Metoder för att analysera produktion och konsumtion 3 4
Gränser för människans påverkan på jorden 3 6
Hållbarhetsmodeller 38
FRÅGOR PÅ KAPITLET! 4 0
2.2 H ållbar resursanvändning 4 2
Hållbara naturresurser 4 3
Sveriges energibalans 4 8
Ett fossilfritt samhälle 51
Hållbar avfallshantering 52
När avfall hamnar i naturen 54
FRÅGOR PÅ KAPITLET! 5 7
SAMMANFATTNING DEL 2 5 9
FRÅGOR PÅ DEL 2 6 0
Del 3:
KROPP OCH HÄLSA 6 2
3.1 G lobal hälsa 6 4
Hur långt är ett långt liv? 6 5
Folkhälsa globalt och i Sverige 6 6
Hälsa och välbefinnande 6 8
Globala hälsofrågor 70
Covid-19 72
Smittspridning 73
FRÅGOR PÅ KAPITLET! 74
3.2 Individens hälsa 76
Vad innehåller maten? 7 7
Kolhydrater 78
Protein 80
Fett 81
Vitaminer 82
Mineralämnen 83
Matspjälkning – maten bryts ner 84
Blodsockerreglering 89
Kostråd 91
Livsstilsfaktorer och hälsa 92
Att mäta livsstilsfaktorer 94
Hur kan vi förbättra vår hälsa? 98
FRÅGOR PÅ KAPITLET! 9 9
SAMMANFATTNING DEL 23 1 01
FRÅGOR PÅ DEL 3 1 02
Del 4:
C ELLER, GENETIK
OCH GENTEKNIK 1 04
4.1 Celler och cellens genetik 1 06
Celler 107
Cellens genetik 114
Celldelning 120
Mitos – vanlig celldelning 121
Meios – reduktionsdelning 122
FRÅGOR PÅ KAPITLET! 1 24
4.2 Individens genetik 126
Biologiskt kön och könskromosomer 127
Grundläggande genetiska begrepp 128
Kromosomer 131
Genetiska sjukdomar och tillstånd 132
FRÅGOR PÅ KAPITLET! 1 37
4.3 Genteknik 139
Gentekniska metoder 140
Gentekniska användningsområden 143
Etik och genteknik 149
FRÅGOR PÅ KAPITLET! 1 51
SAMMANFATTNING DEL 4 1 53
FRÅGOR PÅ DEL 4 1 54
Facit Arbeta på egen hand 1 56
Ordlista 160
Bildförteckning 166
Del 4
Celler, genetik och genteknik
Har du tänkt på att allt levande på jorden är uppbyggt
av celler? Inuti cellerna finns DNA, den genetiska kod som styr hur organismer utvecklas och fungerar.
Genetikens lagar förklarar varför vi liknar våra föräldrar, hur egenskaper förs vidare genom generationer samt hur vissa genetiska sjukdomar uppstår. Idag kan vi inte bara studera gener, utan även förändra dem. Med hjälp gentekniska metoder kan forskare ändra i DNA:t.
På så sätt kan organismer, som djur och växter, få nya egenskaper. Genteknik har gett nya möjligheter inom medicin, jordbruk och industri, men väcker också viktiga etiska frågor.
CELLER OCH CELLENS GENETIK 4.1
ögonflagellat amöba to eldjur Tre encelliga organismer.
Du vet nog inte om det, men din kropp består av ungefär 37 tusen miljarder celler, en siffra som är så stor att den är svår att förstå. Att vi består av celler är något vi har gemensamt med alla andra levande organismer som till exempel bakterier, växter och djur. Det behövs bara en enstaka cell för att något ska vara levande och kunna bilda generation efter generation av samma art. Ju fler celler en organism består av desto mer specialiserade och olika blir cellerna. I en flercellig organism, till exempel människan, samverkar celler som nervceller och muskelceller med varandra.
Det här kapitlet handlar om celler – om vad en cell är och om hur arvet förs vidare med gener. Med kunskaper om celler, celldelning och gener kan du förstå och ta ställning i frågor som handlar om arv, miljö och genteknik.
De första livsformerna på jorden var encelliga. När de utvecklades fanns inte syrgas fritt i atmosfären som det gör idag. Deras släktingar finns fortfarande kvar, men nu bara i extrema miljöer ofta helt utan syre. Heta källor som osar svavel är en sådan extrem miljö.
Het svavelosande källa i norra Nya Zeeland.
Celler
Celler är byggstenarna i alla levande organismer, encelliga som flercelliga. Det finns många olika slags celler som skiljer sig åt både till storlek och utseende. I den här boken kommer du att se några modeller av celltyper. En modell visar en generell bild av hur en cell är uppbyggd. Det innebär att det troligen inte finns någon cell som ser precis ut som just de här modellerna av celler, men att de flesta celler har mycket gemensamt med dem.
