Cellen er den grundlæggende enhed i en levende organisme. I flercellede organismer (organismer med mere end én celle) kaldes en samling af celler, der arbejder sammen om at udføre lignende funktioner, for et væv. På det næste højere organisationsniveau udgør forskellige væv, der udfører koordinerede funktioner, organer. Endelig udgør organer, der arbejder sammen om at udføre generelle processer, kropssystemer.
Celtyper
Flercellede organismer indeholder en lang række højt specialiserede celler. Planter indeholder rodceller, bladceller og stamceller. Mennesker har hudceller, nerveceller og kønsceller. Hver type celle er opbygget til at udføre en højt specialiseret funktion. Ofte afslører en undersøgelse af en celles struktur meget om dens funktion i organismen. For eksempel har visse celler i tyndtarmen udviklet mikrovilli (hår), som fremmer optagelsen af fødevarer. Nerveceller, eller neuroner, er en anden slags specialiserede celler, hvis form afspejler deres funktion. Nerveceller består af en cellekrop og lange vedhæftede dele, kaldet axoner, der leder nerveimpulser. Dendritter er kortere vedhæftede dele, der modtager nerveimpulser.
Sensoriske celler er celler, der registrerer information fra det ydre miljø og sender denne information til hjernen. Sensoriske celler har ofte usædvanlige former og strukturer, som bidrager til deres funktion. Stavcellerne i øjets nethinde ligner f.eks. ingen andre celler i menneskekroppen. Disse celler er formet som en stav og har et lysfølsomt område, der indeholder mange skiver. I hver skive er der indlejret et særligt lysfølsomt pigment, som fanger lyset. Når pigmentet modtager lys fra det ydre miljø, udløses nerveceller i øjet, som sender en nerveimpuls til hjernen. På denne måde er mennesket i stand til at registrere lys.
Celler kan dog også eksistere som encellede organismer. De organismer, der kaldes protister, er f.eks. encellede organismer. Som eksempler på protister kan nævnes den mikroskopiske organisme kaldet Paramecium og den encellede alge kaldet Chlamydomonas .
Prokaryoter og eukaryoter. Der kendes to celletyper i levende væsener: prokaryoter og eukaryoter. Ordet prokaryot betyder bogstaveligt talt “før kernen”. Som navnet antyder, er prokaryoter celler, der ikke har nogen særskilt kerne. De fleste prokaryote organismer er encellede organismer, f.eks. bakterier og alger.
Udtrykket eukaryot betyder “ægte kerne”. Eukaryoter har en særskilt kerne og særskilte organeller. En organel er en lille struktur, der udfører et bestemt sæt af funktioner i den eukaryote celle. Disse organeller holdes sammen af membraner. Ud over at de ikke har en kerne, mangler prokaryoter også disse særskilte organeller.
Cellens struktur og funktion
Den grundlæggende struktur for alle celler, uanset om de er prokaryoter eller eukaryoter, er den samme. Alle celler har en ydre belægning, der kaldes en plasmamembran. Plasmamembranen holder cellen sammen og tillader, at stoffer kan passere ind og ud af cellen. Med nogle få mindre undtagelser er plasmamembranerne de samme hos prokaryoter og eukaryoter.
Det indre af begge typer celler kaldes cytoplasmaet. Inden for cytoplasmaet hos eukaryoter er de cellulære organeller indlejret. Som nævnt ovenfor indeholder cytoplasmaet hos prokaryoter ingen organeller. Endelig indeholder begge celletyper små strukturer, der kaldes ribosomer. Ribosomer er de steder i cellerne, hvor der produceres proteiner. (Proteiner er store molekyler, der er afgørende for alle levende cellers struktur og funktion). Ribosomer er ikke afgrænset af membraner og anses derfor ikke for at være organeller.
Ord at kende
Cellevæg: En hård ydre belægning, der ligger over plasmamembranen i bakterier og planteceller.
Cilia: Korte fremspring, der dækker overfladen af nogle celler og sørger for bevægelse.
Cytoplasma: Den halvflydende substans i en celle, der indeholder organeller og er omsluttet af cellemembranen.
Cytoskelet: Netværket af filamenter, der sørger for en celles struktur og bevægelse.
DNA (deoxyribonukleinsyre): DNA (deoxyribonukleinsyre): Det genetiske materiale i cellens kerne, der indeholder oplysninger om en organismes udvikling.
