UKE 1 CELLENS AVGRENSING OG OPPTAK AV STOFFER
Lipider
Lipider utgj?r en heterogen gruppe organiske molekyler som har til felles at de er lite l?selige i vann. En undergruppe er de amfipatiske lipidene, som er lange molekyler med en polar, vannl?selig ende og en lengre, apolar, vannul?selig hale. Amfipatiske lipider brukes som s?per og detergenter og utgj?r lipidlaget i biologiske membraner.
Biologiske membraner
Cellen er avgrenset mot omgivelsene av en membran, celle- eller yttermembranen. Cellens indre er videre delt opp i mindre kamre, avgrenset av tilsvarende membraner. Membranene best?r av et dobbelt lag amfipatiske lipider, f?rst og fremst fosfolipider, med polare hoder vendt mot vandig milj? p? ut- og innside og med apolare haler inn mot midten av membranen. Innleiret i denne lipidfilmen sitter proteiner, som utf?rer en lang rekke ulike funksjoner. Lipidene og de fleste proteinene flyter sidelengs, der lengden og grad av umettethet av fosfolipidenes fettsyrer er avgj?rende for membranenes flytenhet.
Membrantransport
Lipidmembranen danner barriere for diffusjon av vannl?selige, men ikke av fettl?selige stoffer. Graden av fettl?selighet spiller derfor en stor rolle for i hvilken grad stoffer som hormoner eller legemidler kommer inn i cellen. Vannl?selige stoffer bringes inn ved hjelp av transportproteiner som sitter innleiret i membranen og danner kanaler eller b?rere som oftest er spesifikke for enkelte molekyler. ?pningen av kanalene og aktiviteten til b?rerne kan oftest reguleres, og gir dermed cellen mulighet til kontroll over hva som slipper inn. Transporten av stoffer gjennom membranen skyldes vanligvis en konsentrasjonsforskjell, men membranen har ogs? transportproteiner ("pumper") som bruker metabolsk energi for ? transportere stoffer motsatt vei. De bygger alts? opp en konsentrasjonsforskjell. Den vanligste og viktigste pumpen transporterer kaliumioner inn i cellen og natriumioner ut og s?rger for at konsentrasjonen av kalium i cytosol er h?y og natrium lav; mens det er motsatt p? utsiden. Kroppen bruker en stor del av sin energi i hvile (basalstoffskiftet) til ? holde nettopp denne pumpen g?ende. Ved ? spille p? aktiviteten til ulike transportproteiner kan cellen regulere sitt volum og holde pH i cytosol tiln?rmet konstant.
UKE 2 PROTEINER, ENZYMER OG ENZYMKINETIKK
Svake kjemiske bindinger
De fleste fenomener i cellen kan tilbakef?res til selektiv binding til eller mellom makromolekyler. Selektiviteten skyldes at deler av overflaten til molekylene er gjensidig komplement?re mht form og elektrisk ladning. Vi f?r dermed en summasjon av mange svake kjemiske bindinger som samlet gir stor bindingskraft (h?y affinitet).
Proteiner
S? godt som alle reaksjoner i cellens stoffskifte er katalysert av enzymer. Enzymer er proteiner. De virker som katalysatorer ved ? binde "substratet", dvs molekylene som underg?r de kjemiske reaksjonene. Bindingen mellom enzym og substrat er eksempel p? selektiv binding mellom proteiner og stoffer som bindes til dem (= ligander). Andre eksempler er binding av hormoner til hormonreseptorer, antigener til antistoffer og ligander til membrantransport?rer. De f?rste katalysatorer var antagelig nukleinsyrer (ribozymer). Proteiner er imidlertid langt mer allsidige enn nukleinsyrer mht de former de kan innta og overflater de kan skape for ? danne bindingssteder til ligander, derfor utvikling av proteiner som katalysatorer. For ? forst? bindingen av ligander, m? vi studere proteiners struktur, hvordan de folder seg og skaper overflater egnet til ? binde andre molekyler.
