9789151100814

kemi 2

kemi 2

SYNTES

SYNTES

Anders Henriksson Annika Johansson Erik Zetterberg

Syntes kemi 2 är ett läromedel för gymnasiekursen Kemi 2.

I denna tredje upplaga har stora delar av innehållet omarbetats, framför allt i biokemi och när det gäller den organiska kemins reaktionsmekanismer. Den löpande texten har försetts med kortfattade ”marginalfrågor” med fokus på begrepp och viktig fakta. Övningsuppgifterna i slutet av varje kapitel är reviderade och har kompletterats med fullständiga lösningar.

Innehållet behandlar • reaktionshastighet • kemisk jämvikt • reaktionsmekanismer • organisk kemi • biokemi • analytisk kemi

Författare till Syntes kemi 2 är Anders Henriksson, Annika Johansson och Erik Zetterberg. Alla tre har mångårig erfarenhet av undervisning i kemi på gymnasienivå.

ISBN 9789151100814

9

789151 100814

kemi 2

SYNTES

Anders Henriksson Annika Johansson Erik Zetterberg

Innehåll

1 Snabbt eller långsamt

. . . . . . . . . . . .

6

3 Organisk kemi – Kolväten och reaktioner

Något om energiomsättning 7 Reaktioners hastighet 10 Sammanfattning 14 Övningsuppgifter 15

. . . . . . . .

46

Kolföreningarnas kemi 47 Kolväten 48 Utblick: Användning av halogenalkaner 65 Utblick: Eten och mogna frukter 81

Sammanfattning 98 Övningsuppgifter 101

2 Kemisk jämvikt

. . . . . . . . . . . . . . . . .

Reaktioner i två riktningar 17 Heterogena jämvikter 26 Syra-bas-jämvikter 28 Sammanfattning 40 Övningsuppgifter 41

16 4 Organisk kemi – Molekyler med olika egenskaper

104

Alkoholer 105 Utblick: Etanolens giftverkan/ Metanolens giftverkan 110 Utblick: Nitroglycerin i dynamit och medicin 113

Fenoler 114 Etrar 115 Tioler och disulfider 117 Aminer 118 Nitroföreningar 120 Aldehyder och ketoner 121 Karboxylsyror 125 Utblick: Mjölksyra på gott och ont 134 Utblick: Optisk isomeri och biologisk aktivitet 135

Estrar 138 Syntetiska polymerer 140 Sammanfattning 150 Övningsuppgifter 155

4

5 Biomolekyler

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

160

7 Analytisk kemi

. . . . . . . . . . . . . . . .

Att avslöja innehållet 275 Gravimetriska analyser 277 Titreranalyser 279

Biomolekyler – organiska molekyler viktiga för liv 161 Kolhydrater 162 Utblick: Pappersframställning förr och idag 174 Utblick: Kitin, pektin och agar 180

Utblick: Försurning och alkalinitet 284

Jonbytare 290

Lipider 181

Utblick: ”Uppsökande” jonbytare 293

Utblick: Tvättmedel 188

Kromatografi 295 Spektroskopiska analysmetoder 302

Aminosyror 191 Utblick: Aminosyror som klockor 198

Utblick: Spektrofotometrisk luftanalys 307

Proteiner 199 Enzymer 207 Sammanfattning 212 Övningsuppgifter 216

Masspektrometri 314 Sammanfattning 315 Övningsuppgifter 317

Svar och lösningar 6 Cellen i funktion

. . . . . . . . . . . . .

Den minsta levande enheten 221 Cellmembran 222 Nukleosid och nukleotid 226 Metabolismen 230 Fotosyntes 248 Nukleinsyror 250 Genteknik 259 Utblick: Kopiator för DNA-molekyler 263

Sammanfattning 269 Övningsuppgifter 271

274

220

. . . . . . . . . . . . . .

322

Register 362 Bildförteckning 366 Olika reaktionstyper 367 Grundämnenas namn, tecken, atomnummer och atommassor 368 Periodiska systemet omslagets främre insida Elektronegativitetsvärden för ämnen i det periodiska systemetshuvudgrupper omslagets bakre insida Elektrokemiska spänningsserien omslagets bakre insida

5

3 Organisk kemi – kolväten och reaktioner

Mål att nå med hjälp av detta kapitel Detta kapitel berör följande centrala innehåll i ämnesplanen

• Olika organiska ämnesklasser, deras egenskaper, struktur och reaktivitet.

• Reaktionsmekanismer, inklusive kvalitativa resonemang om, hur och varför reaktioner sker och om energiomsättningar vid olika slags organiska reaktioner.

• Utveckla kunskaper om kemins begrepp, modeller, teorier och arbetsmetoder samt förståelse av hur dessa utvecklas.

• Utveckla förmåga att analysera och söka svar på ämnesrelaterade frågor samt identifiera, formulera och lösa problem.

Förmåga att reflektera över och värdera valda strategier, metoder och resultat.

• Få kunskaper om kemins betydelse för individ och samhälle.

Kolföreningarnas kemi Ämnet kol utgör själva ”skelettet” i de molekyler som bygger upp cellerna i levande varelser. Ännu i början på 1800-talet hade ingen på konstgjord väg lyckats framställa sådana kolföreningar som bildas av celler. Eftersom alla försök hade misslyckats trodde kemisterna att det krävdes en speciell livskraft för att skapa dessa livets byggstenar. Därmed fanns inga förväntningar på att kunna framställa dem på konstgjord väg.

Begreppet organisk kemi infördes år 1805 av den svenske kemisten Jöns Jacob Berzelius (1779–1848). Det blev namnet på den gren inom kemin som behandlade organiska ämnen, dvs. ”livets” olika kol­föreningar. Ämnen som inte hade ”organiskt ursprung” kallades oorganiska ämnen.

Ny syn på den organiska kemin År 1828 upptäckte den tyske kemisten Friedrich Wöhler att den organiska föreningen urea (s.k urinämne) bildades då han upphettade det oorganiska saltet ammoniumcyanat. Wöhler förvånades över upptäckten och skrev i ett brev till Berzelius (Wöhlers före detta lärare): ”Jag kan framställa urea utan behov av en njure, eller ens av ett djur, varken människa eller hund”.

Wöhlers bedrift väckte nya tankar hos kemisterna. Tron på livskraft­ en sviktade och insikten blev snart att det inte fanns någon skarp gräns mellan organisk och oorganisk kemi. Trots detta används fort­farande de båda begreppen. Med organiska ämnen avses idag kolföreningar (även om de är syntetiskt framställda) medan övriga ämnen sägs vara oorganiska.Vissa kolföreningar som t.ex. oxider (CO, CO2), karbonatjoner (CO32– ), cyanatjoner (OCN– ) och cyanid­joner (CN– ) räknas dock till den oorganiska kemin.

Dagens kemister upptäcker och framställer årligen tusentals nya organiska föreningar. Mångfalden är möjlig tack vare kolatomernas unika förmåga att bindas till varandra i mer eller mindre förgrenade kedjor och/eller ringar.

