Cellbiologi
© Charlotte Erlanson-Albertsson, Urban Gullberg och Studentlitteratur 2002
Innehåll
En del oligosackarider fungerar som
adresslappar 28
Bakterier fäster till
kolhydratstrukturer 28
Förord 11
Del 1 Cellbiologi
3 Fetter 29
Triacylglycerol består av fettsyror och
glycerol 31
Triacylglycerol ger energi 32
Fria radikaler – paradoxen med syre 32
Tvål bildas vid alkalisk hydrolys 33
Lipaser spjälkar fetter 33
Vaxer är estrar av långa fettsyror 33
Amfifila lipider interagerar med
vatten 33
Fosfolipider är den vanligaste
membranlipiden 33
Fosfolipaser bryter ner
membranfosfolipider 34
Plasmalogen är en fosfolipid med en
eterbindning 35
Sfingolipiders funktion var en gåta 36
Kolesterol finns i cellmembraner 37
1 Den levande cellen 15
Hur uppstod livet? 15
Prokaryota celler 16
Eukaryota celler 17
Högre organismer har specialiserade
celler 17
2 Kolhydrater 19
Kolhydrater är polyhydroxyaldehyder
eller ketoner 19
Monosackarider är de enklaste
kolhydraterna 19
Monosackarider har asymmetriska
centra 20
Monosackarider förekommer i cykliska
former 20
Det finns ett stort antal derivat av
hexoser 20
Monosackarider är reducerande 21
Disackarider innehåller en
glykosidbindning 22
Polysackarider 23
Polysackarider har inte någon definitiv
storlek 23
Stärkelse och glykogen ger energi 23
Cellulosa är en strukturell
polysackarid 24
Heteroglykaner finns extracellulärt 25
Proteoglykaner består av protein och
heteropolysackarider 26
Glykoproteiner är proteiner med
kovalent bundna kolhydrater 27
4 Proteiner 39
Vad består proteiner av? 39
Proteiner byggs upp av aminosyror 39
Peptidbindning länkar samman
aminosyrorna i ett protein 40
Det finns fyra nivåer av
proteinstrukturer 43
α-helix förekommer ofta i proteiner 43
β-konformationen bildar en utsträckt
struktur 45
β-turn bildar en abrupt svängning 46
Konformationen hos ett protein
stabiliseras av svaga interaktioner 46
3
7851 BokIH.fm
25 augusti 2003 14.05:11
sida 3 av 10
Cellbiologi
© Charlotte Erlanson-Albertsson, Urban Gullberg och Studentlitteratur 2002
Temperaturen påverkar
enzymkatalyserade reaktioner 62
Alloster reglering – ämnen binder sig till
enzymet 63
Många allostert reglerande enzymer är
kooperativa 65
Kovalent modifiering vid
enzymreglering 66
Fosforylering av enzymer 67
Reglering av enzymsyntes 70
Vissa enzymer har kofaktorer 70
Enzymklassificering 72
Polypeptider veckar sig stegvis 46
Proteiner kan denatureras 47
Sambandet mellan struktur och
funktion 47
Proteiner kan vara
transportmolekyler 47
Myoglobin finns i skelettmuskler 48
Hemoglobin består av fyra
”myoglobiner” 49
2,3-bifosfoglycerat minskar affiniteten
mellan syre och hemoglobin 49
En minskning av pH sänker affiniteten
för syre 50
Vid sickelcellanemi är en aminosyra i
hemoglobin felaktig 51
Sjukdomsanlag ger en fördel 51
Proteiner kan vara receptorer 51
Proteiner kan ha en strukturell
uppgift 52
Kollagen bildar ett stabilt nätverk
extracellulärt 52
Trippelhelixmolekylen stabiliseras av
prolin 52
Kollagen syntetiseras som
prokollagen 52
Hur ser en kollagenfiber ut? 54
Fibronektin förmedlar cellens kontakt
med omgivningen 54
6 Cellmembranet och
membrantransport 73
Membraner bildas av fosfolipider 73