Celler är mycket små och man behöver titta i mikroskop för att kunna studera dem. Ännu mindre är cellens delar som kallas organeller vilket betyder små organ. Organellerna samarbetar så att cellen kan fungera. En viktig organell är cellkärnan som styr cellens arbete.
Olika sorters celler
Tre typer av celler är bakterier, växtceller och djurceller, se figur 1. Bakterier är de minsta cellerna. De är mycket mindre är både djur och växtceller. Det finns fler typer av celler på jorden, till exempel de celler som bygger upp svampar. De liknar både växtceller och djurceller, men har en lite annan uppbyggnad.
Vad är en organism?
En organism är en levande enhet som kan utföra livsprocesser som tillväxt, förökning, och reagera på stimuli. Organismer kan vara encelliga, som bakterier, eller flercelliga, som växter och djur. De är grundläggande byggstenar i biologin och kan variera enormt i komplexitet och storlek.
Figur 1. Bilden visar modeller av en bakterie, en djurcell och en växtcell.
Celler och cellens genetik
Bakterier
Bakterier finns i princip överallt! De finns i enorma mängder och har stor genetisk variation. Det finns fler bakterieceller i och på din kropp än mänskliga celler. Bakterier är bland de äldsta livsformerna på jorden, med en historia som sträcker sig över 3,5 miljarder år.
De är avgörande för kretslopp i naturen och hjälper till att bryta ner organiskt material. Vissa bakterier kan överleva i extrema miljöer, allt från kokande vatten till djupa berggrunder. De flesta bakterier är harmlösa eller till och med bra för oss och miljön, men vissa kan orsaka sjukdomar. De spelar också en viktig roll i vår matspjälkning.
Bakterier är uppbyggda på ett sätt som skiljer dem från växt och djurceller, bland annat saknar de en cellkärna. Deras arvsmassa ligger fritt inuti bakterien. I bakterier finns även små ringar med DNA, plasmider.
Djurceller och växtceller
Gemensamt för djur och växtceller är att de har en cellkärna. I alla miljöer, såväl i sjöar och hav som på land, finns det många olika sorters växter och djur, vilka kan vara både encelliga och flercelliga.
Att ha en cellkärna och andra membranomslutna organeller är kännetecken som tyder på att växter och djur har ett gemensamt ursprung. De äldsta spåren av celler med cellkärna är drygt 2 miljarder år gamla. Flercelliga djur och växter uppkom för omkring 600 miljoner år sedan. Sedan dess har evolutionen gett upphov till allt från mikroskopiska björndjur till gigantiska blåvalar, och till trädet amerikansk sekvoja som blir upp till 115 meter högt, se figur 3.
HAR DU KOLL?
1. Vad kan en modell av en cell lära oss?
2. Vad är en cell?
3. Vad är en organism?
4. Hur länge har det funnits bakterier på jorden?
5. Vad skiljer bakterier från djur- och växtceller?
Figur 2. Bakterier som orsakar tuberkolos, Mycobacterium.
Figur 3. Mikroskopisk bild på björndjur och en kvinna framför några amerikanska sekvojaträd.
Virus – inte riktigt levande
Bakterier, växtceller och djurceller är olika på flera sätt, men de är lika på det sättet att de kan föröka sig på egen hand. Till skillnad från dem är virus beroende av andra celler för att föröka sig och anses av biologer därför inte vara levande organismer.
Det finns över 2 000 olika virus som är vetenskapligt beskrivna. Exempel på virus som orsakar sjukdomar hos människan och som många känner till är olika förkylningsvirus, influensa och SARS
CoV2, viruset som orsakade covid19. Alla typer av celler kan infekteras (smittas) av virus, såväl växt och djurceller som bakterier. De flesta virus är artspecifika, och ett virus som infekterar växter kan därför oftast inte infektera andra typer av celler.
Enkelt beskrivet är virus en proteinkapsel med arvsmassa inuti, se figur 4. När ett virus infekterar en cell fäster den mot mottagarcellens yta med hjälp av utskott. Därefter antingen skjuter viruset in sin arvsmassa genom cellmembranet eller också smälter viruspartikeln samman med cellen och lämnar av sin arvsmassa på insidan av cellen. Virusets arvsmassa tar kontroll över cellens produktionskedja och får cellen att bygga nya viruspartiklar. När cellen är full med nybildade virus spricker den och fler celler kan infekteras. En del virus knoppas av från den infekterade cellen i stället för att spränga den.
Det finns inte många mediciner som kan bota virussjukdomar. I stället har immunförsvarets celler i uppgift att bekämpa infektionen. En förkylning orsakad av virus läker ut på ungefär en vecka. Andra virus kan man ha i kroppen resten av livet, till exempel hiv och herpes. Vissa virus går det att skydda sig mot med hjälp av vaccin. Vaccinet aktiverar kroppens immunförsvar vilket gör att kroppen är beredd ifall man skulle bli smittad.
