Kapitel 11-14
Var är vi i kursen???
Kap 1-4 Celler, aminosyror, proteiner, enzymer
Kap 5-7 DNA, Kromosomer, replikation, transkription, translation
Kap 8-10 Gener och genom, kontroll, utveckling, analys av
Kap 11-12 Membraner, struktur, transport
Kap 13-14 Kemisk energi från mat, mitokondrier (kloroplaster)
Kap 15-18 Celler, transporter inuti, kommunikation mellan, cytoskelettet, delning
Kap 19-20 Sex, genetik, vävnad, stamceller, cancer
1
Kap 11 Membrane structure
Utan membran skulle det inte finnas några celler, och alltså inte något liv!
Selektiv barriär Fig 11-1
Ca 50 Ångström tjockt Fig 11-4
Lipid bilayer (dubbellager)
Selektiva kanaler släpper in mat och ut restprodukter Fig 11-2
Receptorproteiner tar emot signaler från omgivningen
Membranets flexibilitet gör att cellen kan röra på sig
Fosfolipid fig 11-5
Fosfatidylkolin fig 11-6
Amfipatiska
Jämför huvud
Fosfatidylserin (fig 11-7)
Fosfatidyletanolamin (fig 11-10)
Glykolipider
Dubbellagret är självförslutande och formar en sfär spontant fig 11-12
Inom membranet kan fosfolipider röra sig fritt i två dimensioner som en vätska.
Denna vätska är mer flytande om det finns mycket omättade (med dubbelbindningar)
fettsyror (rapsolja), medan membran med mycket mättade fettsyror är fastare (smör).
Membranet är osymmetriskt med glykolipider endast på utsidan fig 11-17
Olika funktioner hos membranproteiner fig 11-20
De är förankrade i membranet på olika sätt fig 11-21
Bakterierodopsin fungerar som en protonpump fig 11-28
Retinal tar upp en foton och ändrar då konfirmation. Detta sätter igång en process där
en proton hoppar genom en kanal från aminosyra till aminosyra till den till sist lämnar
cellen på utsidan av membranet. Retinal ändrar sedan tillbaka till ursprungliga
konfirmationen genom att ta upp en proton från insidan.
Vi har retinal i våra synceller.
Cellmembranet förstärks av fibrösa proteiner som binder till insidan av membranet,
”cell cortex”.
Utsidan av eukaryota celler täcks av ett kolhydratskikt. Fig 11-35
Detta byggs upp av glykolipider och membranbundna glykoproteiner.
Kolhydratskiktet skyddar det ömtåliga cellmembranet.
Och det identifierar vilken celltyp det är. Och fungerar som receptorer.
Rekommenderade frågor kap 11: 2, 3, 4, 8, 9, 11, 14, 19
2
Kap 12 Membrane Transport
Vissa molekyler kan diffundera genom cellmembranet, medan andra inte kan det fig
12-2
Två typer av membranproteiner som hjälper till med transport över cellmembranet
fig 12-3
•
Transporterare – Endast de molekyler som binder in till proteinet
•
Kanaler – alla de molekyler som är tillräckligt små och har rätt laddning
•
Passiv transport – med koncentrationsgradienten, kanaler och många
transporterare fig 12-6
•
Aktiv transport – energi tillförs, kan gå mot koncentrationsgradienten, dessa
transporterare kallas ofta för pumpar fig 12-4
Koncentrationsgradient + potentialskillnad = elektrokemisk gradient fig 12-7
Insidan av cellmembranet har en negativ laddning, och utsidan har en positiv fig 12-7
Hög konc Na+ på utsidan medför hög elektrokemisk gradient
Hög konc K+ på insidan medför låg elektrokemisk gradient
Aktiv transport på tre olika sätt fig 12-8
Ett exempel är Na+-K+-pumpen fig 12-11
1. Tre Na+ binder på insidan
2. ATP avger energi i form av en fosfatgrupp till pumpen
3. Detta medför att pumpen ändrar konfiguration
Na+ avges på utsidan
4. 2 st K+ binder in
5. Pumpen avger sin fosfatgrupp
6. Pumpen återgår till ursprungliga formen
K+ avges på insidan
Vi får två koncentrationsskillnader och en potentialskillnad som alla tre kan användas
som energi.
En cykel går på ca 10 millisekunder.
Om någon av jonerna saknas som kommer pumpen att stanna, vilket medför att inget
ATP används i onödan.