Enzymkinetikk
(= l?ren om kjemiske reaksjoners hastigheter og hvordan enzymer p?virker dem) er grunnlag for ? forst? regulering av metabolismen. Prinsippene vi m?ter her gjelder ogs? en rekke andre sentrale biologiske fenomener der proteiners binding av ligander er involvert. Mange enzymers aktivitet er gjenstand for regulering gjennom fosforylering (kovalent binding av fosfatgrupper til enzymet) eller ved binding av metabolitter gjennom allosterisk konformasjonsendring av enzymet. Det er spesielt n?kkelezymer i de s?kalte forpliktende steg tidlig i eller p? forgreningspunkter i reaksjonsveiene som er gjenstand for regulering.
UKE 3 TERMODYNAMIKK OG CELLUL?R ENERGI
Termodynamikk
Foruten ? s?rge for byggestener til produksjon av cellens ulike bestanddeler, skaffer stoffskiftet tilveie den forn?dne energi for ? drive reaksjonene. Men hva er egentlig energi? Vi minner om at energi er et bokholderbegrep oppfunnet av fysikere og kjemikere for ? beregne eller forutsi fysiske og kjemiske reaksjoner, og at energi er definert slik at produksjon og forbruk, dvs samlet energimengde (i et lukket system) er konstant (som i alle skikkelige bokholdersystemer, men her opph?yd til en "naturlov", 1. termodynamiske lov). Hvordan kan vi da si at energi driver reaksjoner? I den 2. termodynamiske lov innf?res to nye begreper, entropi og fri energi, som forklaring p? drivkraft bak kjemiske reaksjoner. Vi repeterer ogs? kort begrepet entalpi, massevirkningsloven og hvordan vi kan regne p? energiomsetning ved kjemiske reaksjoner.
Energistoffskiftet
Sentralt i cellens energiomsetning st?r to reaksjonsveier kalt henholdsvis sitronsyresyklys og elektrontransportkjeden. Gjennom reaksjonene i sitronsyresyklus omdannes organiske molekyler til CO2, H+-ioner og elektroner. Elektronene bindes til ”elektronfraktere” - de reduserte koenzymene NADH og FADH2. Den sentrale rollen til sitronsyresyklus illustreres ved at her m?tes karbohydrat-, aminosyre-, nukleotid- og lipidstoffskiftet. Det kommer lite nyttig kjemisk energi i form av ATP direkte ut av sitronsyresyklus. Mesteparten av energien er oppmagasinert i de reduserte koenzymene NADH og FADH2. Disse gir fra seg elektronene til elektrontransportkjeden, der elektronene vandrer gjennom store multiproteinkomplekser i en kjede av reduksjons-oksidasjonsreaksjoner. Siden fritt oksygen er siste mottager av elektronene, kalles kjeden ogs? respirasjonskjeden. Som vi skal se, er kjeden hovedkilden til det meste av cellens utnyttbare energi, i form av ATP. Sitronsyresyklys og respirasjonskjeden finner sted inne i en organelle som kalles mitokondrier. Det er sammenheng mellom antall mitokondrier i en celle og cellens energibehov; f eks er mitokondrieinneholdet stort i cellene i brunt fettvev, hvis hovedfunksjon er ? generere varme.
UKE 4 KARBOHYDRAT- OG LIPIDMETABOLISME
Sakkarider
er viktige som energikilde, energidepot (glykogen) og strukturelementer i celler og vev (glykolipider, glykoproteiner og glykosaminoglykaner). De danner polymerer, men i motsetning til nukleinsyrer og proteiner har de mange ulike m?ter ? binde monomerene sammen p?, slik at vi ved ? hekte sammen bare noen f? monosakkarider kan f? et enormt antall ulike polysakkarider (glykaner).
