = universell gasskonstant
T= absolut ttemperatur
C = konsentrasjon på innside (i) og utside (o)
z = ionets ladning
F = Faradays konstant
Em = elektrisk potensialforskjell over membran

Ved elektrokjemisk likevekt skjer det ingen netto forflytning av ionet

Nernst likning gir likevektspotensialet til ionet (Em)
nernst.png

  • Ionet vil diffundere mot en elektrokjemisk likevekt (gjennom ionekanaler)
  • Ioner med størst permiabilitet får størst effekt på membranpotensialet
    K+ som regel viktigst i kroppen (lekkasjestrøm)

Dersom likevekten var fordelt presist slik Gibbs-Donnan-modellen forutser ville vi fått et osmotisk trykk inn i cellen (pg.a. flere molekyler på innsiden). Dette får vi ikke fordi:

  • Cellen tåler ikke for stor innstrømning av vann.
  • Negativt ladde proteiner intracellulært balanseres av ekstracellulært Na+.
  • Lekkasje av Na+ over membranen pumpes ut igjen av Na+/K+-atpase (som er viktig for reguleringen av cellevolum).

Hvordan kan celler motvirke akutte volumforandringer?

  • Eksocytose
    Spleise direkte med cellemembranen (totalspleising, ikke kyss og bail)
    Om Na+/K+-ATPase hemmes, f.eks. av ouabain, vil cellene svelle
  • Akkumulering av nøytrale aminosyrer inni cellen
    Produseres ved cellemetabolisme og påvirker ikke enzymfunksjon slik økte Ca2+/Na+-nivåer gjør
  • Regulering av vannkanaler (akvaporiner)

Foreleser: Linda Hildegard Bergersen

Ressurser
Presentasjon

Vanntransport, osmose, cellevolum

Cellemembranen består av porer og kanaler (glidende overgang)

  • Porer
    Noen er alltid åpne
    Brede nok til å slippe inn makromolekyler (f.eks. akvaporin, mitokondrisk pore usw.)
  • Kanaler
    Kan reguleres ved stimulus eller åpen hele tiden (lekkasjekanal)
    Brede nok bare for ioner (smale)

Kanaler hver som seg er selektive for f.eks. Na+, Cl-, K+, Ca2+, dvs. deltaker kun i sine egne prosesser. De diskriminerer på størrelse og polaritet. Vann klinger seg til ioners overflate og øker totalstørrelsen (fører også vann inn gjennom ionekanaler).

Hva menes med stimulus?

  1. Elektrisk spenning
  2. Signalmolekyl
  3. Strekk i cellemembran

Aktiveringen er binær, altså ikke gradert (enten aktiv eller ikke), og forbigående, dvs. selvavsluttende.

Eksempel:
Slangegift lammer ofrene sine ved å regulere acetylkolinreseptorer (Na+ og K+ | viktig for nervesystemets funksjon).

Gap junctions: åpne celleforbindelser  (direkte kobling). Permeable for organiske molekyler. Viktig for b.la. at molekyler og ioner skal kunne passere direkte til neste celle uten å gå via ekstracellulærmediet. 

Vi har 13 typer akvaporiner som er forskjellige fra celle til celle (isoformer). De kan slippe gjennom opp til ~ 3*10^9 (3 milliarder) H2O-molekyler i sekundet. Utsiden av poren er hydrofob og innsiden hydrofil.

Vann har tre måter å slippe gjennom plasmamembranen:

  • Akvaporiner
  • Vannfylte ionekanaler (ved hydrasjonsskall, taxi / Uber)
  • Mellom fosfolipidene
    Meget langsomt

Transport ved bærerproteiner

  • Fasilitert diffusjon
    En passiv prosess
  • Primær og sekundær aktiv transport
    Primær: bruker ATP (f.eks. Na+-K+-ATPase)
    Sekundær: bruker elektrokjemisk gradient, kotransportører, utvekslere (f.eks. Na+-Ca2+-utveksler)

Glukosetransportører følger konsentrasjonsgradienten. I andre organer finnes det andre transportører enn for bare glukose siden hjerne og hjerte prioriteres ved f.eks. faste (mangel). Da må de andre organene kunne sustinere seg på andre energikilder.

Aktiv transport går mot konsentrasjonsgradienten (eller elektrokjemisk gradient) og er derfor en energikrevende prosess.

Høyere affinitet => lettere binding => raskere diffundering. Transportører kan mettes.

Kotransportører (symport): to stoffer i samme retning
Utvekslere (antiport): to stoffer i motsatt retning

Hvordan klarer cellen å øke overflaten ved volumøkning?

  • Folde ut overflatestrukturer
  • Endre fasong (mer som kule)
  • Spleise endomembraner (ved eksocytose)
  • Strekking av lipidlaget (~3%)

ForeleserLinda Hildegard Bergersen

Ressurser
Presentasjon