De organiska föreningarna har delats in i ämnesklasser, t.ex. kolväten, alkoholer, karboxylsyror och estrar.Varje ämnesklass har en funktionell grupp som ger ämnesklassen specifika egenskaper. I det här kapitlet behandlas endast rena kolväten, deras uppbyggnad och egenskaper samt hur de namn­ges med ett systematiskt namn. Några olika typer av reaktionsmekanismer tas också upp. I nästa kapitel behandlas bl.a. alko­ holer, estrar, etrar och aminer samt jättemolekyler, s.k. polymerer.

Organiska molekyler består av ett ”kolskelett” (svart) till vilket väteatomer (vita) och kanske andra atomslag är bundna.

Till vänster: Abraham Lake i Kanada är en sjö som bildats av en kraftverksdamm. Eftersom sjöbotten tidigare var land så finns det rester av växter, dvs. organiskt material, på botten som nu bryts ner.

Under nedbrytningen bildas metan som är en gas och ger upphov till bubblor som fryser fast i isen.

Metan är den enklaste organiska molekylen och har formeln CH4 .

3

o r g a n i s k

k e m i

–

k o lvät e n

o c h

r e a k t i o n e r

47

Additionsreaktioner

3.28 Vad innebär en additionsreaktion?

Alkener är mer reaktionsbenägna än alkaner. Det beror på att alkener är omättade och kan binda ytterligare atomer genom att det extra elektronparet i dubbelbindningen utnyttjas. Reaktioner som innebär att atomer på detta sätt adderas till omättade molekyler kallas additions­ reaktioner.Vid fullständig addition bildas alltid en mättad förening med enbart enkelbindningar mellan kolatomerna.

Halogenerna klor och brom adderas mycket lätt till omättade föreningar. (Reaktionerna sker spontant utan t.ex. hög värme eller UV­strålning. Jämför med alkaners substitutionsreaktioner på sidan 54.)

Nedan visas hur brom adderas till eten under bildning av 1,2­dibro­ metan. Reaktionen sker i två steg. Då klor reagerar med eten bildas på motsvarande sätt 1,2­dikloretan.

Steg 1. Eten och brom reagerar och bildar en bromoniumjon och en

bromidjon:

H H

H H

C

+

C

Br

C

Br

C

H H

Br

+

+

Br

–

H H

Eten

Brom

Bromoniumjon

Bromidjon

Steg 2. En bromidjon och en bromoniumjon reagerar och bildar

1,2­dibrometan:

H

H H Br

+

–

C C

Br

H C Br

+

Br C H

H H Bromidjon

84

H

Bromoniumjon

3

o r g a n i s k

k e m i

1, 2-dibrometan

–

k o lvät e n

o c h

r e a k t i o n e r

Brom används som reagens på omättade föreningar. Då sätts en vattenlösning av brom till provet. Om provet innehåller en omättad förening försvinner den bruna bromfärgen. En alken kan även addera väte under bildning av en alkan. Reaktionen sker under inverkan av en katalysator. Addition av väte kallas hydrogenering.

CH2=CH2(g)

+

katalysator

H2(g)

3.29 Vad är hydrogenering?

CH3–CH3 (g)

I närvaro av en stark syra (som katalysator) kan en alken även addera vatten. Då bildas en alkohol. Eten och vatten bildar alkoholen etanol på följande sätt: CH2=CH2(g)

+

H2O(l)

H+

CH3–CH2OH(l)

På samma sätt bildas 2­propanol när vatten adderas till propen i närvaro av stark syra: OH H+ CH2=CH–CH3(g) + H2O(l) CH3–CH–CH3(l) Syra som katalysator

Den nedre reaktionsformeln på föregående sida visar hur propen adderar vatten under bildning av alkoholen 2­propanol. Då denna reaktion utnyttjas för industriell produktion av propanol adderas vattnet vid högt tryck, hög temperatur och under inverkan av en syra. I praktiken får en blandning av gasen propen och vattenånga påverkas av fosforsyra som är absorberad på fast kiseldioxid.Vi ska nu mycket förenklat se hur reaktionen mellan propen och vatten går till. Reaktionen inleds med att positivt laddade protoner H+ från den närvarande syran attraheras av propenmolekylernas elektron­ täta dubbelbindningar.Vi kan säga att protonerna utnyttjar dubbel­ bindningarnas ”elektronöverskott” för att själva bindas till en kolatom.

Ett ämne eller en jon som gärna reagerar med ett annat ämne som har överskott på elektroner kallas elektrofil. Reaktionen inleds alltså med delsteget överst på nästa sida som är en elektrofil attack:

3

o r g a n i s k

k e m i

–

k o lvät e n

o c h

r e a k t i o n e r

Brom löst i vatten. Den bruna färgen försvinner om brom reagerar med en omättad förening. Grundämnet brom är giftigt och frätande och ska hanteras försiktigt.

3.30 Vad är en elektrofil?

85

Reaktionens 1:a steg

H

H

H

H C H

H C H C

+

C

H

H C

+

+

H C H

H H

H

Propen

Vätejon

CH(CH3)+2

Den svängda blå pilen visar elektronförflyttning. En elektron flyttas ju från propenmolekylens dubbelbindning till den anslutande protonen.

Efter detta reaktionssteg har propenmolekylens centrala kolatom bara tre bindningar. Det innebär att denna kolatom har överskott på positiv laddning, dvs. en karbokatjon har bildats. Denna attraherar genast den starkt elektronegativa syreatomen i en vattenmolekyl enligt formeln överst till höger. Det är syreatomens båda fria elektronpar som har markerats med röda streck.

Reaktionens 2:a steg:

H

H

H C H H C

+

H C H H CH(CH3)+2

H C H +

O H

H C O H

H

H C H

+

H

+

H

Vatten

2-propanol

Vätejon

De svängda blå pilarna i detta andra reaktionssteg visar att det sker en nettoförflyttning av en elektron från vattenmolekylens ena väte­ atom till den kolatom som binder syreatomen.Väteatomen som blir av med sin elektron frigörs som en proton H+. Detta innebär att totalreaktionen (steg 1 + steg 2) inte ”förbrukar” protoner. Syran deltar alltså enbart som katalysator, dvs. som ett ämne som påskyndar en kemisk reaktion utan att själv förbrukas.

86

3

o r g a n i s k

k e m i

–

k o lvät e n

o c h

r e a k t i o n e r

Katalysatorns funktion

Syran som underlättar additionsreaktionen mellan propen och vatten är ett av många exempel på hur ämnen kan agera som katalysatorer.

Dessa bidrar på ett eller annat sätt till att bryta (eller försvaga) bind­ ningar mellan ämnens atomer. Om en katalysator är närvarande krävs därför mindre energi för att ämnen ska börja reagera med varandra än om katalysator saknas. Katalysatorer verkar med andra ord genom att sänka aktiveringsenergin för kemiska reaktioner.

Entalpi

Aktiveringsenergi utan katalysator respektive med katalysator.

Reaktanter

En katalysator sänker en reaktions aktiverings­ energi. Den påverkar däremot inte entalpi­ ändringen ΔH.

Produkter Tid

2-propanol blir dominerande produkt

Alkoholen som bildades i reaktionen mellan propen och vatten kallas 2­propanol, eftersom OH­gruppen binder till kol nummer 2. Dubbel­ bindningen i propen är placerad mellan kol 1 och kol 2. Därför skulle vi kunna tänka oss att OH­gruppen kan binda till kolatom nummer 1 istället och därför bilda 1­propanol, men experiment visar att det normalt sett inte blir så. Det beror på det första steget i reaktionen.

