Anatomi, fysiologi og biokjemi Temadag – del 2 Jacqueline K. Andersen Tonette Røstelien Høsten 2010

Biokjemi, fra celler til kropp Kap. 1-3

Disposisjon Celler, vev, hud, biokjemi Anatomi, fysiologi, biokjemi Cellen Cellestruktur Cellefysiologi Cellereproduksjon Cellegenetikk Vev Hud

Cellen Mitokondrium Lysosom Cellemembran Cytoplasma Kjernelegemet Golgiapparatet Endoplasmatiske retikulum Mitokondrium Cellemembran Cytoplasma Kjernemembranen Kjernelegemet Cellekjernen Ribosomer

Celledeling Mitose Meiose Vanlig celledeling Kroppsceller: 46 kromosomer Meiose Reduksjonsdeling 2 trinn: reduksjons- og vanlig celledeling Kjønnsceller: 23 kromosomer

Mitose http://www.youtube.com/watch?v=5gV5OML7jtA Hvis alle cellene overlevde,ville 46 celledelinger være nok til å produsere det antallet celler som fins i en voksen menneskekropp, det vil si ca. 10 opphøyd i 14 celler. Det foregår som nevnt celledeling gjennom hele livet for å erstatte celler som dør. De viktigste unntakene er nervecellene, skjelett- og hjertemuskelcellene, enkelte sanseceller og eggcellene, som ikke kan erstattes etter fødselen Figur 2.17 Oversikt over antall kromosomer per dattercelle etter fullført mitose og meiose. En mitose gir opphav til to datterceller med det samme kromosominnholdet som morcellen. En meiose fører til at det dannes datterceller med halvparten så mange kromosomer som morcellen. Hos mannen dannes fire datterceller. Hos kvinnen dannes bare én dattercelle. Det skyldes at den ene av de to nydannete cellene tilbakedannes både ved første (rosa del) og andre (blå del) celledeling i meiosen. Eggcellen gjennomgår den andre celledelingen i meiosen like etter at den er befruktet. MEIOSE: Kroppscellene har som nevnt 46 kromosomer. Hvis kjønnscellene (spermiene og eggcellene) bare ble dannet ved vanlig celledeling, ville deres kromosomtall også være 46. Når en spermie ved befruktningen smelter sammen med en eggcelle, ville det resultere i en befruktet eggcelle som inneholdt 92 kromosomer, og for hver ny generasjon ville cellenes kromosomtall bli fordoblet. http://www.youtube.com/watch?v=5gV5OML7jtA

Celledeling og differensiering Alle celler deler seg ved mitose, men kjønnscellene går igjennom en reduksjonsdeling (meiose) i tillegg til vanlig deling.

Celledifferensiering og modning Fra en befruktet eggcelle får man så en konttinuerlig celledeling…. Etterhvert kommer man til et stadie hvor man får celledifferensiering / modning – altså det bestemmes hvilken form og funksjon cellen skal ha. Indre og ytre signaler slår av og på gener som igjen bestemmer hva slags form og funksjon cellen skal få…. Celledifferensiering og modning (funksjonell) er et tema som dere vil høre mye mer om under blod og immunologi bla…

Celletyper Røde og hvite blodceller Nervecelle Alle celler har alle organellene – med unntak av de rødeblodcellene som har kastet ut Røde og hvite blodceller Nervecelle

Muskelcelle Den mannlige kjønnscelle og en eggcelle Cellen består hos mennesket av et hode med arvestoff og alle organellene, et mellomparti som produserer energi til svømmeturen, og en hale for bevegelse og styring. I hver testikkel dannes det flere milliarder sædceller per måned - fra mannen kommer i puberteten og ut livet.

Transport gjennom cellemembranen Cellefysiologi Transport gjennom cellemembranen Alt inne i cellene er likt Forskjellig: celleskjellettet – form avgrenser cellens innhold fra utsiden… Skal nå gå til cellemembranen og se på deCellemembranen er forankret i celleskjellettet og n som en funksjonell enhet Spesielt viktig med spenningsforskjellen

Cellemembranens struktur Cytosol Membranproteiner Kolesterol Kanalprotein Dobbelt lipidlag EKSTRAcellulærvæske Fettsyrer Hydrofilt Hydrofobt Ta med et glass fylt med olje – Hell vann/saft oppi Bland en fargeløs med en fargerik olje….. Prøv webkamera i eureka – event dokumentkamera Størrelsen på molekylene Ladningen INTRAcellulærvæske Celleskjellett

