9789151103303 by Smakprov Media AB

Iris biologi 1

Iris biologi 1 Iris Biologi 1 är kursbok till gymnasiekursen Biologi 1 (100p). Boken har följande kapitelindelning: A Biologi – Läran om livet B Ekologi C Några ekosystem D Miljöhot E Hållbar utveckling

Anders Henriksson Charlotte Bosson

F Genetik på cell- och molekylnivå G Genetik på individnivå H Genteknik I

Evolution

J Systematik K Etologi

I Iris-serien ingår även kursboken Iris Biologi 2 (100p) samt digitalt lärarmaterial till kursböckerna. Läs mer på www.gleerups.se.

Charlotte Bosson arbetar sedan många år som gymnasielärare i biologi och kemi. Hon har även en masterexamen i biologi och erfarenhet av uppgiftskonstruktion för nationella provbanken i biologi.

Anders Henriksson har undervisat i biologi, kemi och naturkunskap på gymnasieskolan i mer än 20 år. Nu arbetar Anders som läromedels författare och naturfotograf. Han har samarbetat med Gleerups sedan 1994.

Iris biologi 1 ISBN 9789151103303

9 789151 103303

51103303.2.1_iris1_omslag.indd 1

Anders Henriksson Charlotte Bosson

2020-04-06 09:16

Innehåll iologi – Läran om A B livet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

C Några ekosystem . . . . . . . 80

A Biologins idéhistoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Snabbkoll A .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 A2 Vad är liv? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Snabbkoll A2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 A3 Cellen - livets minsta enhet . . . 18 Snabbkoll A3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 A4 Livets energi och kemiska föreningar . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Snabbkoll A4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 A5 Arter och systematik .. . . . . . . . . . . . . . . 28 Snabbkoll A5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 A6 Naturvetenskapligt arbetssätt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Snabbkoll A6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Sammanfattning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Testa dig själv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Facit Testa dig själv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

C1 Markens betydelse .. . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Snabbkoll C .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 C2 Sveriges naturliga växtregioner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Snabbkoll C2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 C3 Skogen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Snabbkoll C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 C4 Odlingslandskapet .. . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Snabbkoll C4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 C5 Insjön . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Snabbkoll C5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 C6 Myren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 Snabbkoll C6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 C7 Havet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 Snabbkoll C7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Sammanfattning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Testa dig själv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 Facit Testa dig själv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

B Ekologi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

D Miljöhot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

B Vad är ekologi? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B2 Ämnen och energi .. . . . . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll B2 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B3 Några ämnens kretslopp . . . . . . . . Snabbkoll B3 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B4 Populationsdynamik .. . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll B4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B5 Ekologisk succession . . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll B5 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B6 Ekosystemtjänster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll B6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sammanfattning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Testa dig själv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Facit Testa dig själv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

46 50 51 56 58 64 65 70 71 72 73 74 75 77 78

D Växthusgaser och klimat . . . . . Snabbkoll D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D2 Ozon och UV-strålning .. . . . . . . . Snabbkoll D2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D3 Organiska miljögifter . . . . . . . . . . . . Snabbkoll D3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D4 Miljöfarliga metaller och metallföreningar .. . . . . . . . . . . Snabbkoll D4 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D5 Försurande ämnen . . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll D5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D6 Övergödning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll D6 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D7 Nedskräpning i haven . . . . . . . . . . Snabbkoll D7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sammanfattning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Testa dig själv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Facit Testa dig själv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

122 126 127 128 129 132 133 135 136 137 138 139 140 141 142 144 145

E Hållbar utveckling ... 146 E Vi blir fler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E2 Vårt ansvar för miljön . . . . . . . . . . . Snabbkoll E2 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E3 Hållbar konsumtion . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll E3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E4 Energianvändning . . . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll E4 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E5 Biologisk mångfald . . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll E5 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E6 Ansvar och skydd . . . . . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll E6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E7 Hur miljövård organiseras . . . Snabbkoll E7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sammanfattning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Testa dig själv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Facit Testa dig själv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

148 148 149 150 151 156 157 158 159 160 161 163 164 167 168 170 171

F Genetik på cell- och molekylnivå . . . . . . . . . . . . . . . . 172 F Recept på protein . . . . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll F . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F2 DNA och RNA .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll F2 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F3 Från DNA till protein .. . . . . . . . . . . . Snabbkoll F3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F4 Celldelning och förökning .. . . Snabbkoll F4 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F5 Mutationer .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll F5 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sammanfattning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Testa dig själv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Facit Testa dig själv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

174 174 175 180 181 186 187 191 192 193 194 196 197

51103303.2.1_iris1_A_inlaga.indd 4

2020-04-02 10:53

enetik på G G individnivå . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 G Mendel och arvets gåta . . . . . . . Snabbkoll G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G2 Könskromosomer . . . . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll G2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G3 Samverkan mellan gener . . . . Snabbkoll G3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G4 Arv och miljö .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll G4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G5 Monogena och polygena sjukdomar .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll G5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G6 Växt- och djurförädling . . . . . . . . Snabbkoll G6 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sammanfattning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Testa dig själv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Facit Testa dig själv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

200 206 208 209 211 216 217 219 220 222 223 225 226 228 230

H Genteknik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 H Genteknikens verktyg . . . . . . . . . . Snabbkoll H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . H2 DNA-analyser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll H2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . H3 Genmodifiering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll H3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . H4 Genterapi och stamceller . . . . Snabbkoll H4 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . H5 Lag och etik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll H5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sammanfattning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Testa dig själv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Facit Testa dig själv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

234 235 236 239 240 243 244 244 245 246 247 248 249

Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250

I  Evolutionsteorin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll I  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I 2 Selektion på olika sätt . . . . . . . . . . Snabbkoll I 2 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I 3 Artbildning och art isolerande mekanismer . . . . . . . Snabbkoll I 3 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I 4 Ledtrådar för hur livet utvecklats .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll I 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I 5 Livets ursprung .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll I 5 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I 6 Livets utveckling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll I 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I 7 Människans evolution . . . . . . . . . . Snabbkoll I 7 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sammanfattning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Testa dig själv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Facit Testa dig själv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

252 253 254 260 262 265 266 273 275 276 277 280 281 289 290 292 294

J Systematik .. . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 J  Vi behöver systematik . . . . . . . . . . Snabbkoll J . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J 2 Bakterier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll J2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J 3 Arkéer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll J3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J 4 Enkla eukaryoter .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll J4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J 5 Växtriket . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll J5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

298 301 302 305 306 307 308 312 313 320

J6 Svampriket . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll J6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J7 Djurriket – Djur utan ryggsträng . . . . . . . . Snabbkoll J7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J8 Djurriket – Ryggsträngsdjur .. . . . . . . . . . . . . . . . Snabbkoll J8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sammanfattning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Testa dig själv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Facit Testa dig själv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

321 324 325 339 340 348 350 353 356

K Etologi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358 K Vad är etologi? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360 Snabbkoll K . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361 K2 Medfödda beteenden .. . . . . . . . . 362 Snabbkoll K2 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365 K3 Inlärda beteenden . . . . . . . . . . . . . . . . 367 Snabbkoll K3 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369 K4 Kommunikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370 Snabbkoll K4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372 K5 Försvar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373 Snabbkoll K5 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376 K6 Konkurrens inom arten . . . . . . . . 377 Snabbkoll K6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379 Sammanfattning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380 Testa dig själv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382 Facit Testa dig själv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383 MER OM förteckning . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385 Register .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386 Bildförteckning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392

51103303.2.1_iris1_A_inlaga.indd 5

2020-04-02 10:53

Genetik på cell- och molekylnivå F1 Recept på protein F2 DNA och RNA F3 Från DNA till protein F4 Celldelning och förökning F5 Mutationer

172

51103303.2.1_iris1_F_inlaga.indd 172

g e n e t i k på c e l l - o c h m o l e k y l n i vå

2020-04-02 09:29

Centralt innehåll Här hittar du kursens centrala innehåll. Det som behandlas i avsnitt F är markerat med fetstil. En del av innehållet under rubriken “Biologins karaktär och arbetsmetoder” tränar du på under fältstudier, experiment och observationer. Ur Skolverkets ämnesplan Biologi, kurs Biologi 1:

Ekologi ◆ Ekosystemens struktur och dynamik. Energiflöden och kretslopp av materia samt ekosystemtjänster. ◆ Naturliga och av människan orsakade störningar i ekosystem med koppling till frågor om bärkraft och biologisk mångfald. ◆ Populationers storlek, samhällens artrikedom och artsammansättning samt faktorer som påverkar detta. ◆ Ekologiskt hållbar utveckling lokalt och globalt samt olika sätt att bidra till detta.