Endoplasmatisk retikulum: Det netværk af membraner, der strækker sig gennem hele cellen og er involveret i proteinsyntese og lipidmetabolisme.
Enzym: Et af de mange komplekse proteiner, som produceres af levende celler og sætter gang i specifikke biokemiske reaktioner.
Eukaryot: En celle, der indeholder en særskilt kerne og organeller.
Flagellum: En piskelignende struktur, der sørger for bevægelse i nogle celler.
Golgi-legeme: Organelle, der sorterer, modificerer og pakker molekyler.
Membran: Et tyndt, fleksibelt lag af vegetabilsk eller animalsk væv, der dækker, beklæder, adskiller, adskiller eller holder sammen eller forbinder dele af en organisme.
Mitokondrion: Mitokondrion: Cellens kraftcenter, der indeholder de enzymer, der er nødvendige for at omdanne føde til energi.
Kernehinde: Den dobbelte membran, der omgiver kernen.
Kerneporen: Bittesmå åbninger, der stikker i kerneomslaget.
Nukleolus: Det mørkere område i kerneolien, hvor ribosomale underenheder fremstilles.
Nucleus: Kerne: Kontrolcentret i en celle, der indeholder DNA’et.
Organel: Et membranafgrænset cellulært “organ”, der udfører et bestemt sæt funktioner i en eukaryote celle.
Pili: Korte fremspring, der hjælper bakterier med at sætte sig fast på væv.
Plasmamembran: Cellemembranen i en celle.
Plastid: Plastid: En blærelignende organel, der findes i planteceller.
Prokaryot: Prokaryot: En celle uden en egentlig kerne.
Protein: Store molekyler, der er afgørende for alle levende cellers struktur og funktion.
Protist: En encellet eukaryote organisme.
Ribosom: Ribosom: Et protein bestående af to underenheder, der fungerer i forbindelse med proteinsyntese.
Vacuole: En rumfyldende organel i planteceller.
Vesikel: En membranbunden kugle, der indeholder en række forskellige stoffer i celler.
Struktur hos prokaryoter. Et eksempel på en typisk prokaryot er bakteriecellen. Bakterieceller kan være formet som stave, kugler eller proptrækker. Som alle celler er prokaryoter afgrænset af en plasmamembran. Denne plasmamembran er omgivet af en cellevæg. Hos nogle bakterier er cellevæggen desuden beklædt med et geléagtigt materiale, en såkaldt kapsel. Mange sygdomsfremkaldende bakterier har kapsler. Kapslen udgør et ekstra beskyttelseslag for bakterierne. Patogene bakterier med kapsler har en tendens til at forårsage meget mere alvorlige sygdomme end bakterier uden kapsler.
I cytoplasmaet hos prokaryoter findes en nukleoid, et område, hvor cellens genetiske materiale er lagret. (Generne bestemmer de egenskaber, der videregives fra den ene generation til den næste). Nukleoidet er ikke en rigtig kerne, fordi det ikke er omgivet af en membran. I cytoplasmaet findes der også mange ribosomer.
Fastgjort til cellevæggen hos nogle bakterier er flageller, piskelignende strukturer, som gør det muligt for bakterierne at bevæge sig. Nogle bakterier har også pili, korte, fingerlignende fremspring, der hjælper bakterierne med at fæstne sig til væv. Bakterier kan ikke forårsage sygdom, hvis de ikke kan sætte sig fast på væv. Bakterier, der f.eks. forårsager lungebetændelse, sætter sig fast på lungevævet. Bakteriernes pili letter i høj grad denne fasthæftning til vævene. Derfor er bakterier med pili, ligesom bakterier med kapsler, ofte mere dødbringende end bakterier uden pili.
Strukturen af eukaryoter. De organeller, der findes i eukaryoter, omfatter membransystemet, der består af plasmamembranen, det endoplasmatiske retikulum, Golgi-legemet og vesikler; kernen; cytoskelettet; og mitokondrier. Desuden har planteceller særlige organeller, som ikke findes i dyreceller. Disse organeller er kloroplaster, cellevæg og vakuoler. (Se tegningen af en plantecelle på side 435.)