För att kunna bilda 1­propanol skulle det första steget se ut så här:

3.31 Vilken blir den domi­ nerande produkten när vatten adderas till propen?

Reaktionens 1:a steg för att bilda 1-propanol:

H

H C H C C

H

H

H C H +

H

H C H

+

H C

H H Propen

3

o r g a n i s k

+

H Vätejon

k e m i

–

k o lvät e n

Instabil karbokatjon

o c h

r e a k t i o n e r

87

Som vi tidigare visat är den här karbokatjonen instabil, eftersom kol­ atomen längst ut i molekylen blir laddad. Den har bara en kolatom som granne att dela laddningen med, jämfört med mittenkolet som har två kolatomer som grannar att dela laddningen med. Det betyder att karbokatjonen där den yttersta kolatomen är laddad är missgynnad jämfört med karbokatjonen där den mittersta kolatomen är laddad.

Resultatet blir att 1­propanol bara bildas i mycket små mängder vid denna reaktion. I den här reaktionen blir alltså 2­propanol den domi­ nerande produkten. Det blir liknande vid de allra flesta additions­ reaktioner. Substituenten (i vårt exempel är det OH­gruppen) sätter sig vid det kol som har flest kolatomer som grannar och vätet sätter sig vid den kolatom som har flest väteatomer som grannar.

H

H C H C C

H

H

H

H C H +

H

+

+

Cl

–

H C

H C H

+

+

H C H

H H

H

Propen

Mer stabil karbokatjon

Cl

H C Cl

–

H C H H 2-klor-propan

H

H

H C H

H C H

H C H H C

+

+

Cl

H C H

–

H C Cl

H

H

Mindre stabil karbokatjon Bilden visar två tänkbara reaktionsvägar för addition av HCl till propen. I praktiken sker reaktionen nästan bara enligt den övre reaktionsvägen, eftersom dess intermediära karbokatjon är mer stabil. Den undre reaktions­ vägen sker nästan inte alls och därför är den överkryssad. Den dominerande produkten blir 2­klor­propan.

88

3

o r g a n i s k

k e m i

–

k o lvät e n

o c h

r e a k t i o n e r

6

Cellen i funktion Detta kapitel berör följande centrala innehåll i ämnesplanen

• Det genetiska informationsflödet, in­ klusive huvuddragen i de biokemiska processerna replikation, transkription och translation.

• Huvuddragen i människans ämnes­ omsättning på molekylär nivå.

• Frågor om etik och hållbar utveckling kopplade till kemin olika arbetssätt och verksamhetsområden.

Mål att nå med hjälp av detta kapitel

• Få kunskaper om kemins begrepp, mo­ deller, teorier och arbetsmetoder samt förståelse av hur dessa utvecklas.

• Utveckla förmåga att analysera och söka svar på ämnesrelaterade frågor samt att identifiera, formulera och lösa problem. Förmåga att reflektera över och värdera valda strategier, metoder och resultat.

• Få kunskaper om kemins betydelse för individ och samhälle.

• Utveckla förmåga att använda kunska­ per i kemi för att kommunicera samt för att granska och använda information.

Den minsta levande enheten Cellen är den minsta enhet som har de egenskaper vi förknippar med liv. Till dessa hör att cellen har ämnesomsättning och att den kan för­ öka sig själv.

Trots att organismer kan vara en­ eller flercelliga och att de kan ha mycket skiftande utseenden, finns stora likheter mellan deras celler.

Detta är extra tydligt då cellernas kemi studeras. Det är i princip samma typer av makromolekyler (kolhydrater, lipider, proteiner och nuklein­ syror) som spelar centrala roller i alla celler. Detta tyder på att allt liv på jorden har ett gemensamt ursprung.

Bakterier och arkéer är encelliga så kallade prokaryota organismer (grekiska pro = före och karyon = kärna). De saknar cellkärna och andra membranförsedda organeller (celldelar) i sin cytoplasma. Alla andra levande varelser består av en eller flera eukaryota celler (grekiska eu = äkta och karyon = kärna). Dessa har cellkärna och andra membran­ försedda organeller (t.ex. mitokondrier).

I de båda figurerna nedan visas celldelar i en djur­ och en växtcell.

Det är celldelar som vi ska återkomma till.

6.1 Vad skiljer eukaryota från prokaryota celler?

Cellmembran En hinna av främst fosfolipider.

Membranet påverkar ämnestransporten in i och ut ur cellen.

Ribosomer Vid dessa tillverkas proteiner genom att aminosyror kopplas ihop enligt genernas anvisningar.

Cytoplasma Materialet mellan cellkärnan och cellmembranet. Det består av främst vatten.

Nätverk Ett membransystem som svarar för bl.a. ämnestransport inom cellen.

Mitokondrie Cellens ”kraftverk”. Här bildas huvuddelen av den användbara energin.

Cellkärna Här lagras generna (arvsanlagen) som består av DNA.

Cellvägg En stödjande vägg av bl.a. cellulosa.

Cellmembran

Mitokondrie

Cellkärna

Cytoplasma Ribosomer Nätverk Vakuol En vätskefylld blåsa. Normalt råder högt tryck inne i vakuolen.

Därmed spänns cellen ut och antar den form som cellväggen bestämmer.

Kloroplast Här finns det gröna växtfärgämnet klorofyll och här sker fotosyntesen.

Djurcell.

Här saknas såväl cell­ vägg som kloroplaster.

Växtcell.

Vakuolerna och cell­ väggarna utgör till­ sammans växtens ”skelett”.

Till vänster: Levande celler har en komplicerad kemi, men alla organismer använder samma typ av grund­ läggande kemiska reaktionsvägar. I det här kapitlet får du lära dig grunderna om de kemiska reaktioner som sker inuti celler och lite om hur vi människor kan använda de kemiska verktyg som naturen själv har konstruerat.

6

c e l l e n

i

F U n k t i o n

221

Metabolismen (ämnesomsättningen)

6.9 Vad är metabolism?

Den mat vi har stoppat i oss har spjälkats av mag­tarmsystemet till mono­ och disackarider, fettsyror, glycerol och aminosyror som kan tas upp av blodet. För att vi ska kunna dra riktig nytta av dem måste dessa mindre enheter processas vidare. Antingen bryts dessa delar ner ytterligare för att ge energi eller så görs de om till byggstenar som cellerna har nytta av för tillväxt och upprätthållande av nödvändiga funktioner. Alla dessa kemiska reaktioner i levande organismer ingår i det som kallas metabolismen (ämnesomsättningen).

