Kapitel 1-4

Kapitel 1 - 4
Kapitel 1 Introduction to Cells
Fig 1-1 Komplexa levande organismer
Några få grundämnen
C+O+H
Kolhydrater och fetter
+N+S
Proteiner
+P
Nukleinsyror (DNA och RNA)
+ spårämnen, metaller, vitaminer, mm
Trots att levande organismer ser mkt olika ut så är cellernas funktioner till allra största
delen gemensamma. (Husmus – människa 80% av generna är gemensamma)
Biochemical Pathways (på väggen) visar komplexiteten, men också hur samma
pusselbitar (molekyler el delar av molekyler) används om och om igen.
Fig Olika celltyper (utdelat figure som symboliserar sambandet mellan olika organsimer)
DNA
All info finns i varje cell
Alfabet med fyra bokstäver A, T, G, C
Fig 1-2 Det centrala dogmat DNA → RNA → Protein
Proteiner byggs upp av 20 aminosyror
Fig 1-29 Alla celler har utvecklats från samma urcell för ca 3,5 miljarder år sedan
Fem kungadömen och Tre domäner
Cellen är en samling molekyler inneslutna i ett membran. Inneslutningen innebär att
cellen inte förlorar viktiga produkter som den lagt ner mkt energi för att tillverka.
(Vi tar inte upp några detaljer för Arkae)
1
Panel 1-2 och Fig 1-24
Prokaryoter, encelliga, har ingen avgränsad cellkärna utan DNA-molekylen/erna simmar
omkring fritt. Dom har heller inga mitokondrier, men motsvarande enzymsystem finns.
Eukaryoter, encelliga och flercelliga, har avgränsad cellkärna, har mitokondrier, vissa har
kloroplaster, har även andra cellorganeller
Gemensam grund för alla celler?
Hur kan så komplexa celler som eukaryoter utvecklas?
Symbios mellan två eller flera organismer
Exempel: Lavar är en symbios mellan en svamp och en alg
Rotsystemet till vissa ärtväxter är i symbios med anaeroba kvävefixerande
bakterier
Människor och ca 1 kilo bakterier (E. Coli) i tarmarna
Fig 1-19 En ursprunglig eukaryot inkorporerar ett antal mindre, aeroba bakterier och kan
på så sätt få ut mer energi genom att bryta nner molekyler till CO2 och H2O mha O2.
Dessa utvecklas sedan till mitokondrier.
Fig 1-21 Andra inkorporerade cyanobakterier som kunde ta vara på solenergi. Dessa
utvecklades sedan till kloroplaster.
Starka indikationer
Mitokondrier och kloroplaster har eget DNA och kan syntetisera RNA och protein själva.
Det finns inte en fullständig mall för tillverkning av mitokondrier i cellkärnan. Var
kommer då alla mitokondrier från? Från ägget! Vi ärver alltså bara mitokondrier från
mamman.
Visualisering av celler
Fig 1-6 Visar olika storlekar
Panel 1-1 Visar olika metoder, Ljusmikroskop, Faskontrast, Interferens, Fluorescense,
Konfokal, TEM, SEM
Movie 1-3 och 1-4 Cytoskelettet gör att celler kan roar sig.
Eukaryoter är 10-1000 ggr store än prokaryoter.
I resten av kursen kommer vi att försöka förklara hur celler fungerar genom att titta på de
ingående delarna och hur de samarbetar. Vi kommer att se hur cellens genom styr allt.
2
Kapitel 2 Chemical components
Table 2-1 Bindningstyper (sid 47)
Fig 2-11 Kovalenta bindningar
Enkla kan rotera
Dubbla kan ej rotera
Fig 2-12 Polära kovalenta bindningar som t.ex. vatten där syreatomen drar åt sig
elektroner från väteatomerna och därför blir delvis negativt laddad. Väteatomerna blir
följdaktigt delvis positivt laddade.
Fig 2-13 Jonbindningar kan hålla ihop stora molekyler
Van der Waals krafter Panel 2-7 sid 76
Hydrofoba interaktioner Panel 2-7 sid 77
Vätebindningar krafter Panel 2-7 sid 76
Fig 2-14 Protoner flyttar sig hela tiden i vattenlösningar
Fig 2-15 Olika molekylfamiljer
Fig 2-16 Glukos
Glukos lagras som stärkelse (växter), glykogen (djur)
Fig 2-18 Fettsyror är amfipatiska, dvs både hydrofoba och hydrofila
Fig 2-19 Fett = triacylglycerol (esterbindning)
Fig 2-20 Fosfolipid. Bildar dubbellager för att slippa interagera med vatten
Aminosyror
Panel 2-5 sid 72 och 73
Fig 2-22
Enbart L-formen av aminosyrorna
3
Chapter 3 Energy, Catalysis and Biosynthesis
Fig 3-1 Metabola pathways
Enzymer är avgörande
Fig 3-2 Katabola och metabola pathways
Fotosyntes
6 CO2 + 6 H2O + solljus → C6H12O6 (glukos) + 6 O2
Fig 3-8 och fig 3-9
Fig 3-11b Katabolism innebär att molekyler oxideras
Anabolism innebär att molekyler reduceras
Enzymer är katalysatorer
De kan inte få energimässigt ofördelaktiga reaktioner att ske!
De kan bara få reaktionerna att gå snabbare!