Plasmamembran. Cellens plasmamembran beskrives ofte som selektivt permeabel. Dette udtryk betyder, at nogle stoffer er i stand til at passere membranen, men andre er ikke i stand til at passere den. F.eks. kan de produkter, der dannes ved nedbrydning af fødevarer, passere ind i en celle, og de affaldsprodukter, der dannes i cellen, kan passere ud af cellen. Siden 1960’erne har forskerne lært en hel del om, hvordan plasmamembranen fungerer. Det viser sig, at nogle materialer er i stand til at passere
)
gennem små huller i membranen af sig selv. Andre får hjælp til at passere gennem membranen af molekyler, der befinder sig på overfladen af og i selve membranen. Studiet af plasmamembranens struktur og funktion er et af de mest fascinerende inden for hele cellebiologien.
Endoplasmatisk retikulum. Det endoplasmatiske retikulum (ER) består af fladtrykte plader, sække og rør af membran, der dækker hele udstrækningen af en eukaryote celles cytoplasma. ER’et ligner et meget komplekst undergrundsbane- eller motorvejssystem. Den analogi er ikke dårlig, da en af ER’s vigtigste funktioner er at transportere materialer gennem hele cellen.
Der kan identificeres to slags ER i en celle. Den ene type kaldes rough ER og den anden kaldes smooth ER. Forskellen mellem de to er, at ru ER indeholder ribosomer på sin yderside, hvilket giver den et ru eller grynet udseende. Rough ER er involveret i processen med proteinsyntese (produktion) og transport. Proteiner, der fremstilles på ribosomer, som er knyttet til ru ER, modificeres, “pakkes” og sendes derefter til forskellige dele af cellen til brug. Nogle sendes til plasmamembranen, hvor de flyttes ud af cellen og ind i andre dele af organismens krop til brug.
Glat ER har mange forskellige funktioner, herunder fremstilling af lipider (fedtlignende materialer), transport af proteiner og overførsel af nervebeskeder.
Golgi-legemet. Golgi-legemet er opkaldt efter sin opdager, den italienske videnskabsmand Camillo Golgi (1843-1926) fra det nittende århundrede. Det er en af de mest usædvanligt formede organeller. Golgi-legemet ligner lidt en stak pandekager og består af en bunke af membranomkransede, fladtrykte sække. Omkring Golgi-legemet er der mange små membranomkransede vesikler (partikler). Golgi-legemet og dets vesikler har til opgave at sortere, modificere og pakke store molekyler, der udskilles af cellen eller anvendes i cellen til forskellige funktioner.
Golgi-legemet kan sammenlignes med forsendelses- og modtageafdelingen i en stor virksomhed. Hvert Golgi-legeme i en celle har en cis-flade, som svarer til afdelingens modtageafdeling. Her modtager Golgi-legemet molekyler, der er fremstillet i det endoplasmatiske retikulum. Golgi-legemets trans-side kan sammenlignes med forsendelsesafdelingen i afdelingen. Det er det sted, hvorfra modificerede og pakkede molekyler transporteres til deres bestemmelsessted.
Vesikler. Vesikler er små, kugleformede partikler, der indeholder forskellige slags molekyler. Nogle vesikler bruges som nævnt ovenfor til at transportere molekyler fra det endoplasmatiske retikulum til Golgi-legemet og fra Golgi-legemet til forskellige bestemmelsessteder. Særlige typer vesikler udfører også andre funktioner. Lysosomer er vesikler, der indeholder enzymer, der er involveret i cellens fordøjelse. Nogle protister opsluger f.eks. andre celler for at finde føde. I en proces, der kaldes fagocytose (udtales FA-go-sy-to-sis), omgiver protisten en fødepartikel og opsluger den i en vesikel. Denne fødevareblære transporteres i protistens cytoplasma, indtil den kommer i kontakt med et lysosom. Fødeblæren og lysosomet smelter sammen, og enzymerne i lysosomet frigives i fødeblæren. Enzymerne nedbryder føden i mindre dele, som protisten kan bruge.
Kernen. Kernen er cellens kontrolcenter. Under et mikroskop ligner kernen en mørk klat med et mørkere område, kaldet nucleolus, centreret indeni. Nukleolus er det sted, hvor dele af ribosomer fremstilles. Kernen er omgivet af en dobbeltmembran, der kaldes kernehulen. Kernehindekuverten er dækket af små åbninger, der kaldes kerneporer.
Kernen styrer alle celleaktiviteter ved at kontrollere syntesen af proteiner. Proteiner er vigtige kemiske forbindelser, der styrer næsten alt, hvad cellerne gør. Desuden udgør de det materiale, som celler og celledele selv er lavet af.