5. Virus kan se ut på många sätt. Med hjälp av utskotten fäster viruset på cellen som infekteras.
Figur
Herpes
Hepatit B
Adenovirus
Rotavirus
Figur 4. Virus med RNA samlat i mitten.
Organeller är cellernas mindre inre enheter
Förutom en cellkärna innehåller växt och djurceller andra organeller. Organeller är cellens organ precis som det finns inre organ som till exempel hjärta och lungor i människokroppen. Organellerna har olika funktioner i cellen. Tillsammans ser organellerna till att cellen får allt den behöver och kan sköta sin funktion i växten eller djuret.
Organeller i både växt- och djurceller
Cellkärnan innehåller det mesta av cellens arvsmassa och styr cellens funktion. Cellplasman är en trögflytande vattenlösning som fyller cellen och omger organellerna.
Förutom vatten består cellplasman av salt och proteiner. Ämnen som cellen tar upp kan förvaras i cellplasman tills cellen behöver använda dem.
Mitokondrier är cellens ”kraftverk” och producerar den energi som cellen behöver för att fungera genom att förbränna socker.
Ribosomer fungerar som små fabriker som tillverkar proteiner, vilka är viktiga byggstenar för cellen.
Golgiapparaten fungerar som cellens ”postkontor” och sorterar, paketerar och skickar iväg proteiner till rätt plats i cellen eller organismen.
golgiapparaten mitokondrier
Det endoplasmatiska nätverket (ER) sitter i anslutning till cellkärnan och förgrenar sig ut i cellplasman. ER är viktigt för flera processer som syntes av proteiner och fetter.
Cellmembranet som omger cellen är uppbyggt av ett dubbelt lager av fosfolipider. Cellmembranet gör cellens inre stabilt genom att det är svårt för ämnen att spontant ta sig in i eller ut ur cellen.
Figur 6. En modell av en djurcell.
cellplasma
cellkärna
endoplasmatiskt nätverk
cellmembran
ribosomer
Organeller som bara finns i växtceller I växtceller finns en stor vätskeblåsa som kallas vakuol.
Genom att vatten rör sig in i och ut ur vakuolen regleras växtcellens tryck. Mer vatten i vakuolen ger ett högre tryck och hela växten får stabilitet. En tulpan som slokar har lågt tryck i sina celler. I vakuolen finns bland annat proteiner, socker och smakämnen lösta i vattnet. När du biter i ett friskt äpple är det vakoulerna i växtcellerna som krossas och läcker ut smakämnen.
En växtcell har ett lager av cellulosafibrer utanför cellmembranet, en cellvägg. Cellväggens konstruktion, där fibrerna bildar ett genomsläppligt nätverk, ger stabilitet samtidigt som ämnen kan nå in till cellmembranet och tas upp av cellen. Cellväggen är inte tät, men stark. Denna naturkunskapsbok består av cellulosa från växters cellväggar – papper. Vedartade växter som träd har även lignin i cellväggen. Ligninet gör att trädstammar kan bli höga och att grenar kan sträcka sig rakt ut från stammen utan att gå av.
HAR DU KOLL?
7. Vad sker i mitokondrierna?
8. Vilken funktion har ribosomerna?
9. Vilken organell skickar proteiner till rätt plats?
10. Vad innehåller cellplasman?
6. Varför anser biologer att virus inte är levande organismer?
11. Vilka organeller finns bara i växtceller? Vilka funktioner har de?
En annan organell som bara finns i växtceller är kloroplaster. Kloroplasterna innehåller klorofyll vilket är ett pigment som kan absorbera solljus. I kloroplasterna sker fotosyntesen då vatten och koldioxid omvandlas till socker och syrgas med hjälp av energin i solljuset.
Celler och cellens genetik
Figur 7. En modell av en växtcell.
vakuol
cellvägg
kloroplaster
Fotosyntes och cellandning
Fotosyntes och cellandning är två viktiga processer för livet på jorden. Dessa sker så väl i celler med som utan cellkärna. För celler med cellkärna sker processerna i kloroplasterna respektive mitokondrierna. Genom fotosyntesen omvandlas strålningsenergi från solen till kemiskt bunden energi i enkla sockermolekyler, glukos. Den kemiskt bundna energin kan sedan användas i cellandningen i både växt och djurceller. Processen kallas för cellandning eftersom cellen tar upp syrgas och avger koldioxid, vilket är precis samma sak som sker i lungorna när vi andas.
Fotosyntes
Fotosyntes sker med hjälp av klorofyll som finns i växternas kloroplaster. Klorofyllet kan absorbera ljus av vissa våglängder, framför allt blått och rött ljus. För att kunna bilda det energirika glukoset behövs vatten, koldioxid och energi från solen. I fotosyntesen bildas syrgas, O2, som en biprodukt eftersom vatten och koldioxid tillsammans innehåller mer syre än glukos, se figur 8. Förutom glukos behöver celler fler molekyler, till exempel proteiner, fett och andra kolhydrater. Dessa ämnen kan celler bygga med glukos som startmaterial.
