Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006. Cellbiologi - Föreläsningsanteckningar

Kurslitteratur Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Cellbiologi - Föreläsningsanteckningar B. Alberts et al, Essential Cell Biology: An Introduction to the Molecular Biology of the Cell. 2:d edition, Garland Publishing, 2004 Måndag 23 september - Cellen + utdelade föreläsningsanteckningar Vad är en cell? En struktur som avgränsas mot omvärlden av en membran Har en egen ämnesomsättning Har en uppsättning gener som innehåller all information för att cellen skall kunna fungera Kan föröka sig genom delning Celler är mellan 200 nm och 0,2 mm stora. En cell är vanligen för liten för att ses med blotta ögat, så man måste använda mikroskop. Cellens beståndsdelar (bl.a. organeller membraninneslutna områden med särskild funktion inuti cellen) är ännu mindre, och kan ofta bara ses i elektronmikroskop. Typer av mikroskop o Fluorescensmikroskop preparatet belyses med fluorescerande ljus o Svepelektronmikroskop preparatet täcks av en tunn film av någon tungmetall. Mikroskopet visar ytan på preparatet. o Transmissionselektronmikroskop preparatet skärs i skivor och plastas in Cellens uppbyggnad och beståndsdelar Olika cellformer o Se slide 2.7 i föreläsningsanteckningarna o Human nervcell o Paramecium (toffeldjur), en ciliat, encellig eukaryot o Växtceller i vävnad, runt cellerna finns cellulosa och lignin o Bdellovibrio bacteriovorus, en bakterie som, ovanligt nog, lever av att döda andra bakterier. En mördarbakterie som dödar och äter andra bakterier. Alla eukaryoter har en membranomsluten cellkärna Mitokondrier och kloroplaster är bakterier som vandrat in och blivit symbionter inuti celler. Celltyper o Bakterie 1

Celler har först en cellvägg och där innanför ett plasmamembran. Det är övertryck inuti cellen och tar man bort cellväggen håller inte membranet. En del bakterier har flageller, att ta sig fram med. Kromosomerna är för det mesta ringslutna dvs. de har inga ändar utan är cirkulära. DNA-molekylerna är ungefär lika långa som cellen själv de är alltså väldigt ihopveckade. Bakterier saknar oftast intracellulära membransystem eller organeller DNA finns i cytosolen, och är inte avgränsat av ett kärnmembran som hos eukaryoter Flera av de membranbundna funktioner som finns hos organeller hos eukaryoter, återfinns hos cytoplasmamembranet i bakterier Bakterier kan ha olika former, även om eukaryota celler och organismer uppvisar en mycket större formrikedom. Framför allt finns det många bakterier som är runda eller stavformiga. Bakterier skiljs därför ofta åt genom sin metabolism, snarare än sitt utseende. Runda spherical cells, kocker Stavformiga rod-shaped cells Spiralformade spiral cells o Djurcell Eukaryot cellkärna Större än en bakteriecell o Växtcell Eukaryot cellkärna Vakuoler membranomslutna rum som används för att lagra ämnen De mesta strukturerna är samma som i djurceller Kloroplaster Kraftig cellvägg 1. Endoplasmatiska nätverket 2. Golgiapparaten 3. Cellkärna 4. Mitokondrie 5. Lysosomer 6. Nuclear envelope 7. Vesicle 8. Cytosol 9. Plasmamembran 10. Peroxisome Endoplasmatiska nätverket (retikulum) 2

o Förkortas ER o Syntetiserar lipider och proteiner som antingen skall specifikt till någon organell eller membranbundna proteiner. o En per cell Golgiapparaten o Efterbehandlingsstation för det som bildas i endoplasmatiska nätverket o Ser till att de hamnar rätt o Slutmontering och distribution o Kvalitetskontroll o En per cell Cytosol o Vätskan inuti cellen o Proteinsyntes av framförallt proteiner som skall användas i cytosolen o Tar upp ca 50% av volymen Endosomer o Hanterar sådant som tas in i cellen genom endosytos o Endosytos partiklar tas in utifrån genom vesiclar (membranblåsor) Lysosomer o Nedbrytningsgrejer o Innehåller nedbrytande enzym avskärmas från resten av cellen med plasmamembran, annars skulle hela cellen brytas ned Vakuol o Finns bara hos växtceller? o Motsvarar lysosomerna?? Mitokondrier o Syntetiserar ATP energivalutan i cellen o Behöver kemiska energirika ämnen o Omges av dubbla membran o Runt 1700 i varje cell, och de tar upp ca 20% av volymen Kloroplaster o Syntetiserar ATP o Utgår från solenergi Kärnan o Innehåller DNA. o DNA och RNA syntes o En per cell, tar upp ca 6% av volymen Plasmamembranet o Består av lipider och proteiner o Lipider har en vattenavstötande (hyrdrofob) och en vattenlöslig (hydrofil) sida o Lipider i vattenlösning bildar spontant ett dubbellager de hydrofoba delarna vända mot varandra och de vattenlösliga delarna utåt. o Ett lipidskikt har en fluiditet, dvs. lipidmolekylerna kan röra sig som i en vätska. Flip-flop (att byta lagersida) sker däremot sällan slumpmässigt, utan är nästan alltid styrt genom enzym som bestämmer var molekylen skall hamna. o Vad kan passera igenom lipidskiktet i ett membran? 3

Små, hydrofoba, oladdade ämnen. Passerar lätt O 2, CO 2, N 2, benzene Små, oladdade, polära (laddningsförskjuten) Passerar, men inte lika lätt Vatten, glycerol, ethanol Stora, oladdade, polära molekyler Passerar inte Aminosyror, glukos, nukleotider Joner Passerar absolut inte Membranet är dock inte helt tätt för något o Membranproteiner kan ha många olika funktioner Transportproteiner ger en kontrollerad transport av ämnen genom membranet Transporterar bland annat ut ATP ur mitokondrierna Förankringspunkter för att hålla ihop membranet när det inte finns en cellvägg Mottagare signalavläsare Enzymer Cellens viktigaste funktioner Import och export av partiklart och större lösta ämnen hos en eukaryot cell o En blåsa bildas i cellväggen, som omsluter ämnet som finns utanför. Blåsan lossnar på insidan och ansluter sig till näringsblåsorna som finns inuti cellen. På motsvarande sätt avges ämnen från näringsblåsorna. Cellens energiförsörjning Cellen som organism mikrobiologi Cellens och organismens genetik Tisdag 24 oktober - Cellen + utdelade föreläsningsanteckningar Membranprotein måste ha hydrofoba delar exponerade mot lipidskiktets hydrofoba del. o Bärarprotein (carrier protein) Kan antingen utföra passiv eller aktiv transport o Kanalprotein (channel protein) Medger snabbare transport. Endast passiv transport. Är antingen öppna eller stängda Aktiv transport o Transport som kan gå mot en gradient, men som kräver energitillförsel 4

