Cellernes biologi og kemi PDF

Cellernes biologi og kemi  Indholdsfortegnelse Cellernes biologi........................................................................................................ 3 Om liv og levende organismer..................................................................................

Cellernes biologi og kemi  Indholdsfortegnelse Cellernes biologi........................................................................................................ 3 Om liv og levende organismer................................................................................ 3 Celler...................................................................................................................... 3 Prokaryoter............................................................................................................. 3 Eukaryoter.............................................................................................................. 4 Organeller i eukaryote celler.................................................................................. 5 Cellernes kemi............................................................................................................ 10 Ionforbindelser..................................................................................................... 11 Polaritet................................................................................................................. 13 Intermolekylære bindinger................................................................................... 15 Dipol-dipolbindinger............................................................................................ 15 Hydrogenbindinger............................................................................................... 16 Londonbindinger (dispersion kræfter).................................................................. 16 Cellemembranen......................................................................................................... 18 Membranproteiner...................................................................................................... 19 Membrantransportprocesser................................................................................. 20 Osmose og osmotisk ligevægt:............................................................................. 21 Cellevækst og celledeling........................................................................................... 23 Mitose......................................................................................................................... 27 Meiose......................................................................................................................... 30 Begreber...................................................................................................................... 33 Cellernes biologi Om liv og levende organismer Celler er den grundlæggende byggesten for alle livsformer. o Encellede organismer: Består af én celle (fx gær, bakterier, alger). o Flercellede organismer: Består af mange celler (fx planter, dyr). Livets krav: o Optage næringsstoffer og udskille affaldsstoffer. o Vokse, dele sig og reparere skader. o Opretholde et stabilt miljø (homøostase). o Formere sig for at sikre artens overlevelse. Celler Definition: Små, membranomsluttede enheder med evne til at opretholde livsprocesser. Prokaryoter vs. Eukaryoter: o Prokaryoter: Simpel opbygning, ingen cellekerne, mindre størrelse. o Eukaryoter: Kompleks struktur, med cellekerne og organeller. Prokaryoter Kendetegn: o Enkeltcellede organismer uden kerne. o DNA frit i cytoplasma, typisk organiseret som et cirkulært kromosom. o Mindre komplekse end eukaryoter, men kemisk varierede. Former: Runde (kokker), stavformede (baciller), spiralformede (spiriller). Bakterier Betydning for mennesker og miljø: o Gavnlige bakterier: Hjælper i fordøjelsen, immunforsvaret og nedbrydning af organisk materiale. o Skadelige bakterier: Patogene bakterier forårsager sygdomme. o Bioteknologisk anvendelse: Produktion af medicin, fødevarer og spildevandsrensning. Struktur: o Cellevæg: Beskyttelse, opbygget af peptidoglycan. o Klassificering ved gramfarvning: ▪ Grampositive: Tyk cellevæg (binder farve, violette). ▪ Gramnegative: Tynd cellevæg med ydre membran (farves lyserøde). o Indeholder plasmider med gener for fx antibiotikaresistens. Arkæer Karakteristika: o Ligner bakterier strukturelt, men adskiller sig kemisk (fx cellemembranens opbygning). o Tættere beslægtet med eukaryoter i visse processer som transskription og translation. Levesteder: Ekstreme miljøer som varme kilder, saltsøer og iltfri områder. Rolle: o Bidrager til kulstof- og kvælstofkredsløbet i naturen. o Producerer metan i anaerobe miljøer (fx i drøvtyggeres maver). Eukaryoter Eksempler: o Flercellede organismer: Planter, dyr, svampe. o Encellede organismer: Gær, protister. Størrelse: o Typisk større end prokaryoter (10-100 µm). o Har komplekse strukturer (organeller) omgivet af membraner. Organeller i eukaryote celler Cellemembranen Funktion: Beskytter cellens indre miljø, styrer transport af molekyler. Struktur og opbygning: o Dobbeltlag af phospholipider. o Cholesterol for fleksibilitet. o Proteiner til transport og signalering. Phospholipid-dobbeltlag: cellemembranen o Hydrofilt hoved (vandsøgende) og hydrofob hale (vandskyende). o Skaber en semipermeabel barriere. Proteiner: o Integrale proteiner: Indlejret i membranen, ansvarlige for transport og signalering. o Perifere proteiner: Bundet til membranens overflade, hjælper med cellekommunikation. Kulhydrater: o Glykolipider og glykoproteiner på ydersiden. o Bruges til cellegenkendelse og signalering. Funktioner: o Regulerer transport af ioner, næringsstoffer og affaldsstoffer. o Beskytter