Genetik ◆ Eukaryota och prokaryota cellers egenskaper och funktion. ◆ Arvsmassans uppbyggnad samt ärftlighetens lagar och mekanismer. Celldelning, dnareplikation och mutationer. ◆ Genernas uttryck. Proteinsyntes, monogena och polygena egenskaper, arv och miljö. ◆ Genetikens användningsområden. Möjligheter, risker och etiska frågor.

Evolution ◆ Naturvetenskapliga teorier om livets uppkomst och utveckling. ◆ Evolutionens mekanismer, till exempel naturligt urval och sexuell selektion samt deras betydelse för artbildning.

g e n e t i k på c e l l - o c h m o l e k y l n i vå

51103303.2.1_iris1_F_inlaga.indd 173

◆ Organismers beteende samt beteendets betydelse för överlevnad och reproduktiv framgång. ◆ Släktträd och principer för indelning av organismvärlden. Organismernas huvudgrupper och evolutionära historia. ◆ Biologins idéhistoria med tyngdpunkt på evolutionen.

Biologins karaktär och arbetsmetoder ◆ Vad som kännetecknar en naturvetenskaplig frågeställning. ◆ Modeller och teorier som förenklingar av verkligheten. Hur de förändras över tid. ◆ Det experimentella arbetets betydelse för att testa, omvärdera och revidera hypoteser, teorier och modeller. ◆ Avgränsningar och studier av problem och frågor med hjälp av biologiska resonemang. ◆ Planering och genomförande av fältstudier, experiment och observationer samt formulering och prövning av hypoteser i samband med dessa. ◆ Utvärdering av resultat och slutsatser genom analys av metodval, arbetsprocess och felkällor. ◆ Fältstudier och undersökningar inom ekologi inklusive användning av modern utrustning. Simulering av evolutionära mekanismer, till exempel naturligt urval. Hur man identifierar organismer. Mikroskopering vid till exempel studier av celler eller celldelning. ◆ Bearbetning av biologiska data med enkla statistiska metoder. ◆ Användning av genetiska data för studier av biologiska sammanhang. ◆ Ställningstagande i samhällsfrågor utifrån biologiska förklaringsmodeller, till exempel frågor om hållbar utveckling.

173

2020-04-02 09:29

F1 Recept på protein En gen är en sekvens av DNA. I det här avsnittet ska vi se hur information lagras i DNA och hur informationen kan läsas och komma till uttryck. Lite förenklat kan man säga att gener är recept på proteinmolekyler. Generna styr cellernas produktion av proteiner genom att bestämma i vilken ordning aminosyrorna ska länkas samman. Därmed präglar de också individernas egenskaper.

Centrala dogmat DNA

Replikation

Transkription

RNA Translation

Proteiners byggnad

Protein

Protein är viktigt ”byggmaterial” i levande varelser. Bland annat naglar, hår, hud och muskler består av protein. Det gör även enzymer. Dessa påskyndar kemiska reaktioner och är avgörande för organismers livsfunktioner. En proteinmolekyl består av upp till 20 olika sorters aminosyror som är sammanlänkade i en viss ordning. De största proteinmolekylerna är dessutom sammansatta av flera tusen aminosyror. Därmed är antalet varianter av proteinmolekyler som kan bildas i princip obegränsat. Detta bidrar till att varje individ har unika egenskaper. Andra ämnen som lipider och kolhydrater är inte unika på samma sätt som proteiner.

Sambandet mellan DNA och protein brukar kallas det central dogmat.

kedja av aminosyror

Snabbkoll F1 spiralvriden ... ... och veckad

fyra förenade kedjor av aminosyror Blodets röda ämne hemoglobin och växternas klorofyll är proteiner som är byggda på detta sätt. Fyra kedjor av aminosyror är förenade. Var och en av kedjorna är både spiralvriden och veckad. I hemoglobin ingår dessutom Fe2+-joner och i klorofyll Mg2+-joner.

174

51103303.2.1_iris1_F_inlaga.indd 174

Recept på protein 1. Vilket av följande påståenden beskriver bäst en gen? a) En gen är en kromosom. b) En gen är en sekvens av aminosyror. c) En gen är en ärftlig egenskap. d) En gen är ett recept på ett protein. 2. Gener består av RNA. a) Sant b) Falskt 3. Proteiner består av: a) aminosyror b) gener c) nukleotider

FACIT:

4. Vilket alternativ är rätt? a) Generna lagrar proteiner. b) Generna styr cellens produktion av proteiner. c) Proteinerna styr cellens gener. 5. Vilka alternativ stämmer för proteiner? a) Ordningen på aminosyrorna styrs av DNA. b) Ordningen på aminosyrorna är oviktig. c) Proteiner innehåller kolhydrater. d) Proteiner kan bestå av 20 olika aminsyror.

1. d) 2. b) 3. a) 4. b) 5. a) och d)

g e n e t i k på c e l l - o c h m o l e k y l n i vå

2020-04-02 09:29

F2 DNA och RNA Arvets historia Gregor Mendel använde inte begreppet gener, men redan på 1860-talet kunde han avslöja deras existens. Sedan dröjde det till tidigt 1900-tal innan forskare kunde lokalisera generna till de cellstrukturer som kallas kromosomer (grek. chroma = färg, soma = kropp). Dessa tillhör cellkärnan och syns tydligt i samband med celldelningar. Ordet kromosom betyder färgkropp. Kromosomer binder vissa färgämnen som gör dem lätta att studera i mikroskop. Forskare upptäckte tidigt att kromosomer innehåller såväl nuklein syra som protein. Nukleinsyran är nu känd som DNA, vilket är en förkortning för DeoxiriboNucleic Acid. Det svenska namnet är deoxiri bonukleinsyra. På 1940-talet bevisades att det är nukleinsyran och inte proteinet som bär information om egenskaper. Avslöjandet skedde då en forskare överförde enbart DNA från sjukdomsalstrande bakterier till en icke sjukdomsalstrande bakteriestam. Sedan visade han att även de senare bakterierna kunde framkalla sjukdom hos möss. År 1953 presenterade James Watson och Francis Crick en detaljerad modell av DNA-molekylens byggnad. De visade att DNA är sammansatt på ett sådant sätt att det kan kopieras. Därmed förstod man hur det kan bildas kopior av gener i samband med celldelningar. Idag vet vi att DNA styr i vilken ordning olika aminosyror sätts samman när celler bildar proteiner. I denna process deltar även ribonuklein syror vars namn förkortas RNA (eng. RiboNucleic Acid). Vi ska nu beskriva hur nukleinsyrorna DNA och RNA är uppbyggda och hur dessa samverkar när celler bildar proteiner.

Rosalind Franklins röntgendiffraktions fotografi (foto 51) gav Watson och Crick en av de sista nycklarna som de behövde för att bygga molekylmodellen av DNA. Hon anses som en av de ”orättvist glömda” när det gäller att erkänna kvinnors bidrag till vetenskapliga framsteg.