Tex från låg koncentration till hög o Olika typer Kopplad transport (coupled transporter) En aktiv transport som drivs av en passiv transport Det måste finnas en annan transport som transporterar ut det passiva ämnet igen annars kommer den passiva transporten upphöra. Det passiva ämnet måste vara lättare (kräva mindre energi) att transportera ut, än vad det aktiva ämnet kräver att transportera in. ATP-driven transport (ATP-driven pump) Tex. Na-K-pumpen som är viktig hos djurceller. Skapar Naoch K-gradienter som sedan driver andra aktiva transporter. Ljusdriven transport (light-driven pump) Passiv transport o Transporten sker från hög koncentration till låg. o Rent praktiskt så går transporten åt båda håll. Koncentrationen kommer dock att jämnas ut, så totalt sett blir det en transport mot den låga koncentrationen. Osmos o Spontant strävar alla ämnen till att jämvikta sig över ett membran. För oladdade ämnen är bara koncentrationen av betydelse. För joner spelar också laddningsskillnader över membranet roll. o Cellerna skyddar sig genom Djurceller: jontransport Växtceller: har ett övertryck i sig från början, hålls ihop av en cellvägg Protozoer (tex. toffeldjur): har vakuoler som tar upp lösta ämnen och avger dem utanför cellen? Hur vet cellen vilket protein som skall vart? o Det sitter en svans på proteinet med en viss aminosyrasekvens ( adresslapp ) som beror på vart proteinet skall. o Har den ingen adresslapp hamnar proteinet i cytosolen o Byter man adresslappar på proteiner hamnar de fel (de hamnar dit adressen pekar) o Signalsekvensen behövs inte för proteinets funktion, utan klipps av när det skall användas Endoplasmatiskt retikulum (ER) o På ER-membranet sitter massa ribosomer o Detta är likadana ribosomer som finns fritt i cytosolen o Ribosomer bär omkring på RNA Vesikelbildning o Blåsbildning på membran o För att få lipidmembranet att bilda blåsor måste det sitta speciella proteiner i membranet, som ankrar andra proteiner, som binder med varandra i blåsform. 5

Secretion vesiklar hämtar något i golgiapparaten och (vesicles) tömmer sitt innehåll utanför cellen o Reglerad beror på behovet o Konstituitiv jämn hastighet hela tiden Hydrofoba ämnen kan inte skickas fritt genom blodet (då fastnar de på blodkärlsväggen) utan måste packeteras först o Kolesterol packeteras som LDL o Dessa förpackningar är för stora för att ta in direkt genom cellväggen, så vesiklar bildas, de slås samman med endosomer som därefter överför ämnet till lysosomer som packar upp paketen. LDL-receptorerna returneras till cellmembranet. Lysosomer är har oftast mycket surare lösning inuti sig än cytosolen utanför. o Vätejoner pumpas in o Enzymerna inuti lysosomerna fungerar bäst när det är surt läcker de ut så fungerar de inte Olika vägar att bilda lysosomer o Phagocytos en bakterie tas upp o Autophagy bildas när mitokondrier skall brytas ned o Endocytos ämnen tas upp Onsdag 25 oktober - Cellen + utdelade föreläsningsanteckningar Energimetabolism Termodynamik o Första huvudsatsen Energi är oförstörbar, men kan omvandlas mellan olika former o Andra huvudsatsen Universums, och varje isolerat systems, oordning (entropi) ökar En cell är inget isolerat system. Ordningen ökar inuti cellen. Liv är ordnat för att skapa och bibehålla ordningen krävs alltså att oordningen ökar i de döda delarna av universum Det krävs energi för att upprätthålla liv denna energi omvandlas till värme och ökar oordningen i omgivningen Energi kommer huvudsakligen från fotosyntes (ljusenergi -> socker) eller från växtmaterial (också från fotosynts) Fotosyntes o ljusenergi + CO 2 + H 2 O -> socker + syre + värmeenergi Aaerob respiration o socker + syre -> CO 2 + H 2 O + värmeenergi o Högre organismer har alltid aerob respiration Många energirika föreningar, tex. socker, innehåller för mycket energi för att kunna hanteras i ett enda svep När cellen utvinner energi så överförs energi från en förening till en annan, energibärare i flera reaktioner där en mindre mängd energi flyttas i varje steg 6

Redox-reaktioner o Oxidation Avgivande av elektroner, eller minskad del av elektronerna vid polär bindning Exempel: Fe 2+ -> Fe 3+ En oxidation, en elektron avges o Reduktion Upptagande av elektroner, eller ökad del av elektronerna vid polär bindning Exempel: CH 3 OH -> CH 4 Kolet reduceras, en bindning till syre ersätts med ytterligare en bindning till väte För att en reaktion ska kunna ske måste de reagerande molekylerna ha tillräckligt hög energi för att övervinna aktiveringsenergin Om en reaktion har hög aktiveringsenergi så kan få molekyler reagera -> låg reaktionshastighet Reaktionshastigheten kan ökas på tre sätt o Ökad temperatur -> samma aktiveringsenergi, men fler av molekylerna kan reagera Detta ökar dock hastigheten på alla reaktioner, helt oselektivt. Cellen använder inte detta sätt o Katalysator, i celler oftast enzymer -> aktiveringsenergin sänks o Ökad koncentration Den fria energin Gibbs energi (G), kj/kol o Beror på koncentrationen o ΔG = (fri energi i produkterna) (fri energi i reaktanterna) Negativt värde vid spontana reaktioner Positivt värde om energitillförsel krävs = 0 => reaktionen är i jämvikt o ΔG0 standardändringen av den fria energin. Ändringen vid standardfallet; T = 25 grader, koncentrationen (alla koncentrationer) är 1 M, vilket medför att ph = 0 o ΔG0 om ph = 7 (dvs. vätejonkoncetrationen är 10-7 M) får man ett specialfall o Vid kopplade reaktioner så är ΔG lika med summan av delreaktionernas ΔG Glykolysen ATP-koncentrationen varierar inte särskilt mycket beroende på vad vi gör. Däremot ändras ATP-bildningen/tillförseln när vi gör något ansträngande. o På en kort tidsskala finns det en balans mellan ATP-konsumtion och ATPproduktion Upplagsnäringar o Energin lagras som något för att senare göras om till ATP o Stora molekyler som inte är vattenlösliga o Glykogen eller stärkelse glukospolymer o Fett opolära lipider, utan hydrofil grupp, bildar droppar Glykolysen kallas också Embden-Meyerhof-vägen Finns hos de flesta organismer: alla eukaryoter och de flesta kända prokaryoter 7

