Biologi B
Genomgånget på lektioner


Cellens struktur

Cellen, livets minsta enhet har en viss schablonmässig struktur. Detta innebär att cellens grundkonstruktion är densamma hos alla. Den grundläggande strukturen hos en djurcell respektive växtcell ser du på bild 1.
Bild 1.Eukaryota celler. En djurcell och en växtcell. Notera skillnaderna mellan de två

I den eukaryota cellen ligger kromosomerna i cellkärnan. Cellkärnan avgränsas mot resten av cellen av ett dubbelt membran som kallas kärnmembranet. Delarna utanför cellkärnan kallas cellplasman (eller ibland cytoplacman). I kärnmembranet finns porer som tillåter passage av ämnen, som mRNA, mellan kärnan och cellplasman.
I cellplasman finns olika organeller med olika funktioner.

  • Cellmembranet
 Cellmembranet (liksom huden hos människan) är cellens största organell. den ombesörjer transport av ämnen in i och ut ur cellen.

Fosfolipider (se bild 2) är modifierade fettmolekyler. Den ena fettsyran har här ersatts med en fosfatgrupp (därav namnet fosfo (fosfor) lipid (fett)), till vilken en kolingrupp är bundet. Molekylen har alltså fortfarande hydrofil och en hydrofob ända.
Bild 2. En fosfolipidmolekyl. den ena fettsyran har ersatts med en fosfatgrupp och en kolin

Eftersom det finns en vattenlösning både på insidan och utsidan av en cell kan inte en micel bildas av fosfolipider. Därför kommer fosfolipiderna (se bild 3 och 4) att lägga sig i en dubbelmembran. Detta dubbelmembranstruktur är grunden för alla biologiska membran, oavsett om det är frågan om cellens yttre membran eller membran på en cellorganell.
Bild 3. En biologisk dubbelmembran bestående av fosfolipidmolekyler
Bild 4. En biologisk dubbelmembran bestående av fosfolipidmolekyler. De hydrofila ändorna är avbildade som kulor, de hydrofoba fettsyrorna som strängar.

  • Olika formar av membrantransport
 När molekyler och andra kemiska ämnen skall passera från membranets ena sida till en annan måste detta ske vi någon form av transport. Beroende på om denna transport sker med eller utan energiinvestering talar vi om aktiv eller passiv transport (se bild 5).

Bild 5. Olika former av transport. I passiv transport, som sker utan energiinvestering går transporten från hög koncentration till låg. I aktiv transport går transporten från låg koncentration till hög (boken beskriver passiv transport som transport där ämnena rör sig med koncentrationsgradienten; det vill säga ämnet går från hög till låg koncentration och aktiv transport där ämnena rör sig mot koncentrationsgradienten; det vill säga ämnet går från låg till hög koncentration ).

Osmos och membranpotencial

Vattnets diffusion genom ett membran kallas osmos. För att enkelt kunna beskriva i vilken riktning genom membranet som osmosen sker, har man infört begreppet vattenpotential.
Eftersom det finns en skillnad i koncentrationer på de två sidorna om membranet, finns det även en skillnad i laddning. Den ena sidan är mera positivt eller negativt laddat än den andra. När man ritar en membran och vill visa denna laddningsskillnad ritar man ofta minustecken på ena sidan och plustecken på den andra.
Denna laddningsskillnad ger upphov till en spänning över membranet; en potencial och kallas därför membranpotencialen.
Begreppet vattenpotencial används för att tala om en skillnad i skillnad i vattenkoncentrationer på membranets bägge sidor. Notera att i sammanhanget är vattenpotencial och membranpotencialen samma sak.

Passiv transport

Eftersom naturen ”strävar” efter jämvikt, kommer det att finnas ett strävan efter utjämning av koncentrationer på membranets två sidor. Därför går vatten i diffusion från hög koncentrationer till låg. Molekyler större än vatten kan inte penetrera membranet måste de transporteras därigenom via kanalproteiner. Även här går transporten från hög koncentration till låg. Kanalproteinerna är formade som rör. De bildar ett hål som tränger rakt igenom cellmembranet. Kanalproteiner tillåter bara rörelse med koncentrationsgradienten genom diffusion. Vissa kanaler är alltid öppna, medan andra har portar som kan öppnas eller stängas. Om portarna är öppna eller inte beror av tillståndet inne i cellen eller av miljön utanför den. Cellen stänger portarna när salthalten utanför ökar och förhindrar på så sätt att jonkoncentrationen i cellen ökar.

Transportproteiner kan liknas vid slussar. De öppnas bara mot ena sidan av membranet. När rätt jon eller molekyl fastnar i öppningen, ändras transportproteinets form. Den ändrade formen leder till att proteinet istället öppnar sig mot membranets andra sida, där jonen eller molekylen släpps fri.

Aktiv transport

Passiv transport för materia över en membran utan energiinvestering från hög koncentration till låg. För att transport skall ske från låg koncentration till hög, måste energi tillföras för att driva processen. Energin tillförs i form av ATP.

