Cellbiologi 1

Quiz inför dugga 1

Cellbilogi

Läran om cellers struktur och funktion

Anatomi

Hur organismer är uppbyggda

Fysiologi

Strukturers funktion, hur olika delar i kroppen samverkar och påverkar organismens livsprocesser.

Cell

Grundläggande enheterna för alla levande organismer, de har olika utseende, funktioner, storlek och typer. Cell består av 60-70% vatten, resten lösta joner, proteiner, lipider & andra biomolekyler. Svåra att se i ljusmikroskop (pga mycket vatten = transparent) observerar därför skillnad i brytningsindex mellan vatten och lipider

Extracellulär miljö

Miljö mellan celler

Intracellulär miljö

Miljö innanför membran

Eukaryota celler

Plasmamembran, organeller + deras membran

Protein

Cellens byggstenar. Byggs upp av 20 aminosyror i en viss sekvens.

Aminosyra

Kemisk förening, innehåller amingrupp & karboxylgrupp. Finns 9 essentiella, kan ej syntetiseras i kropp. Kopplas ihop med negativa & positiva molekyler i sidokedjan. Finns: olika stora, sura, basiska, hydrofila, hydrofoba. Hydrofil aminosyrakedja = utsida av proteinet
Hydrofob aminosyrakedja = insida av proteinet
Hydrofil och hydrofoba aminosyror påverkar proteinets uppbyggnad

Fosfilipid

Huvud = hydrofil
Svans = hyrdofob

Cellmembran

Utgörs av lipidlager. Omger cell och organeller - barriär, signalering. Fosfolipider bildar dubbellager. Hydrofob del inåt, hydrofil del har kontakt med vätska. Kolesterol = lipid, påverkar membrans fluiditet. I membran finns membranproteiner, de är integrala = permanent knutna till membran. Eller perifiera = ytliga

Membranproteiner

Integrala membranproteiner kan ha funktioner för: celltransport (jonkanaler, pumpar) och signalering (receptorer).
Perifiera membranproteiner kan vara: metabola enzym, involverade i transport av mindre molekyler längs membran eller mellan membran och cytosol, involverade i modulering av andra membranbundna proteiners funktion.
Kan ses som 2D vätska. Alla membran har liknande struktur men skiljer sig beroende på celltyp och organell. Annorlunda regioner i membran, ex lipidaggregat (kolesterol) eller cellkontakter

Cellkontakter

Skapas för att celler ska sitta ihop, bildar struktur (membran som vätska = ingen struktur). Organiserar celler i vävnader. Möjliggör kommunikaktion mellan celler.
Tight junction = ex vävnad som behöver skapa täta kontakter. (njure, matsmältningskanalen, blod-hjärnbarriären)
Gap junction = celler i sin intracellulära miljö. Sitter i membrankanaler, ex. elekriska synapser i nervceller (hjärtmuskelceller, hormonfrisättande celler)

Adherens junction (desmosom) = finns där celler behöver skapa starka kopplingar som sätter fysisk stor påverkan (hudepitel, hjärtmuskelceller)

Cytoskelett

Kedjor av proteiner, ger cell form och rörelseförmåga.
3 beståndsdelar:
Intermediärfilament = starkast, mekanisk påfrestning, stärker cellskelett så det tål sträckas (i hudepitel celler)
Mikrotubuli = tunna rör, hårdaste del av cellskelett, utgör transportväg i cell. Transport sker genom motorproteiner som binder sig vid vad som transporteras och mikrotubuli.
Aktinfilament = största beståndsdelar i cellskelett, flest, tunna, finns under membran, ger struktur till membran och bidra till rörelse, byggs upp på en sida och bryts ner på andra sidan (i muskelceller, i vitablodkroppar)

Mitokondrie

Uppbyggd av 2 membran som innesluter matrix. Yttre = slätt med kanaler som tillåter mindre molekyler och joner passera. Inre = veckat i cristae, ger större yta. Flertal proteinkomplex på inre membran bildar andningskedjan, där energi används i kolhydrater & fetter för att bilda ATP från ADP. ATP används i flesta av cells energikrävande processer, ex. proteinsyntes, jontransport, exocytos, cellsignalering. Mitokondrie har egen proteintillverkning, eget DNA (reproducerar sig själv), egna ribosomer (egen proteintillverkning). Stort antal i celler som använder mycekt energi (lever- och brunafettceller). Få i (vita fettceller). Inga i (röda blodkroppar/erytrocyter).