En glukos omvandlas till två pyruvat Nettobildning av två ATP per glukos (konsumeras två, bildas fyra) Det bildas också två NADH per glukos ATP-bildning, två principer o Substratnivå-fosforylering Vanlig kemisk reaktion Något som är energirikt (oftast med en fosfatgrupp) får direktkontrakt med en ADP-molekyl, i ett enzym. Fosfatgruppen går över till ADP-molekylen o Elektrontransport-fosforylering eller oxidativ fosforylering Glykolysen: nedbrytning av glukos till pyruvat o Se slide 15 o ATP tillförs för att glukosen skall bli lättare att bryta ner i senare steg o glukosmolekyl + ATP + ATP -> fruktos -> 2 glyceraldehyde-3-fosfat o glyceraldehyde-3-fosfat + NAD + -> NADH + ATP + ATP + pyrodruvsyra o Fruktos är en sockermolekyl med två fosfat o Pyrovatet går vidare till senare steg i energimetabolismen o Det finns organismer som klarar sig med bara glykolysen Jäsning när pyruvatet från glykolysen måste användas för att återoxidera NADH till NAD +. ATP bildas endast vid direktkontakt med det organiska ämnet, så kallad substratnivå-fosforylering o Körs hela tiden för att återskapa NAD + till glykolysen o Mjölksyra bildas. Detta används när man anstränger sig. Glykolysen går för fullt men utöver det även jäsning. Pyruvatet från glykolysen transporteras in i mitokondrien Här oxideras pyruvatet, en koldioxid avlägsnas och resten, en acetylgrupp (två kolatomer), binds till en coenzym A -> acetyl-coa Acetyl-CoA går sedan in i citroncyracykeln, där två koldioxid avgår Acetyl-CoA till citronsyracykeln kan också komma från fettsyror, genom oxidation Citronsyracykeln o Oxidation av acetyl-coa till CO 2 o Acetylgruppen binds till oxalacetat och bildar citronsyra o Citronsyran går vidare genom ett antal steg och kvar blir sen oxalacetat o Det bildas 3 NADH, 1 GTP, 1 FADH 2 och 2 CO 2 o Citronsyracykeln är egentligen inte beroende av syre, utan att det finns en fungerande elektrontransportkedja NADH (från glykosen och citronsyracykeln) avger sina elektroner till en elektrontransportkedja. Vid elektrontransporten skapas en protongradient. Denna protongradient används bland annat för att syntetisera ATP. Om elektronacceptorn (som här är syre) saknas, stoppar elektrontransporten. NADH kan då inte oxideras tillbaka till NAD +. Då kan inte citronsyracykeln fungera eftersom den kräver mycket NAD +. Olika ämnen som används i glykolysen och citronsyracykeln används också i andra reaktioner i cellen 8

Torsdag 26 oktober - Cellen Elektrontransportkedjor, protongradienter och ATP-syntas Syre o Förbrukas i mitokondrien och bildas i kloroplasten o Kan vara skadligt för alla organismer alla aeroba organismer har skyddssystem mot syre o Påverkar redoxpotentialen i miljön Mitokondriens inre membran har massa veckningar för att öka organets yta men inte volym. o Innermembranet är tätt det som går igenom måste gå igenom transportproteiner. Syrgas och koldioxid kan dock gå rakt igenom. Mitokondrier finns i celler från nästan alla eukaryoter undantag är vissa grupper av encelliga anaeroba eukaryoter Elektronflöde i mitokondriens elektrontransportkedja o Ubikinon och cytokrom c är rörliga elektrontransportörer som diffunderar i membranen o Protoner pumpas till utsidan vid elektronernas transport genom de tre stora komplexen Protongradienten består av summan av två komponenter o Membranpotentialen laddningsskillnaden över membranet o Koncentrationsgradienten koncentrationsskillnaden av vätejoner över membranet o Protongradienten driver ATP-syntes som sker i ATP-syntaset 9

ATP-syntaset är reversibelt det kan också hydrolysera ATP och transportera ut vätejoner o ATP -> ADP + P i o Syrebrist => ATP-syntes stoppas -> jäsning ger ATP -> hydrolys ger en högre protongradient Bildningen av protongradient respektive ATP sköts av separata enheter. Redoxpotential affinitet för elektroner o Avgör hur elektronerna förflyttas mellan komponenterna i elektrontransportkedjan. o Elektronerna går spontant från ämnen med lägre redoxpotential till ämnen med högre redoxpotential. o Ju större skillnad mellan två ämnen som reagerar med varandra ju mer energi friges vid reaktionen o När man ritar upp diagram över redoxpotential (y-axeln) så är den mest negativa siffran överst. Samverkan mellan kloroplast och mitokondrie o Kloroplasten bildar ATP, men använder det till att göra socker, som den skickar till resten av cellen o Mitokondrien tar sockret och gör ATP till resten av cellen Måndag 29 oktober Mikrobiologi Mikrobiologi är läran om mikroskopiska organismer o Alla Bacteria. De vi känner till mest om. De som skadar mest och som vi har mest nytta av. o Alla Archea o Eukarya de grupper som har encelliga former Protozoer Vissa alger Vissa svampar o Virus som inte är organismer Viktiga historiska personer inom mikrobiologi o Van Leeuwenhoek räknas som mikroskopets fader. Visade att det fanns mikroorganismer. o Pasteur påvisade flera kemiska processer (tex. ättiksyrajäsning och mjölksyrajäsning) som utfördes av mikroogranismer. o Lister visade att bakterier sannolikt gav sårinfektioner. o Koch utvecklade metoder för att isolera och odla bakterier, och visade att bakterier kunde orsaka sjukdomar, tex. mjältbrand. Hur mikroorganismer påverkar oss o Jordbruk Kvävefixering och näringskretslopp Djurhållning tex. så är kors näringsupptag helt beroende av mikroogranismer. o Mat och dryck Mjölksyrajäsning 10

Etanoljäsning o Sjukdomar o Bioteknik Vattenrening Genteknik Bakteriers celler o Har inte en massa organeller o DNA t de har ligger för det mesta bara i en kromosom. o Cellmembran och cellvägg o Flagell Bacteria Archaea Eukarya DNA i kärna Nej Nej Ja Komosomer med Nej Ja Ja histoner Ribosomer 70S 70S 80S Känslig för Ja Nej Nej kloramfenikol, streptomycin Membranlipider Ester Eter Ester S Swedberg, storleksenhet. 70S är större 80S??? Kriterier för taxonomisk indelning av mikroogranimser o Morfologi Form Färgningar o Fysiologi Tex. vilka kolkällor som används, vilka produkter som bildas o DNA-sekvens Likheter/skillnader i en gen, vanligen 16S-subnenheten i ribosomen 16S-subenheten är lagom stor och alla har den. Hos Eukarya så kallas samma sekvens 18S, eftersom den är något större. Identifiering av bakterier o Det finns många bakterier som vi inte kan odla. Många arter som finns i stor antal växer inte ut på plattor. Detta gör att vi alltid kommer att få ett alldeles för lågt värde när vi försöker räkna bakterier i ett prov genom odling. o Bakterier kan identifieras med hjälp av färgning av specifika DNA och RNAsekvenser, så kallad FISH-teknik (Fluorescent In Situ Hybridization). Detta kan användas i naturliga blandprover för att visa tex. hur olika bakteriegrupper sitter i förhållande till varandra. Vi kan se hur de ser ut, hur många de är, formen på kolonierna.. Metoder för att räkna bakterier o Platträkning/MPN (Most Probable Number) Endast bakterier som kan växa i mediet räknas Aggregat av bakterier räknas som en o Räknekammare 11

