Cellens fysiologi, membran, membrantransport[1].

Cellbiologi
Maria Ankarcrona
Nov 2010
1

Prokaryot cell Eukaryot cell
2

Prokaryota celler-ingen cellkärna
Eukaryota celler-komplexa celler med cellorganeller
och cellkärna
3

Cellorganellerna
Cellstrukturer som finns i alla eukaryota celler och som har ett
avgränsande membran och specialiserade enzymer.
• Cellmembranet
• Cellkärnan
• Endoplasmatiska retiklet och
ribosomerna
• Golgi apparaten
• Mitokondrien
• Lysosomen och peroxisomen
4

Egenskaper som delas av alla levande organismer
-genetiska koden DNA
-DNA uttrycks som protein via RNA
-proteiner sammansatta av aminosyror
-glukos används som energi- och kolkälla
-ATP används som energiintermediär
-cellen är omsluten av cellmembran
bestående av ett dubbelt fettlager (lipid
bilayer)
-celldelning
-jonpumpar skapar gradient över membran
t ex Na + K + pump (Na + låg, K + hög inne i
cellen)
5

Liv kännetecknas av de fyra
livsfunktionerna
• Rörelseförmåga
• Retbarhet
• Ämnesomsättning
• Fortplantning
6

Rörelseförmåga
• Cytoskeletala proteiner ger cellen dess form och
rörelseförmåga.
• Rörelseförmågan är viktig vid celldelning,
intracellulär transport och cell migration.
• Cytoskeletala strukturer: Mikrotubuli,
intermediärfilament och mikrofilament.
7

Retbarhet
• Cell kommunikation-alla celler kommunicerar men
vissa är specialiserade på snabb kommunikation
och retbarhet såsom muskel och nervcell.
• Receptorer är mottagarmolekyler för
hormoner/signalsubstanser. De kan vara av
jonotrop eller metabotrop typ.
8

Ämnesomsättning
Cellens metabolism (ämnesomsättning)
indelas i:
-Anabolism (uppbyggnad),
kräver energi. Uppbyggnad av olika
byggstenar t ex aminosyror från protein,
fettsyror från fett och glukos från kolhydrater.
-Katabolism (nedbrytning),
frigör energi och byggdelar.
9

Fortplantning/ Celldelning
• Mitos: kroppscellers sätt att föröka sig.
Mitos ger 2 dotterceller med vardera 46 kromosomer (diploid kromosomuppsättning).
• Meios (reduktionsdelning + mitos): Omogna
könscellers förökning/mognad (spermier och
äggceller) .
Reduktionsdelning ger 2 celler med 23 kromosomer vardera och därefter följer en
mitos vilket ger slutprodukten 4 celler med 23 kromosomer vardera (haploid
kromosomuppsättning).
Den befruktade äggcellen och kroppscellerna har båda diploid
kromosom-uppsättning.
10

Hur cellen
föds,
lever
och dör….
Cellens fysiologi
Delning
Metabolism
Signalering
Rörelse
Transport
Adhesion
Autofagi
Celldöd
11

http://video.google.com/videoplay?doc
id=4045285854844480169#
Celldelning
12

Metabolism
Anabolism- uppbyggnad
proteinsyntes, glukoneogenes, fettsyrasyntes
Katabolism- nedbrytning av glukos i glykolysen och
citronsyracykeln+ oxidativ fosforylering (mitokondrien)
→bildning av ATP (energin finns i fosfatbindningen+
NADH (donerar elektroner → NAD + )
13

Hur cellen utvinner energi ur mat
14

Signalering
• Cellerna i en komplex organsim kommunicerar via olika signaler.
• Dessa signaler kan kemiskt vara peptider, aminosyror, fettsyror
eller steroid-derivat och utgöra sk tillväxtfaktorer,
neurotransmittorer eller hormoner som verkar via bindning till
specifika receptorer.
• Mekanismen att överföra extracellulära signaler till intracellulära
signalkedjor kallas signaltransduktion.
• Bindningen mellan ligand och receptor leder därefter till att
intracellulära signalkedjor aktiveras som i sin tur påverkar olika
nyckelenzymer i cellen eller genreglerande proteiner i kärnan
15

Insulinsignalering som exempel
16

Rörelse
http://www.youtube.com/watch?v=eT
Wc4PFSpzQ
17

Transport av molekyler in och ut ur cellen
• Passiv transport- ingen energi eller
transportprotein krävs: diffusion/osmos
• Faciliterad diffusion- ingen energi krävs men
transportprotein underlättar transporten över
membran.
• Aktiv transport- energi förbrukas när transport
sker med hjälp av transportprotein över
membran.
18

Nekros
Apoptos
Celldöd
http://www.youtube.com/watch?v=gY
WUTBM8tTo
19

Apoptos ↔ programmerad celldöd
Apoptos är en morfologisk beskrivning av döende celler
som skiljer sig från nekrotisk celldöd
Apoptos är grekiska och betyder ”falla av från”,
termen först använd av Kerr, Wyllie och Arends 1972
Programmerad celldöd (PCD) är en term som ursprungligen
användes för att beskriva celler som dör på förutsägbara
tider och platser under utvecklingen
Dessa termer används ibland omväxlande

Betydelsen av apoptos under utvecklingen och
det vuxna livet
Fysiologiskt
-många celler dör under utvecklingen av embryot för
att bilda den rätta formen på organen och kroppen
hand celler dör och fingrarna formas
hjärna 50 % av nervcellerna dör, caspase-3 -/- möss har
neuronal hyperplasi och dör före födelsen
-i vuxna individer sker en konstant omsättning av celler,
för varje cell som delar sig måste en annan dö för att
organens storlek ska vara oförändrad
Varje dag omsätts 1000 miljarder celler.
Detta motsvarar 1.2 kg celler!