cellens indre miljø og opretholder homeostase. o Involveret i cellekommunikation gennem receptorer. Cytoplasma og cytosol Cytoplasma: Hele celleindholdet (uden kerne og membran). o Består af cytosol (væsken), organeller og cytoskelettet. o Indeholder cellens kemiske miljø, hvor mange metaboliske processer finder sted. Cytoplasma og cytosol Cytosol: Væskedelen, indeholder ioner, næringsstoffer og proteiner. o Gel-lignende væske med opløste proteiner, ioner og små molekyler. o Huser enzymer til glykolyse og andre cytosoliske processer. Cellekernen Indeholder: o DNA organiseret i kromosomer. o Nucleolus: Producerer ribosomalt RNA. Tæt struktur inde i kernen. Ansvarlig for syntesen af ribosomalt RNA (rRNA) og samling af ribosomale enheder. o Indeholder cellens genetiske materiale. cellekernen o Styrer produktionen af proteiner gennem transskription. Kernemembran: o Porer tillader selektiv transport (fx RNA ud). o Dobbeltmembran med kerneporer. o Tillader transport af RNA, proteiner og molekyler mellem kernen og cytoplasmaet. Mitochondrier Funktion: o Energiproduktion via cellulær respiration. o Producerer ATP (cellens "energivare"). o Producerer ATP gennem oxidativ fosforylering. o Indeholder eget DNA og ribosomer, hvilket gør dem semi- autonome. Mitokondrier o Spiller en rolle i cellecyklus og programmeret celledød (apoptose). Oprindelse: Tidlig bakterie, der blev en del af eukaryot-cellen (endosymbiontteorien). Ribosomer Funktion: Består af rRNA og proteiner. o Proteinsyntese (oversætter RNA til protein). o Kan være frie i cytoplasma eller bundet til ru ER. o Oversætter messenger-RNA (mRNA) til proteiner. Ribosomer o Frie ribosomer: Syntetiserer proteiner, der bruges i cytosolen. o Ribosomer bundet til ru ER: Syntetiserer proteiner til eksport eller organeller. Endoplasmatisk retikulum (ER) Ru ER: o Deltager i proteinsyntese (ribosomer på overfladen). o Dækket med ribosomer. o Funktion: Proteinsyntese og modificering, fx foldning og glykolysering. Glat ER: o Syntese af lipider og steroider. o Afgiftning af skadelige stoffer. o Ingen ribosomer. o Funktioner: Lipid- og steroidhormonsyntese. Lagring af calciumioner (især vigtigt i muskelceller). Afgiftning af kemikalier og lægemidler (i leverceller). Golgiapparatet Struktur o Polariseret: Cis-side (modtager fra ER) og trans-side (sender til destinationer). Funktion: Golgiapparatet o Modificerer, pakker og sender proteiner og lipider. o Danner vesikler til transport. o Modificerer proteiner og lipider (fx ved tilføjelse af kulhydrater eller fosfater). o Sorterer og pakker molekyler i vesikler til transport til cellemembranen eller andre organeller Lysosomer Indeholder: o Enzymer, der nedbryder gamle organeller og optagne molekyler. o Membranomsluttet organel fyldt med hydrolytiske enzymer. o Funktionelt ved lav pH (ca. 5, opretholdt af protonpumper). Lysosomer  Funktion: o Genbrug af cellulære komponenter. o Nedbrydning af makromolekyler (proteiner, lipider, kulhydrater og nukleinsyrer). o Autofagi: Genbrug af cellens egne beskadigede organeller. o Bekæmpelse af invaderende mikroorganismer ved fagocytose. Peroxisomer Struktur: o Små membranbundne organeller med enzymer, der katalyserer oxidative reaktioner. Funktion: o Nedbryder lipider og giftige molekyler. o Indeholder katalase, som beskytter mod hydrogenperoxid. o Nedbrydning af lange fedtsyrer via beta-oxidation. o Neutraliserer giftstoffer som alkohol i leveren. o Danner hydrogenperoxid (H₂O₂), som nedbrydes af enzymet katalase. Cytoskelet Bestanddele: o Aktinfilamenter, mikrotubuli, intermediære filamenter. Funktion: o Giver cellen form, forankrer organeller, muliggør bevægelse. Chloroplastre (kun i planteceller) – grønkorn Struktur: o Dobbeltmembran. o Stroma (væske) omgiver thylakoider, som er stablet i grana. o Indeholder pigmenter som chlorofyl. Funktion: o Fotosyntese: Omdannelse af sollys til sukker. Grønkorn o Fotosyntese: Sollys omdannes til kemisk energi (sukker). o Producerer ilt som biprodukt. o Har eget DNA og ribosomer, hvilket gør dem semi-autonome.  Opbygning: o Dobbelt membran og thylakoidmembran med pigmenter som chlorofyl. Vakuole Struktur: o Stor membransæk fyldt med væske (vand, næringsstoffer, affaldsstoffer). Funktion: o Opretholder cellens saftspænding (tryk). o Opbevaring af næringsstoffer og affaldsstoffer. o Kan indeholde enzymer, der nedbryder affaldsstoffer. Vakuole Cellevæg (plante- og svampeceller) Funktion: o Stiver cellen af, beskytter mod skader. Opbygning: o Planter: Cellulose, hemicellulose og pektin. o Svampe: Chitin. Cellevæg nederst på figuren o Giver mekanisk støtte. o Beskytter mod osmotisk stress. o Tillader passage af små molekyler gennem plasmodesmata (kanaler mellem planteceller). Dyrecelle Plantecelle Gramfarvede Bakteriecelle Størrelsen på forskellige celletyper vist i forhold til hinanden Cellernes kemi Cellernes kemi Celler består hovedsageligt af oxygen, carbon, hydrogen, og nitrogen (96%). Vand udgør størstedelen af cellens masse, bestående af hydrogen og oxygen. Sporstoffer som jern, fluor, zink, kobber osv. findes i små mængder, men er afgørende for biologiske processer (fx hæmoglobinproduktion og enzymfunktioner). Celler består primært af fire grundstoffer: oxygen (O), carbon (C), hydrogen (H), og nitrogen (N). Disse grundstoffer udgør proteiner, lipider, kulhydrater og nukleinsyrer, som er cellens primære byggesten. Vandets rolle i celler: o Udgør op til 70-80% af cellens masse. o Vands polaritet gør det til et fremragende opløsningsmiddel for ioner og polære molekyler, hvilket muliggør transport og kemiske reaktioner i cellen. Sporstoffer: o Jern (Fe) er centralt for ilttransport via hæmoglobin. o Zink (Zn) er nødvendigt for enzymfunktioner. Grundstoffernes periodesystem Grundstoffer består af atomer, som indeholder: o Protoner (positiv