Biologi 2 - Celler på molekylnivå

Mitt plugg inför prov 24/11-24 i tredje året av gymnasiet :)

Cellmembranets uppgift

Cellmembranets uppgift

Att reglera transporten av ämnen in och ut ur cellen, skydda cellens inre och ge struktur.

Hur kommunicerar cellmembranen mellan varandra

Cellmembranen kommunicerar genom signalämnen från omgivningen och receptorer som möjliggör cell-cell-interaktioner och samordning av aktiviteter.

Hur sitter cellerna i en vävnad ihop

Cellmembranet

Vad består cellmembranet av

fosfolipider, proteiner och kolesterol

Hur är fosfolipiderna strukturerade i cellmembranet

Dubbla lager fosfolipider, där de hydrofoba svansarna är vända inåt mot varandra och de hydrofila huvuden utåt mot vätskefyllda miljön.

Varför ändrar membranet form utan att spricka

fosfolipiderna är bundna med vdW-bindningar → böjligt membran

Kolesterol

är en lipid som hjälper till att stabilisera cellmembranets struktur och fluiditet. Finns hos djurceller

Vad är glykolipider och glykoproteiner, samt var de hittas

Glykolipider och glykoproteiner är molekyler som består av kolhydrater bundna till lipider respektive proteiner, vilket sticker ut i kedjor. Agerar som markörer som avslöjar en cells identitet och finns främst i cellmembran. Gör att celler i vävnader kan detektera varandra och skadliga celler för att bekämpa de

Glykokalyx

Består av glykoproteiner och glykolipider som bildar ett skyddande lager på cellens yta tack vare de utstickande kedjorna kolhydrater.

Skyddande och slemmigt skikt med vatten

Vad är ett cellmembran

tunt lipidskikt som flyter mellan vattenfaserna. I skiktet flyter proteiner som är hydrofoba och dras till hydrofoba mellanskiktet där det hålls inne

Receptorer

Membranproteiner som sitter som antenner på cellytan och interagerar med speciella molekyler i miljön

Hur reagerar cellen på omgivningen

Molekyl och receptor förenas och aktivitet påbörjas

Celler reagerar därav på sin omgivning och påverkar varandra med signalämnen.

Kanaler

Membranproteiner verksamma i ämnestransporten genom membranet bildar kanaler där joner kan passera genom hydrofoba lipidskiktet

Var hittas enzymer

cellmembranet

Vad gör enzymer

styr membranets kemiska reaktioner inuti och utanför cellen

Cellskelett

• Trådar av proteiner som stabiliserar cellen från insidan

• Cellskelettet förankras i membranet via proteiner

• Andra proteiner i membranet kan koppla ihop celler med varandra

Varför kan membranet lätt ändra form

svaga bindningar mellan fosfolipider (vdW)

Vesikel

Molekyler och större partiklar som innesluts i membranet och avknoppas

Hur släpps innehållet i en vesikel ut

Förenas med ett cellmembran

Endocytos

Vesiklar som tar molekyler och proteiner och avknoppas INÅT

Exocytos

Vesiklar tar innehåll inifrån och släpper UTÅT

Vad händer när ena av exocytos och endocytos sker i överflöd

För mycket/lite membran kvar, då exocytos ger och endocytos tar membran

cellplasma/cytoplasma

• trögflytande vätska i cellen

• Innehåller vatten och lösta ämnen

• Här sker många biokemiska reaktioner

Vad är cytplasman uppbyggt av i eukaryota celler

membranomslutna organeller

Vilka är de membranomslutna organellerna

cellkärna, lysosom, golgiapparaten och endoplasmatiskt retikulum (ER)

Vad kan de membranomslutna organellernas membran göra

Byta organ med cellmembranet, eftersom membranen är lika varandra

membranomslutna organeller som delar membran

Cellkärnan, lysosomer ER och golgiapparaten

Cellskelett

Celldelar (ribosomer och proteintrådar) som saknar membran bildar ett skelett

Cellkärnan

• Innehåller DNA

• Långa DNA-molekyler packas tätt till följd av att de är veckade och lindade runt proteiner

Kromatin

DNA:t som lindas runt proteiner

Nukleoplasma

Trögflytande vätska inuti cellen som innehåller nukleotider och enzymer

Nukleotider

• nukleinsyrors byggstenar

• krävs för replikation inför celldelning och transkription, som bildar mRNA.