Endocytos och exocytos

Bara joner och mindre molekyler kan passera genom aktiv eller passiv transport genom cellmembranet. Eukaryota organismer kan dock ta in större molekyler och partiklar i cellen genom att omsluta dem med cellmembranet (endocytos) (se bild 6). Först bildar cellmembranet en ficka runt partikeln. Sedan lämnar fickan cellmembranet så att en membranomsluten blåsa bildas. Detta sätt att inta partiklar kallas endocytos.
Bild 6. Exocytos och endocytos

I regel smälter den bildade blåsan samman med andra blåsor inne i cellen som är fulla av nerbrytande enzymer. På så sätt bryts innehållet ner till mindre molekyler, som cellen kan utnyttja som energikälla eller byggstenar.

När en cell istället utsöndrar ett ämne kallas processen exocytos. Cellen omsluter ämnet med en membranblåsa som sedan transporteras till cellmembranet där innehållet töms ut ur cellen.

  • Cellskelett
 I en cell genomvävs hela cellplasman av ett system av tunna trådar. Trådarna består av olika proteiner som tillsammans bildar ett tredimensionellt nätverk; cellskelettet. Cellskelettet (se bild 7.)består av tre olika sorters proteintrådar - aktintrådar, mikrotubuli och intermediära trådar.
Bild 7.Cellskelettet. Aktin, mikrotubuli och intermediära trådar

  • Kloroplasten och fotosyntesen
Kloroplaster finns i fotosyntetiserade celler. I fotosyntesen sker den omvända reaktionen jämfört med cellandningen; i stället för att binda syre och bilda vatten spjälker solenergi vattnet i syre och vätejoner. Liksom i andningskedjan, bildas även här en membranpotencial, som driver bildningen av ATP, vilket sedan används vid bindnigen av luftens koldioxid.

  • Det endoplasmatiska nätverket (ER)
I cellplasman finns en labyrint av sammanhängande hålrum omgivna av membran. Detta system av kanaler kallas det endoplasmatiska nätverket eller helt kort ER (eng. Endoplasmic Reticulum). ER består dels av rörformiga nätverk som är slät, dels av skivformiga, säcklika bildningar som är korniga. ER strålar ut från kärnan och stöds av cellskelettets mikrotubuli.
ER fungerar som en membranfabrik. Inte bara ERs egna membran, utan också cellmembranet och lysosomernas membran tillverkas där. I det rörformiga, släta ER finns enzymer som tillverkar kolesterol och membranets fosfolipider. Proteiner tillverkas av ribosomer som klär utsidan av ERs skivlika säckar. I ER transporteras dessa ämnen och sammanfogas till fullständiga membran med både lipider och proteiner.
ER knoppar sedan av membranen i form av blåsor, vilka transporteras till Golgiapparaten för vidare förädling. Blåsorna fylls ofta med olika ämnen som ER tillverkar.
I ER tinns enzymer som avgiftar cellen från skadliga ämnen. Giftiga ämnen kommer både från födan och från ämnesomsättningen. Många av de här ämnena är fettlösliga och skulle förstöra de lipidrika cellmembranen om inte ERs enzymer omvandlade föreningarna till vattenlöslig form. De kan då lämna kroppen med blodet och urinen.

  • Golgiapparaten och lysosomen
Golgiapparaten är i likhet med ER ett system av membranblåsor. Golgiapparaten bildar själv blåsor, men tar också hand om membranblåsor som bildats av ER. Innehållet i blåsorna lagras, sorteras och förses med "adresslappar". Adresslapparna bestämmer vart blåsorna tar vägen, om de ska skickas till andra organeller eller utsöndras från cellen genom exocytos.
Genom exocytos utsöndras blåsor som kan innehålla enzymer (matspjälkningsenzymer), signalsubstanser (hormoner) eller ämnen som behövs på cellens utsida (slem eller cellulosa i cellväggar). Andra blåsor biidar lysosomer eller fyller lysosomerna med dess enzymer. Åter andra smälter ihop med och bygger på cellmembranet.

Lysosomen (se bild 1.) innehåller en sur lösning med enzymer, som bryter ner stora molekyler som proteiner, polysackarider, fetter och nukleinsyror till deras byggstenar.
Lysosomens membran innehåller proteiner som aktivt pumpar in vätejoner från cellplasman. På så vis blir koncentration av vätejoner hög inuti lysosomen och nedbrytning av stora molekyler kan ske. Membranet skyddar resten av cellen från de nerbrytande enzymernas verkan. Men om en enstaka lysosom brister, skadas ändå inte cellen allvarligt, eftersom lysosomens enzymer arbetar långsamt vid cytoplasmans högre pH.

Katabola processer och cellandningen
Heterotrofa organismer utvinner sin energi genom att bryta ner biomassa från andra organismer. Reaktionen kan åskådliggöras på följande sätt:

Kolydrater → Koldioxid + vatten + energi

i kemiska termer kan den uttryckas så här:

C6H12O6 → CO2 + H2O + energi

Av ovanstående formel framgår att cellen måste ha enkla byggstenar, som den senare kan bryta ner i koldioxid och vatten. Dessa nedbrytande processer kallas för katabola processer.