Innehåll av protein och kolhydrater
varierar för olika membraner 73
Membranproteiner 74
Membraner är flytande 75
Proteiner och lipider har en asymmetrisk
fördelning i cellmembranet 75
Transport över cellmembranet 75
Hur transporteras ämnen över ett
cellmembran? 75
Fri diffusion gäller små oladdade
molekyler 75
Faciliterad diffusion för vissa polära
molekyler 76
Aktiv transport kräver energi 77
Det finns en stor familj av
jonpumpar 78
Vissa transporter drivs av
jongradienter 79
Upptag regleras genom antalet
transportmolekyler 79
5 Enzymer 55
”Active site” – det ställe på enzymet där
reaktionen sker 57
”Active site” kan innehålla aminosyran
serin 57
Varför har enzymer en så kraftig
katalytisk förmåga? 58
Vilka katalytiska mekanismer finns? 59
Enzymer är beroende av pH 59
Enzymkinetik 59
Effekten av substratkoncentrationen på
enzymreaktionen 60
Km beskriver affinitet mellan enzym och
substrat 60
Michaeli-Mentens ekvation
inverteras 61
Enzymer beskrivs genom turn-over
number 61
7 Kärnan 81
Kärnhöljet består av två membraner 82
8 Mitokondrier 83
Mitokondriens utseende 84
Mitokondrier står för den oxidativa
metabolismen 84
Hur omvandlas oxidationsenergi till
ATP? 84
4
7851 BokIH.fm
25 augusti 2003 14.05:11
sida 4 av 10
Cellbiologi
© Charlotte Erlanson-Albertsson, Urban Gullberg och Studentlitteratur 2002
14 Cell-celladhesion och
extracellulärmatrix 109
Epitelial vävnad hålls ihop av
adhesionsproteiner 109
Tight junctions bildar en barriär 109
Adherens junctions klarar
påfrestningar 110
Gap junctions tillåter
cellkommunikation 110
Inom nervsystemet finns särskilda
adhesionsmolekyler 111
Extracellulärmatrix 111
Kollagen ger stadga i
extracellulärmatrix 113
Cellmatrix interaktion via
adhesionsproteiner och
cellyteproteoglykaner 113
Elektroner transporteras från NADH till
syre 85
Energin i protongradienten används för
att tillverka ATP 85
Urkoppling ger värme istället för
ATP 86
Regleringen av elektrontransporten sker
via ATP-produktionen 86
Bakterier producerar ATP från olika
ämnen 86
Mitokondrierna har eget DNA 87
Generna i mitokondrierna överförs via
modern 88
Den moderna människan härstammar
från Afrika 88
9 Lysosomer 89
Försämrad lysosomal nedbrytning 90
15 Cellcykeln 115
Celldelningen karaktäriseras genom
cellcykeln 115
Mitosens olika faser 116
Reglering av cellcykeln sker på olika
nivåer 116
Den autonoma kontrollen av cellcykeln
(Nivå 1) 118
Reglering genom tillväxtfaktorer och
tillväxthämmande faktorer (Nivå
2) 120
Övriga faktorer som styr celldelningen
(Nivå 3) 122
Meios 122
10 Peroxisomer 91
11 Intracellulär sortering 93
Sorteringen sker med hjälp av
signalpeptider 94
Sortering till kärnan 94
Upptag av mitokondriens proteiner 95
Upptag av proteiner i peroxisomen 95
Endoplasmatiska retiklet 95
Glykosylering av proteiner 97
Membranlipider tillverkas i ER 98
12 Golgiapparaten 99
Varför sker det en glykosylering av
proteiner? 100
Proteolytisk processning sker i
Golgiapparaten 100
Lysosomala enzymer har mannos-6fosfat 101
Sortering av proteiner till sekretoriska
granula 102
Membranfusion och exocytos 102
16 Cellsignalering 125
Man skiljer på endokrina, parakrina och
autokrina signaler 125
Receptorer i plasmamembranet eller