Detta åstadkoms genom att aktiveringsenergin sänks fig 3-17
Kopplade reaktioner
Icek spontana reaktioner kan fås att ske genom att koppla dem till en spontan reaktion.
Exempel Etanol blir Acetaldehyd samtidigt som NAD+ blir NADH.
Hjälpmolekyler
Coenzymer
NADH - bär elektroner och protoner
FADH2 - bär elektroner och protoner
CoA (coenzym A) - bär på två kolatomer (i en acetylgrupp)
Energi
ATP – bär på två fosfatgrupper där bindningarna innehåller mkt energi.
Dessa fyra olika hjälpmolekyler har stora likheter
Se fig 3-32, fig 3-34, fig 3-36 men mest mina handritade figurer
Varför dessa stora ”onödiga” delar i molekylen?
Se min separata overhead.
4
Chapter 4 Proteinstruktur och funktion
För att förstå hur
•
Gener fungerar
•
Muskler drar ihop sig
•
Nerver leder elektricitet
•
Embryon utvecklar sig
Så måste vi förstå hur proteiner fungerar!
Och för att förstå hur dom fungerar så måste vi förstå hur de ser ut!
Exempel på proteiner Panel 4-1
Fig 4-2 och 4-3
Panel 2-5
Fig 4-4 Visar hur ickekovalenta krafter håller ihop makromolekyler
Olika protein kan veckas nästan hur som helst, men ett bestämt protein kan (oftast) bara
veckas på ett sätt!
Proteiner veckas till den form som har lägst energi Fig 2-5
Per Hammarström kommer att berätta om vad som händer när proteiner veckas fel.
Proteiners struktur
Ofta består ett protein av flera domäner. Varje domän veckas till en kompakt
tredimensionell struktur.
I proteinerna kan två viktiga mönster ses α-helix och β-flak fig 4-10
Dessa sägs beskriva sekundärnivån av ett proteins struktur.
Primärstrukturen är aminosyrasekvensen (som i sig bestämmer alla de andra nivåerna)
Tertiärstrukturen beskriver hur alla proteinets atomer är fördelade i 3D-rymden.
Den kvartära strukturen beskriver hur proteiner som består av flera polypeptidkedjor
sitter ihop. Se fig 4-19 och 4-20
Movie 4-5
Diskutera också fosters hemoglobinmolekyler
Extracellulära proteiner som behöver vara litet mer robusta har ofta flera svavelbryggor,
se fig 4-26 och Movie 4-6
5
Några exempel på hur proteiner katalyserar reaktioner
Fig 4-28 och 4-30
Bindningarna är mkt selektiva. 3D-passning.
Ej antikroppar
Hur kontrolleras enzymer?
De flesta är inte aktiva hela tiden. T.ex. så finns trypsin som vi använder för att bryta ner
proteiner i en inaktiv form kallad trypsinogen. Denna aktiveras mkt snabbt när den
behövs.
Enzymers aktivitet regleras också genom att molekyler eller grupper bbinder in eller
interagerar med det. Ofta används sk feed-back inhibering 4-34
Odla celler
Många, men inte alla, celler kan odlas. Detta gör det lättare att studera dem.
Och det är väldigt praktiskt när man vill studera ett visst protein.
I princip så gör man som följer:
•
Stoppa in en gen, som kodar för proteinet, i lämplig cell
•
Låt cellerna producera proteinet
•
Döda cellerna
•
Rena fram proteinet
Proteomik
•
I proteomic tar man reda på vilka proteiner som finns i en viss cell vid en viss
tidpunkt.
•
Man tar också reda på i vilka koncentrationer de finns, och om proteinerna är
aktiva eller inaktiverade.
•
Man studerar också vilka molekyler som interagerar med vilka andra molekyler.
Genomik
I genomik tar man reda på vilka gener som finns, och hur de samspelar med varandra.
Man tar också reda på vilka gener som är aktiva vid en viss tidpunkt genom att mäta hur
mkt av ett visst mRNA som finns.
Varför behövs då proteomik?
6
Borde det inte räcka med genomik?
Nej, antalet mRNA-molekyler som kodar för ett visst protein ger ändå inte med säkerhet
hur många proteinmolekyler som bildas eftersom translationen kan vara variera. Det
beror också på hur snabbt mRNA-molekylen bryts ner. Därefter kan proteiner modiferas
på olika sätt, t.ex. vara inaktiva. Hur länge proteinet finns kvar påverkas också av hur
snabbt det bryts ner.
Det verkar alltså återigen som att ju mer vi vet om cellbiologi desto mer komplicerad blir
bilden.
Men det finns en liten ljusning och det är när vi tittar på proteiners form. Vi har nu 3D för
ca 20 000 proteiner, och när man tittar närmare på dem så verkar det finnas bara 2 000
olika proteindomäner. Vi har nu 3D för 800 av dessa domäner. Vi hoppas att mha denna
kunskap så småningom kunna förutsäga form och funktion direkt från aminosyrasekvens
(eller från gensekvens).
Även när vi har denna kunskap så kommer det att vara mkt komplicerat att kartlägga hur
kanske 10 000 olika proteiner samarbetar i en mänsklig cell.
Efter detta kommer Per Hammarström in och gör en repetition av hur
ett protein framställs from genen. Därefter pratar han om felveckning
av proteiner och dess koppling till sjukdom.
7