Räkning av varje bakterie, genom mikroskop Resultat färdigt direkt man behöver inte odla bakterierna först Mindre noggrant och även döda celler räknas Provet måste vara rent o Flourescensmikroskopi Även döda celler kan räknas Räknar även icke odlingsbara Bakteriers cellmembran o Innehåller förutom membranlipider Transportproteiner Sensorproteiner, känner av ämnen i omgivningarna Elektrontransportkedja (för respiration och/eller fotosyntes) o Protein:lipid-kvoten är ca 4:1 (Hos eukaryot cell ca 1:1) o Archaea har helt unika memranlipider, som skiljer sig från Eukarya och Bacteria. Inga fettsyror, utan isoprenoider En annan bindning till glycerol Vissa Archaea har lipider som går genom hela membranet Bakteriers cellväggar o Bestämmer bakteriens form o Kan användas för att bestämma bakterietyp o Vanligast är sfäriska eller stavformiga o Består av annat material än hos eukaryoter. De flesta har murein (peptidglukan) i sina cellväggar. NAG-NAM-kedjor som sammanbinds med korta peptidkedjor NAG N-acetylglukosamin NAM N-acetylmuraminsyra o Flera antimikrobiella ämnen riktar in sig på cellväggen Penicillin Hindrar nybildning av peptidkedjor när cellväggen skall nysyntetiseras Bakterien växer till utan att ny fungerande cellvägg bildas bakterien sprängs. (Bakterier löser upp sina cellväggar när de skall dela sig) Lysozym Finns bland annat i människans tårvätska Spjälkar NAG-NAM-kedjorna så att bakterierna sprängs o Gramfärgning har varit en vanlig metod för indelning av bakterier. Bakgrunden till skillnad i färgning är att cellväggen är olika konstruerad. Grampositiva har tjockare och tätare cellvägg (murein). Vid gramfärgning kommer färgen in men inte ut. Gramnegativa tunnare och glesare cellvägg (murein). Vid gramfärgning sköljs färgen ut igen, så de färgas inte. De flesta bakterier är Gramnegativa. Bakteriers förflyttning o Flageller 12

Transport genom vätska Ofta styrt genom kemotaxi (avkänning av gradient av ämne) slumpvis riktning, men simmar längre sträcka åt gynnsamt håll. Bakterien simmar alltså åt det håll där koncentrationen av bra ämnen är hög. o Glidande rörelse Hos filamentära bakterier (tex. vissa cyanobakterier) Måste ske på en yta Vidhäftning o Sänk ner en yta i vatten och du får garanterat en bakteriefilm på den o Många bakterier sätter sig gärna på ytor Ofta bättre näringstillgång Vidhäftning är ofta ett viktigt steg vid infektioner o Specificitet vid vidhäftning Receptorer Pili, stel proteinstruktur, igenkänning och vidhäftning, tex. vid infektioner och genöverföring mellan bakterier (sexpili) o Bakterien kan fästas hårdare på en yta genom att den bildar polymerer, tex. polysackarider och proteiner, som binder till ytan Pili används vid överföring av genetiskt material mellan bakterier Sporer o Vissa Grampositiva bakterier bildar sporer (främst släktena Bacillus och Clostridium) o Bakteriesporer är överlevnadsstrukturer (en spor per cell) Svampsporer är en förökningsform. Hos bakterier är det inte en fråga om att bli fler utan om att överleva. o Bakteriesporer är ofta mycket tåliga (vissa överlever kokning i flera timmar) och kan i vissa fall överleva i flera decennier o Sporer är anledningen till att man måste autoklavera (121 grader C, 20 min) för att avdöda alla bakterier (sterilisera). o De flesta bakterier bildar inte sporer, det är bara några få grupper som gör det. Tex. mjältbrand. Batchkultur satsvis odling. Man börjar med en bestämd mängd näring och sen tillför man inget mer. Tillväxt av bakterier vid satsvis odling o Lagfas Anpassning till nytt odlingmedium o Logaritmisk tillväxtfas (logfas) Bakteriern tillväxer med maximal hastighet Alla komponeneter i bakterien ökar med samma hastighet o Stationärfas Tillväxten avstannar pga näringsbrist och/eller ansamling av avfallsprodukter o Avdödningsfas Kontrollerande faktorer för tillväxt o Kolkälla för biosyntes, vanl. organiskt ämne 13

o Energikälla, vanl. organiskt ämne, men kan också vara oorganiskt ämne eller ljus (eller en blandning, val) o Övriga näringsämnen, kväve, fosfor, svavel m.m. o Lämplig temperatur membranet behöver lämplig fluiditet, enzymer är temperaturberoende o Lämpligt ph (oftast runt neutralt), en del som kräver surt ph o Syre/syrefritt o Lämplig vattenaktivitet, halt lösta ämnen, jonstyrka (mängd joner); hav vs sjö Temperatureffekter och nu kända gränser för tillväxt o Nu kända övre gränser för liv: Eukarya 62 C (kanske 80 C) Bakteria 95 C Archaea 121 C (kanske 130 C) o Undre gräns: Allt liv måste ha vatten när vattnet i cellen fryser försvinner aktiviteten o Olika bakteriearter har olika temperaturintervall för tillväxt Psykrofiler trivs bäst i kylskåpet Mesofiler E Coli, de flesta bakterierna 10-45 C Termofiler värmeälskande (50-60 C) Hypertermofiler i vulkaniska områden o Avdödning av celler m h a värme Antalet levande celler minskar logaritmiskt; tiden som krävs för utrotning beror på hur många de är Som ett värde på temperaturkänsligheten vid en viss temperatur anges den tid (D) där 10 % fortfarande lever Tisdag 31 oktober - Mikrobiologi Syre är giftigt. Alla som saknar skyddsmekanismer mot syre klarar sig endast i syrefri miljö (undantag sporer). Alla som kan använda sig av aerob respiration gör det då det finns syre. Syretolerans o Obligata aerober måste ha syre o Obligata anaerober måste ha syrefritt o Fakultativa anaerober växer både med och utan syre o Mikroaerofila behöver syre men tål inte höga koncentrationer o Aerotoleranta anaerober tål syre men använder det inte Bakterier växer på olika plats i ett agarrör beroende på sitt syrebehov/tolerans o Obligata aerober bara överst o Obligata anaerober på botten o Fakultativa anaerober mest högst upp, men i hela röret o Mikroaerofila behöver syre men tål inte höga konc. högst upp o Aerotoleranta anaerober tål syre men använder det inte i hela röret 14

