Instuderingsfrågor F3 PDF

Instuderingsfrågor F3 A. Den eukaryota cellen 1. Beskriv (mycket översiktligt!) cellens evolution och vilka huvudgrupper av organismer som räknas som prokaryoter respektive eukaryoter. Vad menas med endosymbionthypotesen? ➔ Cellen är den grundläg...

Instuderingsfrågor F3 A. Den eukaryota cellen 1. Beskriv (mycket översiktligt!) cellens evolution och vilka huvudgrupper av organismer som räknas som prokaryoter respektive eukaryoter. Vad menas med endosymbionthypotesen? ➔ Cellen är den grundläggande byggstenen i alla levande organismer. Det finns två huvudtyper av celler: prokaryota (bakterier och arkéer) och eukaryota (djur, växter, svampar, protister). Prokaryoter saknar cellkärna, medan eukaryoter har en cellkärna och flera membranbundna organeller. Alla celler delar vissa gemensamma egenskaper, som att vara omgivna av ett membran, ha sin arvsmassa i form av DNA, och förmågan att dela sig. ➔ Endosymbionthypotesen förklarar hur de första eukaryota cellerna uppstod. En större prokaryot cell tog upp en mindre prokaryot, som utvecklades till mitokondrier (och kloroplaster i växtceller). Med tiden utvecklades dessa mindre celler till mitokondrier och kloroplaster, som nu finns i dagens eukaryota celler. Mitokondrier hjälper till med energiproduktion, medan kloroplaster utför fotosyntes i växtceller. 2. Redogör för de väsentligaste skillnaderna mellan eukaryota och prokaryota celler. ➔ Prokaryota organismer är encelliga och eukaryota celler är antingen encelliga (som till exempel jästsvampar) eller flercelliga (som till exempel djur och växter). Eukaryota celler är mer komplexa och organiserade än de prokaryota därför behöver de olika livsbetingelser. Eukaryota celler har flera delar  som kallas organeller, som är omslutna av membran. Den största skillnaden mellan dem är att eukaryota celler har kärna medan prokaryota celler saknar kärna. Eukaryota celler kan vara både encelliga, som vissa svampar och protozoer, och flercelliga som djur och växter. Prokaryota celler är nästan alltid encelliga, och alla komplexa flercelliga organismer består av eukaryota celler. I prokaryoter finns DNA fritt i cellen, i ett område som kallas nukleoid, medan DNA i eukaryoter är inneslutet i cellkärnan och organiserat i flera kromosomer. Eukaryota celler har membranbundna organeller som mitokondrier, kloroplaster (i växter), endoplasmatiskt retikulum och Golgiapparaten. Prokaryota celler saknar dessa organeller helt. B. Människan – en typisk eukaryot organism 1. Redogör för människokroppens indelning i olika organisationsnivåer. 2. Ge exempel på olika typer av specialiserade celler i människokroppen ➔ Epitelceller: ○ Täcker kroppens ytor och organ, som huden och slemhinnorna. ○ Skyddar kroppen och är involverade i absorption, sekretion och barriärfunktioner. ➔ Muskelceller: ○ Glattmuskelceller: Finns i väggarna hos inre organ som tarmarna och blodkärlen. Dessa celler styr ofrivilliga rörelser. ○ Hjärtmuskelceller: Specialiserade celler i hjärtat som gör att det kan slå och pumpa blod.  ○ Skelettmuskelceller: Ansvariga för kroppens frivilliga rörelser, som att gå eller lyfta. ➔ Bindvävsceller (Fibroblaster): ○ Producerar och underhåller kroppens bindväv, som ger stöd och struktur åt vävnader och organ. ○ Fibroblaster är involverade i sårläkning och producerar kollagen och andra komponenter i extracellulärmatrix. ➔ Nervceller (Neuroner): ○ Specialiserade celler som överför elektriska signaler i nervsystemet. ○ Ansvariga för att skicka och ta emot information mellan hjärnan och resten av kroppen. Könsceller (Gameter): ○ Spermier: Hanliga könsceller som bär hälften av individens genetiska material för fortplantning. ○ Äggceller: Honliga könsceller som också bär hälften av individens genetiska material. ➔ Blodceller: ○ Erytrocyter (Röda blodkroppar): Ansvariga för att transportera syre till kroppens vävnader och koldioxid tillbaka till lungorna. ○ Leukocyter (Vita blodkroppar): Del av immunsystemet och skyddar kroppen mot infektioner. Exempel inkluderar: Monocyter: Omvandlas till makrofager och rensar bort skadade celler och patogener. Granulocyter: Delas upp i neutrofiler, eosinofiler och basofiler, som bekämpar infektioner. Basofiler: Frisätter histamin under allergiska reaktioner. ➔ Immunceller:  ○ Makrofager: Äter upp och bryter ner främmande partiklar och döda celler. ○ Mastceller: Frisätter kemiska ämnen som histamin, vilket är viktigt i allergiska reaktioner och inflammation. ○ Lymfocyter: Viktiga för kroppens specifika immunsvar. De inkluderar B-celler (som producerar antikroppar) och T-celler (som dödar infekterade celler). ➔ Sensoriska celler: ○ Celler som känner av stimuli som temperatur, tryck eller smärta och skickar signaler till nervsystemet. Exempel är termoreceptorer som känner av värme och kyla. 3. Beskriv övergripande hur cellens livsmiljö ser ut i människokroppen. ➔ Intracellulärvätska: Vätskan inuti cellerna, som har en specifik sammansättning som måste hållas konstant för att cellerna ska fungera optimalt(så bra som möjligt.). ➔ Extracellulärvätska: Vätskan som omger cellerna och fungerar som cellernas livsmiljö. Den tillhandahåller syre (O₂) och näringsämnen till cellerna och avlägsnar koldioxid (CO₂) och slaggprodukter från cellerna. ➔ Både intracellulär- och extracellulärvätskan innehåller vatten (H₂O), som fungerar som lösningsmedel för kroppens joner och molekyler. För att cellerna ska må bra och fungera korrekt måste miljön omkring dem hållas konstant genom noggrann reglering av pH, jonkoncentrationer, osmolaritet och näringsämnen. Detta sker genom ett kontrollerat utbyte mellan den intracellulära och extracellulära vätskan och innebär att cellerna måste kommunicera med den yttre miljön i kroppen.  C. Den eukaryota cellens övergripande organisation 1. Förklara begreppen cytosol och cytoplasma. ➔ Cytosol är den vätska som finns inne i cellen, men utanför cellkärnan och organellerna. Det är den geléartade vätskan där många av cellens kemiska reaktioner sker. Cytosolen hjälper till att transpotera näringsämnen, enzymer och andra molekyler inom cellen ➔ Cytoplasma inkluderar cytosolen samt alla organeller som finns i cellen (utom cellkärnan). Cytoplasma när hela området inom cellmembranet, där cellens organeller är inbäddade. Den stödjer och ger struktur åt organellerna, och är platsen för många viktiga cellulära processer. 2. Nämn minst en karakteristisk egenskap/funktion hos följande organeller och/eller cellulära strukturer: Cellkärnan, mitokondrien, endoplasmatiska retiklet (ER), Golgiapparaten, ribosomen, lysosomen, peroxisomen, cellskelettet och kloroplasten. Vilka av dessa förekommer hos djur- respektive växt-celler? ➔ Cellkärnan: Cellkärnan är omgiven av ett dubbelt membran, som känt för kärnmembranet. Membranens funktion är att skydda och separera kärnans innehåll från cytoplasman och har porer som möjliggör utbyte av material mellan kärna och cytoplasman, som RNA och proteiner. Cellkärnan innehåller DNA, som bär den genetiska informationen för cellens funktioner och egenskaper. DNA används som mall för att producera mRNA (budbärar-RNA) genom en process som kallas transkription. Det nybildade mRNA transporteras ut ur kärnan till ribosomerna i cytoplasman för proteinsyntes. Kärnan  innehåller nukleoler, som producerar rRNA och bygger ribosomer. Ribosomerna är nödvändiga för att cellen ska kunna skapa proteiner, som är avgörande för alla cellulära processer. ➔ Mitokondrien: Mitokondrien är som strukturer i cellen som är omgiven av två lager membran. Det inre membranet är veckat för att ge mer plats åt viktiga reaktioner. Mitokondrien är känt som “cellens kraftverk” eftersom de producerar energi molekyler ATP (adenosin trifosfat: ATP), och detta behöver cellen för att kunna fungera. ATP tillverkas genom processer som kallas citronsyracykeln och andningskedjan, där näringsämnen omvandlas till energi. ➔ Endoplasmatiska retiklet (ER): Den är som ett nätverk av sammankopplade rör och säckar i cellen, gjord av membraner. Det finns finns ett ER i varje cell och det delas in i två typer: - Granulärt ER: Här finns ribosomer på ytan, och det hjälper till med att tillverka proteiner. - Glatt ER: Här lagras kalciumjoner (Ca²⁺) och tillverkas (syntetiserar) fetter