Cellkärnan

Lagrar och överför genetisk information till nästa generation.

Omges av dubbelsidigt kärnmembran

Innehåller genetiskt material i form av DNA

• ger upphov till nya celler genom replikation

• styr proteinsyntes via transkription

Porer i membran tillåter RNA & protein att passera mellan kärna och cytoplasma.

Ribosomer och nukleoler medverkar i proteinsyntes, innehåller RNA

DNA = deoxiribonukleinsyra, bär genetisk kod = arvsmassa

RNA = ribonukleinsyra = budbärare mellan arvsanlag (DNA) och proteiner som ska bildas

DNA

Sammanflätade dubbelspiraler bestående av baspar.

När en cell delas till två nya celler syntetiseras nya komplementära DNA strängar av enzymet DNA-polymeras

A-T, C-G

Ribosomer

I ribosomer översätts (translateras) mRNA till protein

Ribosomer består av 2 subenheter

Ribosomer är fria eller bundna till ER

Proteiner som används i cytosolen tillverkas på fria ribosomer

Innehåller protein + ribosomalt RNA

Endoplasmatiskt retikulum

Granulärt ER:

• Bundna ribosomer på cytoplasmatisk sida.

• Består av membran som format som veckad säck.

• Proteiner som tillverkas här används i cellkärnan, binds till cellmembranet, ska till andra organeller i cellen eller utsöndras från cell

Slätt ER:

• Grenat tubulärt membran nätverk

• Inga ribosomer knutna till sig

• Tillverkar lipider & fosfolipid till cellmembran

• Bryter ner gifter

• Lagrar och frisätter Ca som är involverat i reglering av flertal intracellulära processer

Golgi-apparaten

Består av membran

“sorteringscentral”

Membranvesiklar med proteiner tillverkade i granulära ER fuserar (smälter samman) med golgi

I golgi modifieras proteiner:

• kolhydrater länkas (glykoproteiner)

• fosfatgrupper adderas

• proteiner kortas av

Proteiner soteras i olika transportsvesiklar för att nå sin slutliga destination (andra organeller eller cellmembranet)

Proteinsyntes

Proteinsyntesen styrs från cellkärnans DNA

En sekvens DNA som innehåller information som specificerar en speciell aminosyra-sekvens i ett protein kallas gen

Ett genom innehållet den totala genetiska informationen i en individ

DNA → RNA = transkription

Messenger RNA (mRNA) överförs till protein = translation

Proteinsyntes - transkription

• mRNA (messenger RNA) bildas - mall för protein

• styrs av enzymet RNA-polymeras

genetisk information i cells DNA översätts till information i RNA.

Transkriptionen utgår från den ena av trådarna i DNA molekylens dubbelspiral. RNA-polymeras binds till specifik position på DNAt, promotorn som markerar startpunkt för transkription. DNA molekylens trådar särar därvid på sig. RNA polymeras molekyl flyttar sig längs ena DNA trådarna och skapar en komplimenterande RNA frekvens = mRNA

Kodon är följt av 3 kvävebaser i nukleotiderna i en RNA molekyl. Kvävebaserna i RNA är Adenin, Guanin, Cytosin eller Uracil. Varje kodon ex. CGA eller AUC översätts till en given aminosyra enligt den genetiska koden vid proteinsyntesen i cellen, med undantag för 3 kodon som är stoppkodon och avbryter syntes.