Glykolyse
Sitronsyresyklus, som vi studerte i forrige uke, starter med et av de mest sentrale molekylene i stoffskiftet, acetyl-CoA. Men hva er kilden til dette molekylet? I denne uken skal vi studere ulike reaksjonsveier som f?rer til produksjon av acetyl-CoA. Vi starter med en av hovedkildene, glykolysen, som er selve prototypen p? en metabolsk reaksjonsvei. Vi skal studere trinn og regulering i denne reaksjonsveien grundig, b?de som eksempel p? en reaksjonsvei og fordi den har viktige fysiologiske og kliniske sider. I visse celler eller ved oksygenmangel gir glykolysen melkesyre i stedet for pyrodruesyre/ acetyl-CoA som sluttprodukt. Vi kaller dette anaerob nedbrytning, i motsetning til aerob, der det er tilstrekkelig oksygen til at respirasjonskjeden kan forl?pe. I motsetning til pyrodruesyre, kan laktat ikke omdannes til acetyl-CoA og g? inn i sitronsyresyklus. Vi f?r dermed opphopning av melkesyre og surgj?ring av cellene, med redusert funksjonstilstand og mulighet for skader. Innsikt i disse mekanismene er grunnlag for ? forst? hva som skjer under hardt muskelarbeid og n?r vev pga skade eller sykdom f?r redusert oksygentilf?rsel.
Nedbrytning av fettsyrer
En annen hovedkilde til acetyl-CoA er nedbrytning av lange fettsyrer, gjennom en prosess som kalles beta-oksidasjon. Fettsyrefragmentene (acetyl-CoA) g?r imidlertid bare inn i sitronsyresyklus dersom det skjer en balansert nedbrytning av glukose og fett. Dersom fettnedbrytning dominerer, som ved langvarig faste eller sukkersyke, dannes istedet ketonlegemer, deriblant aceton. Fettsyrenedbrytning og fragmentenes videre skjebne er dermed sentralt for ? forst? patogenetiske mekanismer ved sukkersyke. Nedbrytning av fettsyrer foreg?r i to organeller, mitokondriene, som vi allerede har m?tt, og en organelle som kalles peroksisomer. I peroksisomene nedbrytes spesielle fettsyrer, som ekstra lange eller forgrenede fettsyrer.
Biosyntese av glukose og fettsyrer
Glukose syntetiseres gjennom en reaksjonsvei som kalles glukoneogenesen. Selvom den har mange trinn felles med glykolysen, er den ikke en reversering av denne, ettersom tre av trinnene i glykolysen i praksis er irreversible. Vi skal se p? disse trinnene og p? hvordan cellen kan regulere glukoneogenese versus glykolyse etter behov. Vi skal ogs? studere fettsyresyntese, som i motsetning til fettsyrenedbrytning foreg?r utenfor mitokondriene, i cytosol. Ettersom v?re celler mangler n?dvendige enzymer, er det visse grupper av umettede fettsyrer vi ikke kan syntetisere.
Energidepotene - glykogen og depotfett
Cellene lagrer energi b?de i form av glykogen og depotfett (triacylglyserol eller triglyserider). Som vi skal se er fett den klart mest effektive m?ten ? lagre energi p?, foruten at fett lagret i underhuden har varmeisolerende effekt. Det er imidlertid n?dvendig med lagre av glykogen, spesielt i muskel- og leverceller, og at glykogennedbrytningen skjer noe forskjellig i de to celletypene. Disse temaene er vesentlige som grunnlag for ? forst? fedme og patogenesen bak ulike hormonforstyrrelser, som bl a sukkersyke.
Pentosefosfatreaksjonsveien
Mens elektroner generert i glykolysen og sitronsyresyklus g?r inn i elektrontransportkjeden, har en annen reaksjonsvei som hovedoppgave ? generere elektroner til bruk ved reduksjonreaksjoner i forbindelse med biosyntese og avgifting av fremmedstoffer. Pentosefosfatveien er i tillegg leverand?r av ribose-5-fosfat, som er en viktig byggesten i nukleinsyrene.