Cellandning
värmeenergi
Cellandning strålningsenergi
Fotosyntes glukos
I cellandningen förbrukas syrgas och glukos medan vatten, koldioxid och ATP, adenosintrifosfat, bildas, se figur 8. ATP bildas genom att molekylen ADP, adenosindifosfat laddas med energi från bland annat glukos. Detta sker i en lång rad av processer som sker i cellplasman och mitokondrierna. All energi från glukos överförs inte till ATP, en del blir till värme i stället. Genom att förbränna glukos i cellandningen kan människor och andra däggdjur hålla en jämn kroppstemperatur med hjälp av överskottsvärmen som bildas.
Fotosyntes: vatten + koldioxid + solenergi → glukos + syrgas
Cellandning: glukos + syrgas → vatten + koldioxid + energi (ATP)
Figur 8. Fotosyntes och cellandning. Ett växande träd tar upp mer koldioxid än det avger. Det avger dessutom mer syrgas än det tar upp.
ATP – cellens energibärare
Adenosintrifosfat, ATP, är
energibäraren i cellerna.
glukos
energirikt ämne
Energin i ATP används i energikrävande processer som till exempel att flytta ämnen inom cellen eller att flytta själva cellen (till exempel en spermie som simmar). ATP kan inte lagras i celler eller vävnader utan produceras i stället vid behov. I cellandningen kopplas en fosfatgrupp, Pi i figur 9, till ADP (adenosindifosfat) och bildar ATP (adenosintrifosfat). ATP reagerar med vatten och bildar ADP och en fri fosfatgrupp, Pi
restprodukter
+ Pi ATP makromolekyler byggstenar
Figur 9. Det cykliska sambandet mellan ADP och ATP. katabolism anabolism
Energi till två olika reaktioner
I katabola reaktioner bryts energirika komplexa molekyler ner till enklare föreningar, vilket frigör energi som cellerna kan använda. Ett exempel på en katabol reaktion är nedbrytningen av glukos under cellandningen, se figur 9. Anabola reaktioner, å andra sidan, bygger upp komplexa molekyler från enklare föreningar, vilket kräver energi. Ett exempel på en anabol reaktion är proteinsyntesen, där aminosyror sätts samman till proteiner.
HAR DU KOLL?
12. Vilka organismer utför fotosyntes och cellandning?
13. Vilka ämnen används och produceras i fotosyntesen?
14. Vilka ämnen används och produceras i cellandningen?
15. Vilken funktion har ATP i cellerna?
16. När bildas ATP?
Celler och cellens genetik
Cellens genetik
Cellens genetik handlar om molekyler, strukturer och processer som sker i celler och som gör att liv finns och fortsätter att utvecklas på jorden.
DNA och RNA - livets molekyler
DNA-molekylen är en grundläggande byggsten för allt liv på jorden. Den är en dubbelspiral som brukar liknas vid en repstege. Pinnarna i stegen utgörs av kvävebaser som binder till varandra i par, se figur 10. A (adenin) binder till T (tymin) och C (cytosin) binder till G (guanin). Kvävebasernas ordning i generna bildar en kombination av bokstäverna A, T, C och G. Det kan se ut så här om man skriver ut ordningen i en kort sträcka av ena sidan av en DNAmolekyl, DNA:
TAC GGG ACC CTA CAC GGG ACT.
RNAmolekylen är en enkelsträngad molekyl som spelar en viktig roll i att överföra genetisk information från DNA till ribosomerna, där proteiner tillverkas. RNA liknar DNA men är en öppen kedja med obundna kvävebaser, se figur 10. I stället för T innehåller RNA en kvävebas som förkortas U (uracil). U kan binda till A, precis som T i DNA.
DNA-replikation ger mer arvsmassa
Figur 10. En jämförelse av DNA och RNA.
DNAreplikation är processen där DNAmolekylen kopieras, se figur 11, för att säkerställa att varje ny cell får en komplett uppsättning genetisk information. Under denna process kan mutationer uppstå, vilket är förändringar i DNAsekvensen. Dessa mutationer kan vara skadliga, neutrala eller ibland fördelaktiga. De spelar en central roll i evolutionen genom att skapa genetisk variation som naturligt urval kan verka på.
Ur ett evolutionärt perspektiv är mutationer en drivkraft för biologisk mångfald och anpassning. Det gör det möjligt för organismer att utvecklas och överleva i föränderliga miljöer.
Figur 11. DNA-replikation.
Kromosomer
I cellkärnan finns DNA organiserat i kromosomer. Kromosomerna består av DNA upplindat på runda proteiner (histoner) vilket gör att växt och djurkromosomer ser tjockare ut än bakteriekromosomen som saknar dessa proteiner. Varje unik art har ett visst antal kromosomer i sina cellkärnor. En organism har samma antal kromosomer i alla celler oavsett vilken typ av cell det är, med undantag för könscellerna. Hur många kromosomer det är varierar mellan olika arter; människan har 46 kromosomer, bomull har 52 kromosomer och en bananfluga har fyra kromosomer. Människans könsceller (ägg och spermier) innehåller 23 kromosomer (hälften av 46) och i en bomullsväxts könsceller är det 26.
