Free Press

Celldefinition

Celler är livets grundläggande enhet. I den moderna världen är de den minsta kända världen som utför alla livets funktioner. Alla levande organismer är antingen enskilda celler eller är flercelliga organismer som består av många celler som arbetar tillsammans.

Celler är den minsta kända enheten som kan utföra alla dessa funktioner. De definierande egenskaper som gör det möjligt för en cell att utföra dessa funktioner är bland annat:

Nedan kommer vi att diskutera de funktioner som cellerna måste uppfylla för att möjliggöra livet, och hur de uppfyller dessa funktioner.

Cellernas funktion

Vetenskapsmännen definierar sju funktioner som måste uppfyllas av en levande organism. Dessa är:

1. En levande organism måste reagera på förändringar i sin omgivning.
2. En levande organism måste växa och utvecklas under hela sin livstid.
3. En levande organism måste kunna reproducera sig själv, eller göra kopior av sig själv.
4. En levande organism måste ha en metabolism.
5. En levande varelse måste upprätthålla homeostas, eller hålla sin inre miljö oförändrad oavsett förändringar utifrån.
6. En levande varelse måste bestå av celler.
7. En levande varelse måste överföra egenskaper till sin avkomma.

Det är cellernas biologi som gör att levande varelser kan utföra alla dessa funktioner. Nedan diskuterar vi hur de gör livets funktioner möjliga.

Hur celler fungerar

För att kunna utföra dem måste de ha:

• Ett cellmembran som skiljer cellens insida från utsidan. Genom att koncentrera livets kemiska reaktioner inom ett litet område i ett membran gör cellerna det möjligt för livets reaktioner att fortskrida mycket snabbare än vad de annars skulle göra.
• Genetiskt material som kan överföra egenskaper till cellens avkomma. För att kunna reproducera sig måste organismer se till att deras avkomma har all den information som de behöver för att kunna utföra livets alla funktioner. alla moderna celler åstadkommer detta med hjälp av DNA, vars basparningsegenskaper gör det möjligt för cellerna att göra exakta kopior av cellens ”ritningar” och ”operativsystem”. Vissa forskare tror att de första cellerna kan ha använt RNA i stället.
• Proteiner som utför en mängd olika strukturella, metaboliska och reproduktiva funktioner.
  Det finns otaliga olika funktioner som cellerna måste utföra för att få energi och för att reproducera sig.
  Beroende på cellen kan exempel på dessa funktioner vara fotosyntes, bryta ner socker, förflytta sig, kopiera sitt eget DNA, låta vissa ämnen passera genom cellmembranet medan andra hålls borta, etc.
  Proteiner är uppbyggda av aminosyror, som är som biokemins ”Lego”. Aminosyror finns i olika storlekar, olika former och med olika egenskaper som polaritet, jonladdning och hydrofobicitet.
  Då cellerna sätter ihop aminosyror utifrån instruktionerna i sitt genetiska material kan de skapa ett biokemiskt maskineri för att utföra nästan vilken funktion som helst.
  Vissa forskare tror att de första cellerna kanske använde RNA för att utföra vissa livsviktiga funktioner, och sedan övergick till mycket mångsidigare aminosyror för att utföra jobbet som ett resultat av en mutation.

De olika celltyperna som vi kommer att diskutera nedan har olika sätt att utföra dessa funktioner.

Celltyper

På grund av de miljontals olika arter av liv på jorden, som växer och förändras successivt med tiden, finns det otaliga skillnader mellan de oräkneliga existerande celltyperna.

Här kommer vi dock att titta på de två huvudtyperna av celler, och två viktiga underkategorier av varje.

Prokaryoter

Prokaryoter är den enklare och äldre av de två huvudtyperna av celler. Prokaryoter är encelliga organismer. Bakterier och arkebakterier är exempel på prokaryota celler.

Prokaryota celler har ett cellmembran och ett eller flera lager av ytterligare skydd mot den yttre miljön. Många prokaryoter har ett cellmembran av fosfolipider, omslutet av en cellvägg av ett styvt socker. Cellväggen kan vara omsluten av en annan tjock ”kapsel” gjord av sockerarter.

Många prokaryota celler har också cilier, svansar eller andra sätt på vilka cellen kan styra sin rörelse.

Dessa egenskaper, liksom cellväggen och kapseln, återspeglar att prokaryota celler klarar sig själva i miljön. De ingår inte i en flercellig organism, som kan ha hela lager av celler som ägnar sig åt att skydda andra celler från omgivningen eller åt att skapa rörelse.

Prokaryotiska celler har en enda kromosom som innehåller allt viktigt arvsmaterial och alla driftsinstruktioner för cellen. Denna enda kromosom är vanligtvis rund. Det finns ingen kärna eller några andra inre membran eller organeller. Kromosomen svävar bara i cellens cytoplasma.

