Cellen är den grundläggande enheten i en levande organism. I flercelliga organismer (organismer med mer än en cell) kallas en samling celler som arbetar tillsammans för att utföra liknande funktioner för en vävnad. I nästa högre organisationsnivå bildar olika vävnader som utför samordnade funktioner organ. Slutligen bildar organ som arbetar tillsammans för att utföra allmänna processer kroppssystem.
Celltyper
Flercelliga organismer innehåller ett stort antal högt specialiserade celler. Växter innehåller rotceller, bladceller och stamceller. Människor har hudceller, nervceller och könsceller. Varje typ av cell är uppbyggd för att utföra en mycket specialiserad funktion. Ofta avslöjar en undersökning av en cells struktur mycket om dess funktion i organismen. Vissa celler i tunntarmen har till exempel utvecklat mikrovilli (hår) som främjar absorptionen av livsmedel. Nervceller, eller neuroner, är en annan typ av specialiserad cell vars form avspeglar funktionen. Nervceller består av en cellkropp och långa fästen, så kallade axoner, som leder nervimpulser. Dendriterna är kortare fästen som tar emot nervimpulserna.
Sensoriska celler är celler som registrerar information från den yttre miljön och överför informationen till hjärnan. Sensoriska celler har ofta ovanliga former och strukturer som bidrar till deras funktion. Stavcellerna i ögats näthinna ser till exempel ut som ingen annan cell i människokroppen. Dessa celler är formade som en stav och har ett ljuskänsligt område som innehåller många skivor. I varje skiva finns ett särskilt ljuskänsligt pigment som fångar upp ljuset. När pigmentet tar emot ljus från den yttre miljön utlöses nervceller i ögat och skickar en nervimpuls till hjärnan. På detta sätt kan människan upptäcka ljus.
Celler kan dock också existera som encelliga organismer. De organismer som kallas protister är till exempel encelliga organismer. Exempel på protister är den mikroskopiska organismen Paramecium och den encelliga algen Chlamydomonas .
Prokaryoter och eukaryoter. Man känner igen två typer av celler i levande varelser: prokaryoter och eukaryoter. Ordet prokaryot betyder bokstavligen ”före kärnan”. Som namnet antyder är prokaryoter celler som inte har någon tydlig kärna. De flesta prokaryota organismer är encelliga, till exempel bakterier och alger.
Termen eukaryot betyder ”riktig kärna”. Eukaryoter har en tydlig kärna och tydliga organeller. En organell är en liten struktur som utför en specifik uppsättning funktioner i den eukaryota cellen. Dessa organeller hålls samman av membran. Förutom att de saknar en kärna saknar prokaryoter också dessa distinkta organeller.
Cellernas struktur och funktion
Den grundläggande strukturen hos alla celler, oavsett om de är prokaryoter eller eukaryoter, är densamma. Alla celler har ett yttre hölje som kallas plasmamembran. Plasmamembranet håller ihop cellen och tillåter passage av ämnen in i och ut ur cellen. Med några mindre undantag är plasmamembranen desamma hos prokaryoter och eukaryoter.
Det inre av båda typerna av celler kallas cytoplasma. Inom cytoplasman hos eukaryoter är cellorganellerna inbäddade. Som nämnts ovan innehåller cytoplasman hos prokaryoter inga organeller. Slutligen innehåller båda typerna av celler små strukturer som kallas ribosomer. Ribosomer är de platser i cellerna där proteiner produceras. (Proteiner är stora molekyler som är viktiga för alla levande cellers struktur och funktion). Ribosomer är inte avgränsade av membran och betraktas därför inte som organeller.
Ord att känna till
Cellvägg: Ett segt yttre hölje som ligger över plasmamembranet i bakterier och växtceller.
Cili: Korta utskjutande delar som täcker ytan på vissa celler och som möjliggör rörelse.
Cytoplasma: Den halvflytande substansen i en cell som innehåller organeller och omsluts av cellmembranet.
Cytoskelett: Nätverket av filament som ger en cell struktur och rörelse.
DNA (deoxyribonukleinsyra): Det genetiska materialet i cellkärnan som innehåller information för en organisms utveckling.