UKE 5 ARVESTOFFET
DNA - struktur og replikasjon
DNA, det universelle arvestoffet, er grunnlaget for alt liv. I en viss forstand kan vi si at celler og flercellede organismer f?rst og fremst er DNA-replikasjonsmaskiner konstruert etter informasjon i DNA for ? formere og videref?re DNA. Byggestenene i DNA kalles nukleotider. Et enkelt nukleotid best?r av tre deler: en base (adenin, cytosin, guanin eller thymin), pentosen eller femkarbon-sakkaridet deoksyribose og fosforsyre, der femkarbonsakkaridet har bundet en base til C’1-atomet og en fosfatgruppe til C’5-atomet. Nukleotidene er s? kjedet sammen i lange polynuklotidtr?der, der fosfatgruppen i neste nukleotid er bundet til C’3-atomet i foreg?ende nukleotids deoksyribose. Fra ?ryggraden? av alternerende deoksyribose og fosfat stikker basene ut til siden. I DNA er to slike polynukleotidtr?der tvunnet om hverandre i en dobbeltspiral, med ryggraden ut mot hver sin side og de flate aromatiske basene inn mot midten, stablet opp? hverandre ved s?kalt aromatisk stabling. Fire baser inng?r i DNA, og de to kjedene i dobbeltspiralen holdes sammen ved parring av de "komplement?re" basene adenin-thymin (A-T) og guanin-cytosin (G-C). Denne parringen basert p? hydrogenbindinger er bakgrunn for at det kan lages n?yaktige kopier av DNA, dvs DNA kan fordobles, gjennom en prosess som kalles semikonservativ replikasjon.
Eukaryote celler er kjerneholdige, dvs at deres DNA ligger adskilt fra cytoplasma, omgitt av et kjernehylster. Hylsteret har et stort antall sm? porer, som tillater trafikk ut og inn av en lang rekke molekyler, mens DNA-molekylene er for store til ? passere. Innsiden av kjernehylsteret er tapetsert med den s?kalte kjernelamina, som best?r av en undergruppe av intermedi?re filamenter (denne gruppen av filamenter gjennomg?s i uke 10). I hver av cellekjernene v?re ligger vanligvis ett fullt sett med DNA, fordelt p? 46 DNA-molekyler. Tilsammen inneholder de seks milliarder basepar, hvilket gir en samlet lengde p? to meter. N?r vi vet at kjernene ofte ikke har en diameter st?rre enn ca fem mikrometer, gir det seg selv at DNA m? pakkes omhyggelig (svarende til ? pakke 2 000 km hyssing i et rundt rom p? fem meter i diameter). Det er flere niv?er av DNA-pakking, som er viktig for tilgjengeligheten av DNA i forbindelse med avlesing av informasjon. P? hvert pakkingsniv? deltar sett av ulike proteiner. Ett DNA-molekyl og tilh?rende proteiner kalles et kromosom. Mellom celledelingene kan vi ikke skjelne de enkelte kromosomer fra hverandre; de utgj?r et mer (kondensert) eller mindre (ekstendert) flettverk av tr?der, kalt kromatin.
I prokaryote celler (som best?r av to separate superriker eller doméner - eubacteria og archea) finnes ingen kjerne. DNA er dessuten organisert p? andre m?ter enn hos eukaryote organismer, f eks er det ikke assosiert med den viktige gruppen av kjerneproteiner som kalles histoner. Dessuten er DNA-molekylene sirkul?re, mens de hos eukaryote er line?re. Mitokondriene, som vi har sett finnes i eukaryote celler, inneholder sitt eget DNA. Dette er sirkul?rt og ikke pakket med histoner.
Mitose og meiose
I forbindelse med celledeling skjer fordobling av DNA. Det fordoblede DNA fordeles s? p? to datterceller gjennom en prosess som kalles mitose. Den starter med tettpakking (kondensering) av kromosomene slik at de blir synlig i mikroskopet som adskilte mitosekromosomer, ogs? kalt tokromatid-kromosomer, fordi de er fordoblet, men stadig henger sammen i et omr?de kalt sentromeren. Vi skal studere mekanismene bak DNA-replikasjon og de ulike stadiene i vanlig celledeling. Vi skal ogs? se p? reduksjonsdelingen, eller meiose, som skjer ved dannelse av kj?nnsceller og som p? flere vesentlige trinn skiller seg fra mitose. I interfasen mellom celledelingene ligger kromosomene n?r forbundet med kjernelamina. Under mitosen l?ses kjernehylsteret opp i mange sm? bl?rer og delingspindelen organiseres og trekker de to datterkromosomene i hver av de tett kondenserte metafasekromosomene fra hverandre.
