3. Kafli: Frumur

1. 3. Kafli: Frumur Líffæra og lífeðlisfræði 103Guðrún Narfadóttir

2. Frumur • Fruma er minnsta lifandi eining líkamans • Allar frumur eru komnar út frá öðrum frumum • Frumulíffræði (cytologia) fæst við rannsóknir á frumum • Dæmigerðri frumu má skipta í þrjá hluta: • Frumuhimnu • aðskilur innra umhverfi frumunnar frá því ytra • stjórnar ferð efna og miðlar boðum inn í frumu og út • tekur á móti boðum • Umfrymi • nær frá frumuhimnu til kjarna • skiptist í frumuvökva (cytosol) og frumulíffæri • Kjarna • aðsetur litninga • litningar bera gen sem stjórna byggingu frumunnar og starfsemi

3. Bygging frumuhimnunnar • Frumuhimnan er gerð úr jöfnum hlutföllum lípíða (fituefna) og próteina • Lípíð frumuhimnunnar • fosfólípíð sameindir raðast upp í tvöfalt lag og snúa fitusýrurnar inn að miðju • Miðja himnunnar er því vatnsfælin • kólesterólsameindir styrkja himnuna • glýkólípíð (lípíð með sykrukeðjum) á ytra yfirborði • Prótein himnunnar • ná ýmist í gegnum himnuna eða eru á yfirborði • Sum þeirra eru tengd sykrukeðjum (glýkóprótein) • sjá um margvíslega starfsemi hennar svo sem: • jónagöng, jónadælur, efnaferjur, viðtakar, ensím, mótefnavakar

4. glykóprótein Tvöfalt lípíð- lag Prótein sem ná í gegnum himnuna fosfólípíð Yfirborðsprótein kólesteról

5. Frumuhimnan er valgegndræp • Flutningur efna inn í frumu og út er nauðsynlegur fyrir lífsstarfsemi hennar • Efni komast misvel í gegnum himnuna, því er sagt að himnan sé valgegndræp (hálfgegndræp) • Vatnssameindir og fituleysanleg efni smjúga auðveldlega í gegnum himnuna milli fosfólípíðsameindanna • Jónir og stórar óhlaðnar agnir komast hins vegar ekki “hjálparlaust” í gegnum fitulagið • Vatnsleysanlegar sameindir komast í gegnum himnuna með aðstoð próteina sem mynda jónagöng, jónadælur eða ferjuprótein • Stórar sameindir eins og prótein komast ekki í gegnum himnuna nema í blöðrum

6. Flutningur efna yfir himnur • Vökvi innan frumunnar kallast innanfrumuvökvi (intracellular fluid) • Vökvi utan frumunnar kallast utanfrumuvökvi (extracellular fluid) • Vökvi í örlitlum bilum milli frumna kallast millifrumuvökvi (interstitial fluid) • Efni uppleyst í vökva kallast lausn (solute) • Vökvi sem leysir upp efni kallast leysir (solvent) • Líkamsvökvar eru þunnar lausnir og leysirinn er vatn • Vegna valgegndræpi himnunnar er styrkur einstakra efna sitt hvoru megin við himnuna ekki sá sami, en heildarefnisstyrkur er þó oftast sá sami

7. Er flutningurinn orkukræfur eða ekki? • Flutningsleiðir sem ekki krefjast orku • Flæði (diffusion) • Osmósa (osmosis) • Orkukræfar flutningsleiðir • Virkur flutningur • Flutningur með blöðrum • Innfrymun (endocytosis) • Útfrymun (exocytosis)

8. Flæði (diffusion) • Flæði er flutningur efnisagna frá svæði með meiri efnisstyrk yfir á svæði með minni efnisstyrk • Eftir flæði í ákveðinn tíma næst jafnvægi og styrkmunurinn hverfur • Flæði er ekki orkukræft • Hraði flæðis er því meiri sem • styrkmunur efnis sitt hvoru megin himnu er meiri • hitastigið er hærra • himnuyfirborðið er meira • efnisagnirnar eru smærri • Besta dæmið um flæði er flutningur O2 og CO2 yfir himnur í lungum og vefjum

9. Mismunandi gerðir flæðis • Einfalt flæði (simple diffusion) • Sameind flæðir milli fitusameinda himnunnar • Dæmi: O2 og CO2 • Flæði með próteinum (faciliated diffusion) • um jónagöng • Himnuprótein mynda göng sem hleypa ákveðnum jónum í gegn. • Dæmi: Na+, K+, og Ca2+ • með ferjupróteinum • Sameind binst próteini sem ferjar hana í gegnum himnuna • Flæðishraðinn er háður fjölda ferjupróteina • Dæmi: glúkósi flæðir inn í vöðvafrumur bundinn ferjupróteinum. Insúlín virkjar ferjupróteinin

10. Flæði um jóna- göng Flæði með ferju- próteini Flæði milli fitu- sameinda Virkur flutingur Styrk- fallandi Flutningur sem ekki þarfnast orku Virkur flutningur

11. Osmósa • Osmósa er flæði vatns um valgegndræpa himnu frá svæði með minni styrk uppleystra efna yfir á svæði með meiri styrk uppleystra efna • vatnið flæðir úr meiri vatnsstyrk í minni • Uppleyst efni sem ekki komast í gegnum himnu skapa osmótískan þrýsting í lausninni • Uppleystu efnin virkar eins og svampar sem draga í sig vatn • Ef osmótískur þrýstingur er ekki sá sami sitt hvoru megin við himnu, streymir vatn í gegnum himnuna þar til jafnvægi er náð