ladning), neutroner (neutral- stabiliserer atomkernen), og elektroner (negativ ladning). o Atomer stræber efter en stabil elektronstruktur (ædelgasreglen), typisk otte elektroner i yderste skal (oktetregel). Grupper: Angiver antal elektroner i yderste skal. Perioder: Viser antal elektronskaller. Ædelgasser (gruppe 18) er stabile og reagerer ikke kemisk. Elektronstrukturen afgør kemiske egenskaber. De tre isotoper af hydrogen Simple ioner – består kun af et grunfstof – f.eks. Na⁺ -ioner Ædelgasreglen: Atomer opnår stabilitet ved otte elektroner i yderste skal. Metaller danner typisk positive ioner ved at afgive elektroner. Ikke-metaller danner negative ioner ved at optage elektroner. o Fx: Når et atom mister elektroner, bliver det en positiv ion og omvendt hvis den optager elektroner bliver det en negativ ion ▪ Na → Na⁺ (afgiver én elektron). ▪ Cl → Cl⁻ (optager én elektron). Sammensatte ioner – Består kun af flere grundstoffer – f.eks. SO₄²⁻ Sammensatte ionter indeholder to eller flere atomer bundet sammen, samlet har en ladning. Indeholder ofte oxygen, som giver endelsen -at (fx sulfat, SO₄²⁻). En variant med ét oxygenatom mindre får endelsen -it (fx sulfit, SO₃²⁻). Sammensatte ioner findes ofte i salte, fx natriumsulfat (Na₂SO₄), og spiller en rolle i biologiske systemer, fx i blodets bufferfunktion. Ionforbindelser Består af metaller (positive ioner) og ikke-metaller (negative ioner). Ionforbindelser dannes, når metaller og ikke-metaller reagerer for at opnå stabilitet. Holdes sammen af ionbindinger – tiltrækning mellem positive og negative ladninger. Eksempler: Natrium afgiver én elektron til chlor, hvilket skaber Na⁺ og Cl⁻. De modsatte ladninger tiltrækker hinanden og danner en stærk ionbinding. o Na⁺ + Cl⁻ → NaCl (natriumchlorid). o Mg²⁺ + 2Cl⁻ → MgCl₂ (magnesiumchlorid). Krystaller er opbygget som iongitre med gentagende mønstre. Navngivning af ioner og ionforbindelser Positive ioner: Navn + -ion (fx natriumion, calciumion). 3 tabeller med navne af ioner Negative ioner: Navn + -id uden "-ion" (fx chlorid, oxid). Sammensatte ioner: Positive ioner nævnes først (fx magnesiumsulfat). Metaller med flere oxidationstrin: Ladning angives i parentes (fx jern(III)chlorid). Ioner i cellerne Mange ionforbindelser er opløselige i vand, fx natriumchlorid i cytosol (0,9%). Ionopløsning skyldes vandmolekylers elektriske tiltrækningskræfter. Negative ioner i makromolekyler: o DNA er negativt pga. phosphat (PO₄³⁻). o Proteiner er negative pga. carboxylatgrupper (-COO⁻). Både ionforbindelser og molekyler kan forekomme i 3 tilstandsformer, som afhænger af temperaturen. (s) - fast stof (l) - væske (g) - gas Iontransport i celler: o Opløste ioner bevæger sig gennem cellemembranen ved hjælp af specialiserede proteiner, som ionkanaler og pumper, drevet af aktiv eller passiv transport. Molekyler Består kun af ikke-metaller. Deler elektroner gennem elektronparbindinger for at opnå stabilitet. o Fx vand (H₂O), glucose (C₆H₁₂O₆). o Oxygen deler elektroner med to hydrogenatomer. o Resultatet er en stabil molekylær struktur. Enkel-, dobbelt-, eller tripelbindinger afhænger af antal delte elektronpar. Enkelt-, dobbelt-, og tripelbindinger: Enkelbinding: To atomer deler ét elektronpar (fx H₂). Græske talord Dobbeltbinding: To elektronpar deles (fx O₂). Tripelbinding: Tre elektronpar deles (fx N₂). Navngivning af molekyler Ikke-metaller nævnes efter prioritet (fx H₂O = dihydrogenoxid). Græske talord angiver antal atomer: o Mono- (sjældent), Di-, Tri-, Tetra-, Penta-, Hexa- osv. o Fx CO = carbonmonoxid, CO₂ = carbondioxid. Polaritet Afhænger af elektronegativitetsforskellen mellem atomer: dvs. et atoms evne til at tiltrække elektroner. o 0–0,5: Upolær binding (ligelig elektronfordeling). o 0,5–2,0: Polær binding (ulig fordeling). o 2,0: Ionbinding (fuldstændig elektronoverførsel). Polære molekyler har en ladningsforskel (dipol): o Vand (H₂O) er polært. o Dioxygen (O₂) er upolært. Polære molekyler: Har en ladningsforskel, fx vand, hvor oxygen tiltrækker elektroner stærkere end hydrogen. Upolære molekyler: Elektroner fordeles ligeligt, fx O₂ eller CH₄. Polaritet i celler Vandets polaritet er afgørende for opløsning af ionforbindelser og transport i cellerne. Polære molekyler interagerer med cellemembranen og påvirker cellefunktioner. Upolære molekyler som ilt og kuldioxid passerer membranen let. Betydning i celler: o Polære molekyler opløses let i vand og transporteres effektivt i kroppen. o Upolære molekyler som fedtsyrer kræver særlige mekanismer for transport. Hydrofob/hydrofil effekt: o Cellemembraner er opbygget af fosfolipider, der har en hydrofil "hoved" og en hydrofob "hale." Dette danner et dobbeltlag, som styrer transport ind og ud af cellen. DNA, RNA og proteiner er makromolekyler (store molekyler). Her giver ikke mening at se på, om den enkelte binding mellem 2 atomer er polær eller upolær. Hydrofile grupper øger et stofs vandopløselighed, (ΔEN varierer fra 0,9 til 1,9) Mens hydrofobe grupper sænker stoffets opløselighed i vand. (ΔEN varierer fra 0 til 0,5) Som vi så i laboratoriet, vil polære stoffer opløses vand, mens upolære stoffer ikke vil opløses i vand. Polariteten har også betydning for hvilke stoffer, der findes i cellens cytosol, som består af 70% vand. De sidste 30% er fordelt således Intermolekylære bindinger Generelt om intermolekylære bindinger Intermolekylære bindinger er tiltrækningskræfter mellem molekyler. De adskiller sig fra elektronparbindinger, der binder atomer sammen inden i molekyler. Tre hovedtyper: 1. Dipol-dipolbindinger 2. Hydrogenbindinger 3. Londonbindinger Dipol-dipolbindinger Findes mellem molekyler, der danner en permanent dipol. Kræver polære molekyler, hvor elektronegativitetsforskellen mellem atomer skaber delladninger. o Eksempel: Hydrogenchlorid (HCl): ▪ Cl (elektronegativitet 