Metabolismen delas in i två huvuddelar utifrån vilken funktion reaktionsstegen har. Katabolismen omfattar den nedbrytande och energigivande delen. Ämnen oxideras för att slutligen bilda koldioxid, vatten och energi. De viktigaste reaktionsvägarna utgörs av: • Glykolysen • Citronsyracykeln • Andningskedjan • ß­oxidationen • Trans­ och deaminering I anabolismen, den uppbyggande och energikrävande delen, används tillgänglig energi samt lämpliga intermediärer (mellanprodukter) för att bygga upp de molekyler som kroppen har behov av. Exempelvis kan aminosyror användas för att syntetisera proteiner eller som byggstenar till RNA och DNA.Viktiga reaktionsvägar är: • Glukoneogenesen • Fettsyrasyntesen • Aminosyrasynteser (transaminering) Tidigare har vi beskrivit reaktionen när glukos oxideras enligt formeln: C6H12O6(s) + 6 O2(g)

6.10 Vad innebär a) katabolism b) anabolism

230

6 CO2(g) + 6 H2O(l)

Denna förbränning ger väldigt mycket energi och i levande celler är förbränningen uppdelad i många delsteg. Inte bara oxidation av glukos sker i delsteg utan detsamma gäller för fetter och aminosyror. Intermediärerna som bildas i de olika delstegen kan gå olika öden till mötes beroende på vad cellen behöver. Genom att metabolismens olika reaktioner katalyseras av enzymer kan de ske vid kroppstemperatur och neutralt pH.

6

c e l l e n

i

F U n k t i o n

Vi ska i de kommande avsnitten studera några av metabolismens viktiga reaktionsserier och delsteg, men även molekyler som fyller viktiga funktioner i metabolismen. Här nedanför är en översiktsbild.

Den blir vår ”karta” över alla reaktioner så att det blir lättare att se hur de hänger ihop. Du behöver inte förstå bilden ännu.Vi kommer att gå igenom delstegen bit för bit.

Aminosyror

5- & 6-kols-socker

Fett

NADH

Fettsyrasyntes

Glykolys

Glukoneogenes

NADH FADH2

β-oxidation

Glycerol

Glukos

Acetyl-CoA

Pyruvat

Fotosyntes Acetyl-CoA

Citronsyracykeln

CO2

O2 NADH FADH2

NH3

H2 O

+

NAD+ FAD

Andningskedjan

ATP

Schematisk bild över metabolismen med koppling till fotosyntesen. Ytterligare detaljer om vätebärare beskrivs senare i kapitlet.

6

c e l l e n

i

F U n k t i o n

231

Katabolismen Vi börjar med att studera hur glukos bryts ner till koldioxid, vatten och energi och fortsätter sedan med hur fettsyror och aminosyror bryts ner.Vart och ett av ämnena har egna inledande nedbrytnings­ vägar, men de har de senare reaktionsserierna citronsyracykeln och andningskedjan gemensamt.

Glykolysen

Nyttjandet av glykolysen är det enklaste sättet för en organism att få energi i form av ATP. Glykolysen kan sammanfattas med summaformeln: glukos + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ Aminosyror

2 pyruvat + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+

5- & 6-kols-socker

Fett β-oxidation

Glykolys

Glukoneogenes

NADH FADH2 NADH

Fettsyrasyntes

Glycerol

Glukos

Acetyl-CoA

Pyruvat

Fotosyntes Acetyl-CoA

Glykolysen markerad i orange inramning på vår översiktsbild.

Citronsyracykeln

CO2

O2

H2 O

NAD+ FAD

+

Glykolysen sker i cytoplasman i cellen och omfattar en serie enzym­ katalyserade reaktionssteg. De leder till att glukos med sex kolatomer oxideras och spjälkas till två pyruvatmolekyler som innehåller vardera tre kol. Reaktionerna ger också upphov till lite energi i form av två ATP. Dessutom laddas två NAD+ med väte så att de blir NADH. Dessa NADH kan också omvandlas till energi, men bara för organ­ ismer som använder syre.

I själva verket är såklart processen mer komplicerad än vad summaformeln säger. Översiktsbilden nedan ger lite mer detaljer.

Namnen på intermediärerna har förkortats. Det är därför de har namn som Glu­6­P, DHAP, GAP osv. Som du kan se behöver en cell investera 2 ATP i första halvan av glykolysen, men får sedan ut 4 ATP i den andra halvan. Cellen har då fått ett nettotillskott på 2 ATP.

232

6

c e l l e n

i

F U n k t i o n

Glukos ATP

1. Hexokinas, HK Glu-6-P 2. Fosfofruktokinas, PFK

ATP

Energi-investering

Fru-1,6-BP

DHAP

GAP NADH ATP

2x

Energi-utvinning

PEP 3. Pyruvatkinas, PK

ATP

Pyruvat

Översiktlig bild över glykolysen.

I figuren finns de viktigaste enzymkatalyserade stegen utmärkta.

Stegen märkta 1, 2 och 3 är irreversibla och utgör viktiga reglerings­ punkter för glykolysen.Vid dessa punkter kan cellen styra om glyko­ lysen ska köra på för fullt för att få maximalt med energi eller om intermediärerna ska plockas ut och användas till syntes av biomolekyler som cellen behöver. Även monosackarider som fruktos och galaktos samt glycerol från fettnedbrytningen passerar genom glykolysen, men inte hela vägen från början. De har olika ”inkörsportar” beroende på hur många kol de innehåller.

6.11 Vilka är start­ respektive slutprodukterna i glykolysen?

Bagerijäst är en av de organismer som får sin energi genom glykolysen. Jästen kan inte utnyttja syre till sin förbränning och därför kan den inte helt och hållet ”äta upp” alla ingredienser i bröd eller öl. Istället för koldioxid och vatten bildas koldioxid och alkohol (se sidorna 238­239).

6

c e l l e n

i

F U n k t i o n

233

Mellansteg – pyruvat till acetyl-CoA

Eukaryota celler omvandlar under syrerika förhållanden varje pyruvat till en två­kolsenhet i form av acetyl­koenzym A (acetyl­CoA). Efter­ som pyruvat har tre kol, kommer ett kol att spjälkas av som koldioxid.

Samtidigt kommer ytterligare en NADH bildas. Koenzym A är en bärarmolekyl som för in två­kolsenheten i nästa reaktionsserie som kallas citronsyracykeln. Under tiden transporterar varje NADH sin väteatom vidare till andningskedjan som är slutsteget för energiut­ vinningen.

O S

CoA

Översiktlig bild av Acetyl­CoA.

Summaformeln för det här delsteget blir: 2 CoA + 2 pyruvat + 2 NAD+

2 acetyl­CoA + 2 CO2 + 2 NADH + 2 H+

Formeln är dubblerad, eftersom det bildas två pyruvat från varje glukosmolekyl i glykolysen.

Aminosyror

5- & 6-kols-socker

Fett β-oxidation

Glykolys

Glukoneogenes

NADH FADH2 NADH

Fettsyrasyntes

Glycerol

Glukos

Acetyl-CoA

Pyruvat

Fotosyntes Acetyl-CoA

Citronsyracykeln

NH3

CO2

O2 NADH FADH2

H2 O

NAD+ FAD

+

Andningskedjan

ATP

Omvandling av pyruvat till acetyl­CoA markerad med orange inramning på vår översiktsbild.

