3 Arvets budbärare

(1)

Lärarhandledning

A n d e r s H e n r i k s s o n

Iris•

b i o l o g i 1 0 0

1

p

Arvets budbärAre

(2)

D N A f r å n k i w i . . . 3 – 4 J ä t t e k r o m o s o m e r . . . 5 C e l l d e l n i n g . . . 6 – 7 S v A r t i l l f A k t A b o k e N S ” t e S t A D i g S J ä l v ” . . . 8 – 9

LAborAtioner

kapitel 3

(3)

3

Detta material ingår som en del i Iris biologi 1 interaktiv lärarbok. Materialet får skrivas ut, kopieras och användas under giltig licenstid.

Du ska ta fram rent DNA från cellerna i en kiwi. • Gröp ur innehållet i en kiwi och mosa detta i

en bägare.

• Späd 10 cm3_{diskmedel med kallt vatten till}

volymen 100 cm3_.

• Häll så mycket av det utspädda diskmedlet över den mosade kiwin att allt fruktköttet täcks. Tillsätt sedan ca 3 g koksalt och blanda väl.

• Använd tratt och filtrerpapper och filtrera ovanstående blandning. Filtratet (det som har passerat filtrerpapperet) samlas i en liten, ren bägare.

Du behöver

– en mogen kiwi

– diskmedel eller flytande tvål – koksalt (NaCl)

– T-röd (95 %-ig alkohol) som förvaras i frysfack tills den ska användas – 2 bägare (ca 200 cm3_{och ca 50 cm}3₎

– tratt

– filtrerpapper (eller gasbinda) – sked

– spatel

Riskbedömning: Normal varsamhet. Tänk dock på att T-röd är brandfarligt. Avfall: Vask och sopkärl.

DNA från kiwi

• Uppskatta filtratets volym och häll försiktigt en lika stor volym iskall T-sprit (alkohol) över filtratet. Låt T-spriten rinna långsamt utmed bägarens kant så att den skiktar sig över ki-wifiltratet.

• Du kan troligen se hur mjölkvit DNA växer fram i gränsskiktet mellan alkoholen och fil-tratet. Linda DNA på t.ex. en spatel och för-sök sedan dra (långsamt och försiktigt) upp DNA ur bägaren.

1. Beskriv hur kiwins DNA ser ut.

2. Vad kan man ha för användning av den här metoden att ta fram DNA ur celler?

(4)

t i p S o C h k o m m e N t A r e r

Är det drygt att filtrera kiwi-blandningen genom filtrerpapper kan man i stället använda ett par lager gasbinda, vilket dock ger ett mindre rent resultat.

Genom att man kan renframställa DNA från celler på detta sätt går det att utföra DNA-ana-lyser. Se sidorna 95-97 i Iris biologi 1.

teori

Ett cellmembran består av främst fosfolipi-der och proteiner. Diskmedlets tensifosfolipi-der bildar komplex kring dessa beståndsdelar och bidrar därmed till att öppna upp cellmembraner (såväl cellens yttre membran som dess kärnmembran). Koksaltets natriumjoner skyddar de negativt laddade fosfatgrupperna i DNA-molekylerna, så att inte andra ämnen (t.ex. beståndsdelar från ett cellmembran) binds till dessa.

DNA är svårlösligt i kall, 95-procentig etanol. Därmed fälls DNA ut då det kommer in i eta-nolskiktet, medan många andra föreningar löser sig i etanolen.

I cellplasman i en cell finns DNA-spjälkande en-zym som förstör bl.a. DNA från virus. På så sätt skyddas DNA i cellkärnan från inblandning av främmande DNA. Arbetar man med kalla lös-ningar under denna laboration motverkar man att cellens DNA-spjälkande enzym angriper eget DNA då cellkärnan öppnas.