3,0) trækker elektronerne mod sig, hvilket giver Cl en negativ delladning (δ⁻) og H en positiv delladning (δ⁺). Molekyler med modsatte delladninger tiltrækkes og danner dipol-dipolbindinger. Dipol-dipol bindinger - Mellem partielt ladede atomer/molekyler En type binding der findes intermolekylært, er de tiltrækkende elektriske kræfter mellem molekyler der har en dipol. Et polært molekyle som HCl har en negativ ende og en positiv ende (en dipol). På grund af de små delladninger vil et chloratom fra et molekyle tiltrækkes af et hydrogenatom fra et andet molekyle. Denne tiltrækning kaldes en dipol-dipolbinding. Hydrogenbindinger En særlig stærk type dipol-dipolbinding. Forekommer mellem molekyler, der indeholder hydrofile grupper (OH-, NH-, eller FH- grupper). o Vand som eksempel: ▪ Det elektropositive H-atom i ét vandmolekyle tiltrækkes af det elektronegative O-atom i et andet molekyle. o DNA som eksempel: Hydrogenbindinger ▪ Hydrogenbindinger binder baserne sammen: ▪ Adenin (A) + Thymin (T): 2 hydrogenbindinger. ▪ Cytosin (C) + Guanin (G): 3 hydrogenbindinger. Hydrogenbindinger – mellem H på O, N eller F og Ione-pair på O, N eller F Man kender hydrogenbindinger fra DNA-molekyler, altså hvor basepar ved hjælp af hydrogenbindinger (Adenin og thymin) danner to hydrogen bindinger med hinanden Hydrogenbindinger er en særlig stærk form for dipol-dipol bindinger. De dannes mellem det elektropositive H-atom i en O-H, N-H eller F-H binding og det elektronegative O-, N- (eller F-)atom i nabomolekylet. De findes både mellem vandmolekyler (ovenfor) og mellem 2 DNA-strenge (nedenfor), og vises som stiplede linjer mellem atomer. Londonbindinger (dispersion kræfter) Findes i upolære molekyler uden permanente dipoler. Elektroner bevæger sig konstant og kan kortvarigt forskyde elektronskyen, hvilket skaber en induceret dipol. Disse midlertidige dipoler tiltrækker hinanden svagt. o Eksempler: Methan (CH₄) og ædelgasser som helium (He). Londonbindinger - Mellem midlertidige dipoler Molekylers elektroner ligger ikke stille, men er altid i bevægelse. Derfor opstår der kortvarigt små dipoler når elektronerne er ujævnt fordelt i molekylet I et upolært molekyle er der ikke en dipol, da elektronskyen er jævnfordelt mellem atomerne. Dog bevæger elektronerne sig konstant, og kan danne en midlertidig dipol. Det betyder, at der sker en interaktion mellem delladningerne, som kaldes en Londonbinding eller hydrofob interaktion. Londonbindinger er meget svagere end dipol-dipol bindinger, og afhænger i øvrigt af både længden og forgreningen af molekylet. Styrke afhænger af: 1. Molekylets længde: o Jo længere molekylet er, desto større kontaktflade og stærkere Londonbindinger. 2. Forgrening: o Mere forgrening → mindre kon o taktflade → svagere Londonbindinger. Sammenligning af bindingstyper 1. Styrke (generelt): Hydrogenbindinger > Dipol-dipolbindinger > Londonbindinger. 2. Eksempler på anvendelse: o Hydrogenbindinger: Stabiliserer vand og DNA-strukturer. o Londonbindinger: Påvirker smelte- og kogepunkter i upolære stoffer. Intermolekylære – nogen er så stærke at de kan danne nye stoffer a. Symmetrisk elektronsky b. Asymmetrisk elektronsky som skaber en midlertidig dipol Cellemembranen Alle celler er omgivet af en membran, som sikrer et helt bestemt kemisk miljø i cellen. Cellemembranen regulerer hvilke stoffer, der optages i cellen og hvilke, der afgives. Og i hormon- og nervesystemet er det også via cellemembranen, at forskellige celler udveksler information. Cellemembranen er opbygget af lipider og proteiner. Cellemembranen består af 2 lag molekyler, hvilket giver en tykkelse på 6-10 µm. Molekylerne er bundet sammen af intermolekylære bindinger og har en meget dynamisk struktur, hvor proteinerne flyder rundt i lipiderne Phospholipider er opbygget ud fra glycerol, som er en carbonkæde med 3 C-atomer, som hver har en hydroxy-gruppe (-OH). 2 af dem er erstattet med en fedtsyre, og den sidste er erstattet med en negativ phosphatgruppe og lille organisk gruppe cholin, som indeholder en polær gruppe. De 2 lange carbonkæder i fedtsyrerne er hydrofobe. Molekylet får derfor en polær (hovedet) og en upolær ende (halerne). Sammensætningen af fedtsyrer er tilpasset den temperatur, som organismen lever ved. Membranproteiner Membranproteiner 1. Funktioner af membranproteiner: o Fungerer som enzymer i cellemembranen. o Binder signalstoffer for at formidle signaler. o Regulerer transport af stoffer ind og ud af cellen. cellemembran med forskellige typer membranproteiner 2. Proteinindhold i cellemembranen: o Udgør 20-80% af membranens masse, afhængigt af celletypen. 3. Typer af membranproteiner: o Transmembraneproteiner: Strækker sig gennem hele lipidlaget og er synlige på begge sider. o Perifere proteiner: Kun placeret på én side af membranen, hvilket kan gøre membranen asymmetrisk. o Kanalproteiner: Åbner og lukker for transport af ioner. o Signalbindingsproteiner: Binder signalmolekyler og påvirker kemiske processer i cellen. 4. Aquaporiner: o Specialiserede membranproteiner, der passivt transporterer vand uden at tillade ioner eller andre molekyler at følge med. o Effektive i væv med høj vandtransport, f.eks. nyreceller, røde blodceller og tårekanaler. o Inspirerer til udvikling af kunstige membraner til vandrensning. Membrantransportprocesser 1. Cellemembranens egenskaber: o Semipermeabel: Tillader nogle stoffer at passere frit, mens andre stoppes. o Upolære stoffer passerer lettere end polære eller ladede stoffer. 2. Transportformer: o Passiv transport: ▪ Kræver ikke energi. Passiv transport og aktiv transport ▪ Inkluderer simpel diffusion og faciliteret diffusion. o Aktiv transport: ▪ Kræver energi (ATP). ▪ Transporterer stoffer mod koncentrationsgradienten. 