Endoplasmatiskt retikulum: Nätverket av membran som sträcker sig genom hela cellen och som är involverat i proteinsyntesen och lipidmetabolismen.
enzym: Ett av många komplexa proteiner som produceras av levande celler och som utlöser specifika biokemiska reaktioner.
Eukaryot: En cell som innehåller en tydlig kärna och organeller.
Flagellum: En piskliknande struktur som ger vissa celler rörelseförmåga.
Golgikropp: Organell som sorterar, modifierar och paketerar molekyler.
Membran: Ett tunt, flexibelt skikt av växt- eller djurvävnad som täcker, linjerar, separerar eller håller ihop eller förbinder delar av en organism.
Mitokondrion: Cellens kraftverk som innehåller de enzymer som behövs för att omvandla mat till energi.
Kärnhölje: Det dubbla membran som omger kärnan.
Kärnporen: Små öppningar som stupar kärnhöljet.
Nukleolus: Det mörkare området inom nukleolus där ribosomala underenheter tillverkas.
Kärnan: Kontrollcentrumet i en cell som innehåller DNA.
Organell: Ett membranbundet cellulärt ”organ” som utför en specifik uppsättning funktioner i en eukaryotisk cell.
Pili: Korta utskjutande delar som hjälper bakterier att fästa vid vävnader.
Plasmamembran: En cells membran.
Plastid: En vesikelliknande organell som finns i växtceller.
Prokaryot: En cell utan en riktig cellkärna.
Protein: Stora molekyler som är viktiga för alla levande cellers struktur och funktion.
Protist: En encellig eukaryotisk organism.
Ribosom: Ett protein som består av två underenheter och som fungerar vid proteinsyntesen.
Vacuole: En rymdfyllande organell i växtceller.
Vesikel: En membranbunden sfär som innehåller en mängd olika ämnen i celler.
Strukturen hos prokaryoter. Ett exempel på en typisk prokaryot är bakteriecellen. Bakterieceller kan vara formade som stavar, sfärer eller korkskruvar. Liksom alla celler avgränsas prokaryoter av ett plasmamembran. Plasmamembranet omges av en cellvägg. Hos vissa bakterier är cellväggen dessutom täckt av ett geléliknande material, en så kallad kapsel. Många sjukdomsframkallande bakterier har kapslar. Kapseln utgör ett extra skyddslager för bakterierna. Sjukdomsframkallande bakterier med kapslar tenderar att orsaka mycket allvarligare sjukdomar än bakterier utan kapslar.
I cytoplasman hos prokaryoter finns en nukleoid, ett område där cellens genetiska material lagras. (Generna bestämmer de egenskaper som förs vidare från en generation till nästa). Nukleoiden är inte en riktig kärna eftersom den inte är omgiven av ett membran. I cytoplasman finns också många ribosomer.
Fast på cellväggen hos vissa bakterier finns flageller, piskliknande strukturer som gör det möjligt för bakterierna att röra sig. Vissa bakterier har också pili, korta, fingerliknande utskjutningar som hjälper bakterierna att fästa vid vävnader. Bakterier kan inte orsaka sjukdomar om de inte kan fästa vid vävnader. Bakterier som orsakar lunginflammation fäster till exempel vid vävnaderna i lungan. Bakteriernas pili underlättar avsevärt denna fastläggning i vävnader. Därför är bakterier med pili, liksom bakterier med kapslar, ofta mer dödliga än bakterier utan pili.
Strukturen hos eukaryoter. De organeller som finns i eukaryoter omfattar membransystemet, som består av plasmamembran, endoplasmatiskt retikulum, Golgikroppen och vesiklar, kärnan, cytoskelettet och mitokondrier. Dessutom har växtceller särskilda organeller som inte finns i djurceller. Dessa organeller är kloroplasterna, cellväggen och vakuolerna. (Se ritningen av en växtcell på sidan 435.)
Plasmamembran. Cellens plasmamembran beskrivs ofta som selektivt genomsläppligt. Den termen betyder att vissa ämnen kan passera genom membranet men andra inte. Till exempel tillåts de produkter som bildas vid nedbrytning av livsmedel att passera in i en cell, och de avfallsprodukter som bildas i cellen tillåts passera ut ur cellen. Sedan 1960-talet har forskarna lärt sig mycket om hur plasmamembranet fungerar. Det visar sig att vissa material kan passera
)
genom små hål i membranet av sig själva. Andra får hjälp att passera genom membranet av molekyler som finns på ytan av och i själva membranet. Studiet av plasmamembranets struktur och funktion är ett av de mest fascinerande inom hela cellbiologin.