(5)

5

År 1933 upptäckte två tyska forskare (Heitz och Bauer) jättekromosomer i spottkörtlarna hos larver till vissa arter inom insektsordningen tvåvingar (dit bl.a. flugor och myggor räknas). Dessa kromosomer är synliga även då det inte föreligger någon delningsaktivitet hos cellerna (i interfas). Storleken beror bl.a. på att kromoso-mernas DNA har replikerats upprepade gånger, varpå produkterna blivit liggande intill varan-dra. Likt andra kromosomer har tvåvingarnas jättekromosomer ett mönster av ljusa och mörka tvärgående band (som framträder tydligt efter färgning). Mönstret är karaktäristiskt för varje kromosomtyp. Det har varit av stor betydelse för upprättandet av genkartor, dvs. för lokalisering av genernas (arvsanlagens) lägen på kromoso-merna. Med hjälp av jättekromosomer upprät-tades tidigt sådana genkartor för bananflugor, vilket har haft stor betydelse för den genetiska grundforskningen.

Studera jättekromosomer

• Studera ett färdigt preparat av jättekromoso-mer (från t.ex. bananflugans eller fjädermyg-gans larv) med hjälp av mikroskop.

• Rita av jättekromosomerna och markera deras mönster av ljusa och mörka band.

Du behöver

– mikroskop

– preparat av jättekromosomer

(6)

Inför celldelningar packas DNA-molekyler till-sammans med stödjande proteiner och bildar mer eller mindre stavformade kromosomer som kan ses i ljusmikroskop. Vill man studera kro-mosomer ska man alltså leta efter celler som delar sig. Hos växter pågår livlig celldelning i rotspetsarna, där cellerna delar och förökar sig för att rötterna ska växa och bli längre. Det är naturligtvis vanlig celldelning (mitos) som sva-rar för rötternas tillväxt. Du ska nu studera den vanliga celldelningen i rotspetsarna hos en lök.

Aktivera lökrötternas tillväxt

Skala av de yttre, torra skalen och frilägg rotan-lagen på en lök. Placera därefter löken på en bägare med vatten enligt bilden nedan. Vattnet ska nätt och jämnt nå upp till lökens undersida. Man kan justera lökens läge med hjälp av pre-parernålar som bilden visar. Byt vatten dagligen. (I gammalt ”blomvatten” förökar sig bakterier som täpper igen rötternas ledningsvävnad.) Efter ungefär en vecka har lökens rötter växt ett par centimeter och kan användas för undersök-ningen av vanlig celldelning.

Studera celldelningen

• Skär av de yttersta 3 – 4 millimetrarna av några rotspetsar.

• Lägg rotspetsarna i orceinlösning på ett ur-glas. Orceinet färgar kromosomerna.

• Värm försiktigt urglaset över en låga så att orceinlösningen börjar ånga. Den får inte koka för då förstörs cellerna.

• Lägg över rotspetsarna på ett objektglas och tillsätt ytterligare ett par droppar orceinlös-ning. Mosa därefter rotspetsarna försiktigt med en glasstav och låt sedan färgen tränga in i preparatet under 5 – 10 minuter.

• Lägg ett täckglas över orceinlösningen med de mosade rotspetsarna. Placera därefter ett filtrerpapper på täckglaset och tryck kraftigt med tummen på papperet (utan att täckglaset och objektglaset glider mot varandra). Man trycker för att rotspetsarnas celler ska spridas till ett encelligt skikt. Filtrerpapperet suger

Celldelning

Du behöver

– gul eller röd lök – liten bägare

– preparernålar (eller knappnålar) – skalpell

– pincett

– mikroskop, objektglas och täckglas – urglas

– droppipett

– orceinlösning (2 g orcein löst i 100 cm3

50 %-ig ättiksyra)

– brännare, trefot och trådnät – glasstav

– filtrerpapper

(7)

7

färdiga preparat av lökrötter

Man kan köpa färdiga preparat som visar mi-tosens olika faser i lökrötter. Dessa preparat kan användas om man inte hinner ”odla” egna rötter. Det kan också vara bra att ha färdiga preparat i reserv om elevgrupper misslyckas med att framställa egna preparat som visar alla delningsfaserna tillräckligt tydligt.