12. Jafnseltið, yfirseltið, undirseltið • Jafnseltin lausn (ísótónísk) • Hefur sama efnisstyrk og frumuvökvi • Undirseltin lausn (hypótónísk) • Hefur minni efnisstyrk en frumuvökvi • Yfirseltin lausn (hypertónísk) • Hefur meiri efnisstyrk en frumuvökvi

13. Virkur flutningur (active transport) • Við virkan flutning fer efni frá svæði með minni efnisstyrk yfir á svæði með meiri efnisstyrk • Orkan sem notuð er tilkomin vegna sundrunar á ATP (ATP  ADP + Pi + orka) • Gott dæmi um virkan flutning er natríum- kalíum dælan: • þrem Na+ jónum er dælt út úr frumu fyrir hverjar tvær K+ jónir sem dælt er inn

14. Við virkan flutning fer efni úr minni efnisstyrk í meiri. Um 40% af því ATP sem fruman notar fer í þessa starfsemi styrkfallandi

15. Blöðruflutningur • Við innfrymun (endocytosis) er ögn utan frumu snöruð inn í frumuna með frumuhimnunni • Agnaát (phagocytosis) - stundað af hvítum blóðkornum • Frumudrykkja (pinocytosis / bulk-phase endocytosis) – dropi úr utanfrumuvökva er tekinn inn í blöðru • Við útfrymun (exocytosis) er framleiðsla frumu eða úrgangur losaður út með blöðru sem sameinast frumuhimnunni

16. Umfrymið (cytoplasma) • Umfrymið innifelur alla frumuhluta frá frumuhimnu inn að kjarna • Umfrymi skiptist í • frumuvökva (cytosol) og • frumulíffæri (organelles) • Frumuvökvinn er úr vatni með uppleystum jónum, glúkósa, amínósýrum, fitusýrum próteinum, lípíðum, ATP og úrgangsefnum • Í frumuvökvanum gerast öll efnahvörf frumunnar

17. Frumulíffæri Frumulíffæri hafa sérstaka lögun og skilgreinda starfsemi • Frumugrind (cytoskeleton) úr próteinþráðum • Örþræðir, örpíplur og milliþræðir • Mynda stoðgrind og gegna hlutverki við hreyfingar • Geislaskaut (centrosome) og tvö deilikorn (centrioles) • Mikilvæg við frumuskiptingar og við myndun bifhára og svipa • Bifhár (cilia) • Koma bylgjuhreyfingum af stað í umhverfi frumna • Svipur (flagella) • Flytja frumu úr stað (svipur eru aðeins hjá sáðfrumum)

18. Frumulíffæri frh. • Netkorn (ribosome) • Úr RNA og próteinum • Aðsetur próteinmyndunar • Frymisnet (endoplasmic reticulum) • Himnukerfi með flötum sekkjum • Kornótt / hrjúft frymisnet (með netkornum) sér um próteinmyndun • Slétt frymisnet sér um lípíðmyndun, afeitrar efni í lifur og geymir kalsíumjóni í vöðvafrumum • Golgi kerfi / flétta (Golgi komplex) • Fullvinnur afurðir frymisnets og pakkar þeim til útflutnings • Myndar leysikorn

19. Frumulíffæri frh. • Leysikorn (lysosomes) • Blöðrur fullar af meltingarensímum • Eyða ónýtum frumuhlutum eða allri frumunni • Peroxíðkorn (peroxisomes) • Innihalda ensím sem oxa ýmis lífræn efni og eiturefni • Við oxunina myndast vetnis peroxíð (H2O2) sem er brotið niður af ensímum í peroxíðkornunum • Hvatberar (mitochondria) • Sporöskjulaga líffæri með tvöfalt himnukerfi • Aðsetur öndunarefnaskipta (bruna)

20. Kjarninn (nucleus) • Umlukinn tvöföldu kjarnahýði (nuclear envelope) með götum • Flestar frumur hafa einn kjarna • Í kjarnanum er • Kjarnakorn (nucleolus) • myndar netkorn • Litningar (chromosomes) • 23 pör í hverri líkamsfrumu (46 litningar) • Úr DNA og próteinum • Aðsetur genanna (erfðavísanna)

21. Frumuskiptingar • Frumur líkamans: • tvílitna líkamsfrumur (somatic cells) • einlitna kynfrumur (gametes) • Frumuskipting sem fjölgar líkamsfrumum kallast líkamsfrumuskipting (sómatísk frumuskipting) • Vöxtur og viðhald vefja er vegna líkamsfrumuskiptinga • Líkamsfrumuskipting innifelur: • kjarnaskiptingu (mítósu) og • skiptingu umfrymis (cytokinesis) • Frumuskipting sem fækkar litningum við myndun kynfrumna kallast rýriskipting (meiósa) • Við meiósu myndast einlitna kynfrumur úr tvílitna kynmóðurfrumum

22. Frumuhringur (cell cycle) • Fruma sem ekki er að skipta sér er í interfasa • Fyrir mítósu (í interfasa) verður afritun á öllu erfðaefninu (litningar tvöfaldast) • Í mítósu aðskiljast litningamengin í tvo aðskilda kjarna • Ferli mítósu skiptist í prófasa, metafasa, anafasa og telófasa • Skipting umfrymis hefst í anafasa og lýkur í telófasa • Fruman klofnar og útkoman er tvær dótturfrumur sem eru nákvæmlega eins og móðurfruman

23. Meiósa Mítósa

24. Í líkamanum eru um 200 mismunandi frumugerðir