Kromosomerna har två huvudsakliga funktioner, dels att bära genetisk information, dels att föra arvet vidare till nästa generation. De innehåller DNA som kodar för proteiner och andra molekyler som cellen behöver. Under celldelningen säkerställer kromosomerna att den genetiska informationen överförs korrekt till nya celler, både vid mitos och meios, som du kan läsa mer om på sidorna 121 och 122.
Figur 12. En bananfluga har mycket färre kromosomer än en bomullsväxt.
Figur 13. Mänskliga kromosomer i celler som ska dela sig.
Celler och cellens genetik
Gener
En kromosom innehåller många gener, och varje gen är en del av DNA:t i kromosomen, se figur 14. Hos människan har en liten kromosom färre än 300 gener, medan den största kromosomen har cirka 3 000 gener.
Totalt finns det ungefär 21 000 gener i våra 46 kromosomer. Alla gener som kan identifieras i en organism hör till dess genom I människans genom ingår generna i kromosomerna och gener som bara finns i mitokondrierna.
DNA innehåller mer än bara gener
Allt DNA i en kromosom är inte gener, utan en del är ickekodande DNA. De ickekodande delarna av DNA kallas ibland för nonsensDNA eftersom man länge trodde att det inte fyllde någon funktion. Numera vet man att även detta DNA kan ha betydelse för cellens arbete. Trots att det inte direkt bidrar till proteinsyntesen, spelar nonsensDNA viktiga roller i genreglering och genomets struktur. Det kan påverka hur gener uttrycks och skydda viktiga delar av DNA från skador.
Figur 14. I cellkärnan finns kromosomerna. En kromosom innehåller många gener. En gen är en del av DNA-molekylen som kromosomen är uppbyggd av.
Proteiner
En gen kodar för ett visst protein, vilket betyder att den beskriver hur ett protein ska sättas samman. Proteiner är viktiga molekyler som styr och utför det mesta som sker i en cell. De sköter även de flesta funktionerna i kroppen, till exempel som antikroppar i immunförsvaret eller som hormoner. Du hittar fler exempel i figur 15. Våra egenskaper kommer från proteiner. Till exempel finns det en gen som kodar för det enzym, det protein, som behövs för att bryta ner laktos (mjölksocker). Har man en variant på den genen som gör att man inte kan producera enzymet kan man inte bryta ner laktos och då är man laktosintolerant. Vilket protein som produceras i en cell beror på var cellen finns i kroppen. En cell som sitter i levern producerar proteinet gallenzym, en cell som sitter i bukspottskörteln producerar proteinet insulin.
Aminosyror
Enzymer i kroppen katalyserar biokemiska reaktioner
är en viktig del av vårt immunförsvar
Reglerar genaktivitet hos DNA och RNA
Bygger upp hår, naglar och ligament
för
Figur 15. Exempel på proteiners funktioner i kroppen.
Byggstenarna till proteiner är aminosyror. Det finns tjugo olika aminosyror varav nio är aminosyror kroppen inte kan producera själv utan behöver få via kosten. De kallas för essentiella aminosyror.
HAR DU KOLL?
17. Beskriv och jämför DNA och RNA.
18. Hur många kromosomer har människan i cellkärnan?
19. Vad är en gen? Hur många gener har vi totalt?
20. Vad är ett protein?
21. Ge exempel på proteiners funktioner i kroppen.
Signalerar och reglerar kroppens funktioner och metabolism
Transporterar viktiga ämnen runt om i kroppen
Celler och cellens genetik
Antikroppar
Behövs
att musklerna ska kunna dras ihop
Proteinsyntes – generna i arbete
Proteinsyntes kallas alla de steg som går från DNA till ett färdigt protein. Syntes betyder att en ny molekyl sammanfogas, och proteinsyntes betyder mer specifikt att ett protein sätts samman, det vill säga tillverkas. De första stegen sker i cellkärnan, resten av processen sker ute i cellplasman på ribosomerna.
Det enda som alla gener kodar för är olika proteiner. Men vi består inte bara av proteiner utan även av kolhydrater, fetter och en del andra ämnen. Proteinerna behöver alltså kunna sätta samman andra molekyler och ämnen.
I cellkärnan
Proteinsyntesen börjar i cellkärnan med att en gen läses av. När det kommer en signal till cellkärnan att ett visst protein behövs kommer den gen som kodar för just det proteinet att öppnas. Ett särskilt enzym som kallas RNApolymeras lägger sig över DNA och fungerar som en plattform för avläsningen av genen, se figur 17. DNAsekvensen i genen fungerar som en mall för RNA.