reduktionsdelning (meios) hos lilja

Vill man studera reduktionsdelningens olika fa-ser använder man lämpligen färdigköpta prepa-rat av ståndarknappar från t.ex. lilja. Man kan även snitta ståndarknappar på egen hand för att studera reduktionsdelningen i mikroskop. Då ska man ta ståndare från blommor som ännu inte är utslagna. Reduktionsdelningen är näm-ligen avslutad (och kromosomerna uppnystade till icke urskiljbara kromatintrådar) då ståndar-knapparna har mognat.

reduktionsdelning i testiklar

Man kan även använda mikroskopiska pre-parat av djurs eller människors testiklar för att åskådliggöra reduktionsdelning. Testiklar innehåller främst vindlingar av tunna, sperma-bildande rör (sädeskanaler). När man studerar tvärsnitt av dessa rör i mikroskop ser man att de är nästan fyllda av celler (se bilden nedan). Det finns dock ett smalt hålrum i rörens mitt. Perifert i de spermabildande rören finns diploi-da spermamoderceller. Utvecklingen av haploidiploi-da

t i p S o C h k o m m e N t A r e r

spermier från dessa moderceller sker i tre steg. Under det första steget ger spermamodercel-lerna genom upprepad vanlig celldelning (mitos) upphov till ett stort antal primära

spermatocy-ter. Dessa celldelningar skapar förutsättning att

bilda ett stort antal spermier. Varje spermamo-dercell kan nämligen genom upp till 8 celldel-ningar ge upphov till 256 (28_{) primära}

sperma-tocyter. Man ser de primära spermatocyterna som något ”uppsvällda” celler innanför sper-mamodercellerna i det spermabildande rörets tvärsnitt.

Under det andra steget sker reduktionsdel-ning (meios). Då delar sig varje primär sperma-tocyt och bildar två haploida sekundära

sper-matocyter (se interfas I till telofas I på sidan 61

i faktaboken). De sekundära spermatocyterna delar sig sedan vidare och bildar vardera två

spermatider (se profas II till interfas II på sidan

61 i faktaboken). Spermatiderna är runda cel-ler (utan svansar) som syns nära det spermabil-dande rörets centrala hålrum.

Under det tredje och avslutande spermabil-dande steget omvandlas spermatiderna till färdi-ga spermier. Det som händer är att den haploida arvsmassan får en lämplig transportform. Cel-lerna utrustas med rörliga svansar samtidigt som onödig ”barlast” kastas bort. Därefter frigörs spermierna och transporteras genom de sper-mabildande rören till bitestikeln. Där väntar de på vidare transport ut genom sädesledaren.

spermamodercell spermatid primär spermatocyt spermie sekundär spermatocyt testosteronbildande körtelcell

Här tittar vi in i ett spermabildande rör (en sädeskanal) i en testikel. Närmast kanalens vägg finns spermamoderceller. Efterhand som cellerna delar sig under utvecklingen av spermier trängs de in mot rörets centrum. Där ser vi att cellerna har fått långa svansar och blivit spermier. Varje dygn bildas flera hundra miljoner spermier i en människas båda testiklar. Mellan de spermabildande rören finns de körtelceller som bildar det manliga köns-hormonet testosteron. Ca 90 % av testoste-ronet används i testikeln där det stimulerar spermieproduktionen. Resten av testos-teronet går ut i blodet och leder bl.a. till utvecklingen av sekundära könskaraktärer.

(8)

Arvets budbärare (faktaboken s. 67)

SvAr till teStA Dig SJälv – kApitel 3

3.1 Lite förenklat kan man säga att en gen är ett ”recept” på en proteinmolekyl och som finns lagrad i DNA.

3.2 a DNA och RNA.

b En nukleotid är sammansatt av en fosfatgrupp, en monosackarid och en kvävebas. Hos nukleotiderna i DNA är kvävebasen C (cytosin), G (guanin), A (adenin) eller T (tymin). I RNA förekom-mer kvävebaserna C, G, A och U (ura-cil).