intracellulärt 126
”Resistens” fås på receptor- och
postreceptornivå 126
Svar via membranreceptor 126
Vilka intracellulära signalsystem
finns? 128
Hormonsvar via cykliskt AMP 128
Hormonsvar via inositoltrifosfat och
kalciumjoner 132
Intracellulära receptorer 132
13 Cytoskelettet 105
Aktinfilament 105
Aktinfilamenten bildar nätverk 105
Mikrotubuli 106
Intermediärfilament 108
5
7851 BokIH.fm
25 augusti 2003 14.05:11
sida 5 av 10
Cellbiologi
© Charlotte Erlanson-Albertsson, Urban Gullberg och Studentlitteratur 2002
18 RNA och transkription 153
RNA-polymeras syntetiserar mRNA efter
instruktion av DNA-molekylen 153
RNA-polymeras vindlar upp DNA innan
syntes kan ske 154
Vissa läkemedel hämmar
transkriptionen 155
I den eukaryota cellen syntetiseras RNA
genom tre olika polymeraser 155
Primärt transkript modifieras till moget
mRNA 156
Eukaryota gener består av exoner och
introner 156
Introner bildar öglor och
elimineras 156
RNA kan vara katalytiskt 158
Varför finns introner? 159
Kväveoxid och cGMP 133
Cross-talk mellan cellens
signalvägar 133
En samtidig serin- och
tyrosinfosforylering 134
Del II Molekylärbiologi
17 DNA och replikation 139
DNA bär den genetiska
informationen 139
DNA-dubbelhelixstrukturen beskrevs
först av Watson och Crick 140
De två kedjorna i dubbelhelixmolekylen
är komplementära 140
Vid denaturering av DNA separeras de
två kedjorna från varandra 141
DNA-molekyler är mycket långa men
bildar kompakta strukturer 142
DNA-syntesen kan hämmas 142
DNA kan också vara cirkulärt 142
DNA-molekylen packas med
proteiner 142
Histon H1 hjälper till att packa samman
nukleosomer 145
Kromosomen bildar den slutliga
packningsformen av DNA 145
Graden av packning av DNA är kopplad
till genernas aktivitet 145
I de flesta celler är 90 % av kromatinet
inaktivt 146
Replikation av DNA 146
Det finns tre olika DNApolymeraser 147
Helikaser hjälper till vid uppvindlingen
av DNA-dubbelhelixmolekylen 148
DNA-syntesen kräver en primer 148
DNA-polymeras bygger på DNA-kedjan i
3’-änden 149
Mutationer sker genom olika
förändringar i bassekvensen 150
DNA repareras ständigt 150
Hur får man en förändring av
arvsmassan? 151
19 Proteinsyntes och translation 163
Aminosyror måste först aktiveras 163
Aminoacyl-tRNA-syntetas- enzymerna är
specifika 163
tRNA-molekylen har en bestämd
struktur 163
Översättning från nukleinsyror till
aminosyror – den genetiska koden 164
De flesta tRNA-molekyler känner igen
flera bastripletter 165
Syntesen av proteiner sker på
ribosomer 166
Initiering av proteinsyntesen 167
Under elongeringsfasen adderas
aminosyror 167
I slutfasen klyvs peptiden från Psite 169
Vissa antibiotika hämmar
proteinsyntesen 169
Proteinsyntesen är i princip likartad hos
prokaryota och eukaryota
organismer 170
20 Reglering av genexpression 171
Transkription av en gen styrs av dess
promotor och enhancers 173
Prokaryota gener fungerar ofta
tillsammans i operon 174
6
7851 BokIH.fm
25 augusti 2003 14.05:11
sida 6 av 10
Cellbiologi
© Charlotte Erlanson-Albertsson, Urban Gullberg och Studentlitteratur 2002
Omvandling av proto-onkgener till
onkgener 192
Suppressorgener 193
Inaktiverade suppressorgener kan
ärvas 193