3. Passiv transport: o Simpel diffusion: ▪ Upolære molekyler som O₂ og CO₂ diffunderer let gennem membranen. ▪ Vand diffunderer primært via aquaporiner. ▪ Osmose: Vand bevæger sig fra områder med høj til lav vandkoncentration. o Faciliteret diffusion: ▪ Større eller polære molekyler som glukose og aminosyrer diffunderer gennem specifikke proteinkanaler. 4. Aktiv transport: o Udført af transmembrane proteiner, som f.eks. Na⁺/K⁺-pumpen: ▪ Pumper 3 Na⁺ ud og 2 K⁺ ind i cellen under forbrug af ATP. ▪ Skaber og opretholder membranpotentialet. 5. Endocytose og exocytose: o Endocytose: Stoffer optages ved, at cellemembranen danner en vesikel omkring stoffet.  o Exocytose: Stoffer frigives fra cellen, når en vesikel fusionerer med cellemembranen. o Begge processer kræver energi (ATP). Osmose og osmotisk ligevægt: 1. Hvad er osmose? Osmose er en passiv transportproces, hvor vandmolekyler diffunderer gennem en semipermeabel membran fra et område med høj vandkoncentration (lav koncentration af opløste stoffer) til et område med lav vandkoncentration (høj koncentration af opløste stoffer). 2. Princippet for osmose: a. Vand bevæger sig fra områder med høj til lav koncentration for at opnå ligevægt. b. Afhængig af ion- og molekylekoncentrationer i og uden for cellen. 3. Risici ved ubalance: a. Hypertonisk miljø: Vand forlader cellen → risiko for, at cellen skrumper. b. Hypotonisk miljø: Vand trænger ind i cellen → risiko for, at cellen sprænger. c. Isotonisk miljø: Ingen netto bevægelse af vand → cellen forbliver stabil. gennem cellemembranen hvor membranen er gennemtrængelig for små udladede molekyler Eksempler på osmose 1. Dyreceller: o Røde blodlegemer kan skrumpe (i hypertonisk opløsning) eller sprænge (i hypotonisk opløsning). o Opretholder væskebalance ved at regulere ioner og vand. 2. Planteceller: o Osmose fylder cellevakuolen med vand og skaber turgortryk, der holder planten oprejst. o I hypertoniske omgivelser mister cellen turgortryk, og planten visner. 3. Menneskelig krop: o Nyrerne bruger osmose til at regulere vand- og ionbalance i kroppen gennem urinkoncentrationsprocesser. o Øjenskyllevæsker og intravenøse væsker (isotoniske opløsninger) anvendes for at undgå celleskader. 4. Faktorer, der påvirker osmose Koncentration af osmotisk aktive stoffer: Jo større forskel i koncentration, desto hurtigere osmose. Temperatur: Højere temperatur øger bevægelsen af vandmolekyler og dermed hastigheden af osmose. Membranens permeabilitet: Jo flere aquaporiner eller større porer, desto hurtigere transport af vand. Isotonisk opløsning hypertonisk opløsning hypotonisk opløsning "Iso" betyder samme "hyper" betyder over "hypo" betyder under Cellevækst og celledeling Generel introduktion Cellevækst og celledeling er essentielle for vækst, vedligeholdelse og reparation af væv i levende organismer. Cellecyklus er en tilbagevendende proces, hvor celler vokser, kopierer deres DNA og deler sig. Celler deler sig med forskellig hastighed afhængigt af deres type, fx: o Epithelceller i tarmen: Hver 12. time. o Leverceller: Én gang om året. Cellevækst sikrer vækst og reparation i organismer. Deling er nødvendig for at: o Udskifte gamle, slidte eller døde celler. Sikre vævets funktionalitet, fx hudens regenerering. Bidrage til organismens udvikling fra én celle til en fuld organisme. Faser i cellecyklus Cellecyklus inddeles i to hovedfaser: 1. Interfasen – Cellen vokser og forbereder sig på deling. 2. M-fasen – Mitose og celledeling. Interfasens faser 1. G1-fasen : o Cellen vokser og producerer ribosomer og organeller som mitokondrier. o Metabolisk aktivitet: Cellen udfører sin specifikke funktion i organismen. o Vækstfaktorer stimulerer progression til S-fasen via restriktionspunktet. o Hvis signaler mangler, træder cellen ind i hvilefasen (G0). Vigtige processer i G1: Øget produktion af proteiner og organeller. Forberedelse af enzymer og materialer nødvendige for DNA-replikation. Kontrol af omgivelserne for vækstsignaler. 2. G0-fasen (Hvilefase): o Cellen ophører med at dele sig. o Nogle celler, fx nerveceller, forbliver permanent i G0. o Andre celler kan vende tilbage til G1 ved tilførsel af vækstfaktorer. o Permanente celler: Nogle celler, fx neuroner og hjertemuskelceller, går permanent i G0 og deler sig ikke mere. o Midlertidige celler: Leverceller kan vende tilbage til cellecyklus fra G0, hvis vækstsignaler opstår, fx efter skader. 3. S-fasen (Syntesefasen): o DNA-replikation finder sted: ▪ Hele genomet kopieres, så cellen indeholder to sæt kromosomer. ▪ Kromosomerne replikeres og danner søsterkromatider, som holdes sammen af en centromer. o Replikation er nøje kontrolleret for at undgå fejl. 4. G2-fasen (Growth 2): o Forberedelse til M-fasen: ▪ Kontrol af DNA-replikationens fuldførelse. ▪ Tjek for skader på DNA-strengene. o Energiproduktion: ▪ Syntese af ATP og andre molekyler, der er nødvendige til mitosen. o Checkpoints sikrer: ▪ Intakte genomkopier. ▪ DNA-skader repareres, eller cellen går i apoptose (programmeret celledød). Checkpoints og kontrolmekanismer 1. G1/S-checkpoint: o Evaluerer miljøet, DNA-integritet og vækstfaktorer. o Beslutning om progression til S-fasen. 2. G2/M-checkpoint: o Sikrer, at alt DNA er korrekt replikeret. o Tjekker for eventuelle DNA-skader. 