Cell

Kromosom

Kärna

F 2

dna och rna

51103303.2.1_iris1_F_inlaga.indd 175

DNA

175

2020-04-02 09:29

NH 2 N O

N H

–

H CH

N H

CH 3

O C

NH 2

O– O P

DNA och RNA är nukleinsyror

H2N

N H

FOSFATGRUPP

C N

N H

KVÄVEBAS H HO

C H H

MONOSACKARID

H O

C H H

H C

Nukleinsyror består av många nukleotider som var och en innehåller en fosfatgrupp, en mono sackarid och en kvävebas. I DNA-molekylens nukleotider ingår mono sackariden deoxiribos, medan RNA innehåller den snarlika sockerarten ribos. Därav namnet deoxiribonukleinsyra respektive ribonukleinsyra. Det finns fem olika kvävebaser som kan ingå i nukleotiderna. De benämns med första bok staven i respektive namn, nämligen C (cytosin), G (guanin), A (adenin), T (tymin) och U (uracil). I DNA finns C, G, A och T. I RNA finns däremot C, G, A och U.

H C

DNA-molekylens byggnad

En DNA-molekyl består av två långa nukleotidkedjor som slingrar sig om varandra och bildar en s.k. dubbelspiral. De båda nukleotidkedjorna En nukleotid innehåller en fosfatgrupp, en av två alternativa hålls ihop genom att kvävebaserna i den ena monosackarider och en av fem alternativa kvävebaser. kedjan bildar vätebindningar (ganska svaga kemiska bindningar) med kvävebaserna i den andra kedjan. Kvävebasernas ”passform” är sådan att A bara binds till T T medan C alltid binds till G. I figuren nedan visas även hur man brukar markera kvävebaserna som ”stegpinnar” i DNA-spiralen. I var och en av dina celler finns 46 DNA-molekyler som tillsammans är nästan två meter långa. Som du förstår måste molekylerna ligga mycket hopträngda och veckade för att få plats i cellkärnan vars diameter är A mindre än en hundradels millimeter. Det råder ändå ordning och reda i cellkärnan genom att DNA-trådarna är lindade kring proteiner, bl.a. så nukleotider kallade histoner. DNA:t och proteinerna bildar tillsammans kromatin trådar. När en cell ska dela sig packas DNA-molekylerna ytterligare. Då C formas DNA:t med sina proteiner till kompakta ”stavar” som vi kallar kromosomer. Det går inte att urskilja enskilda kromatintrådar med ett ljusmikroskop. Kromosomer brukar däremot vara lätta att se. Om man vill räkna cellers DNA-molekyler ska man alltså passa på medan cellerna delar sig. G I det vardagliga språket skiljer man inte alltid på kromatintrådar och kromosomer. Ofta säger man att människans celler har 46 kromosomer utan att tänka på om cellerna delar sig eller inte. En nukleinsyra består av sammanlänkade OH

ribos

deoxiribos

nukleotider. Bilden visar fyra nukleotider i en del av en nukleinsyra.

176

51103303.2.1_iris1_F_inlaga.indd 176

g e n e t i k på c e l l - o c h m o l e k y l n i vå

2020-04-02 09:29

Den genetiska koden Om man följer en av de båda strängarna i en DNA-spiral kan man avläsa en sekvens av kvävebaser. Det är denna ordningsföljd av kvävebaser som bestämmer i vilken ordning aminosyror sammanfogas när ett protein bildas. På så sätt lagrar DNA information om proteiners byggnad. Lite förenklat kan vi nu beskriva en gen som det avsnitt av en DNA-molekyl som kodar för ett visst protein. Det finns många, ofta hundratals, gener i en DNA-molekyl. En DNA-molekyl kan alltså innehålla ”recept” på flera olika proteiner. Inom genen definieras varje aminosyra av tre kvävebaser som finns intill varandra i en DNA-sträng. En sådan kombination av tre kvävebaser kallas triplett. Som exempel kan nämnas att tripletten C-G-T svarar mot aminosyran alanin (Ala) och tripletten A-C-A är kod för aminosyran cystein (Cys). DNA-molekylens fyra sorters kvävebaser (A, T, C och G) kan kombineras i tripletter på 64 olika sätt (43 = 64). Eftersom cellen bara använder 20 olika sorters aminosyror finns det fler tripletter än aminosyror. Det har också visat sig att olika tripletter kan vara kod för en och samma aminosyra. Glycin (Gly) t.ex. kan översättas till såväl C-C-A, C-C-G, C-C-T som C–C–C i det genetiska språket.

protein (histon) T

kromosom

kromatintråd

En kromatintråd innehåller en DNA-molekyl lindad kring spolar av protein (bl.a. histoner). DNA-molekylen består av två spiralvridna nukleotidkedjor. De båda kedjorna är förenade med vätebindningar (streckade linjer) mellan nukleotidernas kvävebaser. Som framgår av figuren kan kvävebaserna A och T förenas, medan G alltid bildar par med C. I samband med celldelning packas kromatintråden till en kromosom.

Molekylmodell av DNA.

T A

DNA

kvävebaser

F 2

dna och rna

51103303.2.1_iris1_F_inlaga.indd 177

177

2020-04-02 09:29

Triplettens Triplettens 1:a kvävebas 2:a kvävebas A

A C A

A-C-A

T Cys cystein

G C

C-G-T Ala alanin

I DNA kan kvävebaserna delas in i tripletter. Dessa är koder för aminosyror enligt figurens exempel. Tripletten C-G-T motsvarar amino syran alanin osv.

Triplettens 3:e kvävebas G T C

Phe

Leu

Ser

Tyr

stopp

Cys

stopp

Trp

Leu

Pro

His

Gln

Arg

Ile

Met/start

Thr

Asn

Lys

Ser

Arg

Val

Ala

Asp

Glu

Gly

Tabellen visar sambandet mellan tripletter av kvävebaser i DNA och de aminosyror dessa kodar för. I tabellen används vedertagna förkortningar för aminosyrornas namn, t.ex. Cys = cystein. A-C-A är en av tripletterna som motsvarar cystein. En av de 64 möjliga tripletterna, nämligen T-A-C, har två uppgifter. Den är kod för aminosyran metionin (Met) och den markerar var på DNA-molekylen som en gen börjar. De tre tripletterna A-C-T, A-T-T och A-T-C motsvarar ingen aminosyra. De används i stället som stoppsignaler för att markera var generna slutar. Det är intressant att olika organismers tripletter kodar för samma aminosyror. Därför står t.ex. A-C-A för aminosyran cystein (Cys) hos såväl bakterier som svampar, växter och djur.

Kopiering av DNA kallas replikation När en cell delar sig bildas två dotterceller som båda ska ha en komplett uppsättning DNA. Det innebär att DNA-molekylerna måste kopieras före celldelningen. Hur denna kopiering, som kallas DNA-replikation, går till framgår av figuren på nästa sida. Lägg märke till att kvävebaserna i figuren är ritade som ”pusselbitar” så att A och T respektive G och C bildar baspar.

178

51103303.2.1_iris1_F_inlaga.indd 178

g e n e t i k på c e l l - o c h m o l e k y l n i vå

2020-04-02 09:29

DNA-replikationen styrs av enzymer. Ett par av dessa har markerats med grå ovaler i figuren och pilar visar i vilken riktning de arbetar. 1. Enzymet helikas lindar upp dubbelspiralen respektive bryter vätebindningarna mellan kvävebaserna.

DNA

2. I cellkärnan finns fria nukleotider. Kvävebasen på en sådan kan bindas till någon av kvävebaserna på en öppen DNA-sträng. A kopplas alltid till T och G kan bara förenas med C. Enzymet DNA-polymeras binder de nytillkomna nukleotiderna till varandra så att dessa bildar en sammanhängande kedja (en DNA-sträng). Den ursprungliga DNA-molekylens båda strängar fungerar med andra ord som mallar till de nya DNA-strängarna. Figurens vänstra DNA-sträng byggs i en följd utan avbrott. I den högra DNA-strängen arbetar DNA-polymeras i motsatt riktning och bygger den nya DNA-strängen bit för bit. Att DNA-polymeras arbetar åt olika håll beror på att den ursprungliga DNA-molekylens båda strängar är motsatt riktade.

helikas 1 G

3. T ack vare att A bara bildar par med T och att G bara kombineras med C blir de två nya DNA-molekylerna DNAkopior av varandra och av den polymeras ursprungliga DNA-molekylen.