Cellemembranens funksjon Avgrenser cellens cytoplasma fra ekstracellulærvæsken Transport Kommunikasjon

KONSENTRASJONEN AV IONER / ELEKTROLYTTER I EKSTRACELLULÆRVÆSKE OG INTRACELLULÆRVÆSKE Ekstracellulærvæske mmol/l (plasmaelektrolytter) Intracellulærvæske mmol/l Na+ 136 – 146 ca. 15 K+ 3,5 – 5 ca. 150 Cl- 97 – 106 minimalt, 0 HCO3- 22 – 26 ca. 10 Ca++ 2,2 2,6 minimalt fritt Mg++ 0,75 – 0,95 Fosfat 0,75 – 1,55 ca. 100 Kilde: Farmakoterapi for Helsepersonell, 2000

Transport gjennom cellemembranen Begreper: Konsentrasjon Diffusjon Et stoff vandrer fra et område med høy konsentrasjon av stoffet til et område med lavere konsentrasjon Osmose Diffusjon av vann

Diffusjon Diffusjon SKRIV PÅ TAVLA: bevegelse og spredning av atomer, molekyler eller ioner til det er oppnådd en jevn fordeling av stoffene Diffusjonsraten er avhengig av konsentrasjonsgradienten, diff avstand og areal, stoffets diffusjons koeffisient - diffusjon er resultatet av den tilfeldige og uordnete termiske bevegelsen av molekyler Forutsetter i praksis: gassers og væskers evne til å blande seg med hverandre, så lenge det er konsentrasjonsforskjell, vil det være en nettotransport mot der det er lavere konsentrasjon O2, næringsstoffer og hormoner er fraktet til organene via sirkulasjonssystemet (transport over store avstander), mens passasje gjennom vevsvæsken over cellene skjer ved diffusjon (utskilling av avfallsstoffer skjer omvendt). transporten inn i celle for enkelte molekyler også skjer ved diffusjon (f. eks. kjemiske signalstoffer som diffunderer i synapser underbyge nervesignaler, transport mellom cellene og kapilærene) avstanden molekylene skal vandre over må være svært kort - forstyrrelser oppstår når skadelige påvirkninger endrer permiabiliteten slik at uønskede stoffer eller mengder av stoffer filtrerer inn

Osmose

Osmolaritet Isoton Hypoton løsning Isoton løsning Hyperton løsning

Transport gjennom cellemembranen Passiv transport - forutsetter en diffusjonsgradient. Diffusjon gjennom lipidlaget Diffusjon gjennom vannfylte proteinkanaler Binding til transportproteiner som bærer stoffet gjennom membranen og frigjør det på motsatt side

Vannkanal Na+ kanal Hos mennesker finnes 11 vannkanal-gener: Peter Agre og Roderick MacKinnon er tildelt nobelprisen i kjemi 2003 for sine oppdagelser vedrørende vannkanal- og ionekanalproteinenes nøyaktige struktur………… Passasje av vannmolekyler gjennom en vannkanal (akvaporinet AQP1). Positive ladninger midt i kanalen frastøter positive ioner, og hindrer derfor protoner (H3O+) i å passere. Gjengitt, noe omarbeidet, med tillatelse fra Kungl. Vetenskapsakademien (62) AQP2-kanalene finnes i veggen på nyrenes samlerør. Etter rikelig vanninntak, når ADH er lavt, er AQP2 lagret i intracellulære vesikler, men det settes inn i overflatemembranen når ADH øker. Mutasjoner i AQP2 finnes hos pasienter med arvelige former for nefrogen diabetes insipidus. Man finner dessuten endringer i AQP2-ekspresjon ved de fleste tilstander med endret væskebalanse. For eksempel øker AQP2 ved graviditet og ved hjertesvikt, men er redusert ved klassisk diabetes insipidus og ved enuresis (45, 53).