234

6

c e l l e n

i

F U n k t i o n

Citronsyracykeln Aminosyror

5- & 6-kols-socker

Fett

Glycerol

Glukos

NADH FADH2

Glykolys

Glukoneogenes

β-oxidation

Citronsyracykeln är ett effektivt sätt att omvandla energin i acetyl­CoA till ATP och vätebärare. Den sker inne i mitokondrien. I cykeln binds acetyl­CoA till en fyra­ kolsenhet i form av oxalacetat. Den bildade produkten är citrat, en molekyl med sex kol och det är denna som gett cykeln dess namn (den protolyserade formen av citrat är citronsyra). Med hjälp av enzymer spjälkas och omvandlas citratet till två molekyler koldioxid samt en oxalacetatmolekyl som kan ta emot en ny tvåkolsenhet från koenzym A. Eftersom en likadan molekyl, oxalo­ acetat, som startade citronsyracykeln återbildas kan vi återge reaktionen som en ring (se nedan). Det är därför vi kallar den för en cykel. För varje varv i citronsyra­ cykeln bildas en ATP (egentligen bildas GTP, guanosin­ trifosfat, men den omvandlas till ATP), tre NADH samt en FADH2. Bilden är förenklad och visar bara hur många kolatomer det är i molekylerna i cykeln, C­6 betyder t.ex. att det är en molekyl med 6 kolatomer.

NADH Acetyl-CoA

Pyruvat

Acetyl-CoA

Citronsyracykeln

NH3

CO2 NADH FADH2

Citronsyracykeln markerad med orange inramning på vår översiktsbild.

Citrat

C-6

Acetyl-CoA

CO2 NADH

Oxalacetat C-4

C-5

NADH FADH2

C-4 ATP

CO2 NADH

I citronsyracykeln binds också vatten in i två av delstegen. Därför blir summaformeln: 2 Acetyl­CoA + 6 NAD+ + 2 FAD + 2 ADP + 2 Pi + 4 H2O 4 CO2 + 6 NADH + 2 FADH2 + 2 ATP + 4 H+ + 2 CoA

6

c e l l e n

i

F U n k t i o n

6.12 Vad händer i citronsyracykeln?

235

Glukos

1ATP

NAD+

NAD+

NADH Glykolysen

Pyruvat

NAD+

Koenzym A

NADH

O

Koenzym A Citrat

1ATP

NADH

CO2

Pyruvat

Koenzym A

Mellansteg

NAD+ NADH

CO2

O Koenzym A

Koenzym A

Koenzym A

Citrat

NAD+

NAD+

NADH

NADH CO2

Oxalacetat Citronsyracykeln

NAD+ NADH

NAD+ Succinat

FADH2 FAD

Citronsyracykeln

α-ketoglutarat

NADH

CO2 1ATP 1ATP

CO2

Oxalacetat α-ketoglutarat

NAD+

NADH

NADH

NAD+ Succinat

FADH2

CO2

FAD

1ATP 1ATP

Vid glykolysen och citronsyracykeln oxideras glukosmolekyler steg för steg ner till koldioxid och väte. Väteatomerna fångas upp av vätebärare och förs till andningskedjan där de medverkar i bildning av ATP.

Andningskedjan/Elektrontransportkedjan

Fotosyntes

O2

H2 O

Andningskedjan

+

NAD+ FAD

I andningskedjan är det slutligen dags att utvinna energin ur alla de vätebärare som producerats hittills. Det sker genom att syrgas tar emot väteatomernas elektroner. Andningskedjans reaktioner sker över mitokondriens inre membran. Reaktionerna bygger på att energin som frigörs när elektroner (som NADH och FADH2 lämnar) flödar i en serie steg, används för att pumpa protoner (H+) från mitokondriens innersta utrymme, matrix, till mellanrummet mellan membranen.

ATP

Andningskedjan markerad med orange inramning på vår översiktsbild.

236

6

c e l l e n

i

F U n k t i o n

Det innebär att vätejonkoncentrationen blir högre i mellanrummet mellan membranen än den är i matrix.Vätejonerna kommer att vilja ta sig in i matrix igen, men den enda vägen in är via ett protein som kallas ATP­syntas. Enzymet kan utnyttja energin i vätejonernas rörelse till att bilda ATP. Det behövs tre vätejoner för varje ATP som bildas på detta sätt.

4H

Membranmellanrum

+

2H

I

II

2e–

+

III

Q 2e–

2e–

4H

Cyt C

4e

–

+

3H

+

ATPsyntas

IV

2e–

Matrix FADH2

+

4H + O2

NADH

2H2O ADP + Pi

ATP

Citronsyracykeln Acetyl-CoA

Det är i andningskedjan som merparten av ATP bildas. Ca 34 ATP molekyler bildas för varje glukosmolekyl. Ca 30 av dessa bildas i andningskedjan.

6.13 Vad är andningskedjan?

En mitokondrie har ett veckat inre membran (rosarött). Det gör att membranet får stor yta, vilket är viktigt eftersom det är över detta membran som andningskedjans reaktioner sker. Mitokondrien har också ett yttre membran (ljusblått).

En hög vätejonkoncentration kan byggas upp i utrymmet mellan membranen. Det är innanför det rosa membranet som reaktionen med syrgas sker.

6

c e l l e n

i

F U n k t i o n

237

Med eller utan syre Du andas för att förse var och en av cellerna i din kropp med syre och för att ventilera bort koldioxiden som bildas efter glykolysen och i citron­syracykeln. Syret används i andningskedjan där det reagerar med väte som härstammar från organiska molekyler. Reaktioner som kräver syre kallas aeroba. Reaktionen mellan syret och vätet frigör en­ ergi som binds i ATP. Syrebrist i en cell kan därför medföra att cellen dör till följd av ATP-brist, dvs. till följd av brist på tillgänglig energi.

Alla celler är dock inte lika känsliga för syrebrist. Nedan beskrivs två exempel på celler som har anpassats till att klara anaeroba (syrefria) förhållanden.

Muskelceller

Muskelceller kan tvingas klara korta perioder utan syre. Syrebristen uppstår lätt vid kortvarig och mycket intensiv ansträngning, t.ex. under ett sprinterlopp. Då är nämligen andningskedjans syreförbruk­ ning snabbare än cellernas syreupptagning från blodet. Trots detta kan cellerna fortsätta att arbeta under en kortare tid med hjälp av enbart glykolysen (som inte kräver syre) och få lite energi.

Vid anaeroba förhållanden i muskelcellerna är alltså citronsyra­ cykeln och den syrekrävande andningskedjan ”avstängda”. Pyruvatet från glykolysen ombildas inte till acetyl-CoA (som är ”inträdes­ molekyl” till citronsyracykeln). I stället omvandlas pyruvatet till laktat (mjölksyras anjon). Denna omvandling ger inget energitillskott i form av ATP. Vid muskelcellernas anaeroba arbete utvinns alltså enbart två ATP-molekyler per spjälkad glukosmolekyl (glykolysens två ATPmolekyler). I reaktionen där laktat bildas regenereras (återbildas) NAD+ vilket möjlig­gör att glykolysen kan fortgå.

Efter en tids anaerobt arbete hämmas muskelcellernas arbetsförmåga av sänkt pH till följd av ansamlat laktat. Samtidigt uppstår smärta.

Detta kan ses som en signal till kroppen att lugna ner arbetstakten.

Anfåddheten efter hårt fysiskt arbete beror av kroppens ”syre­ skuld”. Syre behövs nämligen till förbränning av det bildade laktatet.