C G T

C A

T 2

nukleotider

F 2

dna och rna

51103303.2.1_iris1_F_inlaga.indd 179

179

2020-04-02 09:29

Snabbkoll F2

DNA och RNA 1. Vad blev James Watson och Francis Crick kända för? a) De presenterade en modell för DNAmolekylens uppbyggnad. b) De presenterade en modell för hur proteiner byggs upp. c) De visade hur mRNA byggs upp med DNA som mall. d) De upptäckte DNA. 2. Vad visade Watsons och Cricks modell? a) Hur aminosyror sätts samman till proteiner. b) Hur DNA-molekylen kan vara självkopierande. c) Hur generna på DNA-molekylen stängs av och sätts på. d) Hur kromosomerna kan färgas in och bli synliga. 3. Vilka av nedanstående ämnen ingår i en nukleotid? a) Deoxyribonukleinsyra b) Fosfatgrupp c) Kvävebas d) Monosackarid e) Protein f) Ribonukleinsyra 4. Vilka av nedanstående ämnen kan ingå i en DNA-molekyl? a) adenin, cytosin, tymin och uracil b) guanin, cytosin, adenin och uracil c) tymin, guanin, adenin och cytosin d) uracil, adenin, tymin och guanin

FACIT:

180

51103303.2.1_iris1_F_inlaga.indd 180

5. Bilden ska föreställa en bit av en DNA-molekyl, men något har blivit fel. Markera var det har blivit fel. A G T T C G A T C C G T A T C G

T C A A G C T A G G C C T A G C

6. Hur hålls nukleotidkedjorna i en DNA-molekyl samman? a) Med elektronparbindningar. b) Med jonbindningar. c) Med kovalenta bindningar. d) Med vätebindningar. 7. Vilka påståenden gäller för en kromosom? a) Den består av hårt tvinnade kromatintrådar. b) Den bildar proteiner. c) Den innehåller DNA lindat på histoner. d) Den innehåller organismens egenskaper. e) Den kan innehålla tusentals gener. 8. Vilket av alternativen beskriver bäst den genetiska koden? a) Den genetiska koden utgörs av aminosyror som kodar för en specifik nukleotid. b) Den genetiska koden utgörs av en specifik ordningsföljd av aminosyror. c) Den genetiska koden utgörs av tripletter av aminosyror som svarar mot en specifik kvävebas. d) Den genetiska koden utgörs av tripletter av kvävebaser som svarar mot en specifik aminosyra.

1. a) 2. b) 3. b), c) och d) 4. c) 5. Femte basparningen från höger. Ska vara T–A. 6. d) 7. a), c) och e) 8. d)

g e n e t i k på c e l l - o c h m o l e k y l n i vå

2020-04-02 09:29

F3 Från DNA till protein DNA finns i cellkärnan. Cellens proteintillverkning sker däremot vid ribosomerna ute i cellplasman. För att den genetiska informationen ska nå ut till ribosomerna sker först en transkription, en process då det aktuella DNA-avsnittet överförs till mRNA (m för messenger = budskap). I ribosomerna sker sedan en translation, då information som finns i mRNA används för att bygga samman aminosyror till proteiner. tRNA (t för transfer = transportera) levererar de rätta aminosyrorna. I detta avsnitt skall vi följa processerna mer i detalj.

Transkription – bildning av mRNA Bildningen av mRNA inleds med att enzymet RNA-polymeras fäster vid speciella ”styrsekvenser” av kvävebaser i DNA. Sedan medverkar enzymet till att bryta vätebindningarna mellan DNA-molekylens kvävebaser så att de båda nukleotidkedjorna successivt lossnar från varandra inom den aktuella genen. På så sätt blottläggs genens kvävebaser och blir tillgängliga för ”kopiering”. Transkriptionen sker genom att fria nukleotider kopplas till de blott lagda kvävebaserna på den ena av DNA-molekylens båda strängar. Det är dessa nukleotider som sedan förenas till en mRNA-molekyl. Varje triplett i DNA blir ”omskriven” till en komplementär triplett (tre stycken kvävebaser), en så kallad kodon, i mRNA-molekylen (se bilden på nästa sida).

DNA

cellkärna mRNA

F 3

från dna till protein

51103303.2.1_iris1_F_inlaga.indd 181

I cellkärnans membran finns porer där mRNA kan passera ut i cellplasman.

181

2020-04-02 09:29

A T G T G C G G T T G C A G C G C C T A G DNA starttriplett

stopptriplett

triplett

T A C A C G C C A A C G T C G C G G A T C

RNA-polymeras mRNA under uppbyggnad

A U G U G C G G U U G C startkodon

kodon

G C

anslutande nukleotider

C U

Bilden visar hur mRNA bildas som ett ”avtryck” av DNA. Tripletter i den ena DNA-strängen översätts till kodoner i mRNA. En start- och en stopptriplett markerar var genen börjar och slutar utmed DNA-strängen. Bilden är förenklad. Ofta ingår över tusen kodoner i en mRNA-molekyl. Varje triplett, och därmed varje kodon, motsvarar en aminosyra.

I figuren ovan kan du se att mRNA innehåller kvävebaserna C, G, A och U (uracil). Den senare motsvarar T hos DNA och kan bilda baspar med A. Nukleotiderna till mRNA binds samman av enzymet RNA-polymeras. När mRNA-molekylen är hopsatt, frigörs den från DNA-molekylen. Då är det bara den ena av de båda DNA-strängarna som har kopierats och den bildade RNA-molekylen består av en enkel nukleotidkedja (inte en dubbel som DNA). mRNA-molekylerna kan sedan ta sig ut från cell kärnan genom porer som finns i kärnmembranet och vidare till en ribosom. Efter transkriptionen återtar DNA-molekylen sin ursprungliga form.

Introner klipps bort Hos eukaryota celler brukar bara några få procent av DNA-molekylernas nukleotidsekvenser innehålla information om proteiner. Med andra ord utgör själva generna bara en liten del av DNA-molekylerna. Resterande nukleotidsekvenser kallas introner och deras funktion är ännu oviss. Under transkriptionen kopieras även intronerna till mRNA. Därför måste nybildat mRNA bearbetas innan det kan användas. Det innebär att intronerna ”klipps” bort med hjälp av enzymer. Därefter återstår bara partierna med relevant information och som kallas exoner. Dessa bildar det ”städade” och färdiga mRNA som lämnar cellkärnan.

182

51103303.2.1_iris1_F_inlaga.indd 182

g e n e t i k på c e l l - o c h m o l e k y l n i vå

2020-04-02 09:30

mRNA som lämnat DNA

exon

intron

exon

enzym intron

Enzymer klipper bort intronerna och binder samman de resterande exonerna innan mRNA lämnar cellkärnan.

färdigt mRNA

exon

Translation – bildning av protein Translation (översättning) innebär att den genetiska koden i mRNA ”översätts” till en sekvens av aminosyror som binds samman till ett protein. Detta sker med hjälp av små RNA-molekyler som kallas tRNA, vars uppgift är att transportera aminosyror till ribosomerna. En triplett av kvävebaser i DNA som översatts till mRNA kallas kodon. Motsvarande tre kvävebaser i en tRNA-molekyl kallas antikodon. Även denna är komplementär med en kodon i mRNA (se bilden på nästa sida där tRNAs antikodon matchar kodon i mRNA). Varje tRNA-molekyl motsvarar en bestämd aminosyra som den också kan binda till sig. Som vi har nämnt tidigare sker tillverkningen av protein vid ribosomerna i cellplasman. De små ribosomerna fäster vid mRNA och vandrar sedan längs med dessa trådformade molekyler. Medan en ribosom vandrar utmed mRNA gör den ett kort uppehåll för respektive kodon. Detta för att en tRNA-molekyl med motsvarande antikodon ska kunna kopplas tillfälligt till mRNA. tRNA-mole kylen bär med sig sin specifika aminosyra. När ribosomen gör nästa uppehåll ansluter en ny tRNAmolekyl med sin aminosyra osv. Ribosomen medverkar till att aminosyrorna som förenas på detta sätt binds till varandra, samtidigt som de frigörs från sitt tRNA.