Patologiskt
Felaktig aktivering eller inhibiering av apoptos är
inblandad i olika sjukdomar
cancer apoptos inhiberad → cancer celler överlever,
tumör celler överuttrycker Bcl-2, bax ofta muterad i
kolontumörer, tumörsuppressor genen p53
muterad i olika former av cancer
neurodegenerativa sjukdomar apoptos aktiverad →
för många celler dör
(Alzheimers sjukdom, Huntingtons sjukdom,
Parkinsons sjukdom)

Morfologi
Transmissionselektronmikroskopi Svepelektronmikroskopi

Hur cellen
föds,
lever
och dör….
Cellens fysiologi
Delning
Metabolism
Signalering
Rörelse
Transport
Adhesion
Autofagi
Celldöd
24

Rast
25

Cellorganellerna
Cellstrukturer som finns i alla eukaryota celler och som har ett
avgränsande membran och specialiserade enzymer.
• Cellmembranet
• Cellkärnan
• Endoplasmatiska retiklet och
ribosomerna
• Golgi apparaten
• Mitokondrien
• Lysosomen och peroxisomen
26

Cellmembranet
Dubbelt lager av fosfolipid med
proteiner och kolhydrater insprängda.
Fosfolipider bildar spontant ett
bimolekylärt skikt pga den hydrofoba
effekten.
Detergenter löser upp membraner.
27

Membraner är flytande
•Fosfolipiderna är under ständig rörelse (lateral diffusion)
•Inom 2 sekunder kan en fosfolipid röra sig till motsatta sidan av
cellmembranet
•Däremot är sk “flip-flop” ovanlig.
De flesta proteiner i membranet kan också röra sig helt eller
delvis.
Membran-fluiditeten bestäms av:
1. Fettsyrornas längd,
2. Förekomst av dubbelbindningar
i fettsyrorna
3. Närvaro av kolesterol
28

Lipid rafts- specialicerade delar av membranet
Kolesterol
Glykoprotein
Transmembranprotein
Här finns t ex enzymkomplex med specialiserade funktioner
29

Cellmembranets funktion
• Fungerar som barriär.
• Reglerar cellvolym, pH och koncentrationen av
salter och andra substanser i cellen.
• Innehåller viktiga receptorer och molekyler för interaktion
med andra celler.
• Över cellmembranet finns en membranpotential, dvs
laddningsskillnad som är viktig för cellens
kommunikation.
30

Små hydrofoba molekyler passerar lättast
fosfollipidmembranet medan hydrofila
molekyler ej kan passera.
Hydrofob- oladdad, “tycker inte om vatten”
Hydrofil- laddad, “tycker om vatten”
31

Olika typer av membranproteiner
Perifera (a–b): polära bindningar/ jonbindningar
De flesta membranproteiner är hydrofoba (vattenolösliga)
Integrala (c–f):
Multipla och
kovalenta bindnigar
33

Typer av membrantransport
• Passiv transport- ingen energi eller
transportprotein krävs: diffusion/osmos
• Faciliterad diffusion- ingen energi krävs men
transportprotein underlättar transporten över
membran.
• Aktiv transport-energi förbrukas när transport
sker med hjälp av transportprotein över
membran.
34

Upptag av ett ämne (A) vid
diffusion och faciliterad transport
a. Vid fri diffusion av A över
membranet bestäms
upptaget/transporthastigheten av
skillnaden i koncentration (∆)
utanför och innanför cellen.
b. Vid faciliterad/medierad
transport av A över membranet
bestäms upptaget av skillnaden i
koncentration (∆) utanför och
innanför cellen samt av tillgången
på transportprotein.
Vmax = transporthastighetens maximum nås när
transportproteinet är mättat.
35
Km =Bindningskonstanten för ett transportprotein/enzym,
anger vid vilken koncentration av A som transporthastigheten är 50 % av max

Aktiv transport
•Kräver transportprotein och energitillförsel.
•Energi erhålls genom spjälkning av ATP eller
genom koppling till en jongradient.
•Detta innebär att transporthastigheten är beroende
av transportproteinets V max resp K m samt tillgången
på ATP och/eller en upprätthållen jongradient.
36

Olika typer av aktiv transport
T ex glukos som drivs
av en Na + -gradient
T ex Na + /K + -pumpen
37

Na + /K + -pumpen
Enzymkomplex som upprätthåller cellens Na + /K + -balans mot en
elektrokemisk koncentrationsgradient över membranet,
det kostar energi (ATP)
(mer Na + utanför än innanför cellen)
38

Tarmcell
Glukostransport
Drivs av Na+-gradienten över
cell membranet, sk symport (1).
Glukoset förs vidare ut ur cellen
med hjälp av medierad diffusion
(2).
Na + -gradienten uppstår över
membranet tackvare Na + /K + -
pumpens arbete
39

Instuderingsfrågor
Cellens fysiologi, membraner 15/11
1. Beskriv uppbyggnaden av den eukaryota cellens
cellmembran.
2. Vilken funktion fyller cellmembranet?
3. Ge exempel på fördelar med den sk
membranfluiditeten (rörligheten).
4. Beskriv hur olika ämnen transporteras över ett
cellmembran.
40