Inför tenta i molekylär bioteknik

Organisation

Olika nivåer av biologisk organisation, från molekyl till biosfär

Alla nivåer påverkar varandra. Biotekniken behandlar i huvudsak cellen och dess undernivåer.

Cellen

Minsta självständiga enheten för liv

Lipider

Grupp hydrofoba molekyler. Steroider, fett, fosfolipider.

Fett

Består av en fettsyra och glycerol Kan användas som energidepå.

Fosfolipider

Har ett hydrofilt huvud med hydrofoba svansar (glycerol). Utgör cellmembranet genom att skapa ett dubbellager med de hydrofoba svansarna inåt. Skapar isolerad biologisk miljö i cellen.

Biopolymerer

Långa kedjor av monomerer. Biomolekyler. Kolhydrater, nukleinsyror, polypeptider (ej fetter).

Hydrolys

Nedbrytning av en polymer. Tillförs en vattenmolekyl, bryter bindning.

Dehydreringsreaktion

Syntes av en biopolymer. Skapas en bindning, en vattenmolekyl avges.

Kolhydrater

Används som bränsle och byggmaterial.

Monosackarider

Sockermonomerer.

Polysackarider

Polymerer av socker. Beroende på hur de är arrangerade ger de olika funktion. Till exempel cellullosa är väldigt stabilt och kan därför användas som byggmaterial. Fler förgreningar på sockerkedjan ger snabbare nedbrytning.

Proteinfunktioner

T ex, transportproteiner i cellmembranet, motorproteiner i muskler, enzymer som katalyserar kemiska reaktioner, försvarsproteiner (antikroppar), receptorprotein, strukturella proteiner, lagringsproteiner, hormonella proteiner.

Varför har proteiner så varierande funktion.

Eftersom det finns 20 olika aminosyror med olika kemiska egenskaper som i långa kedjor kan kombineras på närmast otaliga vis.

Aminosyror

Finns 20 stycken med olika kemiska egenskaper. Har en aminogrupp och en karboxylgrupp. Proteiner är polymerer av dessa.

Primärstruktur

Ordningen på aminosyrorna

Sekundärstruktur

α-helix och β-flak. Bindningar mellan peptidkedjorna

Tertiärstruktur

3-dimensionell struktur. Veckningar som bestäms utifrån sidokedjornas interaktion med varandra

Kvartärstruktur

Om ett protein består av flera enheter i ett komplex.

Proteinveckning

Veckningen ger funktion. Påverkas av miljön. Kan leda till denaturering av ett protein och förlust av funktion. I vissa fall kan proteinet renatureras.

Nukleinsyror

1 fosfatgrupp och nukleosid, nukleosid = kvävebas och socker

Kvävebaser: DNA: Cytosin, Tymin, Adenin och Guanin. RNA: Cytosin, Uracil, Adenin och Guanin

Socker: DNA: Deoxyribos, RNA: Ribos (en mer syre )

Sockerfosfat-ryggrad

Har en 5´och 3´-ände

Är en polynukeotid

Basparar

Enzymer

Sänker aktiveringsenergin, dvs Katalyserar kemisk reaktion

Substrat binder till aktiva sätet. Bindning → aktiveringsenergin minskar för reaktionen → substrat reagerar och bildar produkter som lossnar från aktiva sätet

Påverkas av omgivning, t ex pH, inhibitorer

ATP

Om en reaktion är energikrävande

Hydrolys av ATP (och vissa andra trifosfaterI → energi frigörs och ADP bildas

Energin används t ex till transporter, syntes av biopolymerer mm

DNA

Det genetiska materialet

Dubbelsträngad och antiparallell, dvs 3´ och 5´änden åt olika håll i de två parallella strängarna

Dubbelsträngad → enkel kopiering samt backup om DNA skadas

Kromosomer

Så “packas” DNA-molekylen.

o   Eukaryoter: i cellkärnan, linjär. Mer organiserat. Lindat kring histoner.

o   Prokaryoter: Koncentrerat DNA i mitten av cellen, cirkulärt

Replikation

DNA kopieras innan celldelning

Replikation - initiering

Origin of replication (en viss del av DNA-sekvensen) anger startpunkt för replikationen.