hur styr dna proteinsyntesen

1. replikerat mRNA lämnar cellkärnan via öppningar i kärnmembran

2. mRNA och ribosomer sammanförs i cytoplasman, används för sammankoppling av aminosyror och proteinmolekyler

Ribosom

består av protein och rRNA (ribosomalt RNA), vilket bildas i cellkärnan, men förs ut i cytoplasman efter att det lagras i en nukleol

Nukleol

• Kärnkropp som finns i delar av DNA som kodar för rRNA

• finns en eller flera nukleoler i cellkärna

ER

• Endoplasmatiskt retikulum eller nätverk

• Mest betydelsefulla membransystemet

• Består av membraner som skapar viktigt kanalsystem från kärnmembran till cytoplasma

• kan täckas av ribosomer

Vad kallas det när ER täcks av ribosomer

Kornigt ER eller rER (rough ER)

Ribosomer

• Tillverkar proteiner

• Finns i ER eller fritt ute i cytoplasma

rER

ribosomer på ER som producerar proteiner (transporteras i väg i vesiklar för att lämna cellen och ingå i cellmembranet eller packas i lysosomer)

sER

• ER utan ribosomer (s smooth)

• bildar lipider som bygger upp cellmembran, ex. fosfolipider och kolesterolmolekyler

Golgiapparat

• är ett membransystem

• Proteinerna från rER avknoppas i vesiklar och transporteras till golgiapparaten

• aktiverar och koncentrerar proteiner innan de innesluts i vesiklar som lämnar golgiapparaten

• Några vesiklar sammansmälter med cellmembranet och blir byggmaterial

Lysosom

• Medverkar tillcellens matspjälkning

• Är vesiklar från golgiapparaten som innehåller enzymer som spjälkar makromolekyler

• Kan sluka upp cellens organeller och spjälka de till kemiska beståndsdelar, vilket används till nya organeller. Medverkar till förnyelser inom cellen

• optimum pH nära 5, sur miljö i lysosom, pH kontrolleras av att lysosommembranet pumpar vätejoner från cellplasma

Sekretoriska vesiklar

• celler med körtlar kan snabbt sprida större mängder av ett specifikt protein till omgivningen tack vare sekretoriska vesiklar.

• Innehåller det speciella proteinet som ska spridas.

• Vesiklarna väntar på klartecken nära cellmembranet för att kunna tömmas genom exocytos

Vad händer när lysosomer går sönder

Typ inget, pH värde för lågt för att läckta enzymerna ska fungera och skada celler

Autolys

• Cellen sönderdelas (självdestruktion)

• Många lysosmer som spricker och läcker enzymer samtigigt —> organeller attackeras och bryts ner

• Sker vid döende eller skadade celler, alternativ för cellbortföring

• Viktig för nedbrytning vid död innan nedbrytare tar över

• används när man torkar kött och fisk i salter

Peroxisom

• Membranblåsor som liknar lysosomer, men bildas inte i golgiapparat

• Bildas när en peroxisom knoppas från en annan

• Fettsyror spjälkas i perogisomer, skapar väteperoxid H2O2 (giftigt)

• Håller starkt oxiderande ämnen separerat från resterande cell

• Kan användas för att oskadliggöra gifter som tagits upp hos vissa celler. (Leverns cellers peroxisomer neutraliserar etanol)

Hur neutraliseras väteperoxid

Enzymet katalas

Mitokondrie

• Huvuddel av cellandning sker i mitokondrie

• Endosymbiosteorin stöds av att mitokondrien har egna ribosomer och ringformat DNA

• DUBBLA MEMBRAN: inre kanske från bakterier som mitokondrie härstammar från, yttre kanske när cellen tog in mitokondrie

• Veckat inre memrban → stor area → får plats med membranomslutna enzymer för mitokondriens funktion

Cellskelett

• Proteintrådar som i cellplasman som utgör ett cellskelett

• Ingår i cilier och flageller (cilier= korta tätt packade utskott, flagell= långa mobiliserande utskott)

• Organeller ankras fast i cellskelettet

• Cellskelettets proteintrådar är ibland transportleder för organeller som förflyttas i cellen

• Proteintrådarna kan vara del av kopplingar mellan celler vävnaders → celler blir starkt bundna till varandra