Det kan finnas ytterligare genetiska egenskaper och information i andra genenheter i cytoplasman, så kallade ”plasmider”, men dessa är vanligtvis gener som förs fram och tillbaka av prokaryoter genom ”horisontell genöverföring”, vilket innebär att en cell ger genetiskt material till en annan. Plasmider innehåller icke-essentiellt DNA som cellen kan leva utan och som inte nödvändigtvis förs vidare till avkomman.

När en prokaryotisk cell är redo att reproducera sig gör den en kopia av sin enda kromosom. Sedan delar sig cellen på mitten och delar upp en kopia av sin kromosom och ett slumpmässigt urval av plasmider på varje dottercell.

Det finns två huvudtyper av prokaryoter som forskarna hittills har känt till: arkebakterier, som är en mycket gammal livslinje med vissa biokemiska skillnader från bakterier och eukaryoter, och bakterier, som ibland kallas ”eubakterier” eller ”äkta bakterier” för att skilja dem från arkebakterier.

Bakterier tros vara mer ”moderna” ättlingar till arkebakterier.

Båda familjerna har ”bakterier” i namnet eftersom man inte förstod skillnaderna mellan dem innan man uppfann moderna biokemiska och genetiska analysmetoder.

När forskarna började undersöka prokaryoternas biokemi och genetik i detalj upptäckte de dessa två mycket olika grupper, som troligen har olika släktskap med eukaryoter och olika utvecklingshistoria!

Vissa forskare anser att eukaryoter som människor är närmare besläktade med bakterier, eftersom eukaryoter har en liknande cellmembrankemi som bakterier. Andra tror att arkebakterier är närmare besläktade med oss eukaryoter, eftersom de använder liknande proteiner för att reproducera sina kromosomer.

Även andra tror att vi kan härstamma från båda – att eukaryota celler kan ha uppstått när arkebakterier började leva inuti en bakteriecell, eller tvärtom! Detta skulle förklara hur vi har viktiga genetiska och kemiska egenskaper från båda, och varför vi har flera inre avdelningar som kärnan, kloroplasterna och mitokondrierna!

Eukaryoter

Eukaryota celler anses vara den modernaste större celltypen. Alla flercelliga organismer, inklusive du, din katt och dina krukväxter, är eukaryoter. Eukaryota celler verkar ha ”lärt” sig att samarbeta för att skapa flercelliga organismer, medan prokaryoter verkar vara oförmögna att göra detta.

Eukaryota celler har vanligtvis mer än en kromosom, som innehåller stora mängder genetisk information. Inom kroppen av en flercellig organism kan olika gener inom dessa kromosomer vara ”på” och ”av”, vilket möjliggör celler som har olika egenskaper och utför olika funktioner inom samma organism.

Eukaryotiska celler har också ett eller flera inre membran, vilket har lett forskarna till slutsatsen att eukaryotiska celler troligen utvecklades när en eller flera typer av prokaryoter började leva i symbiotiska förhållanden inne i andra celler.

Organeller med inre membran som finns i eukaryota celler inkluderar vanligtvis:

• För djurceller – Mitokondrier, som frigör energin från socker och omvandlar den till ATP på ett extremt effektivt sätt.
  Mitokondrier har till och med ett eget DNA, skilt från cellernas kärn-DNA, vilket ger ytterligare stöd för teorin om att de tidigare var oberoende bakterier.
• För växtceller – Kloroplaster, som utför fotosyntesen och gör ATP och socker av solljus och luft.
  Kloroplasterna har också sitt eget DNA, vilket tyder på att de kan ha sitt ursprung som fotosyntetiska bakterier.
• Nukleus – I eukaryota celler innehåller kärnan de väsentliga DNA-ritningarna och driftsinstruktionerna för cellen.
  Kärnans hölje tros utgöra ett extra skyddslager för DNA:t mot gifter eller inkräktare som kan skada det.
  Det är okänt om kärnan också kan ha varit en endosymbiotisk prokaryot en gång i tiden, eller om dess membran helt enkelt har utvecklats som ett extra skyddslager för cellens DNA.
• Endoplasmatiska retikulumet – Detta komplexa inre membran är en viktig plats där proteiner skapas för cellerna. Det endoplasmatiska retikulumets evolutionära ursprung är inte känt.
• Golgiapparaten – Detta inre membrankomplex kan ses som endoplasmatiska retikulumets ”postkontor”. Det tar emot proteiner från ER, paketerar och ”etiketterar” dem genom att fästa sockerarter vid behov och skickar dem sedan iväg till sin slutdestination!
• Övrigt – Många eukaryota celler kan skapa tillfälliga inre membran-”säckar”, så kallade ”vakuoler”, för att lagra avfall eller för att förpacka viktiga material.
  Vissa celler har t.ex. speciella vakuoler, så kallade ”lysosomer”, som är fulla av frätande ämnen och matsmältningsenzymer. Cellerna dumpar helt enkelt sitt ”skräp” i lysosomerna, där den hårda miljön bryter ner dem till enklare komponenter som kan återanvändas!