Suppressorgener kan blockera
celldelning och inducera apoptos 195
p53 är både onkgen och
suppressorgen 195
Suppressorgener kan utgöra ett försvar
mot aktiverade onkgener 196
Virus inaktiverar ofta
suppressorgener 196
Malign transformation är en
flerstegsprocess 196
Apoptos skiljer sig från nekros 197
Vid apoptos fragmenteras cellen 198
Apoptos utförs av caspaser 198
Cytokrom c-aktivering 199
Celldödsreceptoraktivering 200
Tillväxtfaktorer kan förhindra
apoptos 200
Laktos stimulerar sin egen
användning 175
Normalt förhindras bgalaktosidasproduktion genom en
repressor 175
Allolaktos avlägsnar repressorn från
genen 175
RNA-polymeras måste aktiveras 175
Eukaryota gener kan koordineras genom
locus control regions (LCRs) 176
Transkriptionsfaktorer har gemensamma
drag 176
Steroidhormonreceptorn är en
transkriptionsfaktor i cytoplasman 177
Modifieringar av kromatinet påverkar
transkriptionen 178
Koaktivatorer och korepressorer är ofta
kromatinmodifierande 180
Posttranskriptionell reglering 180
Translationell kontroll reglerar initiering
av proteinsyntesen 181
21 Några olika gener 183
Det finns flera olika
hemoglobingener 183
Generna för hemoglobin är lokaliserade i
den ordning de aktiveras 183
Thalassemier beror på mutationer av
globingenen 184
Mitokondriellt DNA är
självständigt 184
Mitokondriellt DNA ärvs från
modern 185
Eva var svart – bevis genom jämförelse av
mitokondriellt DNA 185
Generna för immunoglobuliner 185
Hur bildas antikroppar? 186
Antikropparna bildas genom
rekombination 186
23 Några molekylärbiologiska
metoder 201
Restriktionsenzymer är förutsättningen
för genteknologiskt arbete 201
DNA-ligaser är ett annat viktigt redskap i
rekombinant DNA-teknik 201
Identifiering av specifik gen sker genom
hybridisering 202
Southern blotting används för att
identifiera specifika DNA-sekvenser 203
Northern blotting används för att
identifiera specifika RNA-sekvenser 203
Bestämning av sekvensen av DNA 204
Kloning av en gen 205
Vektorer behövs för att introducera en
gen i bakterier och andra celler 207
Vad skiljer en kloningsvektor från en
expressionsvektor? 208
Tillverkning av genomiskt bibliotek och
cDNA-bibliotek 208
Med hjälp av ett proteins
aminosyrasekvens kan dess gen
klonas 210
22 Onkgener, suppressorgener och
malign transformation 189
Onkgener identifierades först i
virus 189
Alla celler innehåller onkgener 190
Proto-onkgenerna fungerar på olika
sätt 190
7
7851 BokIH.fm
25 augusti 2003 14.05:11
sida 7 av 10
Cellbiologi
© Charlotte Erlanson-Albertsson, Urban Gullberg och Studentlitteratur 2002
Del III Energimetabolism
Polymerase chain reaction (PCR)
används för att mångfaldiga en viss
genregion 211
Hur upptäcks defekta gener? 212
Genetiska fingeravtryck 212
Expression av rekombinanta
proteiner 213
Rekombinanta celler odlas i
fermentorer 214
Nya proteiner kan tillverkas genom sitedirected mutagenes 214
HUGO-projektet har sekvensbestämt det
humana genomet 215
Gener kan klonas med hjälp av
datorbaserad sökning 215
Transgena djur har nya gener 215
Transgen teknik används för att
kartlägga den fysiologiska rollen hos en
gen och dess protein 215
HUGO-projektet gav
överraskningar 216
Hur ser vi på oss själva i
genomeran? 217