Det RNA som bildas kallas för budbärarRNA eller på engelska messengerRNA (mRNA) och ordningen på kvävebaserna i mRNA bestäms av ordningen på kvävebaserna i genens DNA. Processen när information överförs från DNA till RNA kallas transkription eftersom DNA skrivs av till RNA. När hela genen är transkriberad lämnar mRNA cellkärnan och letar upp en ribosom ute i cellplasman.
Figur 16. Översikt av proteinsyntesen från starten i cellkärnan till färdigt protein i cellplasman.
17. Transkription.
ribosom cellkärna
mRNA DNA RNA-polymeras
Figur
Transkription – steg för steg
Kvävebaserna i DNA sitter ihop i par. A binder alltid till T och G binder till C.
När RNA ska bildas med DNA som mall fungerar det på samma sätt.
Men RNA har ett U i stället för T.
Om kombinationen av kvävebaser i DNA är TAC kommer det RNA som bildas med TAC som mall få kombinationen AUG.
Till T i DNA binder ett RNA-A, till A ett RNA-U och till C ett RNA-G. Med TAC som DNA-mall bildas RNA-sekvensen AUG.
Allt eftersom fler RNA-byggstenar sätts ihop med varandra släpper den nybildade RNA-molekylen från DNA. När RNA-polymeraset rört sig till slutet av genen är mRNA:t klart och lämnar cellkärnan.
Utanför cellkärnan i cellplasman
När en mRNA hittar en ribosom fäster den till ribosomen och nästa steg i proteinsyntesen börjar, translationen. Translationen innebär att mRNA fungerar som en mall som översätts till ordningen på aminosyrorna i det blivande proteinet. En molekyl som kallas för transportRNA, tRNA, kan binda till mRNA genom att passa ihop kombinationer av tre kvävebaser i taget. Varje tRNA kan bara bära på en aminosyra, men en aminosyra kan bäras av flera olika tRNA.
Translationen avslutas när en kvävebaskombination för stopp passerar genom ribosomen.
HAR DU KOLL?
22. Vad betyder proteinsyntes?
23. Vad händer under transkriptionen i cellkärnan?
24. Vad händer under translationen i cellplasman?
25. Om DNA-sekvensen är TAC TTT GGT, vad blir mRNA-sekvensen?
Figur 18. Translation.
och cellens genetik
Ribosom
Celldelning
Det finns två typer av celldelning: vanlig celldelning och reduktionsdelning. Vid vanlig celldelning, mitos, är de nya cellerna som bildas kopior av den ursprungliga cellen. Den typen av celldelning sker vid tillväxt eller när skadade och gamla celler ska ersättas.
Förökning och tillväxt
Utvecklingen från embryo till färdigvuxen människa sker genom vanlig celldelning. Först när man blir könsmogen börjar könsceller produceras genom reduktionsdelning. Det sker vanligtvis när man kommer in i puberteten.
Allt liv som lever i dag kommer från tidigare liv och från tidigare generationer av celler. Du och alla andra människor startade som en enda cell innan den började dela sig och bli till de cirka 37 tusen miljarder celler som en vuxen kropp består av. Man slutar vanligen växa i slutet av tonåren eller tidiga 20årsåldern, men även efter det behöver nya celler bildas till exempel vid sårläkning.
De flesta celler delar sig inte under större delen av sin livstid, de befinner sig i interfas. Under senare delen av interfas förbereds celler som ska dela sig genom att antalet kromosomer fördubblas i en process kallad DNAreplikation. Under DNAreplikationen bildas en kopia av varje kromosom. Mängden DNA i cellkärnan är alltså dubbel inför en celldelning. När kromosomen är kopierad sitter de två kopiorna ihop i en punkt som kallas centromer, se figur 20. Det är vid centromeren kromosomerna kommer att dela sig när de ska fördela sig i två nya celler.
Celler delar sig olika ofta
Hud och slemhinneceller delar sig ofta. Hud och slemhinnor är vävnader som utsätts för stort slitage och som behöver nya celler ofta för att hållas hela och fungerande. Muskelceller och nervceller delar sig sällan hos vuxna människor, utan befinner sig en vilofas där de kan utföra sitt arbete utan att förbereda sig för celldelning.
Figur 19. Vid befruktningen slås spermiernas 23 kromosomer ihop med äggets 23 kromosomer. Återigen är det 46 kromosomer (23 par) i cellen.
centromer
Figur 20. Kromosomerna sitter ihop vid centromeren efter DNA-replikationen.
Mitos – vanlig celldelning
Vanlig celldelning kallas mitos. Celldelningen sker i flera steg eftersom vissa strukturer i cellen behöver brytas ner tillfälligt och andra byggas upp.
Mitosens olika steg
När det första steget i mitos inleds, profas, finns kromosomerna inuti cellkärnan. Varje kromosom packas nu ihop till en kompakt form som liknar ett kryss. Det är i den här formen det går att få syn på kromosomerna om man tittar i ett mikroskop. Annars är de så tunna trådar att det inte går att urskilja enstaka kromosomer. Tidigt under profas löses membranet runt cellkärnan upp och kromosomerna kan röra sig friare i cellplasman. Samtidigt börjar en kärnspole bildas av centriolerna.