Prokaryoter har (som grupp) en mycket stor diversitet i energimetabolismen och nedbrytningsförmågan o Många har en aerob respiration med organiska ämnen som näring (elektrondonator) precis som eukaryoter o Många har en anaeroba respirationer, som liknar aerob respiration, men där t.ex. nitrat eller sulfat ersätter syre som elektronacceptor i elektrontransportkedjan o Vissa använder oorganiska ämnen istället för organiska för respiration o Många har jäsningar det finns många olika varianter o Och så finns det fotosyntes Termer för organismers energi- och näringsmetabolism o Energikälla Kemotrof använder kemisk energi Fototrof använder ljusenergi o Elektrondonator Organotrof organiska ämnen som elektrondonatorer Litotrof oorganiska ämnen som elektrondonatorer o Cellmaterial Autotrof får cellmaterial från koldioxid Heterotrof får cellmaterial från organiska ämnen o Exempel Fotoheterotrof Light => Elektrontransport => Proton motive force --> ATP Fotoautotrof Light => Elektrontransport => Proton motive force --> ATP Bakterier som använder organiska ämnen använder ofta koldioxid Anaerob respiration o Hos E. coli Elektrontransportkedjan hos E. coli fungerar som hos mitokondrien men har lite annorlunda komponenter och färre protoner pumpas ut vid aerob respiration och ännu färre vid nitratrespiration. När E. coli övergår till nitratrespiration byts endast de sista delarna av elektrontransportkedjan ut. o Denitrifikation Kvävet från nitraten reduceras i flera steg, och nästan allt kvävet bllir kvävgas. Överför lättillgängligt kväve (nitrat) till svårtillgängligt kväve (kvävgas). Finns hos många bakterier. o Sulfatrespiration Sulfat används som elektronacceptor (i stället för syre). När det reduceras bildas vätesulfid. Kräver syrefria miljöer. Viktig process i haven, framförallt i sediment. 15

Vanligare än aerob respiration, i havet. Anledningen är att det finns så mycket sulfat där. o Metanbildning Koldioxid (eller acetat) används som elektronacceptor och detta omvandlas till metan. Metanet bubblar upp, tex. ur mossar. Kemolitotrofer o Nitrifikation Är samlingsnamnet på två obligat aeroba kemolitotrofa processer som tillsammans omvandlar ammoniak till nitrat. De utförs av olika bakterier. Ammoniumoxidation: NH + - 4 -> NO 2 - Nitritoxidation: NO 2- -> NO 3 I naturen förekommer bägge processerna nästan alltid ihop. o Svaveloxidation Bakterier som använder oorganiska svavelföreningar istället för organiska ämnen i en aerob respiration Jäsningar o Jäsningar är energimetabolismer utan elektrontransport. ATP bildas genom substratnivåfosforylering. Det NAD + som reduceras till NADH måste åter oxideras till NAD +, vanligen genom att slutprodukten i energiutvinningen reduceras, tex i etanol- och mjölksyra(laktat)jäsning o Många olika ämnen kan användas vid jäsningar, men de måste ha en redoxpoitential som inte är för hög eller för låg, eftersom ämnet måste kunna både oxideras och reduceras. o Jäsningar karakteriseras av ett relativt lågt energiutbyte, och av att de mesta av energin i substratet finns kvar i jäsningens slutprodukt. o Många av de organiska ämnen som anaeroba respirerare använder är slutprodukter från jäsningar. Exempel är acetat, laktat, etanol, metanol. o Några vanliga jäsningar Propionsyrajäsning, används till exempel vid osttillverkning Smörsyrajäsning används också kommersiellt Fotosyntes o Syrebildande fotosyntes finns hos vissa Eukarya och hos Cyanobakterier inom Bacteria. o Icke syrebildande (anoxygen) fotosyntes finns hos vissa Bacteria o Fotosyntesen använder ljusenergi för att sänka redoxpotentialen hos klorofyll så att det kan lämna elektroner till en elektrontransportkedja o Elektrontransportkedjan skapar en protongradient som driver en ATP-syntes o För att binda in CO 2 till organiska ämnen krävs NADH. Denna kan också bildas i fotosyntesens elektrontransport. o Sker i två steg först fotosyntes II och sen fotosyntes I Bland Grampositiva bakterier finns många antibiotika-producerande bakterier Cyanobakterier tillverkar syre Protobacteria o Den största grupppen, och den med störst metabolisk diversitet. 16

o Innehåller de flesta av våra vanliga gramnegativa bakterier Purpurbakterier anoxygenisk (icke syrebildande) fotosyntes, dessa kan också ofta växa i mörker med aerob respiration Kemolitotrofer, som nitrifikationsbakterier och svaveloxiderande bakterier (tex. Thiobacillus och Baggiata) Pseudomonader (Pseudomonas) aeroba organotrofer, stor nedbrytningsförmåga, vissa ger opportunistiska infektioner (dvs. infektioner som beror på att bakterien får tillfälle att slå sig ner i tex. ett sår. Det är dock inte de här bakteriernas naturliga miljö.) o Enterobakterier E. coli och Salmonella är de mest välundersökta bakterierna o Vibriogruppen V. cholera kolera V. anguillarum fiskpatogen. Brukade ställa till besvär i fiskodlingar. Numera är i princip all odlad lax vaccinerad mot denna. V. fischeri bioluminiscens. Tex. bläckfiskar använder dessa till att lysa. o Spiriller Campylobacter Helicobakter patogena Bdellovibrio lever av andra bakterier. Är mindre än sina offer tar sig igenom cellväggen och äter upp dem inifrån. o Sulfatreducerande bakterier Desulfovibrio har anaerob respiration, är viktiga framförallt i havet Grampositiva bakterier o Delas in i de med lågr tespektive högt GC-tal (% G + C i DNA) o Lågt GC Icke sporulerande Staphylococcus infektioner, matförgiftning Streptococcus halsfluss, scharlakansfeber, mjölksyrajäsning Lactobacillus mjölksyrajäsning Sporbildande Bacillus aerob o B. antracis mjältbrand o B. thuringiensis toxin mot insekter. Förstör tarmslemhinnan hos larver, då de äter giftet. Clostridium anaerob o C. perfringens kallbrand, matförgiftning o C. botulinum botulism (den allvarligaste matfögiftningen). Sporerna finns naturligt på växter och om man skär grönsaker och kött med samma kniv/på samma skärbräda så kan de börja föröka sig i köttsaften. Själva bakterien är jättegiftig. o C. tetani stelkramp. Musklerna spänns. Mycoplasma saknar cellvägg, vilket gör att den inte syns med gramfärgning (det är DNA t som i det här fallet 17