Helikas bryter bindningarna i basparningen och lindar upp DNA-molekylen.

Single-strand binding proteins stabiliserar DNAt så att det inte går tillbaka direkt.

Helikaser

Enzym som öppnar DNA

Replikationsgaffel

Region i replikationsbubblan där nytt DNA syntetiseras

Single-strand binding proteins

Stabiliserar så att DNAt ej går tillbaka direkt

Syntes av nytt DNA - leading strand

DNA-polymeras III. Läser av DNA och bygger i riktningen 5´ till 3´. Dvs på 3´-änden.

Primas syntetiserar en RNA-primer. DNA-polymeras kan inte initiera syntes av en polynukleotid, men den kan fortsätta förlänga RNA-primern med DNA

DNA-polymeras III

Förlänger DNA-kedjan i replikationen.

RNA-primer

En liten RNA-snutt som basparar mot DNA-kedjan → DNA-polymeras III kan fortsätta att förlänga kedjan

Primas

Enzym som syntetiserar RNA-primer

Syntes av nytt DNA - lagging strand

Kopiering sker endast 5´ till 3´ → Kopiering sker på samma sätt som i leading strand, men i fragment.

Primas gör RNA-primer. DNA-polymeras III bygger nytt dna i riktningen 5´-3´, tills fragmentet är klart = okazakifragment.

DNA-polymeras I byter ut RNA-primern mot DNA. Ligas sätter ihop fragmenten

Okazakifragment

Fragment av DNA som syntetiseras på lagging strand i replikationen.

DNA-polymeras I

Byter ut RNA-primer mot DNA.

Ligas

Sätter ihop DNA-bitarna i replikationen.

Vad händer om det blir fel i replikationen?

DNA-polymeras har korrekturläsningsfunktion och det finnns repareringsmekanismer.

Genuttryck

Från DNA till polypeptid.

Kodon

3 kvävebaser som kodar för en viss aminosyra. Olika 3 kvävebaser kan koda för samma aminosyra. Genetiska koden är samma för alla organismer. Finns start och stopp som anger var transkriptionen ska börja/sluta.

Gen

En DNA-sekvens som kodar för en viss polypeptid.

Transkription

DNA skrivs om till mRNA. RNA-polymeras katalyserar reaktionen. Bryter bindingarna mellan kvävebaser och syntetiserar mRNAt 5´till 3´. Behöver ingen primer. Samma basparning som i DNA-replikation, men T är utbytt mot U.

Transkription - initiering

RNA-polymeras binder till en promotor (viss DNA-sekvens som säger var gen börjar). Bindningen regleras av transkriptionsfaktorer.

Promotor

En DNA-sekvens som sitter framför varje gen och fungerar som en startpunkt för transkriptionen.

Transkriptionsfaktorer

Proteiner som binder till DNA och reglerar transkriptionen.

Transkription - elongering

RNA-polymeras särar på bindningarna och bygger enkelsträngat RNA 5´ till 3´ (likt DNA-polymeras)

Byggstenar: ATP UTP GTP och CTP

RNA-molekylen träs ut ur DNAt

Transkription - terminering

Mekanismer ger terminering av transkription. RNA-struktur binder och saktar ner RNA-polymeras. Protein binder till RNA och knuffar bort RNA-polymeras.

Translation

Översättning av den genetiska koden. Sker i ribosomer.

tRNA (transfer-RNA)

Kan aminoacyleras och är då på en aminosyra. Har ett antikodon som är komplementärt tilll kodonet

Aminoacylering av tRNA

I enzym, Aminoacyl-tRNA-syntetaser (ett för varje aminosyra). Aminosyran och tRNA binder till det aktiva sätet. ATP katalyserar och det skapas en bindning. Det aminoacylerade tRNAt släpps.