Vad utgör cellskelettet för funktion

• Stabilitet för cell

• Bestämer form för cell

• ingå i flagell och cilier

• ankra fast organell

• koppling mellan celler

Olika typer av cellskelett

mikrotubuli, aktintrådar och intermediära trådar

Mikrotubuli

• Långa ihåliga, uppbygd av mikrotubulin-enheter (globulära proteinmolekyler)

• Uppgift: olika förflyttningar i cell

• Kraftigaste proteintrådarna

• Utseende: två mikrotubuli i mitte, nio dubbelrör mikrotubuli runtom

• kärnspole av mikrotubuli för kromosomer mellan cellhalvor innan delning

dynein

• motorprotein mellan alla yttre rör i mikrotubuli

• utskott

• Använder ATP

• svänger som tusenfoting, dubbelrör klättrar på varandra

Intermediära trådar

• Starkare än aktintrådar, tunnare än mikrotubuli

• Alltid av olika fiberproteiner som tvinnas som ett rep → elastiska med stor draghållfasthet

• gör cellerna tåliga mot yttre påverkan och förstärker celler

• Kan bidra till att celler binds samman i vävnader

Keratin

kan bilda intermediära trådar i exempelvis hudceller, gör huden mer elastisk och hållbar

Aktintrådar

• alstras av aktinmolekyler (globulärt protein)

• finns nära cellmembranet och cellens utskott, då aktintrådar stödjer mikrovilli (små utskott i tarmens epitelceller)

• Kan förlängas och förkortas m.h.a. aktinmolekyler sin flyttas mellan trådarna

• Amöbor ändrar form genom aktitrådar som byggs i cellskelett

Vad är aktintrådarnas motorprotein

MYOSIN

• små fötter med pendlande rörelser och går över aktintrådarna

• ATP som energikälla

Varför är kommunikation mellan celler viktigt

• känna av och reagera på omgivning

• Veta när celler ska dela sig

• Var celler ska vara

• vilka enzymer som ska tillverkas

Hur sker kommunikation mellan celler

KEMISKA SIGNALER, djur:

• cellkontakt

• signalämnen till celler i närheten

• signalering av nervceller

• Signalering med hormoner

Kommunikation som kräver cellkontakt

• glykoproteiner och glykomolekyler flaggar, receptorer matchas med celler på cellyta

• Proteiner på cellytan identifieras på samma sätt

• Hjälper celler i samma vävnad att känna igen varandra

• Sätt för vita blodkroppar att identifiera celler som ska bekämpas

• Signalämnen sprids hos vissa celler mellan celler genom öppna)

Signalämnen till celler i närheten

• Receptorer hos närliggande celler stimuleras av signalämnen som sprids av EN cell

• Lokala hormoner=signalämnen som sprids

• Celler i samma vävnad kan harmonisera aktiviteter, som celldelning

Signalering via nervceller

• Vid signalering av celler MELLAN vävnader och kroppsdelar

  1. Nervceller hos djur

  2. elektriska impulser genom utskott (meterlånga)

  3. impuls når änden av nervcell

  4. signalämnen töms av nervceller, muskelceller och körtelceller som ansluts till nervcell

  5. receptorer på mottagarcell stimuleras

  6. receptorer svarar på signaler

• Nervcell/mottagarcell skickar även ut elektriska impulser mot nya celler → ex ämnen som utsöndras av körtelceller eller muskelceller som dras ihop

• Snabbt och effektivt kommunikationssystem p.g.a. signaler riktade mot speciella mål

Hormonsignalering

• Hormon - signalämne som bildas i iresekretoriska körtlar och påverkar celler på ett annat ställe

• Inresekretoriska körtlar - körtlar utan utförsgångar som släpper hormoner direkt ut till blodet som strömmar genom körtlarna, exempelvis äggstockar och testujkar

• hormoner sprids genom blod hos ryggradsdjur

• endast celler med passande receptorer påverkas av specifika hormon

1. receptorcell/mottagarcell får hormoner

2. hormoner binds till receptormolekyler på cell

3. Mission success

Hur svarar celler på signaler

1. receptorer av proteiner fångar upp och binds med rätt signalmolekyler på cellytan

2. Aktiverad molekyl startar kemisk reaktion → produkt startar egen reaktion

3. Reaktionskedjan fortsätter tills MISSION SUCCESS

Vissa receptorer som redan är på DNA väntar på signalmolekyler

Vilka typer av signalmolekyler finns

hydrofoba och hydrofila

Hydrofila signalmolekyler

Många är hydrofila och kan inte passera genom fosfolipiderna i cellmembranet. Binder i stället till receptorer på cellens utsida

Hydrofoba signalmolekyler

1. (östrogen, testosteron och steroidhormoner) KAN spridas genom cellmembran.