bestämmer att den hör till Grampositiva). Obligat parasit, dvs anpassad till att leva i en värdorganism. o Högt GC Corynebacterium diphteriae Mycobacterium tuberculosis tuberkolos Mycobacterium leprae lepra Actinomyceter hyfbildande (pyttesmå svampmycel ). Luktar jord. Streptomyces jordlevande. Bildar många olika antibiotika. Ca 90 % av de naturligt bildade antibiotikan bildas av det här släktet. Cyanobakterier o Har syrebildande fotosyntes och fixerar koldioxid o Finns både encelliga och filamentära former (cellerna sitter ihop på rad) o Flera av de filamentära kan fixera kvävgas vid kvävebrist ger blomningar i Östersjön (Nodularia, Aphanizomenon) och i tropiska vatten (Trichodesmium) o Växer antingen fritt i vattenpelaren, eller i mattor på sediment- eller bergytor. Tex. i oskötta akvarier. Archaea o Euryarchaeota Extrema halofiler Tex. Halobacterium. Kan växa i koncentrerad saltlösning (från 10% till mättad) De flesta använder aerob respiration Vissa har bakteriehodopsin ljusdriven bildning av protongradient Därför är det inte bra att använda saltvatten till saltinläggningar då får man med saltresistenta bakterier. Metanogener Obligata anaerober Använder enkla substrat, vanligen H 2 + CO 2 eller acetat, för att bilda metan. Detta ger en protongradient och ATP-syntes. Onsdag 1 november - Mikrobiologi Virus Virus o Består av paketerad nukleinsyra, enkel- eller dubbelsträngad, RNA eller DNA o Selektiv infektion o Obligat intracellulär parasit. Använder värdcellen för att föröka sig o Kan döda cellen och släppa ut många nya viruspartiklar på en gång, eller leva kvar i cellen och förökas med denna (och ibland också släppa ut nya viruspartiklar i långsam takt) o Mycket mindre än celler Virion viruspartikel 18

o Kan ha många olika former o Det är bara genomet/nukleinsyran som går in i cellerna Diversitet i det genetisk materialet hos olika virus alla kombinationer av dubbelsträngat och enkelsträngad med DNA och RNA. Hos vissa virus förekommer genomet i olika form under olika stadier av infektionscykeln. Bakterievirus infekterar bakterier o En bakterie som infekterats av bakterievirus (bakteriofager) bakterievirus lämnar höljet på utsidan och skickar in sin nukleinsyra i bakterien. Humanvirus infekterar människor Bakteriegenetik o Ett litet genom jämfört med eykaryoter o Vanligen en ringsluten kromosom (flera linjära hos eukaryoter) o Inga introner (icke-kodande delar) i generna => mer effektivt DNA o Ofta plasmider (DNA med funktionsgener fristående från kromosomen) o Ingen sexuell omkombination av gener som hos eukaryoter o Kan utbyta gener över artgränserna Medför att det är svårt att isolera genmodifierade gener Överföring av genetiskt material hos bakterier o Sker som specialfall, och inte som en integrerad del av organismens livscykel som hos eukaryoter o Endast en mindre del av genuppsättningen överförs o Överföring kan ske mellan mycket avlägset besläktade arter kan man dela in i arter då? o Tre olika sätt att föra över gener mellan bakterier Transduktion överföring med hjälp av virus Transformation fritt DNA tas upp Konjugation plasmid-dna förs över från givarbakterie till mottagarbakterie Transduktion o Slide 3.9 o Virus kan infektera genom att infoga sitt DNA i bakteriekromosomen. När det klipps ut igen så kan det klippas på fel ställe. Ett virus får med en bit av bakterie-dna t i viruskapsiden av misstag. Detta innebär oftast att vissa virusgener inte kommer med. När detta virus infekterar en ny bakterie lyckas inte infektionen, men nya bakteriegener har förts över. o Andra virus klipper enzymatiskt sönder värdcellens DNA i slutfaserna av infektionen. Dessa DNA-fragment kan sedan byggas in i en viruspartikel. Transformation o Slide 3.10 o När bakterier tar upp fria DNA-fragment (som tex. har bildats när andra celler dött). De får på detta sätt in nya gener. Slumpen avför vilka gener som överförs. o Detta kan också användas för att genmodifiera bakterier. Konjugation o Slide 3.11-12 19

o Överföring av plasmid-dna från givare till mottagare. Under överföringen replikeras (förökas) DNA t så att efter konjugationen har båda bakterierna en kopia av plasmiden. o Två celler bildar en sex pilus (typ snöre för att hållas ihop) mellan sig och därefter en brygga där de överför en kopia av plasmiden. o Vissa plasmider kan sättas in i kromosomen. Om plasmiden sedan förs över vid konjugation så följer delar av kromosomer med (eftersom den kopieras i farten då plasmiden kopieras). En betydande del av kromosomen kan överföras till en annan bakterie på detta sätt. Inte bästa lösningen för varken plasmiden eller bakterien o Plasmiden fungerar som en parasit det är den som tjänar på att spridas mellan bakterier. Bakterierna själva tjänar ju inget på att sprida sitt DNA till andra. o Det finns stora likheter mellan plasmider och virus, men plasmider har ingen fas där den är fristående från cellen. o Plasmider kodar ofta för extragrejer. Enzymer som kan vara bra att ha vid vissa tillfällen. Tex. antibiotikaresistens. Fördelar för cellen är bra för plasmiden, eftersom den inte kan existera utanför cellen. Introner o Slide 4.13 o Eukaryoter har introner som klipps bort innan mrna t avläses till protein. RNA introner -> mrna o Prokaryoter saknar introner och producerar ett mrna som kan avläsas direkt. De har därför inte heller systemet för att avlägsna introner, och eukaryota gener måste modifieras innan de kan sättas in i bakterier. Det gör man ofta genom att läsa av mrna t och återskapa RNA/DNA utan introner. Antibiotika Ett antimikrobiellt ämne, dvs det hämmar eller dödar mikroorganismer Ett antibiotikum ska strikt sett vara tillverkat av mikroorganismer (vilket alla våra vanliga antibiotika är) Det enda vanligare antimikrobiella ämnet som är helt syntetiskt är sulfa Ett bra antibiotikum måste ha två egenskaper o Det ska vara så skadligt som möjligt för den sjukdomsalstrande mikroorganismen o Det ska vara så oskadligt som möjligt för människan Antibiotika används till att o Bota infektioner hos människor och djur o Förebygga infektioner Inte särskilt bra taktik eftersom detta medför att vi får fler antibiotikaresistenta bakterier o Öka tillväxten hos boskap genom tillsats i fodret ökar utnyttjandet av fodret, dvs mer kött/foder. Ökar också antibiotikaresisten Kan göra att det hamnar antibiotika i mjölken 20

