Cellemembraner – portvokteren rundt cellen – eksamensoppgaver med fasit

Eksamensoppgaver – kapittel 4: Cellemembranene

Oppgave 1 (6 poeng)

Beskriv oppbyggingen av fosfolipid-dobbeltlaget og forklar den flytende mosaikk-modellen. Inkluder i svaret ditt: fosfolipidets struktur, hvorfor dobbeltlaget dannes spontant, proteinenes plassering og kolesterolets rolle.

Fosfolipidets struktur (2 p): Et fosfolipid består av et hydrofillt hode (fosfatgruppe, glyserol og f.eks. kolin) og to hydrofobe haler (fettsyrekjeder). Fordi molekylet har begge egenskaper, er det amfipatisk.

Spontan dannelse av dobbeltlag (1 p): I vandig miljø pakkes fosfolipidene med hodene mot vannfasene og halene innover, fordi dette minimerer kontakten mellom vann og de upolare halene (hydrofob effekt).

Proteiner og kolesterol (2 p): Integrerte proteiner strekker seg gjennom begge lagene og fungerer som kanaler, pumper og reseptorer. Perifere proteiner sitter på overflaten. Kolesterol er innfelt mellom fosfolipidene og stabiliserer fluiditeten: forhindrer at membranen blir for stiv ved lave temperaturer og for flytende ved høye temperaturer.

Fluid mosaikk-modell (1 p): Singer og Nicolson (1972) beskrev membranen som et dynamisk lipidlag der proteinene beveger seg lateralt, som brikker i et flytende mosaikkgulv.

Oppgave 2 (8 poeng)

Gjør rede for de ulike måtene stoffer kan krysse plasmamembranen på. Inkluder: diffusjon, fasilitert diffusjon, aktiv transport og eksocytose/endocytose. For aktiv transport: beskriv Na⁺/K⁺-pumpens mekanisme og biologiske betydning.

Diffusjon (1 p): Netto bevegelse av partikler langs konsentrasjonsgradienten (fra høy til lav konsentrasjon), ingen ATP, ingen protein nødvendig. Eks: O₂ og CO₂.

Fasilitert diffusjon (2 p): Transport langs konsentrasjonsgradienten via kanalproteiner (f.eks. aquaporiner for vann, ionkanaler) eller bæreproteiner (f.eks. GLUT for glukose). Ingen ATP kreves.

Aktiv transport (3 p): Transport mot konsentrasjonsgradienten med energi fra ATP-hydrolyse. Na⁺/K⁺-ATPasen pumper 3 Na⁺ ut og 2 K⁺ inn per ATP. Dette skaper et membranpotensial (ca. –70 mV i nerveceller) som er grunnleggende for nerveimpulser, muskelkontraksjon og elektrokjemisk driving av andre transportere.

Bulktransport (2 p): Eksocytose: vesikler smelter med membranen og tømmer innhold ut (hormoner, nevrotransmittere). Endocytose: membranen foldes inn og danner vesikler; fagocytose (store partikler), pinositose (væske), reseptormediert endocytose (spesifikke molekyler som LDL).

Oppgave 3 (6 poeng)

Forklar hva osmose er og gi eksempler på konsekvensene av osmose i henholdsvis planteceller og dyreceller. Bruk begrepene turgortrykk, plasmolysis, hemolysis og krenering i svaret ditt.

Osmose (1 p): Diffusjon av vannmolekyler gjennom en semipermeabel membran fra siden med lav konsentrasjon av løste stoffer til siden med høy konsentrasjon av løste stoffer.

Planteceller (3 p): I en hypoton løsning strømmer vann inn i vakuolen. Vakuolen sveller og presser mot celleveggen, noe som gir turgortrykk – dette holder planten stiv. I en hyperton løsning (f.eks. saltvann) trekkes vann ut, vakuolen krymper og cellemembranens løsner fra veggen. Dette kalles plasmolysis. Fordi celleveggen er stiv, sprekker ikke plantecellen selv i hypoton løsning.

Dyreceller (2 p): Dyreceller mangler cellevegg. I hypoton løsning strømmer vann inn, cellen sveller og kan sprekke – hemolysis. I hyperton løsning strømmer vann ut, cellen krymper og overflaten blir rynkete – krenering.

Oppgave 4 (4 poeng)

Poteter skjæres i like stykker og legges i henholdsvis destillert vann og 10 % saltløsning i 30 minutter. Beskriv hva du forventer skal skje i hvert tilfelle og forklar mekanismen. Hva ville du se hvis du veide stykkene før og etter?

Destillert vann (2 p): Destillert vann er hypoton i forhold til potetcellenes indre. Vann strømmer inn via osmose. Cellene får økt turgortrykk, og potetstykket blir hardere og tyngre. Massen øker.

Saltløsning (2 p): 10 % saltløsning er hypertont i forhold til cellens indre. Vann strømmer ut av cellene via osmose, vakuolene krymper og turgortrykket faller. Potetstykket blir slapp og tyngre. Massen avtar. Plasmolysis oppstår i de mest påvirkede cellene.

Oppgave 5 (5 poeng)

Cystisk fibrose skyldes en mutasjon i CFTR-proteinet, som er et kloridion-kanalprotein i luftveisepitelceller. Forklar hva slags transport CFTR normalt utfører, og diskuter hvordan en ikke-fungerende CFTR kan føre til tykt slim i luftveiene (bruk osmose-prinsippet).

CFTR og transporttype (2 p): CFTR er et kanalprotein som utfører fasilitert diffusjon av Cl⁻-ioner ut av epitelceller og inn i luftveislumen. Det er en passiv transport langs konsentrasjonsgradienten som åpnes ved ATP-binding (ikke klassisk aktiv transport, men ATP-regulert kanalprotein).

Osmotisk konsekvens (2 p): Normalt følger Na⁺ Cl⁻ ut (elektrisk tiltrekning), og vann følger etter via osmose – dette fukter slimhinnen og gjør slim tynnflytende. Uten funksjonell CFTR forblir Cl⁻ (og Na⁺) inne. Osmotisk trekker dette vann inn i cellene og ut av slimlag, noe som gjør slimet tykt og seigt.

Konsekvens (1 p): Tykt slim er vanskeligere å transportere ut, bakterier kan sette seg fast og infeksjoner oppstår lettere.