Exempel på celler

Archaebakterier

Som nämnts ovan är archaebakterier en mycket gammal form av prokaryota celler. Biologer placerar dem faktiskt i en egen ”domän” av liv, skild från andra bakterier.

De viktigaste sätten på vilka arkebakterier skiljer sig från andra bakterier är bland annat:

Archaebakteriernas unika kemiska egenskaper gör att de kan leva i extrema miljöer, såsom överhettat vatten, extremt salt vatten och vissa miljöer som är giftiga för alla andra livsformer.

Vetenskapsmännen blev under de senaste åren mycket entusiastiska över upptäckten av Lokiarchaeota – en typ av arkebakterier som delar många gener med eukaryoter som aldrig tidigare hade hittats i prokaryota celler!

Det anses nu att Lokiarchaeota kan vara vår närmaste levande släkting i den prokaryota världen.

Bakterier

Du känner troligen till den typ av bakterier som kan göra dig sjuk. Vanliga patogener som Streptococcus och Staphylococcus är faktiskt prokaryotiska bakterieceller.

Men det finns också många typer av nyttiga bakterier – bland annat de som bryter ner dött avfall för att förvandla onödiga material till bördig jord och bakterier som lever i vår egen matsmältningskanal och hjälper oss att smälta maten.

Bakterieceller kan vanligen hittas i symbiotiska förhållanden med flercelliga organismer som vi själva, i jorden och överallt där det inte är för extremt för dem att leva!

Växtceller

Växtceller är eukaryota celler som är en del av flercelliga, fotosyntetiska organismer.

Plantceller har kloroplastorganeller som innehåller pigment som absorberar ljusfotoner och skördar energin från dessa fotoner.

Kloroplaster har den anmärkningsvärda förmågan att förvandla ljusenergi till cellbränsle, och använder denna energi för att ta upp koldioxid från luften och förvandla den till sockerarter som kan användas av levande varelser som bränsle eller byggnadsmaterial.

Förutom att ha kloroplaster har växtceller också vanligtvis en cellvägg gjord av ett styvt socker, för att göra det möjligt för växtvävnader att bibehålla sina upprättstående strukturer som blad, stammar och trädstammar.

Plantceller har också de vanliga eukaryotiska organellerna, inklusive en kärna, ett endoplasmatiskt retikulum och en Golgiapparat.

Djurceller

För den här övningen ska vi titta på en typ av djurcell som är av stor betydelse för dig: din egen levercell.

Som alla djurceller har den mitokondrier som utför cellandning, där syre och socker omvandlas till stora mängder ATP för att driva cellfunktioner.

Den har också samma organeller som de flesta djurceller: en kärna, endoplasmatiskt retikulum, Golgi-apparat etc.

Men som en del av en flercellig organism uttrycker din levercell också unika gener, som ger den unika egenskaper och förmågor.

I synnerhet leverceller innehåller enzymer som bryter ner många gifter, vilket gör att levern kan rena ditt blod och bryta ner farligt kroppsavfall.

Levercellen är ett utmärkt exempel på hur flercelliga organismer kan bli mer effektiva genom att olika celltyper arbetar tillsammans.

Din kropp skulle inte kunna överleva utan leverceller som bryter ner vissa gifter och avfallsprodukter, men levercellen i sig skulle inte kunna överleva utan nerv- och muskelceller som hjälper dig att hitta mat och en matsmältningsapparat som bryter ner maten till lättsmält socker.

Och alla dessa celltyper innehåller informationen för att skapa alla andra celltyper! Det är helt enkelt en fråga om vilka gener som sätts på eller stängs av under utvecklingen.

• Epigenetik – Den process genom vilken gener sätts på eller stängs av genom att lägga till eller ta bort kemiska grupper från delar av kromosomen.
• Eukaryoter – Komplexa celler med flera kromosomer och inre organeller som mitokondrier, kloroplaster och kärnor.
• Prokaryoter – Encelliga organismer med en enkel struktur som vanligtvis har en kromosom och inga inre organeller.

Quiz

1. Vilken av följande är INTE en viktig funktion som alla levande varelser måste utföra?
A. En levande varelse måste reproducera sig.
B. En levande varelse måste kunna upprätthålla sin inre miljö oberoende av yttre förändringar.
C. En levande varelse måste reagera på förändringar i sin miljö.
D. Inget av ovanstående.

2. Vilken av följande är INTE en typ av prokaryotisk cell?
A. Archaebakterier
B. Staphylococcus-bakterier
C. Streptococcus-bakterier
D. Levercell

3. Vilket av följande är INTE en eukaryotisk cellorganell?
A. Plasmid
B. Kärnan
C. Mitokondrier
D. Kloroplast