och andra lipider. ➔ Golgiapparaten: Består av 4-6 platta, staplade “membransäckar”. Dessa huvuduppgift är att ta emot proteiner från endoplasmatiska rektikler, sortera dem och göra nödvändiga modifieringar innan de transporteras till sin slutdestination, antingen inom cellen eller utanför den. ➔ Ribosomen: Ribosomer saknar membran och består av en liten och en stor subenhet. Den ansvarar för proteinsyntes genom att läsa av mRNA och sätta ihop aminosyror i rätt ordning. Ribosomer kan antingen vara fria i cellens cytoplasma eller bundna till det enoplasmatiska rektikelr (ER), beroende på vilken typ av protein som ska tillverkas. ➔ Lysosomen: Är cellens sopstationer och har ett surt pH (cirka 5). De innehåller enzymer som bryter ner olika typer av organiska molekyler, inklusive proteiner, lipider, kolhydrater  och nukleinsyror. Lysosomer ansvarar för nedbrytning och återvinning av cellens egna organeller, skadade cellkomponenter, och endocyterat material. ➔ Peroxisomen: Peroxisomer använder väteperoxid som en mellanprodukt för att bryta ner skadliga och giftiga substanser, men de omvandlar snabbt väteperoxiden till ofarligt vatten och syre. ➔ Cellskelettet: Finns bara i eukaryote celler även om den saknar membran. Cellskelettet är ett nätverk av trådformiga proteinfibrer som går genom hela cellen. Cellskelettet hjälper till att ge cellen dess form, möjliggör rörelse och ser till att cellens organeller är på rätt plats för organellernas lokalisation i cellen. ➔ kloroplasten: Organeller som innehåller klorofyll och är ansvariga för fotosyntesen. Under fotosyntesen omvandlas solljus till kemisk energi (ATP) som används för att producera kolhydrater från koldioxid (CO₂). Förekomst i celler: Hos både växt- och djurceller: Cellkärnan, mitokondrien, ER, Golgiapparaten, ribosomen, peroxisomen och cellskelettet. Endast hos djurceller: Lysosomen. Endast hos växtceller: Kloroplasten D. Proteinernas betydelse, syntes och reglering 1. Vad det ytterst är som gör att celler ser olika ut och har olika egenskaper och funktioner?  2. Ge exempel på funktioner som proteiner kan ha hos en cell. ➔ Enzym (ökar kemiska reaktioners hastighet) ➔ Receptorer (cellulär kommunikation) ➔ Signalsubstanser (cellulär kommunikation) ➔ Transportproteiner (transport över membran) ➔ Jonkanaler (transport över membran) ➔ Transkriptionsfaktorer (styr geners aktivitet) ➔ Energikälla (Proteiner kan användas som en energikälla när det behövs, men de fungerar främst som en sista energireserv. ATP, som är cellens huvudsakliga energivaluta, produceras främst från kolhydrater och fetter. Vid behov kan proteiner brytas ner till aminosyror som kan omvandlas till energi, men deras huvudsakliga roll är strukturell och funktionell snarare än att ge energi.) ➔ Strukturproteiner (bl. a i cellskelettet och i den extracellulära matrixen → material som finns utanför cell, den är tillverkat i cellen och sen släpps den utanför cellen) 3. Redogör (översiktligt!) för hur ett protein syntetiseras i en cell, dvs sammanfatta i stort vad som händer under transkriptionen och translationen. 1. Transkription: Från DNA till mRNA Gen: En gen är en sekvens av DNA som innehåller instruktioner för att bygga ett specifikt protein. Gener ligger på DNA-strängar som är packade i kromosomer. Start av processen: Transkriptionen sker i cellkärnan, där RNA-polymeras (ett enzym) binder till en specifik DNA-sekvens som kallas promotor. Detta område markerar var transkriptionen ska starta.  RNA-polymeras: Enzymet öppnar DNA-spiralen och börjar läsa av en av DNA-strängarna (den kodande strängen). Med hjälp av komplementära baspar (A-U, C-G) bygger RNA-polymeraset en kopia av DNA-sekvensen i form av mRNA (messenger RNA). Bildning av mRNA: När RNA-polymeras läser av DNA-strängen, kopplas fria RNA-nukleotider (A, U, C, G) ihop för att skapa en mRNA-sträng. Denna sträng är en komplementär kopia av DNA-sekvensen, men i mRNA ersätts tymin (T) med uracil (U). Avslutning av transkription: När RNA-polymeraset når en terminatorsekvens på DNA, avslutas transkriptionen och den nyskapade mRNA-strängen släpps fri. Denna mRNA-sträng är nu redo att transporteras ut ur cellkärnan till cytoplasman för translation. 