F 3

från dna till protein

51103303.2.1_iris1_F_inlaga.indd 183

exon

triplett i DNA:

A-C-A

kodon i mRNA:

T-G-T

antikodon i tRNA: A-C-A aminosyra:

transkription

translation

cystein (Cys)

Från DNA till aminosyra.

F aminosyra antikodon

tRNA

kodon

mRNA

I tRNA finns tre kvävebaser som utgör en antikodon. De passar mot en speciell kodon utmed mRNA.

183

2020-04-02 09:30

Aminosyrorna kommer att länkas samman i den ordning som mRNA och ursprungligen DNA har bestämt. Efterhand som tRNA-molekylerna har släppt sina aminosyror, lämnar de ribosomerna. På så sätt bildas ständigt ledigt utrymme för nytt tRNA med aminosyror. Flera ribosomer kan vandra efter varandra utmed en mRNA-molekyl. Därmed kan flera likadana proteinmolekyler bildas i tät följd som på ett ”löpande band”.

ribosom

1. R ibosomen innehåller ”fack” för tre kodoner utmed mRNA. I dessa fack kan tRNA ansluta. Bilden visar hur en tRNAmolekyl lämnar ett fack efter att ha levererat sin aminosyra. Samtidigt kommer en tRNAmolekyl med en ny aminosyra till ett ledigt fack.

aminosyror

tRNA

mRNA

blivande protein

en redan påbörjade kedjan 2. D av aminosyror har kopplats till den nyanlända aminosyran.

ibosomen har flyttat ett steg 3. R (en kodon) utmed mRNA och en ny tRNA-molekyl kan ansluta.

184

51103303.2.1_iris1_F_inlaga.indd 184

g e n e t i k på c e l l - o c h m o l e k y l n i vå

2020-04-02 09:30

Genreglering Du har varit en enda cell, nämligen en befruktad äggcell. Innan en cell delar sig kopieras allt DNA så att dottercellerna får samma antal och likadana DNA-molekyler som modercellen hade. Detta upprepas för varje cellgeneration och därför har i princip alla celler i din kropp samma genetiska information som den befruktade äggcellen. Hur kan det då komma sig att kroppen består av olika sorters celler? Den innehåller t.ex. nervceller och muskelceller som bildar olika proteiner och som har olika funktioner. Svaret är genreglering som innebär att gener kan stängas av och sättas på. Dina nerv- och muskelceller innehåller identiska gener, men vissa av dem är bara påslagna i nervcellerna och andra används bara i muskelcellerna. Genreglering antas också förklara tydliga olikheter mellan arter som är genetiskt sett väldigt lika. Det är t.ex. tydliga skillnader mellan schimpanser och människor trots att vårt DNA är identiskt till nästan 99 %. Celler och individer ärver inte bara gener, utan också information om genernas utnyttjande (i vilken grad de ska vara påslagna). Detta studeras inom forskningsområdet epigenetik.

Människans och schimpansens DNA är identiskt till ca 98,5 %. Att vi trots detta är så pass olika kan eventuellt förklaras med genreglering.

Genreglering på olika sätt Genreglering kan ske på flera olika sätt. Hos många celler är vissa gener avstängda eftersom delar av DNA-molekylerna har förändrats av kemiska reaktioner. Gener kan också stängas av eller sättas på genom att DNA:t är mer eller mindre hårt packat kring de proteiner som heter histoner. Generna kommer inte till uttryck om DNA:t är hårt packat. Då fungerar nämligen inte transkriptionen till mRNA. Påverkan av histoner kan alltså vara en orsak till att gener stängs av eller sätts på. I anslutning till generna har DNA-molekylerna även sekvenser av kvävebaser som kallas styrsekvenser (eller promotorer). Till dessa binder reglerande proteiner som underlättar eller försvårar transkriptionen av generna. Om transkriptionen försvåras bildas lite mRNA och därmed lite av genernas proteiner. De reglerande proteinerna kan i sin tur på verkas av näringsämnen, hormoner, gifter m.m. På så sätt anpassas genaktiviteten efter behovet och miljön. reglerande protein DNA

styrsekvens

F 3

från dna till protein

51103303.2.1_iris1_F_inlaga.indd 185

gen

Ett reglerande protein kan t.ex. blockera en gen och hindra att den används. Näringsämnen, hormoner eller andra signalämnen kan påverka det reglerande proteinet så att det kanske lossnar från DNA:t. Då kan genen skrivas om till mRNA och dess protein kan bildas.

185

2020-04-02 09:30

Snabbkoll F3

Från DNA till protein 1. Vilka funktioner kan enzymet helikas ha? a) Binda de nya nukleotiderna till varandra. b) Bryta vätebindningar mellan kvävebaserna. c) Linda upp DNA-spiralen. d) Se till att DNA återfår sin spiralform. 2. Vad heter det enzym som ser till att de nya nukleotiderna förenas under replikationen?

3. Vilka kombinationer av kvävebaser kan finnas mellan DNA och RNA? Tänk dig DNA till vänster och RNA till höger. a) A mot T b) A mot U c) C mot U d) G mot C e) T mot A

4. Välj rätt förklaring för det olika begreppen. a) Transkription i) Information i mRNA översätts till kedjor av aminosyror. b) Translation ii) Kopiering av DNA. c) Replikation iii) Process om bildar mRNA. 5. Hur bildas ett protein? Placera olika stegen i rätt ordning. Börja med det första. a) Aminosyror binds till varandra. b) mRNA bildas i cellkärnan med DNA som mall. c) mRNA fäster vid ribosomer. d) mRNA lämnar cellkärnan. e) Sammanfogade aminosyror bildar ett protein. f) tRNA kommer med aminosyrorna till ribosomerna. 6. Välj rätt förklaring för de olika begreppen. i) Bär en aminosyra. a) Anti-kodon ii) Icke-kodande del av en gen. b) Intron iii) Plats för proteinsyntes. c) Kodon iv) Triplett av kvävebaser i mRNA. d) Ribosom v) Triplett i tRNA som fäster mot mRNA e) tRNA

FACIT: 1. b) och c) 5. b)

186

51103303.2.1_iris1_F_inlaga.indd 186

2. DNA-polymeras 3. b), d) och e) 4. a) = iii), b) = i) och c) = ii) c) f) a) e) 6. a) = v), b) = ii), c) = iv), d) = iii) och e) = i)

g e n e t i k på c e l l - o c h m o l e k y l n i vå

2020-04-02 09:30

F4 Celldelning och förökning Flercelliga organismer växer genom att celler delar sig och blir fler. Även hos vuxna individer pågår celldelningar. Kroppsskador behöver repareras och slitna celler ska ersättas. I människans benmärg bildas det t.ex. ständigt nya blodceller och slitna celler i huden ersätts med nya. Vid denna celldelning, som kallas vanlig celldelning eller mitos, behåller cellerna sin dubbla uppsättning kromosomer. Vanlig celldelning sker även när t.ex. encelliga organismer förökar sig könlöst och avkomman ”avknoppas” från en äldre individ. Det förekommer även att flercelliga organismer förökar sig könlöst. Ett exempel är bladlöss som huvudsakligen förökar sig genom jungfrufödsel. På så sätt blir alla syskon lika varandra och sin enda förälder. Man säger att en individ som förökar sig könlöst ger upphov till en klon, dvs. till en samling genetiskt identiska individer. Hos flercelliga organismer förekommer normalt även reduktions delning eller meios, då det bildas könsceller med enkel kromosom uppsättning. Könscellerna brukar vara små hanceller (spermier) eller stora honceller (äggceller). När en han- och en honcell ”smälter samman” vid könlig förökning, bildas början till en ny individ. Vid könlös förökning får varje ny individ samma gener som sin enda förälder. Könlig förökning innebär däremot att avkomman får DNA från två föräldrar och därmed en ny kombination av gener.