Jästceller

Vissa encelliga jästsvampar (t.ex. bagerijäst) utnyttjar enbart glykolysen för utvinning av energi ur kolhydrater. Därmed är de oberoende av syre för sin energiförsörjning. Pyruvatet som bildas vid glykolysen omvandlas av jästsvamparna till etanol och koldioxid. Därför används jästsvampar för framställning av t.ex. öl och vin samt vid bakning.

Vid bakningen är det bildningen av koldioxid som utnyttjas. Gasen

238

6

c e l l e n

i

f u n k t i o n

Glukos

Glukos

1 ATP

1 ATP

1 ATP

Pyruvat

Pyruvat

Laktat

Laktat

1 ATP

Pyruvat

Etanol

Anaerob spjälkning av glukos i muskelceller.

Pyruvat

CO2

CO2

Etanol

Anaerob spjälkning av glukos i jästceller.

har stor volym och får degen att svälla och bli porös. Precis som vid laktatbildningen, regenereras NAD+ när etanol och koldioxid bildas och glykolysen kan fortgå.

Jäsning innebär att mikroorganismer utvinner energi ur organiska föreningar genom att spjälka dessa anaerobt. ß-oxidation 5- & 6-kols-socker

Fett

NADH

β-oxidation

NADH FADH2

Fettsyrasyntes

Glycerol

Glukos

Glykolys

ß­oxidationen markerad med orange inramning på vår översiktsbild.

Aminosyror

Glukoneogenes

Det är inte bara glukos och andra kolhydrater som kan användas för att ge energi åt en cell. Fett kan också användas. Nedbrytning av fettsyror sker i mitokondriens matrix i en cyklisk reaktionsväg som kallas ß­oxidation. Namnet kommer från att det är av ß­kolet i fettsyran som oxideras. Fyra reaktionssteg upprepas och för varje varv blir kolkedjan två kol kortare. Innan cykeln kan starta måste fettsyran vara kopplad till koenzym A.

Acetyl-CoA

Pyruvat

Fotosyntes Acetyl-CoA

Citronsyracykeln

NH3

CO2

O2 NADH FADH2

H2O

+

NAD+ FAD

Andningskedjan

ATP

6

c e l l e n

i

F U n k t i o n

239

β-oxidation O

OH

Fettsyra med n st kol

Koenzym A

β

α

O

Koenzym A FAD FADH2

O

Koenzym A H2O

OH

O

Koenzym A NAD+ NADH

O

O

Koenzym A Koenzym A

O Koenzym A

O Koenzym A +

6.14 Vad händer under ß­oxidationen?

Fettsyra med n-2 kol bunden till Koenzym A

Acetyl-CoA

Jämnt antal kol i fettsyran

Enklaste nedbrytningen sker när det är ett jämnt antal kol och bara enkelbindningar i fettsyrakedjan. Reaktionsvägen fortgår tills det bildats acetyl­CoA av hela fettsyran.

Ex. Palmitinsyra, C­16: C­16­CoA + 7 CoA + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 H2O 8 acetyl­CoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+ Acetyl­CoA går sedan vidare till citronsyracykeln, medan vätebärarna FADH2 och NADH går till andningskedjan. Totalt ger oxidering av en C­16­fettsyra ca 108 ATP, men det kostar 2 ATP för aktivering vilket ger ett netto på ca 106 ATP. Som du kan se innehåller fettsyror mycket energi per molekyl och det är därför ett effektivt sätt för organismer att lagra energi.

240

6

c e l l e n

i

F U n k t i o n

Udda antal kol i fettsyran

Om kolkedjan innehåller udda antal kol så bildas mot slutet av cyklerna en acetyl­CoA och en propionyl­CoA (tre kol). Denna trekols­enhet omvandlas till succinyl­CoA (fyra kol) som kan gå in i citronsyracykeln eller ß­oxidationen.

Transaminering och deaminering

Ibland är det ont om vissa aminosyror i en cell, medan det finns gott om andra. Då behöver cellen bygga om aminosyrorna till de amino­ syror som det är ont om. Nedbrytning och ombyggnad av aminosyror sker i huvudsak i mitokondrier i levern, men även i muskler när det rör sig om grenade aminosyror.

Bearbetningen av aminosyror delas in i trans­ och deaminering.

Vid transamineringen flyttas aminogruppen från en aminosyra till en annan syra. Syftet kan vara att en annan aminosyra behövs bättre än de som finns, men det kan också råda ett överskott på aminosyror generellt. Deamineringen kan ses som en ren nedbrytning, där syftet är att avlägsna aminogruppen och bryta ner resten av aminosyran.

Resten av aminosyran kan antingen oxideras vidare i citronsyracykeln, omvandlas till glukos eller användas till fettsyrasyntes.

Aminosyror

5- & 6-kols-socker

6.15 Vilka biomolekyler omhändertas i trans­ och deaminering?

Fett

NADH

β-oxidation

Glykolys

Glukoneogenes

NADH FADH2

Fettsyrasyntes

Glycerol

Glukos

Acetyl-CoA

Pyruvat

Fotosyntes Acetyl-CoA

Citronsyracykeln

CO2

O2 NADH FADH2

NH3

H2 O

c e l l e n

i

F U n k t i o n

NAD+ FAD

Andningskedjan

ATP

6

+

Transaminering och deaminering med orange inramning på vår översiktsbild.

241

Shotgun sekvensering Ett alternativ till primer walking är att ta ett långt DNA­fragment och slumpmässigt klippa det i massor av bitar. Sedan sekvenseras alla bitarna enligt nedan. Därefter görs samma sak igen, men DNA:t är avklippt på andra ställen. Då finns sekvenser från den första avläsning­ en som överlappar läsningen från den andra avläsningen. En dator kan nu lägga pussel med hjälp av de båda analyserna och sätta ihop alla resultat till en hel DNA­sträng. Ofta upprepas sekvenseringen flera gånger. Den här metoden har visat sig kunna göra analyser av stora DNA­fragment mycket snabbare. Eftersom DNA:t ”skjuts i småbitar” har metoden fått sitt namn efter hagelgevär (shotgun).

Första sekvenseringen visas i gult.

Andra sekvenseringen visas i grönt.

CA

A

TA

AG

G

Sedan pusslas båda sekvenseringarna ihop till hela DNA:ts kod.

AG

AACTGAC C

AAC

T

CC

TA G

C

ACT

C

GCGA

T

G

G

C

G

AC

C

C GT TA

GAC C C G

TT AT AG

TAG

CA

G

AA

A TT

A TA

CATAAG GT

T TATAG CA

G

G

TT

C

TG

AC

TT

GG

C

T

GA

CC

CG

GC

T TCAG G

TA AG GT T T

CA

GAC

C

CAG G G C GAC C

Förenklad bild av shotgun sekvensering. En gensax klipper normalt av DNA:t vid en specifik kombination av baspar. Därför blir för det mesta klippen på de platser där koden upprepar sig (vilket inte visas i bilden).

I modern gensekvens­ ering går det också att binda fluorescerande färg till de defekta kväve­ baserna. Då kan defekta kvävebaser från A*, T*, C* och G* tillsättas i samma prov och rätt bokstav kan utläsas från färgen. Bilden visar sek­ vensering med Sangers metod av många prover samtidigt med tillsatt fluorescerande färg.