2. Translation: Från mRNA till protein Plats: Translationen sker i cytoplasman, där mRNA binds till en ribosom (en protein-syntetiserande maskin som finns fritt i cytoplasman eller på det endoplasmatiska retiklet). mRNA och kodoner: mRNA-strängen innehåller kodon, vilket är grupper om tre nukleotider (t.ex. AUG, UAC) som kodar för en specifik aminosyra. Ribosomen börjar läsa mRNA från dess startkodon (AUG, som kodar för aminosyran metionin). tRNA och antikodon: För varje kodon på mRNA finns en motsvarande tRNA (transfer RNA) som har ett antikodon (en komplementär triplett) och bär med sig rätt aminosyra. tRNA antikodon parar sig med mRNA kodon, och ribosomen binder samman aminosyrorna till en växande polypeptidkedja. Ribosomens funktion: Ribosomen har tre platser där tRNA kan binda:  ○ A-platsen (aminosyraplatsen), där en ny tRNA-molekyl med en aminosyra binder till sitt kodon. ○ P-platsen (proteinplatsen), där den växande polypeptidkedjan binds till den nya aminosyran. ○ E-platsen (exitplatsen), där det tomma tRNA lämnar ribosomen efter att ha överlämnat sin aminosyra. Elongering och terminering: Translationen fortsätter tills ribosomen stöter på ett stoppkodon (t.ex. UAA, UAG, UGA) på mRNA-strängen. När ett stoppkodon når ribosomen släpps den färdiga polypeptidkedjan (proteinet) fri. Proteinsyntes: Den nya polypeptidkedjan veckas sedan till sin tredimensionella struktur och kan genomgå ytterligare modifieringar i Golgiapparaten innan den blir ett funktionellt protein. 4. Vilken övergripande funktion har enzymet RNA-polymeras respektive transkriptionsfaktorer vid proteinsyntesen? ➔ RNA polymeras har en central roll i transkription. Den binder till DNA vid en specifik startpunkt som kallas promotor, och öppnar DNA- spiralen. Det läser av DNA-strängarna(den kodande strängen) och kopplar samman RNA-nukleotider (A, U, C, G) baserat på DNA-sekvensen för att skapa en komplementär mRNA-sträng. Denna mRNA-sträng bär sedan instruktionerna för proteinsyntesen ut ur cellkärnan till ribosomerna i cytoplasman. ➔ Transkriptionsfaktorer är proteiner som binder till specifika delar av DNA, oftast nära promotorn, där transkriptionen startar. De hjälper RNA-polymeras att fästa vid DNA, vilket är viktigt för att börja kopiera en gen till mRNA. Transkriptionsfaktorer fungerar som "brytare" som kan aktivera eller blockera transkription av en viss gen, beroende på vad cellen behöver.  ➔ De styr också hur och när gener uttrycks, vilket innebär att de ser till att rätt mängd mRNA (och senare protein) produceras vid rätt tidpunkt. Detta är viktigt för att celler, även med samma DNA, ska kunna producera olika proteiner och utföra olika funktioner. 5. Förklara varför formen hos ett protein är så viktig för proteinets funktion. ➔ Formen hos ett protein är avgörande för dess funktion eftersom proteinets struktur direkt påverkar dess förmåga att binda till specifika molekyler, så kallade ligander. Proteinet binder fysiskt till ligander genom icke-kovalenta bindningar (svaga). Dessa bindningar är inte lika starka som kovalenta bindningar och kan vara tillfälliga. När ett protein viker sig, skapar det en tredimensionell form som inkluderar bindningsställen där specifika aminosyrors sidokedjor samlas. Dessa bindningsställen är utformade för att passa exakt med en viss ligand, vilket gör att proteinet kan interagera med och påverka endast specifika molekyler. ➔ Proteinet kan endast utföra sin funktion om det har rätt form, eftersom bindningen till ligander är beroende av att rätt molekylära interaktioner kan ske, till exempel genom vätebindningar och elektrostatisk attraktion. Om ett protein genomgått små förändringar i sin form, till exempel genom mutationer eller förändringar i miljön, kan dessa interaktioner störas, vilket kan leda till att proteinet förlorar sin funktion. Detta gäller för alla proteiner, inklusive enzymer och antikroppar, som båda måste ha en exakt form för att binda till sina respektive mål och utföra sina specifika uppgifter i cellen. 