Skinnbaggar som kallas bärfisar parar sig. Äggen respektive spermierna har bildats genom reduktionsdelning.

F 4

celldelning och förökning

51103303.2.1_iris1_F_inlaga.indd 187

187

2020-04-02 09:30

Grodäggets första celldelning.

Mitos – vanlig celldelning Den typ av celldelning som får organismer att växa eller som syftar till att ersätta gamla celler kallas vanlig celldelning eller mitos. Den inleds med att alla cellens DNA-molekyler kopieras. Detta krävs för att de båda dottercellerna ska få var sin komplett uppsättning kromosomer. De får alltså samma antal och likadana kromosomer som sin modercell.

Meios – reduktionsdelning

Celler i en rotspets hos lök. Cellen i mitten ska dela sig och man ser kromosomerna som mörka stavar. Jämför med mitosens metafas på nästa sida.

188

51103303.2.1_iris1_F_inlaga.indd 188

Varje cell i din kropp innehåller 46 kromosomer. Dessa är kopior av de 46 kromosomer som ingick i den befruktade äggcell som du först bestod av. 23 av kromosomerna härstammar från modern och fanns i äggcellen innan den befruktades. De andra 23 kromosomerna kom med spermien som befruktade ägget och härstammar alltså från fadern. Eftersom varje sorts kromosom ärvs i dubbel uppsättning, kan man också säga att människan har 23 par kromosomer i sina celler. Det är nödvändigt att könscellerna (äggen och spermierna) har hälften så många kromosomer som övriga celler i kroppen. Annars skulle antalet kromosomer i kroppens celler fördubblas för varje generation.

g e n e t i k på c e l l - o c h m o l e k y l n i vå

2020-04-02 09:30

systerkromatider

centromer

kromosom

cellpol

Interfas. Detta är cellens ”vanliga” tillstånd. I den väl avgränsade cellkärnan förekommer DNA-molekylerna som löst packade trådar och man kan inte se enskilda kromosomer. Det är i slutet av denna fas, innan cellen ska dela sig, som varje DNA-molekyl kopieras. Precis efter kopieringen hänger kopiorna fortfarande ihop och kallas systerkromatider. Profas. DNA-molekylerna packas kring sina stödjande proteiner så att kromosomerna blir fullt synliga i ljusmikroskop. Eftersom varje kromosom fortfarande består av två systerkromatider (de båda DNA-kopiorna) är de X-formade. Punkterna där systerkromatiderna sitter ihop kallas centromerer. Metafas. Kärnmembranet är upplöst och kromosomerna har radats upp i cellens mitt så att systerkromatiderna är vända mot var sin ”cellpol”. Från cellpolerna har en kärnspole (ett system av trådar) utvecklats och fästs vid kromosomernas centromerer.

kärnspole

kromosom

Anafas. Kärnspolen drar systerkromatiderna mot var sin cellpol. Från och med nu är varje systerkromatid en självständig kromosom.

Telofas. Cellen delar sig till två nya celler och i dessa utvecklas nya kärnmembran kring kromosomerna. De båda nya cellerna innehåller samma antal och samma sorts kromosomer som ingick i modercellen.

Interfas. Kromosomerna har nystats upp och kan inte längre urskiljas. Den vanliga celldelningens olika faser. För att bilderna ska vara tydliga visas endast fyra av cellens kromosomer (två par, se texten i nästa avsnitt).

F 4

celldelning och förökning

51103303.2.1_iris1_F_inlaga.indd 189

189

2020-04-02 09:30

VANLIG CELLDELNING 46

diploida celler

REDUKTIONSDELNING 46

haploida könsceller

Bildningen av könsceller föregås därför av reduktionsdelning som också kallas meios. Den resulterar i att könscellerna får en enkel kromosomuppsättning. De får alltså bara en kromosom av varje sort. Hos män niskan är det celler i äggstockarna respektive i testiklarna som genomgår reduktionsdelning. Man säger att celler med enkel kromosomuppsättning är haploida och att celler med dubbel kromosomuppsättning är diploida. Spermier och äggceller är alltså haploida, medan kroppens celler i övrigt är diploida.

Kromosomer och karyotyper Olika arter kan ha olika antal kromosomer i sina celler. Vi har nämnt att människans celler innehåller 46 kromosomer. Det kan jämföras med spolmaskar som har 2 kromosomer och mullbärsträd som har 308. En karyotyp visar alla kromosomer i en cell och är användbar för att upptäcka eller utesluta vissa genetiska sjukdomar. I karyotypen har kromosomerna i en cell färgats och fotograferats när de befinner sig i mitosens metafas. När man analyserar kromosomerna sorteras de efter storlek, form och bandmönster.

Celldelningar hos människan. Talen anger antal kromosomer i cellerna. Även äggceller bildas genom reduktionsdelning.

Organism

Antal kromosomer

bananfluga

råg

snigel

vete

människa

marsvin

kyckling

kungskrabba

416

ormbunke

mer än 1000

190

51103303.2.1_iris1_F_inlaga.indd 190

Bilden visar en karyotyp för en normal man.

g e n e t i k på c e l l - o c h m o l e k y l n i vå

2020-04-02 09:30

Snabbkoll F4

Celldelning och förökning 1. Bilden visar en celldelning steg för steg. Vad kallas denna celldelning? a) Maltos b) Meios c) Mitos d) Osmos e) Polyos 2. Bilden visar en cell med fyra kromosomer. Varje kromosom består av två identiska kopior. Vad kallas dessa kopior? a) Centromerer b) Gener c) Kromosomhalvor d) X-halvor e) Systerkromatoider 3. Kromosomkopiorna hålls ihop i en punkt i mitten. Vad kallas denna? a) Centromer b) Monomer c) Polymer d) Telomer

4. Hur går vanlig celldelning till? Ordna händelserna i rätt ordning med det första steget först. a) DNA-molekylerna kopieras. b) DNA packas och framträder som kromosomer. c) Kromosomerna dras till var sin pol av cellen. d) Kromosomerna ordnas mitt i cellen av kärnspolarna. e) Kärnmembranet återbildas. f) Man kan inte längre se de enskilda kromosomerna. g) Systerkromatoiderna separeras.

5. Bilden visar reduktionsdelning steg för steg, men det har smugit in sig ett fel. Markera det som har blivit fel.

6. Vad är sant om meiosen? a) Förekommer bara hos djur. b) Ger celler med ett dubbelt kromosomantal. c) Ger celler med ett halverat kromosomantal. d) Ger upphov till könsceller.

7. Är cellen bredvid haploid eller diploid?

FACIT: 1. c)

2. e) 3. a) 4. a) b) d) g) 5. Fel i fjärde bilden uppifrån 6. c) och d) 7. Diploid

F 4

celldelning och förökning

51103303.2.1_iris1_F_inlaga.indd 191

f )

191

2020-04-02 09:30

F5 Mutationer Ibland får organismer nya egenskaper till följd av mutationer (lat. mutare = att förändra). Så kallas plötsliga förändringar i arvsmassans gensekvenser. Om en mutation bara förändrar de delar av DNA som inte kodar för protein händer förmodligen inget. Däremot kan mutationer leda till för ändringar om gener påverkas, saknas eller blir fler än normalt. Dessa ”verksamma” mutationer kan vara genmutationer eller kromosommutationer.

