Mitokondriesykdom og Kearns-Sayre syndrom
Lov på eksamen
- Kalkulator
- CAS
- Graftegner og regneark
- Lærebok, formelsamling og egne notater
Ikke åpent internett, kommunikasjon med andre eller kunstig intelligens.
Kan den løses uten PC?
Alle deloppgavene kan løses uten PC.
Fra 2027 er det bare kalkulator og skriftlige hjelpemidler på del 2. Vurderingen er gjort med KI og kan inneholde feil.
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
Noen sykdommer hos mennesket skyldes at mitokondriene ikke fungerer som de skal. Én av disse sykdommene skyldes en mutasjon i et gen som koder for et tRNA-molekyl. Mutasjonen endrer baserekkefølgen i antikodonet til tRNA-molekylet, og resultatet er ikke-funksjonelle proteiner i mitokondriene.
Forklar hvorfor endringer i antikodonet til et tRNA-molekyl kan føre til at det dannes ikke-funksjonelle proteiner.
Konsentrasjonen av melkesyre i blodet blir ofte målt for å stille diagnose om mitokondriesykdom. Beskriv hvordan mitokondriesykdom kan føre til økt konsentrasjon av melkesyre i blodet.
De fleste mitokondriesykdommer skyldes mutasjoner i DNA i cellekjernen. Mitokondriene har også eget DNA, mtDNA, og noen mitokondriesykdommer skyldes mutasjoner i mtDNA. Vi arver mitokondriene bare fra mødrene våre. Figuren under viser forekomsten av mitokondriesykdom i familie A og i familie B.
I hvilken familie, A eller B, er arv av mtDNA mest sannsynlig årsaken til sykdommen? Bruk informasjonen ovenfor og kunnskaper om arv til å begrunne svaret ditt.
mtDNA består av ett sirkulært (ringformet) kromosom på cirka 17 000 basepar. Kearns-Sayre syndrom er en mitokondriesykdom som skyldes en delesjon på cirka 5000 basepar i mtDNA, slik at det sirkulære kromosomet med delesjonen har cirka 12 000 basepar.
mtDNA fra mange mitokondrier i en celle ble kuttet med restriksjonsenzym, deretter ble mtDNA-fragmentene skilt ved gelelektroforese.
Tenk deg at cellen inneholder både mitokondrier med delesjonen i mtDNA og mitokondrier med normalt mtDNA. Tegn en figur av en gel som viser resultatet av gelelektroforesen. Skriv en figurtekst der du forklarer resultatet.
Fasit
Antikodonet bestemmer hvilket kodon på mRNA tRNA-molekylet binder seg til, mens aminosyren tRNA-et bærer, er den samme som før. Et endret antikodon gir derfor feil aminosyre på de stedene i proteinet der dette kodonet står. Proteinet får feil aminosyrerekkefølge, folder seg feil og mister funksjonen sin.
Mitokondriene står for sitronsyresyklusen og elektrontransportkjeden. Når de ikke virker, hoper pyrodruesyre fra glykolysen seg opp, og cellene må bruke melkesyregjæring for å lage ATP og regenerere . Melkesyra går ut i blodet, og konsentrasjonen stiger.
Familie A. Der får alle barna til en syk mor sykdommen, mens ingen av barna til en syk far får den. Det stemmer med at mtDNA bare arves fra mora. I familie B har en syk far en syk datter, og en syk mor har friske barn.
Gelen viser tre bånd: ett kraftig bånd fra fragmentet som er likt i begge typene mtDNA, ett bånd fra det andre fragmentet i normalt mtDNA, og ett bånd 5000 basepar lenger nede fra det samme fragmentet i mtDNA med delesjonen.
LøsningsforslagKI-generert
Under translasjonen binder tRNA-molekylene seg til mRNA i ribosomet. Antikodonet er de tre basene på tRNA-molekylet som baseparer med kodonet på mRNA. Antikodonet bestemmer altså hvilket kodon tRNA-et kjenner igjen.
Hvilken aminosyre et tRNA-molekyl frakter, blir bestemt når aminosyren kobles på tRNA-et av et eget enzym. Enzymet kjenner igjen formen på resten av tRNA-molekylet, ikke bare antikodonet. En mutasjon i antikodonet endrer derfor hvilket kodon tRNA-et binder seg til, men ikke hvilken aminosyre det har med seg.