Transport gjennom cellemembranen Aktiv transport (energikrevende) Transport av stoffer fra lavere til høyere konsentrasjon av stoffer Na+/K+ - pumpen Primær aktiv transport ATP er den direkte energikilden Sekundær aktiv transport Transporten kobles til transporten av andre molekyler (ioner) Figur 2.24 Na+-K+-pumpen. Denne transportøren transporterer Na+ aktivt ut av cellen, samtidig som K+ transporteres inn. Hydrolyse av ATP tilfører ionepumpen den energien som kreves for den aktive transporten av ionene. primær aktiv transport. Merk det med sekundær aktiv transport vil dere bla høre mer om under fordøyelse – sukker/glukose tas opp i tarmen på måten

Transport gjennom cellemembranen Energikrevende membrantransport Eksocytose Smelter intracellulære vesikler sammen med cellemembranen og frigjør innholdet til ekstracellulærvæsken Endocytose Fraktes stoffet inn i cellen ved avsnøring av cellemembranen Fagocytose

Krever energi Endocytose Eksocytose cellemembran Endocytose: fagocytter i forsvarsapparatet – spiser fremmedlegemer som for eksempel bakterier.. Alle celler har vesikler med enzymet lysozym som bryter ned døde celler og cellefragmenter… Eksocytose: synapsene – signaloverføring i nerveceller… Eksocytose

Kjemisk kommunikasjon mellom celler I kroppen finnes kjemiske signalstoffer som binder seg til reseptormolekyler på mottakerceller para" = near

Reseptorer Signalmolekyl Reseptor Figur 3.1 Målceller og ikke-målceller. Målcellene for et bestemt signalmolekyl har reseptorer for signalmolekylet. Ikke-målceller mangler denne reseptoren. Hva er en reseptor? - oppbygging - affinitet Signaloverføring – involverer ofte en kaskade av reaksjoner som til slutt ender i en biologisk respons Direkte, dvs. reseptorer koplet til ionekanaler eller fettløslige hormoner Indirekte (G-koplede reseptorer) Signaloverføring via membranbundne eller intracellulære reseptorer

Membranbundne og intracellulære reseptorer Fettløselige signalstoffer binder reseptorer inne i cellen Vannløselige signalstoffer binder reseptorer i cellemembranen Nevne ulike signaler og deres mottakere/reseptorer: Immunapparatet antigen (reseptor/mottaker er dag antistoffet (T-lymfocytt) duftmolekyl/snmaksstoff – luktecelle el smakcelle lydsignaler / hårceller lysbølger / synsceller

Membranpotensialet og aksjonspotensialet Membranpotensialer (i hvile:………………….) Elektrisk spenningsforskjell mellom cellens utside og innside I nerveceller kan endring i membranpotensialet lede til aksjonspotensialer (AP) Aksjonspotensialer (AP) Samlebetegnelse for den raske , forbigående endringen av membranpotensialet Membranpotensialer Elektrisk spenningsforskjell mellom cellens utside og innside (gjelder ALLE celler) Hvilken funksjon har denne spenningsforskjellen? Hvordan oppstår denne spenningsforskjellen? Hva menes med en celles ”hvilemembranpotensial”? I nerveceller kan endring i hvilemembranpotensialet lede til aksjonspotensialer (AP)

Cellemembranen er selektiv permeabel (semipermeabel) - dvs ”halvt” gjennomtrengelig Semipermeabel membran – som betyr at den er selektiv i hvilken grad den slipper igjennom ulike elektrolytter og andre molekyler. Figur 2.22 Konsentrasjonen av de vanligste ionene/elktrolyttene i cytosolen og utenfor cellen. Konsentrasjonsforskjellene gjør at ionene har en tendens til å diffundere i den retning pilene viser. Den brede pilen for K+ viser at en cellemembran i hvile er mest permeabel for dette ioneslaget. På figuren viser forskjellen i symbolstørrelse på hvilken side av membranen ionet har høyest konsentrasjon. Disse elektrolyttene har ladning – anioner har negativ ladning og kationene har positiv ladning Ulikt fordelt på utsiden og innsiden

Flere typer ionekanaler TTX K+ - selektiv poreåpning Na+ - selektiv poreåpning Cellemembranen inneholder et stort antall vannfylte ionekanaler. Noen typer er ”lekke” (alltid åpne) andre er styrt av for eksempel endringer i spenningen over cellemembranen – så lenge disse er åpne kan de spesifikke ionene diffundere passivt ut eller inn av cellen avhengig av konsentrasjonsgradient Ether og kloroform åpner enkelte typer K+kanaler… høyner terskel for dannelse av AP TTX blokkerer Na+ kanalene

Na+/K+ pumpen Merk at dette er en aktiv transportmekanisme og uten energi så ødelegges membranpotensialet og cellen dør………….. Figur 2.24 Na+-K+-pumpen. Denne transportøren transporterer Na+ aktivt ut av cellen, samtidig som K+ transporteres inn.

Aksjonspotensiale (AP)/nerveimpuls