Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Cellbiologi ... - karin.röhsman.se

Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Karin Röhsman
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

Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Karin Röhsman
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
Endoplasmatiska nätverket (retikulum)
2
1. Endoplasmatiska nätverket
2. Golgiapparaten
3. Cellkärna
4. Mitokondrie
5. Lysosomer
6. Nuclear envelope
7. Vesicle
8. Cytosol
9. Plasmamembran
10. Peroxisome

Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Karin Röhsman
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

Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Karin Röhsman
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

Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Karin Röhsman
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 Na-
och 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

Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Karin Röhsman
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 2O -> socker + syre + värmeenergi
Aaerob respiration
o socker + syre -> CO 2 + H 2O + 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

Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Karin Röhsman
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 3OH -> 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

Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Karin Röhsman
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

Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Karin Röhsman
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

Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Karin Röhsman
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

Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Karin Röhsman
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
histoner
Nej Ja Ja
Ribosomer 70S 70S 80S
Känslig för
kloramfenikol,
streptomycin
Ja Nej Nej
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

Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Karin Röhsman
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

Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Karin Röhsman
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

Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Karin Röhsman
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

Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Karin Röhsman
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

Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Karin Röhsman
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: NH4 -> NO2
- -
Nitritoxidation: NO2 -> NO3
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 CO2 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

Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Karin Röhsman
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

Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Karin Röhsman
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 H2 + CO2 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

Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Karin Röhsman
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

Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Karin Röhsman
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

Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Karin Röhsman
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

Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Karin Röhsman
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

Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Karin Röhsman
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

Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Karin Röhsman
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?
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
Replication fork

Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Karin Röhsman
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

Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Karin Röhsman
Tisdag 7 november – Genetik
Transkription och translation
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
DNA
transkription
mRNA rRNA tRNA
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

Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Karin Röhsman
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

Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Karin Röhsman
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

Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Karin Röhsman
Mendels resultat
Se Genetik-kompendie.
Könscellskombination:
A A
A AA Aa
a Aa Aa
Hos människor: 2 23 olika kromosom-kombinationer, ca 8
miljoner
(Olika kombinationer av könsceller, vid befruktningen)
Fullständig dominans – heterozygoten Aa går ej att skilja från homozygoten AA
Ofullständig/intermediär dominans – heterozygoten A 1A 2 är intermediär fenotypiskt
mellan homozygoterna A 1A 1 och A 2A 2
Dominanta letalgener – homozygoten AA dör, heterozygoterna Aa överlever. A
dominerar helt över a
Fredag 10 november – Genetik
Restriktionsenzym – klipper sönder DNA vid, för det enzymet, speciella sekvenser.
o Hos prokaryoter fungerar de som immunförsvar, mot främmande DNA.
Varje bakteriesort har ett eget enzym.
o Finns inte hos eukaryoter
o Används av oss vid genforskning
Dideoxi-nukleotid – OH-gruppen saknas, så om man sätter en sådan på en DNAkedja
istället för en vanlig nukleotid så kan inte kedjan byggas vidare på, den stoppar
syntesen. Kedjan blir enkelsträngad efter denna.
o Används vid genforskning för att ta reda på hur DNA-molekyler ser ut. Man
tillsätter dideoxitymin, dideoxicytosin etc. och beroende på ”hur långt de
vandrar” så får man reda på ordningen i DNA-molekylen.
Man kan göra enkelsträngat DNA genom att hetta upp det. Sänker man
temperaturen blir det dubbelsträngat igen.
DNA-test
o Gör enkelsträngat genom upphettning
o Klipp sönder med restriktionsenzym
o Ta reda på sekvensen med hjälp av dideoxi-nukleotider
Sjukdomar som tex. sickelcellsanemi hittar med hjälp av ovanstående metod.
Southern block – separera DNA-molekyler
Northern block – separera RNA
Western block – separera proteiner
Tandem upprepningar (tandem repeat) – en följd av nukleotider (10-20 st baser) som
upprepas flera gånger (ca 10) efter varandra. Genom att titta på hur många gånger
tandem upprepningarna upprepas kan man skilja på olika kromosomer – den ena
kromosomen i ett par kan tex. ha 5 upprepningar i ett visst locus och den andra 10 i
samma locus.
29

Baskurs Biologi, 20 p, ht 2006 Karin Röhsman
För att vara säker på att det inte finns flera personer som stämmer in på ett DNAtest
räcker det i princip att testa 4 locus – då är det ca 1/70 miljoner som har en viss
kombination.
o Enäggstvillingar skulle få samma resultat, men kvinnliga tvillingar kan man
skilja åt genom att jämföra vilka gener som är avaktiverade i X –
kromosomen. Man kan även skilja tvillingar åt genom att jämföra
mitokondrie-DNA, eftersom de bara ärvs ifrån modern och är slumpmässigt
fördelade mellan tvillingarna.
Om man har använt samma restriktionsenzym för att klippa isär DNA från olika
organismer så kan man också sätta ihop DNA’t från de olika organismerna. Till
sammansättningen använder man enzymet legas.
o På detta sätt kan man sätta in människo-DNA i bakterier, och få bakterierna
att producera det man vill ha, tex. tillväxthormoner och proteiner.
YAC – Yeast Artificial Chromosome
o Har origo, centromer och telomerer
o I YAC-bibliotek kan man lagra mänskliga gener
o Man klipper sönder ett genom och stoppar in delarna i plasmider. Man lagrar
olika DNA-bitar i olika cellkulturer.
cDNA-bibliotek
o c – complementary
o Man tar DNA från en cell som har aktiv proteinsyntes
o Omvänd transkription (reverse transkriptase) – gör DNA-sträng av mRNA
o cDNA innehåller inga introner, bara exoner.
o Lämpar sig när det är meningen att de klonade generna skall tillverka protein.
PCR-metoden
o PCR – Polymeras Chain Reaktion
o Hetta upp för att göra DNA’t enkelsträngat
o Tillsätt/hybredisera primer?
o Sänk temperaturen och syntetisera DNA från primern
o Upprepa samma sak flera gånger för att få många kopior
30