Organismer som tillverkar antibiotika o Antibiotika produceras naturligt av flera arter av svampar och bakterier, framförallt sådana som lever i jord o Alla nu använda antibiotika syntetiseras genom odling av mikroorganismer (utom kloramfenikol). o I många fall så sker senare modifieringar av antibiotika med kemiska metoder, för att ge speciella egenskaper Tex. motverka antibiotikaresistens, stå emot nedbrytning, ändra utsöndringstakten. Exempel på antibiotika, se slide 4.16 o Bredspektrum slår mot i princip alla bakterier. Skapar problem eftersom de bryter ner våra naturliga mikroorganismer också, tex. tarmfloran. Antibiotikaresistens o Resistens mot de ursprungliga formerna av antibiotika fanns naturligt, fvs innan antibiotika började användas av människan o Antalet resistenta bakterier som påverkar människan har ökat, på grund av stor antibiotikaanvändning o De resistenta överlever lättare än ickeresistenta i en miljö med antibiotika o Resistensmekanismer Nedbrytning av antibiotikat, tex med enzymer som penicillinas Den struktur (tex. ribosomer) som antibiotikat slår mot förändras. Detta leder ofta till att strukturen inte fungerar riktigt lika bra. Kostnaden att vara resistent medför att om antibiotikat tas bort så går resistensen ofta ner. Förhindrat upptag av antibiotikat o Man kan testa en bakterie för resistens mot flera olika antibiotika genom att odla bakterien på en näringsgel och sätta till papperslappar med antibiotika, som sedan diffunderar ut från lappen. Ju längre ut från lappen ju mindre koncentration av antibiotikat. Ju längre ut från lappen som bakterieväxten hämmas, ju känsligare är bakterien. Livsmedel Industriell odling av mikroorganismer o Omrörd tankreaktor o Tanken är ofta försedd med kylslingor (inuti) för att leda bort värme som produceras vid organismernas ämnesomsättning. o Omrörning och luftning är viktigt så att det inte blir syrefritt någonstans o Svårt att sterilisera odlingsutrustning i industriskala kontaminationsrisk Mjölksyrabakterier o Bakterier som inte använder syre (de jäser istället) men tål syre bra. o Två grupper Homofermentativa bildar huvudsakligen mjölksyra som slutprodukt Heterofermentativa bildar mjölksyra men också betydande mängder ättiksyra, etanol och koldioxis Mat som behandlas med mjölksyrajäsning 21

o Korv, surströmming, ost, filmjölk, yoghurt, smör, surkål, pickles, sojasås, oliver Mjölksyrabakterier och hälsa o De flesta mjölksyrningar görs med blandningar av mjölksyrabakterier. Vissa av dessa sägs vara nyttiga för magen, genom att de koloniserar tarmen och fungerar som konkurrenter mot patogena bakterier Exempel är Lactobacillus acidophilus (som växer långsamt jämfört med andra mjölksyrabakterier) och Bifidobacterium-arter (som ofta kan isoleras från tarmen) o Vissa arter sägs också kunna ha en viss effekt mot tarmcancer o Naturliga mjölksyrabakterier kan också ha effekt som skydd mot underlivsinfektioner Matförgiftning förgiftad av ett gift som en bakterie bildat Matinfektion bakteriernas tillväxt i tarmen orsakar besvär Mikrobiell ekologi Mikrobiell ekologi hur mikroorganismer fungerar ihop med varandra, sin omgivning och andra organismer Mikroorganismer o Är viktiga som primärproducenter, framförallt i vattenmiljö o Omvandlar näringsämnen o Påverkar miljön för andra organismer Miljöer där mikroorganismer förekommer o Alla miljöer som högre organismer lever i o En del miljöer som är för extrema för högre organismer. Till exempel miljöer med för högt ph, för hög temperatur, för hög salthalt. Mikromiljöer o Mikroorganismer är små o Kan undersökas med bland annat mikroskop och elektroder Vattenmiljön o Primärproduktion sker främst av växtplankton och cyanobakterier o Antal bakterier i ytvatten är ca 10 6 bakterier/ml o Mikroorganismer påverkar bla koncentrationer av näring och syre (nästan alla anaeroba miljöer är skapade av mikroorganismer) o Syrekoncentrationen beror på Tillförsel Primärproduktion Syrelöslighet vid ytan Vattenomblandning o Om vattenomblandningen hindras kan syrefria vattenmassor uppstå sedimenterat organiskt material bryts ned -> syreförbrukning Förbrukning Aerob respiration BS/BOD 22

o Mänskligt orsakat utsläpp av organiska ämnen kan orsaka stora problem mes syrebrist. Därför regleras sådana utsläpp. o Det som mäts för kontroll är biokemisk syreförbrukning (BS eller BOD, biochemical oxygen demand på engelska). Provet mättas med syre och inkuberas o Detta säger hur mycket syre det organiska materialet förbrukar under 7 dagar (5 dagar i andra länder) när det bryts ned av bakterier som finns naturligt o Om provet innehåller mycket organiskt material måste det spädas för att syret inte ska ta slut under inkuberingen o Nitrifikation kan också bidra till syreförbrukningen Sediment o Sediment - material som sedimenterat. Detta är oftast finkornigt material. Stort hinder för diffussion och strömningar oftast syrefritt några mm under ytan o Har betydligt större koncentration av organiska ämnen än vattenpelaren o En stor del av de organiska ämnena bryts ned med anaeroba metabolismer, framförallt sulfatreduktion o Ytsediment har ca 10 9 bakterier/g sediment (motsvarar ungefär per ml) o Viktigt för omsättning av näringsämnen från sedimenterat material Jordmiljön o Mycket heterogen miljö, även inom jordaggregat på några mm o Nästan alla mikroorganismer finns på ytor på partiklar o Ytjord innehåller ca 10 9 bakterier/g jord o Bakterier är viktiga i växternas rotzon frigör och omvandlar näring och påverkar syrehalt. o Vatten är viktigt för den mikrobiella aktiviteten i jord o Vattentillskott ger ökad mikrobiell aktivitet på grund av Mindre torkstress Näring transporteras o En vattenmättad jord blir oftast syrefri o Mikroorganismerna påverkar jorden Omvandlar organiska ämnen Omsätter närsalter Bildar polymerer som bidrar till aggregatbildning Torsdag 2 november - Mikrobiologi Slutet på gårdagens föreläsningsanteckningar, se ovan. Måndag 6 november Genetik Alla ämnen som slutar på as är enzymer. DNA-molekylens replikation 1. En mängd proteiner och enzymer markerar startpunkten (origo) för replikationen. Det finns många origo på varje kromosom, annars skulle replikationen ta alldeles för lång tid. Replikationen sker i Replication forks det vill säga ändan på replikationen (= replikationsbubblorna) 23

Enzymer lättar på trycket bakom varje replication fork, när andra enzymer öppnar upp replikation Single strand binding protein (SSB-protein) binder till de enkelsträngade gafflarna så att DNAmolekylen inte sluts igen 2. RNA-primas bildar en primer som DNApolymeras α (alfa) kan starta vid. DNA-polymeras börjar att addera nukleotider. Strax sker en polymeras switching till DNA-polymeras δ (delta) som fortsätter att addera nukleotider och för varje tillsatt nukleotid utfärs proof-reading, det vill säga en koll att det är korrekt nukleotid. I varje replikationsgaffel pratar man om en leading strand och en lagging strand, vilket innebär att i varje replikation finns två leading strands och två lagging strands. Längs leading strand adderas nukleotider kontinuerligt, längs lagging-strand sker replikationen i orazakifragment, nukleotider adderas diskontinuerligt. DNA-ligas läker ihop okazaki-fragmenten och DNA-strängarna från de olika replikationerna => två exakt identiska DNA-molekyler. Telomeras är ett viktigt enzym som har att göra med DNA-replikation och åldrande. Det hjälper till så att DNA-replikationen avslutas så att även ändarna på kromosomerna kopieras. Cell-cykeln Interfas det längsta stadiet o G1 här sker RNA- och protein-syntes. G stod förr för Gap men numera för Growth o G1/S-checkpoint här kollas om allt är ok inför nästa steg (delning). År cellen tillräckligt stor? Är miljön ok? Finns skadat DNA? Replication fork Om DNA t är skadat lagas det, men är det för mycket skadat skickas cellen till celldöd. o S här sker DNA-replikation S står för syntes o G2 här sker RNA- och protein-syntes o G2-checkpoint här kollas återigen om allt är ok inför nästa steg Är allt DNA-replikerat? Är cellen stor nog? Mitos celldelning. Tar ca 1 h o Profas Kromosomerna framträder som dubbla strukturer, dvs de består av 2 kromatider. Varje kromatid består av en obruten DNA-molekyl (dubbel helix). Kromosomerna packas DNA-molekylerna (med kopior) rullas upp kring histoner (protein). Kromosomerna förkortas och förtjockas (spiralisering) under hela profasen) Centriolerna förflyttar sig till polerna o Prometafas 24