Endoplasmatiskt retikulum. Det endoplasmatiska retikulumet (ER) består av tillplattade ark, säckar och rör av membran som täcker hela ytan av en eukaryotisk cells cytoplasma. ER ser ut som ett mycket komplicerat tunnelbane- eller motorvägssystem. Den analogin är inte dålig, eftersom en viktig funktion för ER är att transportera material genom hela cellen.
Två typer av ER kan identifieras i en cell. Den ena typen kallas rough ER och den andra kallas smooth ER. Skillnaden mellan de två är att grov ER innehåller ribosomer på sin yttre yta, vilket ger den ett grovt eller kornigt utseende. Rough ER är involverad i processen för proteinsyntes (produktion) och transport. Proteiner som tillverkas på de ribosomer som är knutna till grovt ER modifieras, ”paketeras” och transporteras sedan till olika delar av cellen för användning. Vissa skickas till plasmamembranet, där de flyttas ut ur cellen och till andra delar av organismens kropp för att användas.
Smidig ER har många olika funktioner, bland annat tillverkning av lipider (fettliknande material), transport av proteiner och överföring av nervmeddelanden.
Golgikroppen. Golgikroppen är uppkallad efter sin upptäckare, den italienska 1800-talsforskaren Camillo Golgi (1843-1926). Den är en av de mest ovanligt formade organellerna. Golgikroppen, som ser ut ungefär som en stapel pannkakor, består av en hög membranomgärdade, tillplattade säckar. Runt Golgikroppen finns många små membranbundna vesiklar (partiklar). Golgikroppen och dess vesiklar har till uppgift att sortera, modifiera och förpacka stora molekyler som utsöndras av cellen eller används inom cellen för olika funktioner.
Golgikroppen kan jämföras med expeditions- och mottagningsavdelningen i ett stort företag. Varje Golgikropp inom en cell har en cis-yta, som liknar avdelningens mottagningsavdelning. Här tar Golgikroppen emot molekyler som tillverkats i det endoplasmatiska retikulumet. Golgikroppens transsida kan jämföras med avdelningens expeditionsavdelning. Det är den plats från vilken modifierade och förpackade molekyler transporteras till sina destinationer.
Vesiklar. Vesiklar är små, sfäriska partiklar som innehåller olika typer av molekyler. Vissa vesiklar används, som nämnts ovan, för att transportera molekyler från det endoplasmatiska retikulumet till Golgikroppen och från Golgikroppen till olika destinationer. Särskilda typer av vesiklar fyller även andra funktioner. Lysosomer är vesiklar som innehåller enzymer som är involverade i cellulär matsmältning. Vissa protister, till exempel, slukar andra celler för att få mat. I en process som kallas fagocytos (uttalas FA-go-sy-to-sis) omger prosten en matpartikel och slukar den i en vesikel. Denna vesikel som innehåller föda transporteras i protistens cytoplasma tills den kommer i kontakt med en lysosom. Livsmedelsvesikeln och lysosomen smälter samman och enzymerna i lysosomen frigörs i livsmedelsvesikeln. Enzymerna bryter ner födan i mindre delar som prosten kan använda.
Kärnan. Kärnan är cellens kontrollcentrum. I ett mikroskop ser kärnan ut som en mörk klump, med ett mörkare område, kallat nukleolus, centrerat inom den. Nucleolus är den plats där delar av ribosomerna tillverkas. Kärnan omges av ett dubbelt membran som kallas kärnhölje. Kärnhöljet är täckt av små öppningar som kallas kärnporer.
Kärnan styr all cellulär verksamhet genom att kontrollera syntesen av proteiner. Proteiner är kritiska kemiska föreningar som styr nästan allt som cellerna gör. Dessutom utgör de det material som cellerna och själva celldelarna tillverkas av.