3. Spindel-checkpoint (M-fase): o Kontrollerer, at kromosomerne er korrekt fastgjort til mitotiske tentråde. o Forhindrer fejl i kromosomseparation. Betydning af celledeling Normale funktioner: Hurtigt delende celler: Hud, hår, tarmepitel. Langsomt delende celler: Leverceller. Ikke-delende celler: Nerve- og muskelceller. Unormale forhold: Hvis checkpoints svigter, kan mutationer akkumuleres. Ukontrolleret celledeling kan føre til kræft. Energi og kontrol under cellecyklus Cellen bruger ATP til energikrævende processer, især i G2- og M-fasen. Proteiner som cycliner og cyclin-afhængige kinaser (CDK’er) regulerer cellecyklus progression. Cycliner/CDK-komplekser aktiverer nødvendige enzymer til hver fase og sikrer timing og kontrol. Ekstra aspekter af cellecyklus Programmeret celledød (apoptose): o Beskytter organismen mod defekte celler. o Vigtig i vævsudvikling og immunforsvar. Symmetrisk og asymmetrisk celledeling: o Symmetrisk: To ens datterceller. o Asymmetrisk: En stamcelle og en differentieret celle, fx under vævsregeneration. Mitose Mitose – Oversigt: Mitose er processen, hvor en celle deler sig til to genetisk identiske datterceller. Foregår i M-fasen af cellecyklussen og består af kerne- og cytoplasmadeling. Centrosomer spiller en central rolle, da de organiserer tentråde, der adskiller søsterkromatiderne. Faser i mitosen: 1. Profase: o Kopieres kromosomerne (DNA og visse proteiner) og kernemembranen forsvinder. o DNA i cellekernen kondenseres og bliver synligt som kromatider. o Centrosomerne bevæger sig mod hver sin cellepol. o Tentråde (mikrotubuli) begynder at dannes fra centriolerne. 2. Prometafase: o Kernemembranen opløses, så kromatiderne bliver tilgængelige for tentrådene. o Tentrådene fæstner sig til centromererne på kromatiderne. o Kromatiderne bevæger sig mod cellens midte. 3. Metafase: o Kromatiderne samles i cellens ækvatorialplan og danner en metafaseplade. o placeres kromosomerne i et plan midt i cellen o Hver søsterkromatid er forbundet til tentråde, der strækker sig til modsatte poler. 4. Anafase: o Centromererne spaltes, og søsterkromatiderne adskilles - skilles kromosomkopierne o De trækkes mod hver sin pol ved hjælp af forkortede tentråde. 5. Telofase: o Et komplet sæt kromosomer når hver pol. o Kernemembraner gendannes omkring kromosomsættene. o Cellen begynder at snøre sig sammen i midten. 6. Cytokinese: o Cytoplasmaet deles, og to datterceller dannes.  o Organeller fordeles ligeligt mellem de nye celler. o Dattercellerne træder ind i G1-fasen af cellecyklussen og er klar til funktion eller ny celledeling. Cellevækst og regulering af celleantal: Cellevækst styres af vækstfaktorer, der aktiverer signalveje for at fremme celleforstørrelse. Mitogene faktorer stimulerer celledeling ved at skubbe celler gennem cellecyklus. Balancen mellem cellevækst, deling og apoptose afgør organismens og organernes størrelse. Eksempel: Leveren regenererer hurtigt ved aktivering af hepatocytter gennem HGF. Apoptose (programmeret celledød): Apoptose sikrer, at unødvendige eller defekte celler fjernes. Overlevelsesfaktorer hæmmer apoptose og holder celler i live. Apoptose spiller en vigtig rolle i fosterudviklingen (morfogenese). o Eksempel: Kun nerveceller, der modtager tilstrækkelige overlevelsesfaktorer, overlever og skaber netværk. Ukontrollerede celledelinger og kræft: Kræft opstår, når celler undgår regulering af celledeling og apoptose. Mutationer kan føre til: o Konstant aktivering af vækstsignaler. o Ødelagte checkpoints, der tillader deling af celler med DNA-skader. o Modstandsdygtighed mod apoptose. Årsager til kræft inkluderer: o Genetiske fejl (arvelige mutationer). o Miljøpåvirkninger som HPV-infektion eller UV-stråler. o Eksempel: Hudkræft kan skyldes solens skadelige stråler. Planters ukontrollerede vækst: Planter kan udvikle kræftlignende vækster som rodhalsgalle. Forårsaget af bakterien Agrobacterium tumefaciens. Anvendelse i bioteknologi: Manipulation af bakterien bruges til at overføre ønskede egenskaber til planter (f.eks. herbicidresistens). Myostatin og muskeldannelse: Myostatin er et protein, der hæmmer vækst og dannelse af skeletmuskler. Hæmmer myoblasters evne til at vokse og fusionere til muskelfibre. Mutation i myostatin-genet fører til øget muskelmasse (f.eks. Belgisk blåhvid kvægrace). Medicinsk potentiale: Hæmning af myostatin kan være en mulig behandling for muskelsvind. Bekymring: Risiko for misbrug i sport og bodybuilding. Vigtige pointer: Cellecyklus reguleres nøje for at opretholde balance mellem vækst og død. Ubalance kan føre til alvorlige sygdomme som kræft. Forståelse af cellulære mekanismer bruges til både behandling af sygdomme og bioteknologisk udvikling. Meiose Meiose - Uddybning af Faserne Meiose er den type celledeling, der danner kønsceller (gameter) som æg og sæd. Det adskiller sig fra mitose ved at reducere kromosom antallet med halvdelen, hvilket er nødvendigt for at opretholde den korrekte kromosombalance i en organisme ved seksuel reproduktion. Meiosen opdeles i to faser: Meiose I og Meiose II, hver bestående af flere underfaser. Meiose I (Første meiotiske deling) 1. Profase I o DNA'et kondenseres og bliver synligt som kromosomer. o Homologe kromosomer (kromosomer der bærer de samme gener, men kommer fra henholdsvis mor og far) parres op og lægger sig tæt sammen. o Overkrydsning (rekombination) sker: Der udveksles DNA-stykker mellem de homologe kromosomer, hvilket skaber genetisk variation. o Spindelapparatet begynder at danne sig, og centriolerne bevæger sig mod polerne. o Leptonema, Zygonema, Pachynema, Diplonema og Diakinese er de forskellige faser af profase I, hvor overkrydsning og kromosomparring sker. 2. Metafase I o De homologe kromosomer (et fra mor og et fra far) placeres i cellens ækvatoriale plan. o Kromosomerne holdes sammen af chiasmata (de steder, hvor overkrydsning har fundet sted). o Tentrådene fra spindelapparatet binder sig kun til én side af centromeren på hvert kromosom. 3. Anafase I o De homologe kromosomer adskilles og trækkes mod modsatte poler af cellen.  o Søsterkromatiderne forbliver sammen og bliver ikke adskilt i denne fase (som de ville være i mitosen). 4. Telofase I o En kernemembran dannes omkring de to sæt kromosomer, og cellen begynder at dele sig i to (cytokinese). o Hver dattercelle har nu halvdelen af det oprindelige kromosomantal (haploid), men hvert kromosom består stadig af to søsterkromatider. Meiose II (Anden meiotiske deling) Meiose II ligner meget mitose, men den adskiller sig ved, at der er to datterceller i starten, og det kromosomale antal er halveret fra den første meiotiske deling. 