Centriolerna är två stavformade organeller som ligger utanför cellkärnan och som aktiveras vid celldelning. De rör sig så långt från varandra som möjligt. Man brukar säga att de är vid varsin pol. Kromosomerna fäster vid kärnspolens trådar och börjar röra sig mot mitten av cellen.
I metafas har alla kromosomer nått kärnspolens mitt. Snart kommer de replikerade kromosomerna att delas i två. Under anafas delar sig kromosomerna vid centromeren. De två separerade kromosomerna rör sig mot varsin pol med hjälp av kärnspolen. När telofas inleds är kromosomerna samlade vid varsin pol. Kärnspolen behövs inte längre och löses upp. Nytt kärnmembran bildas runt kromosomerna.
Två nya celler
De två nya cellkärnorna hamnar i varsin ny cell när cellmembranet snörs av. Två nya celler har bildats och de är kloner, genetiska kopior, av den cell som gick in i mitosen. De två nybildade cellerna är mindre än ursprungscellen. De har fått dela på övrigt cellinnehåll så att båda cellerna får alla organeller. Efter celldelningen växer de till full storlek.
MITOS
INTERFAS
ANAFAS
METAFAS
TELOFAS
PROFAS
Meios – reduktionsdelning
Reduktionsdelning, meios, sker när organismer som förökar sig sexuellt bildar könsceller. Detta gäller för växter såväl som för djur. Vid reduktionsdelning minskas antalet kromosomer till hälften. Om cellerna inte genomgick en reduktionsdelning vid bildandet av könsceller skulle antalet kromosomer fördubblas vid varje befruktning. Hos människor sker reduktionsdelning i äggstockarna hos kvinnor och i testiklarna hos män. Ett ägg mognar ungefär var 28:e dag (menscykeln), och runt 100 miljoner spermier per dag.
Reduktionsdelningens faser
Reduktionsdelning påminner om vanlig celldelning, men resultatet av reduktionsdelningen blir fyra celler med hälften så många kromosomer som ursprungscellen. Mitos och meios är lika i många delar, men de skiljer sig åt vid några avgörande faser. Under profas I ligger de homologa kromosomerna bredvid varandra och bildar kromosompar. Kromosomparen binder till kärnspolen under metafas I och under anafas I delar sig kromosomparen, inte kromosomerna. Detta är det första steget för att minska antalet kromosomer till hälften. Redan här börjar de unika kombinationerna av kromosomer bildas genom att slumpen avgör vilka av kromosomerna som följs åt till de två polerna. Efter att två celler bildats börjar delningen om igen. I anafas II delar sig kromosomerna vid centromeren. När telofas II inleds är kromosomantalet reducerat till hälften och reduktionsdelningen är klar.
Könscellerna genomgår flera steg
INTERFAS
MEIOS
För att det ska bli färdiga spermier och ägg behöver cellerna mogna klart i fler processer. Det tar cirka 14 dagar för ett ägg att mogna och tre månader för en spermie. Men äggen har då ”tjuvstartat” i fosterlivet och väntar i profas I på att könsmognaden ska sätta i gång.
METAFAS II
ANAFAS II
TELOFAS II
PROFAS I
METAFAS I
ANAFAS I
TELOFAS I
PROFAS II
Genetisk
omkombination ger biologisk mångfald
Genetisk omkombination som uppkommer genom sexuell förökning, mutationer och överkorsning spelar en avgörande roll i evolutionär utveckling och biologisk mångfald. Vid sexuell förökning kombineras gener från två föräldrar genom en oberoende sortering av kromosomer, vilket skapar en unik genuppsättning hos avkomman.
Mutationer, som är förändringar i DNAsekvensen, kan introducera nya egenskaper som kan vara fördelaktiga, neutrala eller skadliga. En mutation som ändrar på endast ett baspar i DNA kan till exempel göra att ett protein slutar fungera eller får en annan funktion.
Överkorsning, som kan ske under profas I i meiosen, innebär att homologa kromosomer byter segment med varandra, vilket ytterligare ökar den genetiska variationen. När kromosomerna separeras i anafas II kan de bära på en ny kombination av alleler. Som figur 21 visar finns nu inte bara kombinationerna AB och ab, utan även Ab och aB. Tillsammans ger dessa processer en rik variation av egenskaper inom en population, vilket är grunden för naturligt urval och anpassning till förändrade miljöer.
Oberoende sortering
I meios ligger kromosomparen bredvid varandra i profas I och metafas I. Det är slumpen som avgör vilken kromosom som går åt ena eller andra hållet vid anafas I, det sker en slumpvis oberoende sortering av kromosomerna. Kanske hamnar 18 av kromosomerna från mamma tillsammans med fem från pappa?