266

6

c e l l e n

i

F U n k t i o n

Hybrid-DNA En bakterie har en enda kromosom. Dessutom kan den ha DNA i form av små ringar som heter plasmider och som innehåller några få arvsanlag. De små plasmiderna kan överföras mellan bakterier som på så sätt har ett utbyte av gener, trots att de bara förökar sig genom celldelning. Det är t.ex. känt att gener som gör bakterier resistenta mot antibiotika kan spridas mellan bakterier på detta sätt.

Bilden intill visar hur en bit av en DNA­molekyl (vanligen en bestämd gen) från t.ex. en människa kan infogas i en bakterieplasmid.

För att kunna infoga människans DNA måste plasmiden först öppnas.

Det görs med en gensax. Detta enzym används även till att ”klippa ut” den utvalda delen av människans DNA. Den öppnade bak­ terieplasmiden och DNA­sekvensen från människan kan sedan sammanfogas med ligasenzym. Nu är ett hybrid­DNA, framställt dvs. en DNA­molekyl med DNA­sekvenser från minst två arter.

Plasmider med t.ex. en gen från människan kan blandas med bak­ terier som har möjlighet att ta upp dem. Om bakterierna godtar de förändrade plasmiderna kommer dessa att kopieras och ärvas av bak­ teriernas dotterceller. Inom något dygn finns genen från människan i mängder av bakterier.

En organism som har fått minst en artfrämmande gen och därmed nya egenskaper kallas transgen eller genmodifierad. Ofta används förkort­ ningen GMO för genmodifierad organism.

Transgena bakterier i människans tjänst

Bakterier med gener från människan kan tillverka samma proteiner som våra egna celler bildar. Insulin till personer med diabetes fram­ ställs med hjälp av bakterier på detta sätt. Innan denna möjlighet fanns utvanns insulinet ur bukspottkörtlar från svin och nötkreatur, vilket var betydligt dyrare. En annan fördel med den nya metoden är att den ger samma sorts insulin som människan själv producerar. Insulinet från djur kunde orsaka allergier hos personer med diabetes. Även tillväxthormon framställs av bakterier med hybrid­DNA. Hormonet används vid behandling av barn som riskerar kortväxthet samt till patienter med skadad hypofys (en ärtstor hormonkörtel på undersidan av hjärnan). Hormonet utvanns tidigare ur hypofyser från döda personer. Det skulle krävas tusentals hypofyser för att utvinna den mängd tillväxthormon som bakterierna på ett laboratorium kan framställa på ett dygn. Användningen av hypofyser innebar också risk för smittspridning av Creuzfeldt Jakobs sjukdom, en obotlig sjukdom som angriper hjärnan. Med transgena bakterier finns ingen risk för en sådan smitta.

6

c e l l e n

i

F U n k t i o n

6.41 Vad är a) en plasmid b) ett hybrid­DNA

1 Plasmid 2 DNA från människa

3

4 5

Bakterie Plasmider 1 En bakterieplasmid öppnas med en gensax.

2 En gen från människans DNA klipps ut med en gensax.

3 Bakteriens och människans DNA sammanfogas med ligasenzym.

4 Hybrid-DNA har bildats.

5 Plasmiden med den mänskliga genen har tagits upp av en bakterie.

Framställning av hybrid­DNA.

267

Exempel på transgena djur Utvecklingen inom gentekniken väcker många frågor som rör miljövård och etik. Här följer några exempel:

• Ska alla människors DNA-profiler lagras i ett polisregister som gör det lättare att hitta och fälla grova brottslingar?

Företag och forskare har även försett djur som t.ex. möss, grisar och får med gener från människan. För att en gen ska hamna i alla celler hos ett mottagardjur måste den planteras i en befruktad äggcell. Denna placeras sedan i livmodern hos en surrogatmamma som senare föder en unge med den tillsatta genen i sina celler.

Ett omtalat forskningsprojekt syftar till att förse celler i grisorgan med humana (mänskliga) ytproteiner. Målet är att kunna transplantera t.ex. ett grishjärta till en människa utan att organet stöts bort. Om vi kan utnyttja djurorgan för transplantationer, kan vi kanske råda bot på dagens brist på tillgängliga organ. Transplantation över artgränser kallas xenotransplantation.

• Forskare som har isolerat gener har i många fall kunnat ta patent på dessa.

Ska det vara möjligt att ”äga” gener?

Exempel på transgena växter

• Vad händer om genmodifierade organismer sprids i naturen?

• Har människan rätt att styra utvecklingen av växter och djur till egen fördel?

• Ska arbetsgivare eller försäkringsbolag ha rätt att kräva genundersökningar för att kunna bedöma risker för sjukdomar hos arbetssökande respektive försäkringstagare?

• Ska det vara tillåtet att använda genteknik och fosterdiagnostik till att påverka sina barns egenskaper?

• Kan det i något fall vara motiverat att klona människor, dvs. att skapa människor som är genetiska kopior?

Gentekniken på växter inleddes med att forskare hittade en gen hos bakterier som gjorde att dessa överlevde ett bekämpningsmedel mot ogräs. När genen flyttades till sojabönor kunde även dessa överleva giftet. Sedan gick det att bekämpa ogräs med giftet där sojabönorna odlades.

Idag arbetar många forskare på att minska mängden gifter inom jordbruket. De använder genteknik till att utveckla växter med eget skydd mot t.ex. skadeinsekter.

Dessutom vill forskarna få fram grödor med bättre närings­ värden än tidigare.

Lag och etik För att reglera arbetet med genteknik finns en speciell gentekniklag som ingår i Miljöbalken (lagtexten som reglerar natur­ och miljöärenden i Sverige). Enligt gentekniklagen ska arbete med genteknik präglas av försiktighetsprincipen.

Det är inte tillåtet att bedriva en verksamhet om det finns skäl att misstänka att denna kan vara skadlig för människan eller miljön. En verksamhet kan alltså stoppas utan att det finns vetenskapliga bevis för att den är skadlig. Genteknik­ lagen syftar även till att främja en etiskt försvarbar använd­ ning och utveckling av gentekniken.

Ungefär 90 % av världens GMO­grödor odlas i Nord­ och Sydamerika (år 2017).

Bland GMO­grödorna dominerar sojabönor (bilden), majs, bomull och raps.

268

6

c e l l e n

i

F U n k t i o n

SA MMAN FATTNI NG

Kapitel 6 • DNA och RNA är nukleinsyror.

En nukleinsyra är sammansatt av många nukleotider.

En nukleotid innehåller en fosfatgrupp, en monosackarid samt en kvävebas.

• Det är vätebindningar mellan kvävebaserna A och T respektive C och G som håller samman de båda nukleotidkedjorna som bildar en DNA­molekyl.

• RNA består av en enkel nukleotidkedja som kan innehålla kvävebaserna A, U, C och G. • Vid DNA­replikation öppnas en DNA­spiral så att var och en av nukleotidkedjorna kan vara mall till en ny DNA­molekyl.

• En gen består av DNA som kodar för ett visst protein.