Ärftlighet och evolution

Kattens ögon har olika färg på grund av varierande mängd färgpigment. En tänkbar förklaring till detta är att en mutation skedde i en cell tidigt under fosterutvecklingen.

Vanligtvis går inte förändringar till följd av mutationer i arv. Det kan bara hända om det sker en mutation i en könscell eller i en cell som bildar könsceller. En förändrad gen i en befruktad äggcell kommer att finnas i alla celler hos den individ som ägget utvecklas till. Nästan alla mutationer ger försämrade egenskaper som minskar individens chans att överleva. I mycket sällsynta fall leder de till förbättrade anlag som kan gå i arv. Det är sådana mutationer som gör att arter kan utvecklas och anpassas till nya miljöer. Med tiden kan det till och med bildas nya arter.

Genmutationer Vid genmutationer förändras endast enstaka gener. Det sker ofta i samband med replikationen (se F2 Kopiering av DNA kallas replikation) innan en cell delar sig. Då kan det nämligen hända att en gen får en kvävebas (egentligen en nukleotid) extra eller att en kvävebas faller bort. Detta är alltid allvarligt eftersom det blir en förskjutning i indelningen av tripletter från och med mutationsstället. Det leder till att aminosyror kopplas ihop i en helt ny ordning när så småningom genens protein ska bildas. Detta protein kommer med all säkerhet att bli helt värdelöst. En genmutation kan också innebära att en enstaka kvävebas byts ut mot en annan i samband med replikationen. Därmed påverkas bara en enda triplett (se F2 DNA och RNA). Detta behöver inte bli så allvarligt. Om den nya tripletten kodar för samma aminosyra som den ursprungliga, kommer inte mutationen att märkas alls. Om den nya tripletten kodar för en ny aminosyra, kommer däremot genens protein att förändras. Även detta protein kan fungera, men det kan också ha betydligt försämrad funktion.

Den flygande kajan har normal färg. Kajan på den nedersta bilden är däremot ovanligt ljus och har blå ögon. Det beror på en genmutation som har påverkat bildningen av ett färgpigment som heter melanin.

192

51103303.2.1_iris1_F_inlaga.indd 192

g e n e t i k på c e l l - o c h m o l e k y l n i vå

2020-04-02 09:30

Orsaker och cellernas försvar Genmutationer kan uppstå spontant utan yttre påverkan. Detta är inte så konstigt eftersom replikationen är mycket komplicerad. Strålning och gifter är exempel på yttre faktorer som kan framkalla mutationer. Dessa faktorer kan bl.a. förändra kvävebasernas strukturer och därmed störa replikationen. Detta kan leda till allvarliga besvär och sjukdomar som t.ex. cancer. Celler har en viss förmåga att reparera skadat DNA, vilket begränsar effekterna till följd av mutationer. DNA-molekylen kan ofta repareras eftersom den är en dubbelspiral. Om bara den ena kedjan i en DNA-molekyl skadas, finns den andra kedjan kvar som en ”backup”. Med den hela DNA-kedjan som mall, kan den skadade DNA-kedjan repareras och få rätt sekvens av kvävebaser. 1 2 3 4 5

Kromosommutationer När celler delar sig händer det att kromosomerna inte fördelas lika mellan de båda dottercellerna. På så sätt kan celler få någon kromosom för mycket eller för lite. Det inträffar också att delar av kromosomer saknas eller har förenats med andra kromosomer. Alla dessa förändringar som berör hela eller stora delar av kromosomer kallas kromosommutationer. De brukar vara lätta att upptäcka i mikroskop. När kromosommutationer går i arv är de ofta dödliga eller orsakar någon form av handikapp.

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

x y

Illustrerad karyotyp för en man med Downs syndrom.

Snabbkoll F5

Mutationer 1. Vilka påståenden gäller för genmutationer? a) De behöver inte påverka individen. b) De kan inte ärvas. c) De kan leda till att ett protein fungerar annorlunda. d) De leder alltid till sjukdomar. 2. Hur kan mutationer uppstå? a) Genom att cellen utsätts för strålning. b) Genom att miljön har förändrats.

FACIT:

F 5

c) Genom att organismen anpassar sig till nya förhållanden. d) Genom slumpmässig felkopiering av DNA.

3. En mutation behöver inte föras vidare till avkomman. Vilka kan orsakerna till detta vara? a) Mutationen har inte påverkat någon könscell. b) Mutationen har reparerats. c) Mutationen har skett utanför cellkärnan.

1. a) och c) 2. a) och d) 3. a) och b)

m u tat i o n e r

51103303.2.1_iris1_F_inlaga.indd 193

193

2020-04-02 09:30

Sammanfattning

Genetik på cell- och molekylnivå

Gener är delar av DNA-molekyler som bestämmer i vilken ordning aminosyror binds samman till proteiner. DNA och RNA är nukleinsyror. Dessa består av sammanlänkade nukleotider. I DNA innehåller nukleotiderna någon av kvävebaserna C, G, A eller T. En DNA-molekyl består av två nukleotidkedjor som bildar en dubbelspiral. De båda kedjorna hålls ihop av vätebindningar mellan nukleotidernas kvävebaser. Dessa passar ihop parvis så att C kan förenas med G, medan A bildar baspar med T. I celler är DNA-molekylerna mer eller mindre tätt packade tillsammans med proteiner. DNA:t och proteinerna är som mest ihoppackade i samband med celldelningar. Då bildar de kromosomer som går att se i ljusmikroskop. Sekvensen av kvävebaser längs en DNA-sträng kan delas in i tripletter som var och en motsvarar en aminosyra. På så sätt kan DNA innehålla information om hur aminosyror ska ordnas i ett protein. Celldelning föregås av replikation som innebär att DNA-molekylerna kopieras. Då delas först DNA-molekylernas dubbelspiraler till enkla kedjor. Sedan kan varje enkel DNA-kedja fungera som mall till en ny dubbelspiral. Under replikationen medverkar enzymet DNA-polymeras. Tripletter av kvävebaser i DNA (i en gen) kan ”skrivas om” till kodoner i mRNA. Detta kallas transkription. Innan mRNA lämnar cellkärnan ”klipper” enzymer bort introner. Dessa innehåller sekvenser av kvävebaser som saknar betydelse för proteintillverkningen.

194

51103303.2.1_iris1_F_inlaga.indd 194

g e n e t i k på c e l l - o c h m o l e k y l n i vå

2020-04-02 09:30

Translation innebär att den genetiska koden i mRNA översätts till en sekvens av aminosyror som binds samman till ett protein. Detta sker i ribosomerna som finns i cellplasman. I ribosomerna passas de tre kvävebaserna hos tRNA in mot kodonerna i mRNA. Varje tRNA-molekyl levererar samtidigt en aminosyra. På så sätt förenas aminosyror i den ordning som ursprungligen bestäms av DNA. triplett i DNA:

A-C-A

kodon i mRNA:

T-G-T

antikodon i tRNA: A-C-A aminosyra:

transkription

translation

cystein (Cys)

Från DNA till aminosyra.

I t.ex. människan är inte alla gener aktiva i alla celler. Denna genreglering förklarar varför cellerna är olika varandra trots att de har samma genetiska arv. Vid vanlig celldelning (mitos) får dottercellerna lika många kromosomer som modercellen hade. Reduktionsdelning (meios) ger upphov till dotterceller med hälften så många kromosomer som sin modercell. Ur en diploid cell bildas haploida könsceller. Vid könlös förökning ger en individ upphov till nya individer utan befruktning. Det innebär att ”ungarna” blir genetiskt lika varandra och sin förälder. Tillsammans utgör de en klon. Vid könlig förökning förenas två haploida celler (ofta en spermie och en äggcell) och blir en ny individ. Denna får en kombination av föräldrarnas gener.