1. Profase II o Der sker ikke nogen kromosomreplikation mellem Meiose I og Meiose II. o DNA'et kondenseres igen, og kernemembranen opløses. o Tentråde dannes fra centriolerne, der har flyttet sig til hver pol af cellen. 2. Metafase II o Kromosomerne (nu bestående af to søsterkromatider) placeres i midterplanen af cellen. o Tentrådene binder sig til begge sider af centromeren på hvert kromosom. 3. Anafase II o Tentrådene forkortes, og centromeren splittes, hvilket adskiller de to søsterkromatider. o De to søsterkromatider trækkes mod modsatte poler af cellen, og hvert kromatid bliver et selvstændigt kromosom. 4. Telofase II o Kernemembranen dannes omkring de opdelt kromosomer ved hver pol.  o Kromosomerne dekondenseres, og cellen deles i to, hvilket resulterer i fire haploide datterceller. o Hver af de fire datterceller indeholder et sæt kromosomer, og de er genetisk unikke på grund af overkrydsningen og den tilfældige fordeling af kromosomer i metafase I. Resultat af Meiosen Meiose resulterer i dannelsen af fire haploide celler (gameter, som æg eller sæd). Hver gamet har halvdelen af det oprindelige kromosomantal og er genetisk unik, hvilket sikrer genetisk variation i den næste generation. Forskelle mellem Mitosen og Meiosen Mitosen skaber to identiske diploide datterceller. Meiosen reducerer kromosomantallet til halvdelen og skaber fire genetisk forskellige haploide celler (kønsceller). Meiosen indeholder to runder af celledeling, mens mitosen kun har én. Betydning af Meiose Meiose er essentiel for seksuel reproduktion, da den skaber genetisk variation og sikrer, at afkom får en korrekt kombination af kromosomer fra begge forældre. Det muliggør genetisk rekombination, som øger den genetiske diversitet i en population, hvilket er vigtigt for tilpasning og evolution. Begreber Prokaryot, - Celle uden kerne eukaryot, - Celle med kerne cellevæg, - En struktur, der ligger udenfor cellemembranen. Findes hos bakterier, svampe, planter og alger. Den består hovedsageligt af kulhydratet “cellulose”. peptidoglycan, - En polymer, der består af sukkerstoffer og aminosyrer. Den danner et lag rundt om bakterier membran, hvilket giver membranen form og styrke. gramfarvning, - Metode til at farve bakterier for at inddele dem ud fra deres cellevæg. Gram- positive (violette) celler har tykkere cellevægge en gram-negative (lyserøde) bakterier. haploide,- Et enkelt kromosomsæt (kønsceller). Kønsceller i en organisme har kun et enkelt af hver t kromosom. En haplologis menneskecelle ha25.01.2023 r således kun 23 kromosomer. plasmider, - Et lille, rundt DNA- molekyle som ikke er knyttet til et kromosom. Findes hovedsageligt i bakterier. domæner, - De tre “overgrupper” for inddeling af alt liv: Eukaryoter, Bakterier og arkæer. arkæer, - Prokaryote mikroorganismer, der ligner bakterier. Arkæer adskiller sig fra bakterier gennem vægstruktur, membranstruktru og me tabolisme. Arkæer lever i ekstreme miljøer og inddeles i tre hovedgrupper: Ekstreme halofiler (lever i vand med høj saltkoncentration), Methanogener (lever i iltfrie miljøer) og ekstreme thermofiler (l ever ved ekstremt høje temperaturer). anaerobe, - Processer, der foregår uden ilt. protister, - En eukaryot, der ikke er en plante, et dyr eller en svamp. (En meget overordnet inddeling) Organeller = Cellens 'organer' Cellemembran = Cellemembraner er opbygget af et dobbeltlag sammensat af forskellige fosfolipide r og kolesterol. Den regulerer passagen af stoffer ind og ud af cellen. Nogle molekyler passerer frit gennem membranen, mens andre kræver særlige transportsystemer for at krydse membranen. cytoplasma, - Alt indholdet i en celle udenfor cellekernen. cytosol, - Væsken i cellen (ikke indholdet) diploid, - To kromosomsæt. Menneskeceller, ikke kønsceller, er diploide, da de indeholder 46 kromosomer. kernemembran, - Tolaget membran, der adskiller en cellekerne fra cytoplasmaet. Består af lipider. nucleolus, - En celles kernelegeme, hvis funktion er at syntetisere RNA. (Syntetisering er en proces, hvor simple kemiske stoffer reagerer med hinanden for at danne en mere kompliceret forbindelse). mitochondrier, - En organel, der fungerer som cellens kraftværk. Der er her ATP dannes. endosymbiont-teorien, - Teorien om, at visse organeller (som mitokondrier og kloroplaster) stammer fra uafhængige prokaryote organismer, der blev optaget af eukaryote celler. ATP, - (adenosintriphosphat) er et energirigt molekyle, som er cellens energikilde. Ribosomer= Ribosom er organeller, der syntetiserer proteiner ved at oversætte mRNA til aminosyrer.et kompleks af proteiner og RNA, som fremmer dannelsen af proteiner i levende celler. endoplasmatisk reticulum (ru/glat), Golgi-apparat, - Strukturer i cellen, der modificerer, sorterer og pakker proteiner og lipider for transport. vesikler, - Små membranindkapslede transporter, der transporterer materialer inden i eller ud af cellen. endocytose/exocytose, - Processer, hvor cellen optager (endocytose) eller udskiller (exocytose) materialer ved at indpakke dem i membranvesikler. lysosomer, - Organeller med enzymer, der nedbryder affaldsstoffer og fremmede partikler i cellen. peroxisomer, - Organeller, der nedbryder fedtsyrer og afgifter skadelige stoffer som hydrogenperoxid. cytoskelet, - Netværk af fibre i cellen, der giver struktur, stabilitet og hjælper med transport og celledeling. chloroplast, - Organeller i planteceller, der udfører fotosyntese. vakuole, - Stor cellevakuole i planteceller, der opretholder tryk og lagrer vand, næringsstoffer og affald. spormetaller, - Metaller, der er nødvendige i små mængder for organismers liv, f.eks. jern og zink. grundstof, - Et kemisk