DNA-reparasjon
V?rt DNA er kontinuerlig utsatt for ulike typer skader. Hyppigheten ansl?s til mange tusen DNA-skader i hver enkelt celle hver dag. Det er derfor livsviktig med effektive reparasjonsmekanismer. Vi skal se p? ulike typer DNA-skader, hvordan de oppst?r og hvordan de repareres.
Nukleotidmetabolisme
RNA er som DNA et polynukleotid, men danner bare en enkelttr?d, og bruker femsakkaridet ribose i stedet for deoksyribose og basen uracil i stedet for thymin. De enkelte nukleotidene som inng?r i DNA og RNA kan bygges opp gjennom to forskjellige synteseveier, ved nysyntese, dvs fra bunnen av, eller ved gjenbruk av nukleotider eller baser som stammer fra degradering av DNA eller RNA. Folsyre inng?r som viktig koenzym i noen av reaksjonene. Folsyreanaloger brukes som antibiotika for ? hemme prokaryote cellers nukleotidsyntese og som cellegifter for ? hindre eukaryote (dvs v?re) cellers nukleotidsyntese. Ved nedbrytning av puriner dannes urinsyre. Serumniv?ene av urinsyre er sv?rt h?ye, antagelig fordi metabolitten har en nyttig rolle som antioksidant (tilsvarende f eks C-vitamin). I for store konsentrasjoner kan imidlertid urinsyre utfelles i leddene og gi urinsyregikt (podagra). Som vi skal se utgj?r nukleotidene ikke bare byggestener for DNA og RNA, men ogs? deler av kofaktorer som koenzym A, FAD, NAD og NADP. De er videre viktige for syntese av visse karbohydrater og lipider, og er regulatoriske komponenter i mange stoffskiftereaksjoner.
UKE 6 PROTEINSYNTESE
Transkripsjon og bearbeiding av RNA
Vi har sett at proteiner trengs for ? lage puriner, pyrimidiner og nukleotider og for ? replikere, reparere og pakke DNA. Proteinene er tilsvarende avhengige av DNA, ettersom de dannes under instruksjon av informasjon i DNA-molekylene. Informasjonsoverf?ringen fra DNA til protein skjer i to steg. F?rst dannes en RNA-kopi av DNA-omr?det, dvs genet, som inneholder informasjon om proteinet. Dernest hektes aminosyrer sammen i en rekkef?lge spesifisert av baserekkef?lgen i RNA-kopien. Det f?rste steget kalles transkripsjon, det andre translasjon. Mellom de to stegene er det innskutt et redigeringssteg, som skyldes at genene er splittet opp i biter med innskutte DNA-biter som ikke koder for proteiner. Disse stumme intragenregionene, eller intronene, m? kuttes vekk fra det prim?re RNA-transkriptet og de kodende bitene, eksonene, spleises sammen. Dette kalles RNA-bearbeiding eller -prosessering og er n?dvendig for ? lage ferdig budbringer-RNA, mRNA, som kan brukes i neste steg.