Varje triplett av kvävebaser i en gen motsvarar en viss aminosyra. På så sätt innehåller DNA­molekyler information om ordningen av aminosyror i olika proteinmolekyler.

• Vid transkription bildas mRNA som ett ”avtryck” av en gen i en DNA­molekyl.

• Vid translation översätts den genetiska koden i mRNA till en aminosyrasekvens i en proteinmolekyl. Detta sker med hjälp av tRNA och ribosomer.

• Genreglering innebär att gener i en cell kan sättas igång eller stängas av.

• Plötsliga och bestående förändringar i arvsmassan kallas mutationer.

• Med hjälp av gensaxar kan speciella gener ”klippas ut” och sedan överföras till andra arters DNA. På så sätt bildas hybrid­DNA och genmodifierade organismer (GMO).

• Diffusion (spridning) som överväger i en bestämd riktning genom ett semipermeabelt membran kallas osmos.

En lösnings osmotiska tryck är proportionellt mot dess koncentration av lösta partiklar (molekyler + joner).

• Passiv ämnestransport genom ett cell­ membran sker med ämnets koncentrations­ gradient och kostar inte energi. Motsatsen kallas aktiv ämnestransport. Den kan ske med hjälp av transportproteiner.

• Fotosyntesen kan sammanfattas med följande reaktionsformel: 6 CO2 + 6H2O + ljusenergi C6H12O6 + 6 CO2

Schimpanser och människor har identiskt DNA till cirka 98,5 %. Att vi trots detta är ganska olika kan för­ klaras av skillnader i när och hur våra gener används.

6

c e l l e n

i

F U n k t i o n

• Metabolismen är levande cellers ämnes­ omsättning där biomolekyler omvandlas efter behov. Den delas in i katabolismen som är den energigivande och nedbrytande delen samt anabolismen som är den energi­ krävande och uppbyggande delen. Såväl katabolismen som anabolismen är i sin tur uppdelade i olika reaktionsvägar beroende på vilka biomolekyler som hanteras.

269

SA MMAN FATTNI NG

Begrepp

270

Förklaras på sidan

Begrepp

Förklaras på sidan

Aerob 238

Hybrid-DNA 267

Anaerob 238

Kodon 254

Andningskedjan (elektrontransportkedjan) 236

Ljusreaktioner 249

Antikodon 256

Mutation 258

Aminosyrasyntes 247

Mörkerreaktioner 249

ATP 227

NAD+ 228

ß-oxidation 239

NADP+ 229

Cell 221

Nukleinsyra 250

Cellmembran 222

Nukleosid 226

Citronsyracykeln (Krebs cykel)

235

Nukleotid 226

CRISPR-Cas9 259

Osmos 224

Deaminering

PCR

241, 242

Metabolism 230

262, 263

Diffusion 223

Plasmid 267

DNA 250

Primer walking

Eukaryot 221

Prokaryot 221

FAD 229 Fettsyrasyntes 245

RNA (mRNA, rRNA, tRNA) 250, 254, 256

Fosforylering 227

Replikation 252

Fotosyntesen 248

Restriktionsenzym 259

Gelelektrofores 262

Sangers metod

264

Gen 252

Shotgun sekvensering

266

Genmodifierad, GMO

Transaminering

267

265

241, 242

Gensax 261

Transgen 267

Gensekvensering 264

Transkription 254

Genteknik 259

Translation 256

Glukoneogenesen 243

Triplett 253

Glykolysen 232

Vätebärare

Homolog rekombination

Xenotransplantation 268

261

228, 229

6

c e l l e n

i

f u n k t i o n

K B P I E

ÖVN ING SUPPGI FTER KAPI TEL 6 6.42 I ämnesomsättningen omvandlas glukos till pyruvat.

(E/C/0) B

Kommunikation Begrepp och modeller Problemlösning Individ och samhälle Experiment

a) Vad heter processen där detta sker?

P

b) Skriv summaformeln för processen.

6.51 Vad innebär B

6.43 Citronsyracykeln är en av processerna i katabolismen.

(E/C/0) B b) Beskriv vad som sker i citronsyracykeln.

6.44 Sista steget i katabolismen är andningskedjan.

B P

(E/C/A)

a) replikation b) transkription c) translation

a) Var i cellen sker den?

P

6.52 Para ihop processerna A­H med de molekyler som förekommer i dem.

B En del molekyler kan förekomma på mer än ett ställe.

(E/C/A)

a) Var i cellen sker andningskedjan?

A. Glykolysen

a. glukos

b) Beskriv vad som händer i andningskedjan.

B. ß­oxidation

b. pyruvat

C. Transaminering

c. acetyl­CoA

D. Citronsyracykeln

d. NAD+/NADH

E. Andningskedjan

e. NADP+/NADPH

F. Glukoneogenes

f. FAD/FADH2

G. Fettsyrasyntes

g. citrat

H. Fotosyntesen

h. ATP

6.45 Fettsyror bryts ner i den reaktionsväg som kallas ß­oxidation. Beskriv översiktligt hur B detta sker och vilka slutprodukterna är.

P (E/C/0)

6.46 Vad sker vid trans­ och deaminering?

P

(E/C/0)

i. glutamat j. CO2

6.47 Beskriv vad som sker i glukoneogenesen.

P

k. O2

(E/C/0)

6.48 Redogör översiktligt för hur fettsyrasyntesen går till.

P

l. oxalacetat m. ­ketoglutarat

(E/C/0)

6.49 En viktig process för allt liv är fotosyntesen.

(E/C/0) B a) Var sker fotosyntesen?

P

(E/0/0)

b) Beskriv vad som händer.

6.53 Ange tre grundläggande skillnader mellan DNA och RNA. (E/C/0) B 6.54 Vad är B

(E/0/0)

a) mRNA b) tRNA

6.50 DNA är en molekyl av två långa nukleotid­ kedjor som vrider sig kring varandra och B bildar en dubbelspiral.

(E/C/0) a) Hur är nukleotidkedjorna uppbyggda? b) Hur hålls nukleotidkedjorna ihop?

c) rRNA 6.55 Vad är ett B a) kodon

(E/0/0)

b) antikodon

c) Vilken kvävebas binder med vilken?

6

c e l l e n

i

F U n k t i o n

271

kemi 2

kemi 2

SYNTES

SYNTES

Anders Henriksson Annika Johansson Erik Zetterberg

Syntes kemi 2 är ett läromedel för gymnasiekursen Kemi 2.

I denna tredje upplaga har stora delar av innehållet omarbetats, framför allt i biokemi och när det gäller den organiska kemins reaktionsmekanismer. Den löpande texten har försetts med kortfattade ”marginalfrågor” med fokus på begrepp och viktig fakta. Övningsuppgifterna i slutet av varje kapitel är reviderade och har kompletterats med fullständiga lösningar.

Innehållet behandlar • reaktionshastighet • kemisk jämvikt • reaktionsmekanismer • organisk kemi • biokemi • analytisk kemi

Författare till Syntes kemi 2 är Anders Henriksson, Annika Johansson och Erik Zetterberg. Alla tre har mångårig erfarenhet av undervisning i kemi på gymnasienivå.

ISBN 9789151100814

9

789151 100814

kemi 2

SYNTES

Anders Henriksson Annika Johansson Erik Zetterberg