3
Jonkanaler är jonselektiva
Exempel K+-kanalen fig 12-20
Hur kan K+-kanalen släppa igenom K+-jonen, men inte Na+-jonen som är mindre?
Movie 12.5
Skippa patch-clamp om ni inte är speciellt intresserade.
De flesta jonkanaler kan öppnas och stängas selektivt.
Tre sorter fig 12-25
Styrs t.ex. genom förändringar i membranpotentialen = voltage-gated
Inbindning av en molekyl = ligand-gated
Mekanisk kraft = stress-gated. T.ex. hårcellerna i örat.
Movie 12.6
Hur fungerar nervceller?
Över ett cellmembran finns en vilopotential på -20 till -200 millivolt.
Denna uppstår genom att vi mha Na-K-pumpen har ett överskott av K+-joner inuti
cellen. Detta överskott av positiva joner balanseras av negativt laddade organiska
molekyler, t.ex. proteiner.
I cellmembran finns gott om K-kanaler som i snitt till stor del är öppna. K+-joner
strömmar då ut. Men då får vi ett underskott av positiv laddning på insidan som gör
att det blir svårt för K+-jonerna att fortsätta att diffundera ut. På millisekunder får vi
en jämvikt.
Det är detta som gör att vi får en negativ vilopotential.
Nervsignalen
1. Om vi lägger på en spänning så att membranpotentialen stiger från -60 mV till -40
mV så öppnas voltage-gated Na+-kanaler i cellmembranet så att Na+ strömmar in i
cellen eftersom vi har ett överskott på utsidan.
2. Detta höjer membranpotentialen ytterligare vilket gör att ännu fler Na-kanaler
öppnas. Snabbt når vi en elektrokemisk jämvikt med en potential om +40 mV.
3. I detta läge inaktiveras och stängs Na-kanalerna. Fig 12-34
4. Eftersom vi har en positiv laddning på insidan så kommer K-joner att börja
strömma ut genom ständigt öppna K-kanaler. Dessutom öppnas ytterligare
voltage-gated K-kanaler.
5. Därigenom så återställs membranpotentialen. Men behöver återställa Na/Kbalansen. Detta gör Na-K-pumpen. Fig 12-33
6. Sammanfattning fig 12-39B
4
Överföring till nästa nerv- eller muskelcell
1. Då nervsignalen, depolariseringen, når nervändan så öppnas voltage-gated Ca2+kanaler.
2. Då Ca2+ strömmar in i nervändan så kommer vesiklar fyllda med
neurotransmittormolekyler att sammansmälta med nervmembranet och avge sina
molekyler till synapsklyftan. Fig 12-41
3. Neurotransmittorn diffunderar över klyftan, ca 200 nm.
4. Den binder sedan till en ligand-gated jonkanal i nästa nervcell. Detta gör att vi får
en ändrad membranpotential som gör att voltage-gated jonkanaler öppnas. Fig 1242
Rekommenderade frågor kap 12: 6, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 15, 16
5
Kap 13 How cells obtain energy from food
Vi koncentrerar oss på nedbrytning av glukos till CO2 och H2O.
Katabolism. Oxidation.
Start fig 13-1
Nedbrytningen sker i tre steg fig 13-2
1. från makromolekyl till mindre subenheter (stärkelse till glukos)
2. från glukos till acetyl-CoA = glykolysen + ett steg i mitokondrien
3. a. citronsyracykeln
b. elektrontransportkedjan
c. oxidativ fosforylering
Glykolysen bildar: fig 13-3 (Obs! inga detaljer)
2 pyruvat
-2 ATP + 2*2 ATP = + 2 ATP
2*1 NADH
Om O2 finns så fortsätter dessa molekyler till mitokondrien och blir massa energi.
Om inget O2 finns så kan ändå glykolysen fortsätta fig 13-4
a) Fermentation (bakterier, muskler)
Pyruvat omvandlas till mjölksyra samtidigt som NADH regenereras till NAD+
b) Fermentation (jäst)
Pyruvat omvandlas till acetaldehyd som blir etanol samtidigt som NADH
regenereras till NAD+
Fulöl
Om O2 finns så pumpas pyruvat in mitokondrien där det omvandlas till en CO2, en
NADH plus en acetyl-CoA.
Acetyl-CoA går sedan in i citronsyracykeln fig 13-11 där vi får 1 GTP, 3 NADH och
1 FADH2 för varje varv.
Om vi utgår från glukos (6C) så får vi två pyruvat (3C) som ger 2 acetyl-CoA (2C).