Translasjon
Translasjonen skjer ogs? i to steg. F?rste steg er p?hekting av aminosyrer til spesielle RNA-molekyler, tRNA. For hver av de tyve aminosyrene finnes det minst ett spesielt tRNA-molekyl. Enzymer som kalles aminosyre-tRNA-syntetaser s?rger for ? hekte riktig aminosyre til riktig tRNA-molekyl og dermed for korrekt oversettelse fra ”nukleinsyrespr?ket”, der baser utgj?r tegnene, til ”proteinspr?ket”, der aminosyrer utgj?r tegnene. P? et vis er det derfor i dette steget selve translasjonen, dvs oversettelsen mellom de to spr?kene, skjer. I neste steg hektes aminosyrene sammen ved at tRNA-aminosyrekompleksene avleser baserekkef?lgen i mRNA-transkriptene. Dette skjer p? ribosomet, et supramolekyl?rt kompleks av proteiner og spesielle RNA-molekyler, rRNA. Hvilke kombinasjoner av baser i DNA/RNA som koder for hvilke aminosyrer er gitt i den genetiske koden. Med noen sm? unntak, som gjelder mitokondrie-DNA, er koden universell, som tegn p? at alt liv p? jorden har en felles opprinnelse. Tre baser koder til sammen for en aminosyre. Ettersom vi med fire baser har 64 kombinasjonsmuligheter, kan flere basetripletter kode for samme aminosyre. Dette betyr at vi fra baserekkef?lgen kan slutte entydig til aminosyrerekkef?lge, men ikke omvendt - koden er degenerert.
Aminosyremetabolismen
Cellene v?re kan syntetisere halvparten av aminosyrene som brukes ved translasjonen; de ?vrige, kalt essensielle aminosyrer, m? tilf?res gjennom kosten. Vi skal se kort p? syntese og nedbrytning av aminosyrene. Ved behov kan aminosyrer, og dermed proteiner, brukes i energistoffskiftet ved at aminosyrene fores inn i sitronsyresyklus. I motsetning til de fleste sakkarider og lipider inneholder imidlertid aminosyrene nitrogen, som f?rst m? fjernes. Vi skal derfor spesielt se p? nitrogens skjebne, spesielt p? hvordan cellen kvitter seg med nitrogenoverskudd i form av urea.
UKE 7 PROTEINSYNTESE, GENREGULERING, MUTASJONER
Translasjonen
Translasjonen er n?kkelen til ? forst? samspillet mellom nukleinsyrene (replikatorene) og proteinene (katalysatorene). Her virker mRNA, tRNA, ribosomer og proteinfaktorer sammen for ? hekte aminosyrer etter hverandre i riktig rekkef?lge. Den f?rste delen av mRNA (5'-UTR) blir ikke translatert, men inneholder informasjon om festing til ribosomet slik at mRNA blir riktig orientert. Ved hjelp av initieringsfaktorer dannes initieringskomplekset, slik at neste fase, elongeringen, kan starte. Ribosomet vandrer deretter langs mRNA-tr?den mens det fortl?pende setter sammen aminosyrene i en rekkef?lge spesifisert av baserekkef?lgen i mRNA. Proteinsyntesen stoppes av frigj?ringsfaktorer som avleser ett av tre mulige stopp-kodoner. Alle trinnene er gjenstand for regulering og krever energi. Tross de mange proteiner som inng?r i ribosomene, ser det ut til ? v?re rRNA-molekylene som utf?rer de fleste av ribosomets funksjoner, inklusive de katalytiske. Ulike medikamenter, 'cellegifter' og 'antibiotika', hemmer proteinsyntesen p? hhv eukaryote og prokaryote ribosomer.
Genregulering
Kroppen v?r inneholder mange hundre forskjellige celletyper. Celletypene bestemmes av hvilke proteiner de inneholder. Konsentrasjonen av ulike proteiner kan i prinsippet reguleres p? alle trinn vi har gjennomg?tt p? veien fra DNA til protein, og dessuten gjennom regulering av nedbrytning. Den viktigste reguleringsmekanismen er imidlertid transkripsjons- eller genregulering. Forst?else av prinsippene ved genregulering er n?dvendig for ? skj?nne celledifferensiering, vekst og hormonell regulering av genaktivitet. Transkripsjonsregulering utf?res i et komplekst 亚博娱乐官网_亚博pt手机客户端登录 mellom regulatoriske proteiner, DNA og RNA-polymeraser.