Instruktionerne til fremstilling af proteiner er gemt inde i kernen i et spiralformet molekyle kaldet deoxyribonukleinsyre eller DNA. DNA-molekyler adskiller sig fra hinanden på grundlag af visse kemiske enheder, kaldet nitrogenbaser, som de indeholder. Den måde, hvorpå nitrogenbaserne er anbragt i et givet DNA-molekyle, bærer et specifikt genetisk “budskab”. Et arrangement af nitrogenbaser kan bære instruktionen “Lav protein A”, et andet arrangement af baser kan bære budskabet “Lav protein B”, et tredje arrangement kan kode for budskabet “Lav protein C” og så videre.
Det første trin i proteinsyntesen begynder i kernen. I kernen oversættes DNA til et molekyle kaldet messenger ribonukleinsyre (mRNA). MRNA forlader derefter kernen gennem kerneporerne. Når mRNA er i cytoplasmaet, knytter det sig til ribosomer og sætter gang i proteinsyntesen. De proteiner, der fremstilles på ribosomer, kan anvendes inden for den samme celle eller sendes ud af cellen gennem plasmamembranen til brug for andre celler.
Cytoskelettet. Cytoskelettet er cellens skeletstruktur. I stedet for knogler består cellens skelet dog af tre slags proteinfilamenter, der danner netværk. Disse netværk giver cellen form og sørger for cellens bevægelse. De tre typer cytoskeletfibre er mikrotubuli, aktinfilamenter og intermediære filamenter.
Mikrotubuli er meget tynde, lange rør, der danner et netværk af “spor”, over hvilke forskellige organeller bevæger sig i cellen. Mikrotubuli danner også små, parvise strukturer kaldet centrioler i dyreceller. Disse strukturer betragtes ikke som organeller, fordi de ikke er afgrænset af membraner. Centrioler er involveret i celledelingsprocessen (reproduktion).
Nogle eukaryote celler bevæger sig rundt ved hjælp af mikrotubuli, der er fastgjort på ydersiden af plasmamembranen. Disse mikrotubuli kaldes flageller og cilia. Celler med cilier udfører også vigtige funktioner i menneskekroppen. Luftvejene hos mennesker og andre dyr er beklædt med sådanne celler, der fejer affald og bakterier opad, ud af lungerne og ind i svælget. Her hostes affaldet enten ud af halsen eller synkes ned i fordøjelseskanalen, hvor fordøjelsesenzymer ødelægger skadelige bakterier.
Actinfilamenter er særligt fremtrædende i muskelceller, hvor de sørger for sammentrækning af muskelvævet. Mellemfilamenter er relativt stærke og bruges ofte til at forankre organeller på plads i cytoplasmaet.
.)
Mitokondrier. Mitokondrierne er cellernes kraftværker. Hver pølseformet mitokondrion er dækket af en ydre membran. Den indre membran i en mitokondrion er foldet i rum kaldet cristae (der betyder “kasse”). Matrixen, eller det indre rum, der er skabt af cristae, indeholder de enzymer, der er nødvendige for de mange kemiske reaktioner, som i sidste ende omdanner fødevaremolekyler til energi.
Planteorganeller. Planteceller har flere organeller, som ikke findes i dyreceller. Disse omfatter plastider, vakuoler og en cellevæg.
Plastider er organeller af blæretype, som udfører en række forskellige funktioner i planter. F.eks. lagrer amyloplaster stivelse, og kromoplaster lagrer pigmentmolekyler, som giver nogle planter deres levende orange og gule farver. Kloroplaster er plastider, der udfører fotosyntese, en proces, hvor vand og kuldioxid omdannes til sukkerstoffer.
Vacuoler er store vesikler, der er bundet af en enkelt membran. I mange planteceller optager de omkring 90 procent af cellepladsen. De udfører en række forskellige funktioner i cellen, herunder opbevaring af organiske forbindelser, affaldsprodukter, pigmenter og giftige forbindelser samt fordøjelsesfunktioner.
Alle planteceller har en cellevæg, der omgiver plasmamembranen. Planternes cellevæg består af et sejt kulhydratstof kaldet cellulose, der er lagt ned i et medium eller netværk af andre kulhydrater. (Et kulhydrat er en forbindelse bestående af kulstof, brint og ilt, som findes i planter og bruges som føde af mennesker og andre dyr). Cellevæggen udgør et ekstra beskyttelseslag mellem cellens indhold og det ydre miljø. Æblets sprødhed skyldes f.eks. tilstedeværelsen af disse cellevægge.