Kärnmembran och nukleol bryts ned Centriolerna på ömse sidor om kromosomsamanhopningen (vid polerna) En kärnspole börjar bildas. Kromosomerna fäster med centromererna i kärnspolen och börjar vandra mot ekvatorialplanet. Man kan se att cellen är i prometafas för att kromosomerna är böjda (de dras mot ekvatorn av spolen) o Metafas Kärnspolen fullt utbildad Centromererna i ekvatorialplanet Kromosomarmarna spretar ut o Anafas Kortaste fasen. Kritiskt stadium. Centromererna delade Kromosomerna har nu var sin centromer och kallas nu kromosomer. Dotterkromosomerna går mot var sin pol med centromererna först o Telofas Kromosomerna har nått polerna och börjar uppluckras (despiraliseras) Kärnmemebran utbildas och kärnorna avrundas Nukleolerna utbildas Kärnspolen försvinner Cytokinesen cytoplasmans delning (dvs cellen börjaar avsnöras) avslutar mitosen o Interfas Celldelningen är avslutat och dottercellerna är i interfas. o Cytokines Resultat av mitosen: Två stycken genetiskt identiska, diploida dotterceller. G 0 stadium där cellen går ur cellcykeln och differentieras och får genfunktion 25

Tisdag 7 november Genetik Transkription och translation DNA transkription mrna rrna trna Ett mrna kan hos eukaryoter vara väldigt långt och koda för 3 proteiner på en gång, men hos prokaryoter kodar det bara för ett protein åt gången. För att balansera X-kromosomens funktion hos kvinnor och män hos människor, så avaktiveras den ena av kvinnornas X-kromosomer. Hos fåglar så hyperaktiveras istället hanarnas X-kromosom. Genreglering ribosom translation protein Differentierade celler innehåller alla genetiska instruktioner (gener) som är nödvändiga för att bilda en hel organism o Hos människan innehåller alla celler (utom könscellerna (halva) och röda blodkroppar (inga cellkärnor)) hela genomet, det vill säga alla 46 kromosomer. Endast 20-30% av generna uttryckes i varje celltyp Reglering av genexpression o Omfattar Vilka gener som ska vara aktiva Vilka gener som ska vara inaktiva Hur mycket varje gen ska uttrycka När varje gen ska uttryckas o Rör frågor av grundläggande förståelse för Den cellulära differentieringen Hela organismens uppbyggnad och funktion Genreglering på många olika nivåer o I kärnan På kromatinnivå 26

DNA-proteinkomplexet kallas kromatin DNA rullas kring histoner och kallas då nucleosomer. Kromatinet förpackar DNA-molekylen i en hierarkisk ordning av förpackningsnivåer o Histoner => geninaktivering o Heterokromatin (= hårt packat) => geninaktivering o Eukromatin (= löst packat) => genaktivering Vilka gener som är hårt eller löst backade beror på till vilken vävnad cellen hör Kromatinmodellering (chromatin remodeling) o Speciella proteiner bryter ner nukleosomerna (oktamer av histonmolekyler med DNA virat ca 2,5 varv omkring sig) och frigör DNA t från histonerna => genaktivering o Acetylering av histoner minskar attraktionen mellan histoner och DNA => genaktivering o Deacetylering av histoner ökar attraktionen mellan histoner och DNA => geninaktivering o Metylering metylgrupper sätts på från cytosinbaser => geninaktivering o Demytelering metylgrupper tas av från cytosinbaser => genaktivering o Genomic imprinting skillnad i metylering av gener hos män respektive kvinnor. Tex. en gen som beroende på om den kommer från mamman eller pappan ger antingen Prader-Willi syndrom (från pappan) eller Angelmans syndrom (från mamman). o DNA-omlagringar (ej på tentan!) På transkriptionsnivå Se utdelat papper om mrna Enhancer och silencer DNA-sekvenser som kopplas till regulatoriska proteiner och förstärker eller dämpar transkriptionen (figur 8.13 i boken) o I cytoplasman Torsdag 9 november Mutationer Mutation o En ärftlig förändring i DNA-sekvensen o En strukturell förändring av en gen eller en kromosom o En genomförändring Resultatet av en mutation beror på i vilken slags celler mutationen sker o Könscell-linje => mutationen förs vidare till nästa generation o Somatiska celler => sjukdom, celldöd, cancer hos individen själv Bas-substitution (point mutation) en bas byts ut 27

o Tex. sickelcellanemi. Finns i malariarika områden, eftersom malariaparasiten inte överlever i heterozygoter för sjukdomen en homozygot sickelanemi dör pga. av sickelcellsjukdom men en frisk homozygot dör pga. av malaria. Detta kallas balanseras polymorfi. Frameshift mutation förlust eller tillkomst av baser på så sätt att ramen för avläsningen av efterföljande bastripletter ändras. Meios Meios reduktionsdelning. Skapar könsceller. En avslutande delning, ingen cellcykel. Faser o Interfas G1, S, G2 o Meios I Profas I Packning av kromosomer Homologa kromosomer paras med varandra - överkorsning (segmentutbyte) sker Metafas I De parade, homologa kromosomerna (kromosomparen) ligger med överkorsningspunkterna i ekvatorialplanet och centromererna strävar mot polerna Anafas I De homologa kromosomerna separeras från varandra, och dras mot varsin pol Telofas I Två haploida celler (men med dubbla kromosomer) Interkines stadium mellan delningarna, hos vissa organismer o Meios II mitosdelning Profas II Packning av kromosomerna, etc. Metafas II Kromosomerna ligger med centromererna i ekvatorialplanet Anafas II Kromatiderna släpper varandra och vandrar mot varsin pol => enkla kromosomer Telofas II Se mitos-kompendie Resultatet av meiosen: Fyra stycken haploida, genetiskt olika, celler Meningen med meios o Halvera kromosomantalet o Ge variation i avkomman Genom överkorsning i Profas I Genom olika kombinationer av kromosomerna från de olika paren i Anafas I Se utdelad stencil 28