Proteinsyntes - intron/exon

exoner: delar av DNA som kodar för aminosyror som ska bli proteiner.

introner: icke-kodade avsnitt, 90% av DNA

Via RNA-splitsning i kärna klipps introner bort och exoner sätts ihop till färdigt mRNA

mRNA transporteras ut ur kärna till ribosomer på ER och i cytosol

Proteinsyntes - translation

Sker på ribosomers yta. Flera aminosyror kombineras till en polypeptid i en sekvens som styrs av mRNA molekyl. Alla 20 aminosyror som används av levande organismer på jorden motsvaras av en eller flera kodon i mRNA molekyl. Aminosyrorna transporteras till ribosomerna bundna till tRNA. Det finns unik tRNA molekyl för varje aminosyra och den innehåller dels en sektion som binder till den specifika aminosyran, dels en bastriplett som är komplementet till den kodon som specificerar aminosyran i den genetiska koden = antikodon.

tRNA är en länk mellan aminosyra och kodon (3 baser i RNA som specificerar en aminosyra)

Ribosomen har 2 inbindningsställe för tRNA

1: den tRNA som håller växande peptidkedja

"2: håller tRNA som är bunden till nästa AA som ska adderas till kedjan. Kedjan lämnas över till tRNA med ny AA. tRNA från site 1 släpper och tRNA + kedja flyttas till site 2. Ribosomen förflyttas längs mRNA och lägger till AA efter AA. Då stopkodon kommer bryts bindning mellan polypeptid kejda och tRNA; peptid släpps.

Proteinsyntes - posttranslationella modifikationer

proteiner som bildas vid translation är ofta inaktiva. Behöver modifieras för att bli aktiva

Addering av funktionella grupper (kolhydrater och lipider) gör att proteiner skyddas från nedbrytning, dirigeras till speciell plats, ankrar proteinet till membran

Proteiner klyvs och veckas

Reglering av proteinsyntes

Transkriptionsfaktorer “dirigerar” geners aktivitet

• är proteiner med en eller fler DNA bindande regioner

• binder till specifika DNA sekvenser

Små förändringar utförda av transkriptionsfaktorer kan påverka stora grupper av gener och resultera i att celler utvecklas till olika typer av celler.

• ex. muskel & nervceller trots att de i stort byggs av samma gener

En del gener transkriberas kontinuerligt - för flertalet gener regleras uttrycket.

Nedbrytning av proteiner

Proteiner markeras för nedbrytning genom ubikvitinering

Ubikvitinerande proteiner bryts ned i proteasomen av enzymer som kallas proteaser

Proteinnedbrytning är en viktig mekanism som reglerar aktiviteten av ett specifikt protein till det tidsfönster när proteinet behövs

Ubikvitinering av ett protein kan ha andra effekter än nedbrytning (beroende på längd av ubikvitinkedja)

Membrantransport

celler behöver transportera substanser för att reglera storlek, form, energi och signalering

Ämnen kan transporteras över cellmembranet via:

• passiv transport: diffusion. Kräver ej energi

• Aktiv transport: energikrävande process

Diffusion över plasmamembranet

• nettoförflyttning av något. Ex. molekyler

• sker vanligtvis från högre till lägre konc.

• Då molekyler måste passera en barriär sker diffusion mycket långsammare eller inte alls

• Icke-polära molekyler (O, CO2, fettsyror, steroidhormoner) diffunderar lätt över ett lipidmembran. Opplära molekyler passerar ej membran

• De flesta organiska molekyler i cellen är dock polära (ex. glukos, aminosyror, elektrolyter) och kan endast passera ett lipidmembran via speciella transportprotein (jonkanal eller bärarprotein)

Fosfolipid är tätt packade & membranets hydrofoba inre gör att membranet är selektiv permeabel. Membranet funkar som barriär och diffusion genom det är ofta tusen till mikjoner gånger långsammare än genom vatten.