Figur 21. Överkorsning. I profas I lägger sig homologa kromosomer bredvid varandra (1). Då kan delar av kromosomerna byta plats med varandra (2). Efter anafas II förekommer allelerna i fyra olika kombinationer (3).
26. När förekommer vanlig celldelning?
27. Vad händer under profas i mitos?
28. I vilken fas delas kromosomerna vid centromeren i vanlig celldelning och i reduktionsdelning?
29. Hur många kromosomer innehåller en könscell jämfört med en vanlig cell?
30. När kan överkorsning förekomma?
Celler och cellens genetik
HAR DU KOLL?
FRÅGOR PÅ KAPITLET !
ARBETA PÅ EGEN HAND
1. Sant eller falskt? Vilka alternativ är korrekta och vilka är felaktiga?
A. Virus är levande organismer.
B. Bakterier är levande organismer.
C. Vaccin skyddar mot alla virus.
D. Cellens organ kallas för organeller.
2. Para ihop rätt begrepp (siffra) med rätt förklaring (bokstav).
1. kloroplaster A Vätskefylld blåsa som finns i växtceller.
2. mitokondrier B. Innehåller DNA organiserat i kromosomer.
3. vakuol C Här sker fotosyntesen.
4. ribosomer D. Här sker cellandningen.
5. cellkärnan E. Här sker proteinsyntesen med hjälp av mRNA och tRNA.
3. Titta på cellerna nedan och skriv en lista 1–10. Skriv rätt ord vid rätt siffra.
cellvägg, cellkärna, cellplasma, ribosomer, golgiapparaten, kloroplaster, vakuol, ER, mitokondrier, cellmembran
4. Beskriv DNA- och RNA-molekyler med orden i rutan.
dubbelspiral, kvävebaser, A, T, C, G, U, enkelsträngad, par, obundna
ARBETA TILLSAMMANS
5. Läs om fotosyntes och cellandning. Rita en bild tillsammans som förklarar hur fotosyntes, cellandning, koldioxid och syrgas hör ihop.
6. Turas om att förklara följande påståenden om virus:
a) Virus anses inte vara levande.
b) De flesta virus är artspecifika.
c) Virus förökar sig genom att ta över en cells produktionskedja.
d) Vaccin skyddar mot många, men inte alla virus.
7. Läs på nästa sida om den genetiska kodnyckeln.
a) Vilken triplett kodar för start?
b) Vilka tripletter kodar för stopp?
c) Vilka aminosyror kodar följande mRNA för?
AUG UUU GCA CUU UGA
8. Mutationer i DNA kan ge olika konsekvenser för proteiner. Utgå från samma mRNA som anges i fråga 7 c).
a) Ange DNA-sekvensen som fungerat som mall för denna mRNA-molekyl.
b) Byt ut en kvävebas i DNA-sekvensen som inte ger någon förändring i aminosyrornas ordning.
c) Byt ut en kvävebas i DNA-sekvensen som gör att aminosyran alanin byts ut mot valin.
DEN GENETISKA KODNYCKELN
Så här läser man den genetiska koden: börja i mitten av cirkeln och välj den första kvävebasen (A i exemplet), fortsätt med nästa ring och följ spåret med andra kvävebasen (U i exemplet), välj rätt kvävebas i den yttersta ringen (G i exemplet) och läs av vilken aminosyra som kombinationen AUG ger, nämligen Met (metionin). Vid Met finns även en pil som visar att det är starten på avläsningen. Fortsätt med en triplett i taget. När alla tripletter är avlästa har en kedja av aminosyror bildats. Detta är grunden till det protein som genen kodade för. På så sätt blir det tydligt att ordningen på kvävebaserna i DNA ger ordningen på kvävebaserna i mRNA som i sin tur ger i vilken ordning aminosyrorna kommer. Alltså kodar DNA för proteiner.
Exempel på mRNA och de aminosyror som avkodningen ger
mRNA: AUG CCC UGG GAU GUG CCC UGA
aminosyror: Met – Pro – Trp – Asp – Val – Pro – Stop
TA REDA PÅ
9. Det svenska barnvaccinationsprogrammet erbjuder alla barn skydd mot elva sjukdomar. Sök på barnvaccinationsprogrammet + 1177 eller Folkhälsomyndigheten.
a) Vilka sjukdomar ingår i vaccinationsprogrammet?
b) Skriv ned i vilka åldrar vaccineringarna sker.
c) Vilka sjukdomar har minskat mest? Sök på Vaccin funkar – Antal förr och nu.
LABORATIONER
Laboration: Titta på celler. Jämför kindceller med växtceller med och utan kloroplaster. Vilka organeller kan man se i mikroskop?
Laboration: Ta fram DNA. Med salt, diskmedel och etanol går det att rena fram DNA ur många matprodukter.
Laboration: Vad händer med celler i vatten? Du får undersöka hur celler reagerar på vatten med olika salthalter.