element, der kun består af én type atom. Protoner = Protoner findes ved atomkernen, og er positiv ladet. Elektroner = Elektroner findes på det yderste af et atom, som kaldes for skaller. De er negativ ladet. Neutroner = Findes ved atomkernen, og er neutrale. Periodesystem = Er en "tabel" hvor man kan få overblik over de funden grundstoffer. atomnummer, Isotoper = Antallet af neutroner afgør hvilket isotop det er. (Tallet der står foran atom-bogstavet) atommasse, unit=Unit står for enhed eller måleenhed Ædelgas = De findes ved gruppe 18 i det periodiske system (dem til højre). Stabile grundstoffer. overgangsmetaller, - Metaller, der findes i midten af det periodiske system, og har egenskaber som høj ledningsevne og evnen til at danne stabile komplekse forbindelser. halvmetaller, - Elementer, der har egenskaber mellem metaller og ikke-metaller (f.eks. silicium). oktetreglen=Det er en proces, som to atomer indgår i, det vil sige at alle atomer vil gerne ligne ædelgasser, det vil sige de vil have 8 elektroner i det yderste skal. For at opnår dette, skal det indgå i oktetreglen. (Alle ædelgasser er stabile) simpel ion = Ioner som består af et atom sammensat ion, - En ion sammensat af flere atomer, som f.eks. sulfat (SO₄²⁻). ionforbindelse, - Forbindelse dannet af ioner, der tiltrækkes af elektrostatisk kraft (f.eks. natriumchlorid). ionbinding, - Kemisk binding mellem positivt og negativt ladede ioner. formelenhed, - Den enkleste enhed af en kemisk forbindelse, f.eks. NaCl for natriumchlorid. Tilstandsformer = Når et stof kan have forskellige "former". Fast (s), væske (l), gas (g) og opløst i vand (aq) elektronparbinding, - Binding, hvor to atomer deler et eller flere elektronpar (kovalent binding). elektronprikformel, - En måde at vise, hvordan elektroner er fordelt omkring et atom, ofte brugt til at vise valenselektroner. strukturformel, - En kemisk formel, der viser hvordan atomer er bundet sammen i en molekyle. elektronegativitet, - Et mål for et atoms evne til at tiltrække elektroner i en kemisk binding. polær/upolær, - en polær binding opstår, når elektroner deles ulige mellem atomer, mens upolær betyder, at elektroner deles ligeligt. makromolekyler, - Store molekyler bestående af mange atomer, f.eks. proteiner, nukleinsyrer og polysaccharider. hydrofil/hydrofob = Hydrofil: vand elsker, og hydrofob: vandskræk dipol-dipolbinding, - Tiltrækning mellem molekyler, der har permanente dipoler (positiv og negativ ladning). hydrogenbinding, - En svag kemisk binding mellem et hydrogenatom og et elektronegativt atom som oxygen eller nitrogen. Londonbinding, - En svag tiltrækningskraft, der opstår pga. midlertidige dipoler i molekyler. phospholipid, - En type lipid, der danner cellemembraner, med et hydrofilt hoved og hydrofobe haler. glycolipider, - Lipider bundet til kulhydrater, der findes i cellemembraner og spiller en rolle i cellekommunikation. cholesterol,- Et lipid, der findes i cellemembraner og hjælper med at stabilisere membranen. transmembrane proteiner, - Proteiner, der strækker sig gennem cellemembranen og hjælper med transport af stoffer ind og ud af cellen. aqauporiner, - Specielle proteiner, der tillader passage af vand gennem cellemembranen. semipermeabel, - En membran, der tillader passage af visse stoffer, men ikke andre. diffusion, - Bevægelse af molekyler fra et område med høj koncentration til et område med lav koncentration. osmose, - Diffusion af vand gennem en semipermeabel membran. faciliteret diffusion, - Transport af molekyler gennem en membran med hjælp af transportproteiner, uden brug af energi. aktiv transport, - Transport af molekyler mod koncentrationsgradienten ved hjælp af energi (ofte ATP). membranpotentiale, - Elektrisk spænding over cellemembranen, som skyldes forskelle i ionkoncentrationer. Na+/K+ pumpen, - En aktiv transportmekanisme, der pumper natriumioner ud af cellen og kaliumioner ind i cellen. cellecyklus, - Den proces, hvor en celle vokser, kopierer sit DNA og deler sig i to datterceller. interfasen, - Den del af cellecyklussen, hvor cellen vokser og forbereder sig til deling. S-fasen, - Den fase i interfasen, hvor DNA replikeres. vækstfaktorer, - Signalproteiner, der stimulerer celler til at vokse og dele sig. restriktionspunkt, Kromatid = Det er to kopier af et kromosom. Centromer = det er det som holder to kromatider, så det bliver til et kromosom. Mitose = Almindelig celledeling, hvor cellen bliver til præcis to ens celler (ukønnet formering) centrosom, - Cellens organel, der organiserer mikrotubuli og spiller en rolle i celledeling. Centriole er lavede af proteiner. Centriolerne fører kromosomerne parvis ind på række i cellens midt erplan. Centriolerne trækker parrene fra hinanden til hver deres ende af cellen. Tentråd = Det er også lavede af proteiner og det trækker kromosomerne og kromatider. mitogen faktor, - Molekyler, der stimulerer celler til at dele sig. kønnet formering, - Formeringsmetode, hvor to kønsceller fusionerer for at danne et nyt individ. gameter, - Køns-celler (æg og sæd), der er haploide. Kønsceller - Celler, der deltager i seksuel reproduktion og indeholder halvdelen af kromosomerne (haploide). zygote, - En befrugtet ægcelle, der indeholder et komplet sæt kromosomer (diploid). Meiose = Kønnet cellefordeling, hvor cellen deler sig til 4 celler. pollegeme, - En ubrugelig celle, der dannes under meiotisk deling, især hos kvinder. homologe kromosomer, - Kromosomer, der bærer de samme gener, men kan have forskellige alleler (en arvet fra faren og en fra moren). Overkrydsning = Overkrydsning, udveksling af arvemateriale mellem to homologe kromosomer, ve d at de to tætliggende kromosomers DNAstrenge brydes samme sted, og hver af de frie strenge over føres til nabokromosomet. chiasmata = Det er det sted hvor overkrydsning af kromosomer sker.