Mutasjoner
Ikke-reparerte, varige forandringer av DNA kalles mutasjoner. DNA-mutasjoner er ?rsak til ulikhet mellom levende organismer, som igjen er drivkraft bak evolusjon, dvs utvikling av liv og mangfoldet av arter, men er i tillegg ?rsak til genetiske sykdommer, som samlet utgj?r et betydelig helseproblem. Vi har sett at DNA-skader som ikke blir reparert f?rer til mutasjoner. Mutasjonene kan ha funksjonelle konsekvenser dersom de forandrer genregulatoriske sekvenser, kodende regioner eller ekson-introngrenser. Kunnskap om mutasjoner er n?dvendig for ? forst? hvordan arvelige sykdommer oppst?r og hvordan genene for slike sykdommer kan lokaliseres og identifiseres. De f?rreste mutasjoner medf?rer sykdom. Noen kan gi utslag i fenotypisk variasjon, men de fleste er stumme og oppdages bare ved DNA-sekvensering. Individuell variasjon i baserekkef?lgen i homologe kromosomer kalles genetiske polymorfismer eller DNA-polymorfismer.
UKE 8 MOLEKYL?RBIOLOGI/GENTEKNOLOGI
Molekyl?rbiologiske metoder
P? syttitallet ble den molekyl?rbiologiske revolusjon innledet med oppdagelsen av restriksjonsenzymer og muligheten for ? klone DNA. Ti ?r senere ble polymerase-kjedereaksjonen (PCR) utviklet til en praktisk gjennomf?rbar metode. Takket v?re molekyl?rbiologenes grensel?se oppfinnsomhet, har vi i dag et stort batteri av metoder for ? studere DNA. Flere av dem er i dag sentrale verkt?y til bruk i medisinsk diagnostikk og forskning og i rettsmedisin. Bruken av metodene vil f? stadig st?rre betydning i n?r fremtid. Vi m? derfor forst? prinsippene for dem og tolkningsproblemer i bruken av dem.
Molekyl?rgenetikk
Vi har anslagsvis 30 000 gener i v?rt genom, men bare 23 kromosompar. Hvert kromosom inneholder derfor flere tusen gener. Da vi studerte meiosen i uke 5, s? vi at ikke-homologe paternelle og maternelle kromosomer ble sortert uavhengig av hverandre til dattercellene. I motsetning til gener som ligger p? samme kromosom, vil sannsynligheten for at gener som ligger p? forskjellige kromosomer nedarves sammen bare v?re 1/2 (50%). Vi s? ogs? at en eller flere overkrysninger var vanlige mellom de parrede, homologe kromosomene, dvs at jo lengre to gener ligger fra hverandre p? samme kromosom, jo st?rre er sjansen for at de skiller lag under meiosen. At to ulike gener tenderer til ? nedarves sammen, kalles genetisk kobling. Jo n?rmere to gener ligger hverandre, jo hyppigere nedarves de sammen, dvs jo tettere er de koplet. For mange genetiske sykdommer kjenner vi forel?pig ikke det sykdomsfremkallende genet. Og selv om vi kjenner det, er de fleste gener s? store og mutasjonsmulighetene s? mangfoldige at det for den enkelte pasient oftest ikke er praktisk mulig ? p?vise n?yaktig hvilken mutasjon som foreligger. Koplingsstudier kan imidlertid avsl?re genetiske mark?rer som tenderer til ? nedarves sammen med sykdommen. Slike mark?rer er derfor sv?rt nyttige i diagnostikk av arvelige sykdommer, og brukes dessuten til genlokalisering i jakten p? ukjente sykdomsgener.
Som mark?rer utnyttes spesielle genetiske polymorfismer i omr?der av DNA som man vet ligger rimelig n?r det aktuelle genet. Eksempler er RFLPer, restriksjonsfragment-lengdepolymorfismer, og VNTRer - variable number of tandem repeats. Det er to ulike m?ter ? vise RFLPer p?. I den ene kutter vi DNA fra ulike individer med et restriksjonsenzym. Deretter separerer vi det kuttede DNA p? gel og sammenlikner b?ndlengder for bestemte DNA-sekvenser ved en teknikk som kalles southernblotting. Vi vil da kunne se individuelle variasjoner i b?ndlengder av sekvensene. Alternativt kan vi oppformere deler av DNA ved PCR og kutte de oppformerte bitene med restriksjonsenzymer. Siden unders?kelse av RFLP-m?nstre er enkle ? gjennomf?re, er de blitt viktige verkt?y for ? kunne forutsi og diagnostisere enkeltgensykdommer.