Små icke-polära molekyler kan lösas i icke-polära delarna av membranet (fettsyrakedjorna hos fosfolipiderna)

Faciliterad diffusion

Faciliterad diffusion kräver hjälp av bärarprotein eller proteinkanal (Facilitate = främja, underlätta)

Både enkel och faciliterad diffusion drivs av skillnader i koncentration och/eller laddning mellan cellens in och utsida

Diffusion av joner genom proteinkanaler

expempel på faciliterad diffusion

vissa integrala membranprotein bildar jonkanaler

jonkanalerna kan vara selektiv för ett enda jonslag (ex. K+, Ca2+, Na+) Andra är genomsläppliga för flera jonslag

Jonkanaler finns i alla kroppens celler och är i vissa celltyper extra viktiga för deras funktion

• nervernas signalöverföring

• musklernas kontraktion

• hjärtats aktivitet

• hormonfrisättning från endokrina celler

Laddade partiklar, joner kan inte passera fritt över membranet men de diffunderar över plasmamembranet i mycket högre hastighet än vad man kunde förvänta sig av deras låga löslighet i biologiska membran

också olika celler har olika jonpermabilitet

Kanaldiametern mycket liten - hindrar större molekyler från att passera

faciliterad diffusion med bärarprotein

ex. upptag av glukos sker via diffusion genom glukostransportörer (GLUTs)

bärarproteinet ändrar konformation för att transportera en molekyl (långsammare transport än jonkanaler)

aktiv transport

sker från lägre till högre koncentration

använder energi (ATP eller elektrokemisk gradient)

kan vara primär eller sekundär

primär aktiv transport sker via ATPaser

hydrolys av ATP ger energin för primär aktiv transport

transportören är ett enzym = ATPas, finns olika typer

• Na+/K+ ATPas = finns i plasmamembran, bidrar till att Na+ har hög extracellulär koncentration & lägre intracellulär koncentration. K+ är tvärtom

• Ca2+ ATPaser finns i plasmamembranet (pumpar Ca2+ ur cell) samt ER (pumpar Ca2+ in i ER). Säkerställer att den cytoplasmiska koncentrationen av Ca2+ är 10 000 falt lägre än extracellulära. Gör att Ca2+ lagras i ER

Aktiva transportmekansimer upprätthåller joners koncentrationsskillnader på cellers ut och insida

Sekundär aktiv transport

transportproteinet använder jon tex. Na+ som har stor gradient för att diffundera in i cellen samtidigt som ett annat ämne transporteras in

Energin kommer från primär aktiv transport

Hur transporteras stora proteiner? transport via exocytos (aktiv transport)

vissa protein frisätts extracellulärt för att signalera till andra celler eller som byggstenar för extracelluläramatrix.

Proteiner är stort laddade molekyler och speciella mekanismer behövs för att transportera dem över plasmamembranet

proteiner som ska till eller över membranet innehåller en signalsekvens (eller signalpeptid) som binder till speciella proteiner som dirigerar ribosomen med det växande proteinet till granulära ER

Proteinsyntesen fortsätter och den växande polypeptidkedjan matas in inuti ER

Proteiner som ska integreras i plasmamembranet bäddas in i ER-membranet medan proteiner som ska frisättas lokaliseras till ER lumen

Proteiner frisätts via exocytos

Endocytos

Endocytos = process där celler absorberar extracellulärt material genom att innesluta det med sitt cellmembran

Pinocytos (fluid endocytosis) = upptag av små lösta partiklar och vätska. Icke-selektivt upptag (för de partiklar som finns följer med) sker i alla celltyper

Fagocytos = stora partiklar (bakterier, celldebris) tas in i cell. Sker i specialiserade celltyper (immunceller)

Receptormedierad endocytos = en ligand binder till en receptor varpå endocytos sker

Receprotmedierad endocytos

Receptormedierad endocytos ger cellen möjlighet att ta in stora molekyler från extracellulära område utan att ta in stora mängder extracellulärvätska. Leder till selektiv koncentration av en specifik ligand i endocyterad vesikel

Kolesterol och även järn tas in i celler via receptormedierad endocytos.