Resultatet er at tRNA-et setter inn sin aminosyre på feil sted i polypeptidkjeden, nemlig overalt der det nye kodonet står. Aminosyrerekkefølgen (primærstrukturen) blir feil.
Aminosyrerekkefølgen bestemmer hvordan proteinet folder seg. Med feil aminosyre på flere steder får proteinet feil tredimensjonal form, og da mister det funksjonen sin. Er proteinet et enzym, blir det aktive setet ødelagt. Siden det samme tRNA-et brukes i alle proteiner som mitokondriet lager, kan mange ulike proteiner bli ikke-funksjonelle samtidig.
Mitokondriene er stedet for sitronsyresyklusen og elektrontransportkjeden, altså den delen av celleåndinga som krever oksygen og gir mest ATP.
Når mitokondriene ikke fungerer, stopper elektrontransportkjeden opp. og blir ikke oksidert tilbake til og , og sitronsyresyklusen bremser. Pyrodruesyra (pyruvat) fra glykolysen blir ikke tatt inn i sitronsyresyklusen, og hoper seg opp i cytoplasmaet.
Cellene får dermed altfor lite ATP fra den aerobe celleåndinga, og må dekke energibehovet med glykolysen. Glykolysen kan bare fortsette hvis cellen hele tiden lager nytt , og det gjør den ved melkesyregjæring:
Melkesyra blir skilt ut fra cellene og transportert med blodet. Når mange celler i kroppen driver melkesyregjæring hele tiden, blir det dannet mer melkesyre enn leveren klarer å bryte ned. Konsentrasjonen av melkesyre i blodet stiger derfor, og det kan måles som et tegn på mitokondriesykdom.
Mitokondriene, og dermed mtDNA, arves bare fra mora. Det gir et tydelig arvemønster: alle barna til en syk kvinne blir syke, uansett kjønn, mens ingen av barna til en syk mann blir syke.
Familie A følger dette mønsteret helt. Den syke kvinnen i første generasjon har to barn, en datter og en sønn, og begge er syke. Den syke datteren hennes får tre barn, og alle tre er syke. Den syke kvinnen i tredje generasjon får to barn, og begge er syke.
Samtidig gir ingen av de syke mennene i familie A sykdommen videre: den syke sønnen i andre generasjon har to friske døtre, og den syke mannen i tredje generasjon har to friske barn.
Familie B følger ikke mønsteret. Den syke kvinnen i første generasjon har tre barn, men bare to av dem er syke. Den syke datteren hennes får to barn, og bare det ene er sykt. Viktigst er at den syke sønnen i andre generasjon, som har en frisk kone, får en syk datter. En syk far kan ikke gi mitokondriesykdom videre, siden barna ikke arver mitokondrier fra ham.
Arv av mtDNA er derfor mest sannsynlig årsaken til sykdommen i familie A. I familie B skyldes sykdommen sannsynligvis en mutasjon i DNA i cellekjernen, for eksempel med autosomal dominant arvegang.
mtDNA er et sirkulært kromosom med to restriksjonsseter. Når restriksjonsenzymet kutter begge stedene, blir sirkelen delt i to fragmenter.
Av figuren ser vi at delesjonen på 5000 basepar ligger mellom de to restriksjonssetene, altså inne i bare det ene av de to fragmentene. Det andre fragmentet blir derfor nøyaktig like langt i normalt mtDNA og i mtDNA med delesjonen.
Cellen inneholder begge typene mitokondrier, så prøven inneholder tre ulike fragmentlengder. I gelelektroforesen vandrer DNA-fragmentene mot den positive polen, og korte fragmenter vandrer lengst fordi de kommer lettest gjennom gelen. Vi får derfor tre bånd.
Figurtekst: DNA er negativt ladd og vandrer mot den positive polen, og de korteste fragmentene kommer lengst fordi de lettest slipper gjennom gelen. Gelen viser tre bånd. Det øverste båndet er fragmentet fra den delen av mtDNA-et som ikke inneholder delesjonen. Dette fragmentet er like langt i begge typene mtDNA, og båndet blir derfor ekstra kraftig fordi DNA fra både normale mitokondrier og mitokondrier med delesjon samler seg der. De to nederste båndene er de to utgavene av det andre fragmentet: det øverste av dem kommer fra normalt mtDNA, og det nederste kommer fra mtDNA med delesjonen. Det siste er 5000 basepar kortere og vandrer derfor lengst ned i gelen.