?
UKE 9 PROTEINFORDELING, ENDOCYTOSE OG BL?RETRAFIKK
Proteiners skjebne etter translasjonen
Etter translasjonen f?r proteiner hjelp til ? folde seg av s?kalte chaperoner. Deretter gjennomg?r mange av dem omfattende modifikasjoner i form av forandring av aminosyrers sidekjeder, p?hekting av sakkarider og avkapping av peptidbiter. Endelig m? de transporteres til riktig bestemmelsessted. Det er mange ulike adresser, og for at proteiner skal havne andre steder enn i cytosol, m? de ha innebygget adresselapper som forteller hvor de skal. Proteiner som skal ende opp inne i organeller eller utenfor cellen m? krysse en membran. Dette kan skje enten under proteinsyntesen (kotranslasjonelt) eller etter syntesen (posttranslasjonelt). Kotranslasjonell translokasjon skjer p? ribosomer bundet til en organelle som kalles ru endoplasmatisk retikulum (RER). Fra RER transporteres proteinene innesluttet i bl?rer videre til en distribusjonssentral (golgikomplekset), hvorfra de videreforsendes. Dette er hovedruten til proteiner som skal eksporteres ut av celler eller inn i lysosomer. Som eksempel p? et velstudert protein som underg?r en rekke modifiseringer og som transporteres ut av cellen, gjennomg?es kollagen. Proteiner som skal inn i kjernen, mitokondrier og peroksisomer syntetiseres derimot p? fri ribosomer. Etter syntese m? de binde seg til reseptorer p? kjerneporene eller p? mitokondrie- eller peroksisommembranen. Genetiske defekter i transportmekanismene f?rer til at ellers normale proteiner ikke n?r korrekt bestemmelsessted og dermed til feilfunksjon. For eksempel vil manglende lokalisering av fettnedbrytende enzymer i peroksisomer f?re til akkumulering av spesielle fettsyrer, med alvorlig sykdom til f?lge.
Proteinnedbrytning i cytosol
Proteiner har begrenset levetid, som kan v?re sv?rt forskjellig for ulike proteiner. Vi skal se p? faktorer som bestemmer deres levetid, hvordan de blinkes ut for nedbrytning ved p?hekting av proteinet ubiquitin og kappes opp i en proteinnedbrytende maskin, proteasomet.
Endocytose og lysosomer
Nedbrytning av proteiner og andre makromolekyler foreg?r ogs? inne i membranavgrensede bl?rer, lysosomene. Stoffene som lysosomene bryter ned kan v?re tatt opp i bl?rer i cellen ved en prosess som kalles endocytose. Vi har ulike former for endocytose, som ofte deles inn i reseptorformidlet endocytose, fagocytose og pinocytose. Lysosomene er ogs? involvert i nedbrytning av cellens egne bestanddeler etter at de er innesluttet i bl?rer ved en prosess som kalles autofagocytose.
Bl?retrafikk
Maskineriet som deltar i syntese, transport og fordeling av proteiner og som deltar i endocytose og nedbryting i lysosomer, utgj?r sentrale organeller i cellen. Vi skal f? innblikk i hvordan cellens ultrastruktur er resultat av selvorganisering, gitt at riktige molekyler er tilstede. Dette illustreres gjennom ? studere mekanismene bak bl?retrafikken. Tilsvarende involverer opptak av bestanddeler fra omgivelsene og forsendelse til lysosomer avsn?ring og transport vha bl?rer. Vi skal se p? hvordan denne kontainertransporten foreg?r, dvs hvordan bl?rer avsn?res og transporteres til riktig bestemmelsessted for avlevering av innholdet.