2. Sprids in i celler och förenas med speciella receptorer som väntar i cytoplasman

3. receptor + signalmolekylen åker till cellkärnan kopplas till DNA-sekvens för att antingen aktivera eller avaktivera en gen

Diffusion

• ämnen sprids från en hög till en låg koncentration tills det är jämnt

• sker spontant utan energi

• vanligaste sättet för ämnen att spridas i cell

• viktig för ämnestransport genom cellmembran

Passiv ämnestransport

• Ingen energi

• ämnestransport genom cellmembran via diffusion

Koncentrationsgradient

ämnenas egna koncentrationsgränser oberoende av andra ämnen

Vad släpper semipermeabelt membran in

• Mindre opolära molekyler, som syrgas och koldioxid) kan lätt spridas genom cellmembranet via diffusion

• Syrgas diffunderar in i cellen i efterhand som cellen använder syrgas genom cellandning. Syrgasen är passiv då den följer koncentrationsgradienten

• Koldioxid diffunderar ut ur cellen i efterhand som cellen släpper ut koldioxid. Liknar syrgasens process men tvärtom

• Hydrofoba molekyler, ex steroider, och lipider

Vad semipermeabla membran INTE släpper in

• Vatten och glukos (polära)

• Stora molekyler (för stora)

• Joner (fosfolipiderna hindrar då jonder binder vattenmolekyler)

Vilka metoder används för diffusion via proteiner

• Kanalproteiner

• jonkanal

• passiva transportörer

kanalprotein

Öppning i membran för joner eller molekyler

endast specifika ämnen med rätt laddning och storlek kommer genom

Specialanpassade för att transportera specifika ämnen → stängs och öppnas vid behov

Jonkanal

transporterar joner

Passiv transportör

• ämnesspecifika och binder samt transporterar bara ett ämne

• Transportörerna ändrar form så ämnet ”spottas ut” på andra sidan.

• Kostar ingen energi (passiv ämnestransport)

Aktiv ämnestransport

• Använder ATP

• Ämnestransport genom membran MOT kkoncentrationsgradient, cellen tar upp ämnen och anriker de i cellen

Aktiva pumpar

• Aktiv ämnestransport, ATP krävs

• Transportproteiner i celler som kan pumpa ut ämnen som är överflödiga eller skadliga och som kanske redan finns mycket av utanför.

• Motsats till passiva transportörer.

• Binder molekyler eller joner och ”spottar ut”

Vad kallas alla

Diffusion, passiv transportör, kanalprotein, aktiv pump

Behöver exo- och endocytos energi

JA, ATP

fagocytos

celler tar upp fasta partiklar (cellätande)

ex amöbor och makrofager (tillhör vita blodkropparna)

förklara processen av Endocytos/pinocytos

cell tar upp vattenlösning av ämnen (celldrickande)

1. En viss sorts partikel eller ämne aktiverar receptorer på cellens yta

2. Cellmembranet buktar in och omsluter partiklarna

3. Partiklarna stängs in i membranblåsa som knoppas av och åker ut till cytoplasma.

Förklara processen för exocytos

• Cell avger partiklar i vesiklar/membranblåsor

• Nytt material till membran

1. vesiklar smälter samman med membranet

2. vesiklars innehåll töms

Cellandning reaktionsformel

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂   6 CO₂ + 6 H₂O + energi i ATP

Varför används vätebärare

Cellerna använder sig av vätebärare för att undvika värmeutveckling och för att den frigjorda energin ska utnyttjas effektivt

Vilka vätebärare används och deras formel innan+efter väte

NAD + H+ → NADH

FAD + 2H+ → FADH2

Hur många ATP bildas vid cellandning

Glykolys 2

Citronsyracykel 2

Elektrontransportkedja 34 alla per glukosmolekyl

Glykolys

• Inne i cellplasma

• Varje glukosmolekyl spjälkas till två pyrodruvsyror, samtidigt frigörs väte som fångas upp av vätebärare

• Glukos (6C) → 2 pyrodruvsyra (3C)

• Avger energi till ATP produktion

• 2 ATP per glukos

• Bildar ATP molekyler (energikällor) för att skicka till energifattiga områden

• Majoriteten av energin i glukosen finns kvar i pyrodruvsyran

Citronsyracykeln, resultat + process

RESULTAT (glykolys + citronsyracykeln): 4 ATP + 12 vätebärare

• innanför mitokontriens två membran

1. Pyrodruvsyra kommer in i mitokondrier genom porer i yttre membran

2. lyfts genom inre membran av aktiva transportproteiner.