3.3 a DNA-molekylen kan beskrivas som en spiralvriden stege. Varje sida på stegen är en kedja av sockergrupper (deoxi-ribos) varvade med fosfatgrupper. Var och en av ”stegpinnarna” består av två kvävebaser. Det är antingen kväve-basen A och T eller C och G som är bundna till varandra i en ”stegpinne” (enligt bilden på sidan 51).

b En kromosom består av en DNA-mo-lekyl som är upprullad och tätt packad kring spolar av protein (histoner). 3.4 En viss aminosyra motsvarar tre

kväve-baser som finns intill varandra i en DNA-sträng. En sådan kombination av tre kvä-vebaser kallas triplett. Som exempel kan nämnas att tripletten C-G-T svarar mot aminosyran alanin (Ala).

3.6 a Bildning av mRNA med DNA som mall. b RNA-polymeras är ett enzym som öpp-nar DNA (bryter vätebindningarna mel-lan kvävebaserna) och kopplar sedan nukleotider till den ena DNA-strängens blottlagda kvävebaser. På så sätt bil-das mRNA som ett ”avtryck” av DNA. c Introner är sekvenser av kvävebaser

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 läm-nar cellkärnan och deltar i proteinsyn-tesen.

3.7 Translation innebär att den genetiska koden i mRNA ”översätts” till en sekvens av aminosyror som binds samman till ett protein.

3.8 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.

3.9 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

(9)

9

3.11 a Vid vanlig celldelning bildas två dot-terceller som båda har samma antal kromosomer (samma dubbla kromo-somuppsättning) som modercellen. Vid reduktionsdelning delar sig en moder-cell med dubbel kromosomuppsättning till två dotterceller som vardera får en-kel kromosomuppsättning. Könsceller bildas genom reduktionsdelning. b Vid befruktning förenas två könsceller.

Dessa måste ha enkel kromosomupp-sättning för att inte den nya individen ska få dubbelt så många kromosomer som sina föräldrar.

3.12 a Den kan ske snabbt och utan att indivi-der med olika kön behöver träffas. b Arvsanlag från olika individer blandas.

Det leder till variation hos avkomman (syskonen blir olika varandra), vilket ökar sannolikheten för att några ska vara välanpassade till miljön om denna förändras.

3.13 a En grupp av genetiskt identiska indivi-der (eller celler).

b Bladlöss som har uppstått genom jungfrufödsel och som har samma ”ur-moder”. Växter som har utvecklats från revor eller rotskott från samma moder-planta.

3.14 Mutationen sker kanske i en icke-kodan-de icke-kodan-del av en DNA-molekyl (i en icke-kodan-del som inte är reglerande eller kodar för protein).

3.15 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 ska-dade DNA-kedjan repareras och få rätt sekvens av kvävebaser.

3.16 För att en mutation ska gå i arv måste den ske i könsceller eller i celler som ger upphov till könsceller.

täNk Ut

3.17 Aminosyran Pro (prolin).

tA reDA pÅ

3.18 a Haploida hanceller finns i ståndarna, närmare bestämt i pollenkornen som bildas i ståndarna. Honceller finns i pistillernas fröämnen.

b Pollinering innebär att pollen överförs från ståndare till pistiller. Befruktning kan ske efter pollinering. Vid befrukt-ningen förenas hanceller (från pol-lenkornen) med honceller i pistillernas fröämnen (se sidan 167 i läroboken). 3.19 a Hemoglobin.

b De röda blodkropparna får felaktig form och blodets förmåga att transpor-tera syre försämras. Sjukdomen måste ärvas från båda föräldrarna för att ”bry-ta ut” (den muterade genen är reces-siv, se kapitel fyra). Om man ärver den muterade genen från endast en av sina föräldrar, får man alltså inte sjukdomen. Däremot får man ett visst skydd mot malaria. Därför har den muterade ge-nen ”levt kvar” i befolkningsgrupper i främst Afrika.