Vi måste alltså ta citronsyracykeln två varv för att se hur mkt energi vi fått så långt.
Summering av hur mkt energi en glukosmolekyl ger kommer i kapitel 14.
Hoppa över sid 439 – 450.
Rekommenderade frågor: 13-1, 4, 8, (9), 10, 11, 12, 16.
6
Kap 14 Energy generation in mitochondria and
chloroplasts
Energin i NADH och FADH2 omvandlas till ATP i två steg fig 14-1
1. Elektrontransportkedjan pumpar protoner genom mitokondriens inre membran
2. Protongradienten används som energi för att tillverka ATP
Mitokondrien fig 14-7
1. Yttre och inre (mkt veckat och tätt) membran. Den grå mitten kallas matrix.
2. Pyruvat pumpas in och görs om till acetyl-CoA
3. Citronsyracykeln ger NADH och FADH2
4. Högenergielektroner avges till elektrontransportkedjan
5. Protoner pumpas ut ur mitokondriens matrix
6. Protongradienten används av ATPas för att tillverka ATP
7. ATP transporteras ut ur mitokondrien
Elektrontransportkedjan fig 14-9
ATPas fig 14-12
Movie 14-3 och 14-4
Kan gå åt båda håll fig 14-13
Table 14-1 sid 465
Sammanfattar att vi får ca 30 ATP per glukos
Hur mkt ATP gör vi av med per dag? Mitt papper om hur mkt ATP kostar?
Vad är energieffektiviteten? Around 40% (sid 475)
Hoppa över 466-474
Sammanfattning
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + 30 ATP (40%) + värme (60%)
6 CO2 + 6 H2O + ljusenergi → C6H12O6 + 6 O2 + värme
Kloroplasten fig 14-26
Jämförelse med mitokondrien fig 14-27
7
Ljusa och mörka stegen fig 14-28
Skillnad mellan NADPH och NADH fig 3-34
Ljusa reaktionen
H2O + ljusenergi → ATP + NADPH+ O2 (mer detaljer kommer)
Mörka reaktionen
CO2 + ATP + NADPH → C6H12O6 + värme
Ljusa reaktionen fig 14-32 och 14-33
De bildade ATP och NADPH kan inte exporteras från stroma ut ur kloroplasten.
Istället produceras socker i den mörka reaktionen fig 14-37 (ej detaljer)
Sockret antingen lagras som stärkelse eller används för att producera ATP i växtens
mitokondrier.
Kloroplasternas och mitokondriernas ursprung
Nya bildas genom att de delar sig på samma sätt som bakterier gör fig 14-39
De har egna system för replikation, transkription och translation
Men, speciellt för mitokondrien så har de flesta gener flyttats över till cellkärnan.
Livets ursprung
1. De första pro- och eukaryoterna kan ha använt geokemiskt producerade organiska
molekyler och producerat ATP mha anaerob fermentation
2. Slutprodukten blir då t.ex. mjölksyra. Den omgivande miljön blir då sur. Även
cytosolen påverkas. De celler som då har ett system som kan pumpa ut protoner
får en fördel.
3. Två varianter av protonpumpar, elektrontransportkedjan resp ATPas fig 14-40
4. Med båda systemen så kan elektrontransportkedjan användas för att pumpa ut
protoner och ATPas för att göra ATP. Detta ger då dessa organismerna en stor
fördel.
5. Fotosyntes. Gröna svavelbakterier. Använder H2S för att mha ljusenergi tillverka
NADPH.
6. Cyanobakterier. Använder H2O istället för H2S. Och ett andra fotosystem. Genom
detta så började organiskt material att ansamlas, och O2 bildas! Fig 14-42
7. Nya organismer bildades som blev bra på att använda organiskt material och O2
8. Och så småningom också organismer som inte längre kunde göra fotosyntes
8
9. Primitiva eukaryoter inneslöt de organismer som så småningom utvecklades till
mitokondrier och kloroplaster
10. Så småningom utvecklades flercelliga organismer
Den nu levande organism som man tror mest liknar en ursprunglig organism är en
metanproducerande arkebakterie som lever vid varma källor på stora djup.
Den använder H2, CO2 och N2 som näring, och producerar CH4 (via NH3).
Den har ingen tillgång till ljusenergi eller O2.
Den har elektrontransportkedja och ATPas.
Rekommenderade frågor kap 14-1, 2, 4, 8, 9, 10, 13, 16, 17, 22
9