Instruktionerna för att tillverka proteiner lagras inne i kärnan i en spiralformad molekyl som kallas desoxyribonukleinsyra, eller DNA. DNA-molekyler skiljer sig från varandra på grundval av vissa kemiska enheter, så kallade kvävebaser, som de innehåller. Det sätt på vilket kvävebaserna är arrangerade i en given DNA-molekyl bär ett specifikt genetiskt ”budskap”. Ett arrangemang av kvävebaser kan bära instruktionen ”Gör protein A”, ett annat arrangemang av baser kan bära budskapet ”Gör protein B”, ett tredje arrangemang kan koda för budskapet ”Gör protein C” och så vidare.
Det första steget i proteinsyntesen börjar i kärnan. I kärnan översätts DNA till en molekyl som kallas budbärarribonukleinsyra (mRNA). MRNA lämnar sedan kärnan genom kärnporerna. Väl i cytoplasman fäster mRNA vid ribosomer och inleder proteinsyntesen. De proteiner som tillverkas på ribosomerna kan användas inom samma cell eller skickas ut ur cellen genom plasmamembranet för att användas av andra celler.
Cytoskelettet. Cytoskelettet är cellens skelettstomme. Istället för ben består cellens skelett dock av tre typer av proteinfilament som bildar nätverk. Dessa nätverk ger cellen form och möjliggör cellens rörelse. De tre typerna av cytoskelettfibrer är mikrotubuli, aktinfilament och intermediära filament.
Mikrotubuli är mycket tunna, långa rör som bildar ett nätverk av ”spår” över vilka olika organeller rör sig i cellen. Mikrotubuli bildar också små, parvisa strukturer som kallas centrioler i djurceller. Dessa strukturer betraktas inte som organeller eftersom de inte är avgränsade av membran. Centrioler är involverade i celldelningsprocessen (reproduktion).
Vissa eukaryota celler rör sig med hjälp av mikrotubuli som är fästade på utsidan av plasmamembranet. Dessa mikrotubuli kallas flageller och cilier. Celler med cilier har också viktiga funktioner i människokroppen. Luftvägarna hos människor och andra djur är fodrade med sådana celler som sopar skräp och bakterier uppåt, ut ur lungorna och in i svalget. Där hostas skräpet antingen ur halsen eller sväljs in i matsmältningskanalen, där matsmältningsenzymer förstör skadliga bakterier.
Aktinfilamenten är särskilt framträdande i muskelceller, där de ser till att muskelvävnad dras samman. Intermediära filament är relativt starka och används ofta för att förankra organeller på plats i cytoplasman.
.)
Mitokondrier. Mitokondrierna är cellernas kraftverk. Varje korvformad mitokondrie är täckt av ett yttre membran. Det inre membranet i en mitokondrion är vikt i fack som kallas cristae (vilket betyder ”låda”). Matrisen, eller det inre utrymme som skapas av cristae, innehåller de enzymer som behövs för de många kemiska reaktioner som slutligen omvandlar matmolekyler till energi.
Växtorganeller. Växtceller har flera organeller som inte finns i djurceller. Till dessa hör plastider, vakuoler och en cellvägg.
Plastider är organeller av vesikeltyp som utför en mängd olika funktioner i växter. Amyloplaster lagrar till exempel stärkelse och kromoplaster lagrar pigmentmolekyler som ger vissa växter sina livliga orange och gula färger. Kloroplaster är plastider som utför fotosyntesen, en process där vatten och koldioxid omvandlas till sockerarter.
Vacuoler är stora vesiklar som är bundna av ett enda membran. I många växtceller upptar de cirka 90 procent av cellutrymmet. De utför en mängd olika funktioner i cellen, bland annat lagring av organiska föreningar, avfallsprodukter, pigment och giftiga föreningar samt matsmältningsfunktioner.
Alla växtceller har en cellvägg som omger plasmamembranet. Växternas cellvägg består av ett segt kolhydratämne som kallas cellulosa som läggs ner i ett medium eller nätverk av andra kolhydrater. (En kolhydrat är en förening bestående av kol, väte och syre som finns i växter och som används som föda av människor och andra djur). Cellväggen utgör ett extra skyddslager mellan cellens innehåll och den yttre miljön. Den knapriga karaktären hos ett äpple, till exempel, tillskrivs förekomsten av dessa cellväggar.