25 Översikt av metabolismen 229
Vad är liv? 229
Energi får vi genom födan 229
Hur får vi ut energi från våra
födoämnen? 230
Vad är en oxidation? 230
Genom att andas kan vi förbränna våra
födoämnen 231
Katabolismen är konvergent 231
Vad är ATP? 232
Hur använder vi ATP? 232
26 Kolhydratmetabolismen 235
Glykolysen finns i alla celler 235
Anaeroba glykolysen är
självförsörjande 236
Glykogen är upplagringsformen av
glukos 237
Syntes av glykogen 237
Glykogensyntesen kräver energi 238
Glykogennedbrytning vid behov av
glukos som energisubstrat 238
Glykogenfosforylas regleras genom
fosforylering 238
Glukoneogenesen är livsnödvändig 239
De flesta aminosyror kan bilda
glukos 239
Oxalacetat måste slussas ut ur
mitokondrien 239
Glukoneogenes och glykolys sker inte
samtidigt 239
Laktat som bildas vid muskelarbete
omvandlas till glukos i levern 240
24 Evolution och mutationer 219
Populationer utvecklas, inte
individer 219
Livet började för fyra miljarder år
sedan 219
I takt med ökad komplexitet har friheten
minskat 220
Arvsmassan har ökat i mängd under
evolutionen 221
Kopiering av gener gav upphov till
genfamiljer 222
Upptag av främmande genmaterial ökar
arvsmassan 223
Evolution genom mutationer 223
Arbetsfördelning i evolutionens
syfte 224
Evolutionen arbetar efter principen
”Man tager vad man haver” 224
Vad driver utvecklingen vidare? 225
27 Lipidmetabolismen 243
Kroppsfettet finns som
triacylglycerol 243
Fettdepån gör att vi inte behöver äta
ständigt och jämt 243
Degradering av triacylglycerol 243
β-oxidationen 243
När använder vi fettsyror som
energisubstrat? 245
Ketonkroppar bildas vid kraftig
fettnedbrytning 245
8
7851 BokIH.fm
25 augusti 2003 14.05:11
sida 8 av 10
Cellbiologi
© Charlotte Erlanson-Albertsson, Urban Gullberg och Studentlitteratur 2002
Vilka mår bra av fasta? 261
Vilka hormoner är involverade i född–
fastecykeln? 261
Insulin frisätts i det födda
tillståndet 261
Vilka enzymer aktiveras av insulin? 262
Hur regleras sekretionen av
insulin? 262
Diabetes mellitus vid insulinbrist eller
insulinresistens 263
Typ 2-diabetes till följd av
insulinresistens 264
Glukagon frisätts vid fasta 264
Somatostatin förlångsammar digestion
och absorption 264
Vid kortvarig fasta aktiveras sympatiska
nervsystemet 265
Andra hormoner med metabola
effekter 265
Kortison frisätts vid fasta 265
Tillväxthormon stimulerar
proteinanabolism 265
Hjärnan kan använda ketonkroppar som
energisubstrat 246
Fettsyrasyntes 246
Fettsyror lagras som triacylglycerol 248
28 Proteinmetabolismen 249
Protein i dieten 249
Proteinomsättning 249
Kvävebalans 250
Hormonell reglering av
plasmaaminosyror 250
Ammoniumjoner omvandlas till urea
och utsöndras 250
29 Citronsyracykeln och
andningskedjan 253
Intermediärerna i citronsyracykeln
används för syntes av aminosyror 253
Citronsyracykeln är intimt kopplad till
andningskedjan i mitokondrierna 254
Mitokondrien producerar energi 254
Hur får vi energi ut från
mitokondrien? 255
Reglering av ATP-syntes 256
Ordlista 267
Litteratur 279
30 Integrering av metabolismen 259
Dagligen genomgår vi en född–
fastecykel 259
Metabola effekter av fasta 260
Register 281
9
7851 BokIH.fm
25 augusti 2003 14.05:11
sida 9 av 10