En mutation är en plötslig förändring i arvsmassan. Vid genmutationer förändras enstaka gener. Kromosommutationer leder till att antalet kromosomer förändras eller att delar av kromosomer hamnar på fel ställen.

g e n e t i k på c e l l - o c h m o l e k y l n i vå

51103303.2.1_iris1_F_inlaga.indd 195

195

2020-04-02 09:30

Testa dig själv

Genetik på cell- och molekylnivå

F1 Recept på protein 1. Vad är en gen? 2. Beskriv hur ett protein är uppbyggt.

F2 DNA och RNA 3. Ge exempel på nukleinsyror.

14. Förklara hur cellerna i din kropp kan vara olika, trots att de har samma uppsättning gener (samma genetiska arv). 15. Ge exempel på hur genreglering kan gå till.

F4 Celldelning och förökning

5. Vilka är kvävebaserna i DNA och RNA?

16. Beskriv kortfattat vad som skiljer reduktionsdelning (meios) från vanlig celldelning (mitos).

6. Beskriv DNA-molekylens uppbyggnad.

17. Varför behövs reduktionsdelning?

7. Beskriv en kromosom i en eukaryot cell.

18. Nämn en fördel med könlös fortplantning (jämfört med könlig).

4. Hur är en nukleotid sammansatt?

8. Hur lagras information om aminosyror i en DNA-molekyl?

F3 Från DNA till protein

19. Nämn en fördel med könlig fortplantning (jämfört med könlös). 20. Vad är en klon?

9. Varför behövs DNA-replikation? 21. Ge exempel på naturliga kloner. 10. Beskriv hur replikationen går till. 11. Förklara följande begrepp: a) transkription b) RNA-polymeras c) intron 12. Vad menas med translation? 13. En tRNA-molekyl har följande antikodon: G-G-U. Vilken aminosyra kan denna tRNAmolekyl transportera? Du får använda tabellen i avsnittet Den genetiska koden.

196

51103303.2.1_iris1_F_inlaga.indd 196

F5 Mutationer 22. Ibland kan DNA förändras utan att det märks, dvs. utan att mutationen leder till någon märkbar skillnad. Hur kan det vara möjligt? 23. Ofta kan celler reparera skadat DNA. Hur kan detta vara möjligt? 24. Varför ger få mutationer upphov till förändringar som går i arv till kommande generationer?

g e n e t i k på c e l l - o c h m o l e k y l n i vå

2020-04-02 09:30

Facit

Testa dig själv

F1 Recept på protein 1. Lite förenklat kan man säga att en gen är ett ”recept” på en proteinmolekyl som finns lagrat i DNA. 2. En proteinmolekyl består av upp till 20 olika sorters aminosyror som är sammanlänkade i en viss ordning i en kedja. Kedjorna kan sedan vara spiralvridna och veckade. De största proteinmolekylerna är dessutom sammansatta av flera tusen aminosyror.

F2 DNA och RNA 3. DNA och RNA. 4. En nukleotid är sammansatt av en fosfatgrupp, en monosackarid och en kvävebas. 5. I DNA är kvävebaserna C (cytosin), G (guanin), A (adenin) eller T (tymin). I RNA förekommer kvävebaserna C, G, A och U (uracil). 6. DNA-molekylen kan beskrivas som en spiralvriden stege. Varje sida på stegen är en kedja av sockergrupper (deoxiribos) varvade med fosfatgrupper. Var och en av ”stegpinnarna” består av två kvävebaser. Det är antingen kvävebaserna A och T eller C och G som är bundna till varandra i en ”stegpinne”. 7. En kromosom består av en DNAmolekyl som är upprullad och tätt packad kring spolar av protein (histoner). 8. En viss aminosyra motsvarar tre kväve baser som finns intill varandra i en DNA-sträng. En sådan kombination av tre kvävebaser kallas triplett. Som exempel kan nämnas att tripletten C-G-T svarar mot aminosyran alanin (Ala).

F3 Från DNA till protein 9. När en cell delar sig måste de båda dottercellerna få varsin komplett uppsättning DNA.

g e n e t i k på c e l l - o c h m o l e k y l n i vå

51103303.2.1_iris1_F_inlaga.indd 197

10. Se F2 Kopiering av DNA kallas replikation. 11. a) Bildning av mRNA med DNA som mall. b) RNA-polymeras är ett enzym som öppnar DNA (bryter vätebindningarna mellan kvävebaserna) och sedan kopplar nukleotider till den ena DNA-strängens blottlagda kvävebaser. På så sätt bildas mRNA som ett ”avtryck” av DNA. c) Introner är sekvenser av kväve baser som tycks sakna ”vettig” information och som finns inom generna. Dessa sekvenser ”kopieras” därför över till mRNA (vid transkriptionen), men klipps sedan bort från mRNA innan detta lämnar cellkärnan och deltar i proteinsyntesen. 12. Translation innebär att den genetiska koden i mRNA ”översätts” till en sekvens av aminosyror som binds samman till ett protein.

antal kromosomer (samma dubbla kromosomuppsättning) som modercellen. Vid reduktionsdelning delar sig en modercell med dubbel kromosomuppsättning till två dotterceller som vardera får enkel kromosomuppsättning. Könsceller bildas genom reduktionsdelning. 17. Vid befruktning förenas två könsceller. Dessa måste ha enkel kromosomuppsättning för att inte den nya individen ska få dubbelt så många kromosomer som sina föräldrar. 18. Den kan ske snabbt och utan att individer med olika kön behöver träffas. 19. Arvsanlag från olika individer blandas. Det leder till variation hos avkomman (syskonen blir olika varandra), vilket ökar sannolikheten för att några ska vara väl anpassade till miljön om denna förändras. 20. En grupp av genetiskt identiska individer (eller celler).

13. Aminosyran Pro (prolin). 14. Det beror på genreglering som innebär att gener kan stängas av och sättas på. I t.ex. dina nerv- och muskelceller är generna identiska, men vissa av dem är bara påslagna i nervcellerna och andra används bara i muskelcellerna. 15. Vissa gener kan stängas av genom att delar av DNA-molekyler kan förändras av kemiska reaktioner. Gener kan också stängas av eller sättas på genom att DNA:t packas mer eller mindre hårt kring histonerna. Dessutom finns styrsekvenser av DNA i anslutning till generna. Till styrsekvenserna binder reglerande proteiner som underlättar eller försvårar transkriptionen.

F4 Celldelning och förökning 16. Vid vanlig celldelning bildas två dotterceller som båda har samma

21. Bladlöss som har uppstått genom jungfrufödsel och som har samma ”urmoder”. Växter som har utvecklats från revor eller rotskott från samma moderplanta.

F5 Mutationer 22. Mutationen sker kanske i en ickekodande del av en DNA-molekyl (i en del som inte är reglerande eller kodar för protein).

23. Om bara den ena nukleotidkedjan i en DNA-molekyl skadas, finns den andra kedjan kvar som en ”backup”. Med den hela DNA-kedjan som mall, kan den skadade DNA-kedjan repareras och få rätt sekvens av kvävebaser. 24. För att en mutation ska gå i arv måste den ske i könsceller eller i celler som ger upphov till könsceller.

197

2020-04-02 09:30

Iris biologi 1

Anders Henriksson Charlotte Bosson

F Genetik på cell- och molekylnivå G Genetik på individnivå H Genteknik I

Evolution

J Systematik K Etologi

I Iris-serien ingår även kursboken Iris Biologi 2 (100p) samt digitalt lärarmaterial till kursböckerna. Läs mer på www.gleerups.se.

Charlotte Bosson arbetar sedan många år som gymnasielärare i biologi och kemi. Hon har även en masterexamen i biologi och erfarenhet av uppgiftskonstruktion för nationella provbanken i biologi.

Iris biologi 1 ISBN 9789151103303

9 789151 103303

51103303.2.1_iris1_omslag.indd 1

Anders Henriksson Charlotte Bosson

2020-04-06 09:16