Ribosomer

Består av en liten och en stor ribosomal subenhet.

Har tre bindningssäten för tRNA. E-site, P-site och A-site.

Translation - initiering

Lilla ribosomala subenheten binder tilll mRNA vis Shine-dalgarno (sekvens på mRNA som anger var translation ska starta. Initierings-tRNA binder till start-kodon. Stora subenheten dockar så att de ribosomalasubenheterna bildar ett komplex med initerings-tRNAt i P-site. Initieringsfaktorer hjälper till.

Shine-dalgarno

Sekvens på mRNA som anger var translationen ska starta.

Initierings-tRNA

tRNA-molekyl som inleder själva translationskedjan. Binder till start-kodonet

Translation - elongering

Aminoacyl-tRNA med matchande antikodon binder till A-site. Det bildas en peptidbinding och aminosyrakedjan i P-site flyttas över till A-site. Detta kostar energi genom GTP. Ribosomen flyttar ett steg så att tRNAt med polypeptidkedjan hamnar i P-site. Det “tomma” tRNAt (som nu hamnat i E-site) åker iväg, detta kostar energi i form av GTP.

Translation - terminering

Ribosomen når stopp-kodon. Releasefaktorprotein binder till A-site och polypeptidkedjan frigörs. Subenheterna splittras.

Release-faktor-protein

Protein som som binder till A-site och terminerar translationen.

Deskriptiv etik

Hur handlar människor i praktiken? Åsikter och värderingar.

Normativ etik

Hur bör vi handla och varför?

Hållbarhet (som etiskt begrepp)

Stämmer argument med verkligheten?

Relevans (som etiskt begrepp)

Är argumentet relevant i förhållande till tesen?

Faktapåstående och värdepåstående

Faktapåstående: Är sant eller falskt. Innehålller fakta. Värdepåstående: Hur bör det vara. Ställningstagande.

Konsekvensetik

Konsekvenser avgör vad som är rätt. Tar hänsyn till kollektiv snarare än individer. Ej hänsyn till rättvis fördelning.

Rättighetsetik

Utifrån människors okränkbara rättigheter, gäller oavsett konsekvenser. Skydd för enskilda människor.

Dygdetik

Vissa handlingar är föbjudna pga bryter mot plikt. Bör vi universalisera detta? Om ja → rätt

Omsorgsetik

Vara lyhörda och visa empati

Sekvensbioinformatik

Använder datorer för att analysera DNA, RNA och proteinsekvenser- För attt identifiera förändringar, funktion, evolution, organisation av arvsmassa

Helgenomsekvensering (de novo och referensbaserat)

Celler från organismer sönderdelas och DNA renas, DNAt sönderdelas och läses av i sekvenseringsmaskin → många korta, slumpmässiga DNA-sekvenser.

De novo: Slumpmässiga bitar sätts ihop utifrån överlapp. Använder algoritmer. Ger ny, lång sekvens som kan jämföras med tidigare sekvenserade genom → kan hitta variation mellan arter

Referensbaserat: Slumpmässiga bitarna sätts ihop utifrån likhet med referenssekvens. Mindre komplext än de novo pga finns facit. Skillnader mot referensen?

Strukturbioinformatik

Använder datorer för att förstå tredimensionell struktur hos biomolekyler

Struktur → funktion → förstår mekanismer

Används för att jämföra och förutsäga strukturer, hitta bindningsfickor, designa nya molekyler

Annotering av biologiska databaser

Hur tolkar vi datan rent biologiskt?

Kurering

Gör data enhetlig och tillgänglig. Finns specialiserade databaser. Gränssnitt kopplar samman flera olika databaser.