3. koldioxid spjälkas från pyrodruvsyran, endast molekyler med 2 C kvar

4.  acetyl-CoA kopplas till molekylerna (behövs för att kolmolekylerna inte ska reagera till fel ämnen)

5. Acetyl-CoA inleder citronsyracykeln

6. acetylgruppen förenas med oxalättiksyra (4C som ger upphov till citronsyra (6C

7. Citronsyra spjälkas till en oxalättiksyra och två koldioxidmolekyler (väteatomer frigörs samtidigt till fyra vätebärare och en ATP per pyrodruvsyra)

8. Nya oxalättiksyran startar nytt varv i citronsyracykel

Elektrontransprtkedjan

• sker i inre membran i mitokondrie

• inre membran ingår i serie av proteinkomplex som kan förflytta elekktroner

1. Ett av de första i proteinkomplexet får ett väte som vätebärare från citronsyracykeln avger

2. Vätet som avges delas upp i protoner och elektroner (H⁺ och e-

3. Elektronen överförs från ena proteinkomplexet till nästa för att reducera syrgas vilket är den sista elektronmottagaren

   • lite energi förloras hos elektroner för varje proteinkomplex, används för att pumpa ut vätejoner genom inre membran

   • tryck skapas och vätejonerna följer koncentrationsgradienten och faller in i mitokondriens innersta rum

• protoner åker i eget kretslopp som är självdrivet

ATP syntetas

kanaler som i mitokondriens innersta membran som protoner åker genom. Kan bilda ADP och ATP ur fria fosfatjoner med hjälp av flödet av protoner

cellandning regleras

Ett av enzymen inhiberas av ATP

enzymet ”blockeras” vid närvaro av mycket ATP långsam cellandning för att inte bilda onödig ATP

långsam cellandning för att inte bilda onödig ATP

• mängden ATP påverkas av antal mitokondrier ändras efter behov

• Celler med hög energi har fler mitokondrier

• Muskelceller har många mitokondrier

Hur regleras cellandningen

• lite atp → snabb produktion

• mycket atp → långsam produktion

spjälkning av andra ämnen än glukos

• Glykolys, citronsyracykeln och elektrontransportkedjan viktig när andra ämnen spjälkas

• Kroppen bryter ner polysackarider, fetter och proteiner till molekyler som ingår i citronsyracykeln och glykolysen

• Kroppen utvinner energi från aminosyror från kosten

• Vid svält används kroppens proteiner som energikälla

1. protein spjälkas till aminosyror

2. aminogruppens kvävebaser avlägsnas, kväve vergår till ammoniak

3. levern omvandlar ammoniak till mindre farligt urinämne

   

tumörer orsak

• Finns ”bromsar” till celldelningen som är proteiner. Bromsarna släpper och bromsar vid behov → delar sig tills ny bromssignal kommer, får nya signaler när vävnadsceller sitter för trångt

• Vanligt för DNA att skadas vid celldelning pga replikation komplicerad

• strålning och kemiska faktorer ökar frekvens av DNA skador

• Mutationer ger upphov till celler som delas okontrollerat = tumör

Apoptos

säkerhetssystem för att defekta celler inte ska hamna fel genom programmerad cellsjälvmord, immunförsvaret identifierar cellerna och dödar dem

Vad kallas godartade och elakrartade tumörer

God - benign

elak - malign

Godartade tumörer

• avgränsade från andra vävnader

• ofarliga om de inte klämmer organ

• kan operaras bort

• fotvårtor är benigna

elakartade tumörer

• Cancer

• Kan sprida till angränsande vävnader, beroir på förändringar i ytproteiner → celler känner inte igen varandra och håller inte ihop rätt

• skadar genom att växa in och förstöra vävnader

• avger ofta toxiner → förlorad aptit viktnedgång

Metastaser

dottertumör till malign tumör, sprids genom lossnade cancerceller som sprids med blod och lymfa