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