6. Beskriv i stora drag hur proteiners aktivitet kan regleras genom så kallad allosterisk reglering”. ➔Allosterisk Reglering av Proteiners Aktivitet 1. Bindning med Ligander: ○ Icke-kovalenta Bindningar: Proteiner binder till ligander genom svaga, icke-kovalenta bindningar. Dessa bindningar är tillfälliga och inte lika starka som kovalenta bindningar. ○ Specifika Bindningsställen: Bindningen sker vid specifika ställen på proteinet. Liganden måste passa perfekt i dessa ställen, liknande hur en nyckel passar i ett lås. Detta kräver att proteinets form och ligandens form matchar. 2. Konformationsändring: ○ När en ligand binder till ett allosteriskt ställe (ett ställe på proteinet som är skilt från det aktiva stället där substratet binder) förändras proteinets tredimensionella form, eller konformation. Denna form är avgörande för att liganden ska binda korrekt och påverka proteinets aktivitet. ○ Den förändrade konformationen kan påverka hur proteinet binder till sina andra ligander, inklusive substrat. Om proteinets form ändras, kan det göra det aktiva stället mer eller mindre tillgängligt för substratet. 3. Principen för Allosterisk Reglering: ○ Regulatoriska Ligander: En allosterisk ligand binder till en annan plats än det aktiva stället på proteinet. Denna bindning förändrar proteinets form, vilket kan påverka proteinets aktivitet genom att göra det aktiva stället mer eller mindre effektivt för substratbindning. ○ Affinitet och Koncentration: Hur effektivt en ligand binder till sitt bindningsställe beror på affinitet (hur starkt  bindningen är) och koncentrationen av både ligand och protein. 4. Praktiska Exempel: ○ Fosforylering: En annan metod för att reglera proteinaktivitet är genom fosforylering, där en fosfatgrupp läggs till eller tas bort från proteinet. Detta kan förändra proteinets konformation och därmed dess aktivitet. ○ GTP och GDP: Vissa proteiner binder GTP (guanosintrifosfat) och byter det mot GDP (guanosindifosfat) för att reglera deras aktivitet. Denna cykel påverkar proteinets funktion och aktivitet. 7. Beskriv i stora drag hur proteiners aktivitet kan regleras genom fosforylering. ➔Reglering av Proteiners Aktivitet Genom Fosforylering 1. Kovalent Bindning av Fosfatgrupp: ○ Fosforylering innebär att en fosfatgrupp kovalent kopplas till ett protein. Denna modifiering sker genom en enzymatisk reaktion där ett protein kinas lägger till en fosfatgrupp från ATP till specifika aminosyror i proteinet, oftast serin, treonin, eller tyrosin. 2. Enzymatisk Addition och Borttagning: ○ Fosfatgruppen kan kopplas på och av genom enzymer. Proteinkinaser är ansvariga för att tillsätta fosfatgrupper, medan proteinfosfataser tar bort dem. Denna dynamiska balans mellan fosforylering och defosforylering reglerar proteinets aktivitet. 3. Aktivering och Inaktivering: ○ Vissa proteiner är aktiva när de är fosforylerade, medan andra är inaktiva när de är fosforylerade. Detta innebär att  fosforylering kan både aktivera och hämma proteinets funktion beroende på proteinets roll och struktur. 8. Beskriv i stora drag hur aktiviteten hos GTP-bindande proteiner regleras. ➔Reglering av GTP-bindande Proteiner 1. Bindning och Hydrolys av GTP: ○ Aktiv Form: GTP-bindande proteiner är aktiva när de binder till en molekyl av GTP (guanosintrifosfat). Denna bindning gör att proteinet antar en konformation som är funktionell och kan utföra sina biologiska uppgifter. ○ Inaktiv Form: När proteinet hydrolyserar GTP till GDP (guanosindifosfat) frigörs en fosfatgrupp, vilket leder till en konformationsändring som gör att proteinet blir inaktivt. Denna process omvandlar proteinet till en form som inte längre kan utföra sina funktioner. 2. Cykel av Aktivitet: ○ Återaktivering: För att återaktivera proteinet måste GDP dissociera från proteinet, och en ny GTP-molekyl måste binda. Detta återställer proteinet till sin aktiva konformation, redo att utföra sina funktioner igen. ○ Regulatoriska Proteiner: Aktiviteten hos GTP-bindande proteiner styrs också av regulatoriska proteiner som kallas guanin-nukleotidutbytesfaktorer (GEF). Dessa faktorer främjar dissociationen av GDP och binder ny GTP, vilket återaktiverar proteinet.