Sekundära, primära och hybriddatabaser

o   Primär: datan är i den form de skickades från forskare.

o   Sekundär: Analyser från primära databaser. Datan har kurerats

o   Hybriddatabaser: innehåller båda

Fitness

Grad av anpassning för en genotyp eller fenotyp

Relativ fitness

Grad av anpassning i relation till resten av populationen

o   > 1 → positiv selektion, adaption → ökning av egenskapen

o   < 1 → negativ selektion → utsortering av mindre fördelaktiga egenskaper.

o   = 1 → neutral evolution → Genetisk drift = slumpmässig förändring av förekomsten av egenskap som ej påverkar anpassningen

Fenotyp

Fysisk egenskap, leder till urval.

Genotyp

Genetisk egenskap

Homologi

Gemensamt ursprung, alla organismer är släkt. Märks molekylärt och makromolekylärt. Hur nära släkt?

Enbasmutation

Förändring av gensekvens, en bas byts ut.

Tyst mutation

Enbasmutation men kodar fortfarande till samma aminosyra.

Missensmutation

Enbasmutation som leder till kodning för en annan aminosyra

Nonsensemutation

Nya gensekvensen kodar för stopp.

Insertion eller deletion av baspar bla frameshiftmutation.

Frameshiftmutation: Lägger till/tar bort baspar → Förändrar hela strukturen

Deletion av tre baspar: Saknar viss aminosyrekod.

Kostnadsschema

Används för att bestämma det bästa parvisa alignmentet

Sätter poäng för position i alignmentet

o   + för identiska nukleotider

o   – för olika

o   – för lucka i den ena sekvensen

Olika kostnadsscheman straffar olikheter och luckor olika hårt

Väljer kostnadsschema utifrån vad man tror har hänt

Kan bygga in kunskaper i schemat, tex vilka enbasmutationer som är vanligare än andra

Needleman-Wunsch

Algoritm som hittar den bästa alignmenten utifrån givet kostnadsschema

Substitutionsmatris

Matris med kostnader för olika aminosyrakombinationer. Positivt värde: Vanligare än slumpen, Negativt värde: Mindre vanligt än slumpen

Räknar ihop summan

Blast

Heuristisk metod. Sökmotor för sekvenser. Används för att förutsäga funktion eller ursprung på okänd sekvens, hitta homologa sekvenser till protein → sekvensinpassning.

o   S – värde: Alignment utifrån kostnadsschema

o   E – värde: Förväntade antalet sekvenser med viss poäng eller högre

Heuristisk metod

Ej exakt. Använder någorlunda korrekta metoder som snabbar upp processen. Tar genvägar.

Multipel sekvensalignment

Jämförelse av fler än två sekvenser. Använder heuristiska metoder. Utvärderar alignment, målet är att hitta homologa positioner. Ger en hypotes som måste granskas.

Öppen läsram

Startkodon + kodon för aminosyror + stop. Finns 6 möjliga.

Shine-Dalgarno-sekvens

Ribosombindningssekvens. Kännetecknar att något är en riktig gen.

Jordsystemet

Planetens fysiska, kemiska och biologiska processer som interagerar med varandra.

Holocen

Geologisk epok med stabilt klimat. Hållbarutveckling handla rom att försöka förlänga denna epok.

Antropocen

Geologisk epok som många menar att vi befinner oss i nu. Kännetecknandet är att en enda art (dvs människan) dominerar jordsystemets processer.

Resiliens

Förmåga att återhämta sig samt motståndskraft mot störningar.

Tipping points/brytpunkter

Punkter för vilka om dessa passeras → irreversibel effekt på jordsystemets processer. Global uppvärmning innebär ökad risk.

Återkoppling

Lokal förändring → påverkar annan del av planeten

Processer som interagerar (hållbarhet)

Klimat och biologisk mångfald är överordnade processer som interagerar med många andra system.

3 dimensionerna för hållbar utveckling

Ekonomisk, social och ekologisk hållbarhet. Hållbar utveckling ska ta hänsyn till alla dessa tre.

Globala målen

17 mål med flera delmål. Beror av varandra.

Munkmodellen

Kombinerar planetära gränser med social hållbarhet. Inom dessa ramar ska ekonomisk utveckling ske