De ämnen cellen kan utvinna energi ur är kolhydrater, lipider och peptider . Alla dessa är i vanliga fall stora molekyler och måste därför sönderdelas, innan cellen kan utvinna energi ur dem. Det är bara kolhydrater som kan brytas ned till glukos, C6H12O6. De andra molekylerna bryts ner till annat; proteiner sönderdelas till aminosyror, lipider till glycerol och fettsyror. Glycerol kan i sin tur omvandlas till glukos.

Kvar finns då fettsyror och aminosyror. Båda dessa och glukos bryts ner till acetyl – Coenzym – A i cellplasman. Vid reaktionen bildas koldioxid och ATP.

Acetyl – Coenzym A är så att säga slutprodukten av biokemiska molekylers (sådana makromolekyler som används av celler för uppbyggnad av cellstrukturen och metabolism) nedbrytning. Denna molekyl innehåller två kolatomer. Den enklaste katabola processen i cellen är glykolysen, dvs. spjälkningen av glukosmolekylen. Glukosmolekylen som har sex kolatomer bearbetas i en reaktionsserie som består av tio steg, dvs. 10 olika reaktioner. Slutprodukten blir två molekyler av pyrodruvsyra, en molekyl som innehåller 3 kolatomer (2 • 3 = 6). Under reaktionsserien utvinns energi som binds i ATP – molekyler.

Pyrodruvsyran kommer sedan att i en serie reaktioner att omvandlas till acetyl coenzym – A, en molekyl som innehåller två kolatomer. I denna reaktionsserie spjälkas en kolatom alltså loss, något som lämnar cellen bundet i en koldioxidmolekyl (CO2).

Citronsyracykeln som sker i mitokondriernas matrix - är en serie reaktioner, där acetylcoenzym – A omvandlas till koldioxid (2 st CO2 molekyler), vätebärarmolekylerna (NAD+, som när den binder en väteatom omvandlas till NADH) tar bort väteatomer och ATP bildas.

Reaktionsserien börjar med att acetylcoenzym – A, med sina två kolatomer binds till oxaloacetat, en molekyl som innehåller fyra kolatomer. Denna reaktion resulterar i en ny molekyl, med 6 st kolatomer. Sedan kommer två kolatomer att spjälkas bort från denna molekyl i var sitt reaktion, liksom några väteatomer. När även ATP molekylerna har bildats (här är det egentligen så, att en snarlik molekyl, GTP bildas, men den reagerar sedan med ADP, varvid reaktionen ADP + GTP → ATP + GDP sker. Denna reaktion är iofs skiljd från citronsyracykeln, men är en effekt av bildning av GTP) blir slutprodukten åter oxaloacetat med fyra kolatomer. En ny cykel börjar då oxaloacetat åter reagerar med en ny molekyl av acetylcoenzym – A.

Bild 8. Glykolysen och citronsyracykeln. För förklaringar se texten om citronsyracykeln

Cellandningen sker i mitokondriernas inre membran. Notera det yttre membranet, det inre membranet (veckad) och utrymmerna däremellan: intermembran rum (mellan det yttre och det inre membranet), matrix (innanför det inre membranet). Processen kan indelas i citronsyracykeln, som sker i matrix, och andningskedjan, som sker i inre membranets vägg. För förklaringar kring bilden se texten om mitokondrien.

Acetyl coenzym A, molekylen som innehåller två kolatomer (två svarta prickar) går in i citronsyracykeln (se bild 9). Där kopplas den till en molekyl (oxaloacetat) som innehåller 4 kolatomer. Det bildas då en molekyl med 6 kolaromer. I citronsyracykeln kommer två av dessa kolatomer att oxideras bort och lämna cykeln som koldioxid. Resultatet blir en molekyl med 4 kolatomer och cykeln går igen. Koldioxiden lämnar människokroppen via utandningen.

Bild 9. Citronsyracykeln. För förklaringar se texten om citronsyracykeln

Under cykelns gång avges även vätejoner och ATP bildas. Vätebärare (NAD) tar bort 2 vätejoner vid två tillfällen i cykeln (varvid NAD ombildas till NADH). Dessa vätejoner kommer sedan till användning i elektrontransportkedjan (se bild 13.) i det inre membranet.

Bild 12. Andningskedjan. För förklaringar se texten.

Här reagerar nämligen vätejonerna (efter en serie reaktioner i membranet) med syre som kommer från inandningsluften. Vid reaktionen bildas vatten. Under reaktionen pumpas dessutom vätejoner från matrix till intermembran rum. Detta leder till att en potencialskillnad bildas (membranpotencial). Vätejonkoncentrationen utanför det inre membranet ökar. Eftersom det finns en "strävan" efter utjämning av koncentration, så flödar vätejonerna tillbaka genom membranet, via speciella portar. I DEN processen bildas ATP.

Alltså:

SUMMAN AV KARDEMUMMAN:



Labblänkar

Osmoslabb

Enzymlabb

Länkar

Biologi B
Tillbaka till huvudsidan
Naturkunskap A
Naturkunskap B
Biologi A

Email: laszlo.pongo@spray.se