Celler – livets byggstenar

Sammanfattning

Allt liv delas upp i tre domäner: arkéer, bakterier och eukaryoter. Vi människor, alla andra djur, växter, svampar och en grupp organismer som kallas protister, är eukaryoter och består av eukaryota celler. En eukaryot cell är komplex och innehåller strukturer med särskilda funktioner (organeller). De flesta eukaryota organismer är flercelliga och specialiserade celler bygger tillsammans upp vävnader och organ. Bakterier och arkeér är encelliga prokaryoter som består av en prokaryot cell. En prokaryot cell är mindre och enklare jämfört med en eukaryot. Den innehåller till exempel inte organeller.

Ett mikroskopiskt liv som prokaryot

Prokaryoter var det första livet att utvecklas på jorden. Det äldsta fossilet är ungefär 3,3 miljarder år. De var också ensamma på jorden under cirka 1,5 miljarder år innan de första eukaryota cellerna utvecklades.

De äldsta fossilerna liknar en typ av bakterier som heter cyanobakterier som likt växter kan fotosyntetisera. Forskare menar att de spelade en viktig roll för syresättningen av atmosfären.

Bakterier och arkeér finns överallt

Bakterier, arkeér och encelliga eukaryoter som till exempel jästsvampar kallas mikroorganismer. En bakterie är mellan 1–10 mikrometer och i regel för liten för att se med blotta ögat. Det krävs därför ett mikroskop för att urskilja en enskild bakterie. En del arter bildar dock kolonier som hålls ihop i biofilmer eller tjockare mikrobiella mattor som ibland kan vara synliga för oss.

Prokaryoter återfinns i stort sätt i alla miljöer på jorden. En del arkeér kan leva i de mest extrema miljöer som till exempel på djuphavets botten, i vulkaner och i heta källor. Bakterier finns också nästan ”överallt”, i luften, i jorden och i vattnet.

En del bakterier kan orsaka sjukdomar som halsfluss, salmonella och urinvägsinfektioner. Andra bakterier klarar vi oss inte utan, som de bakterier vi har i tjocktarmen som bryter ner vissa näringsämnen och skyddar mot ”elaka” bakterier. De har också en del i kroppens immunförsvar och bildar K-vitamin som kroppen behöver.

Mindre och saknar cellkärna

Utmärkande för den prokaryota cellen är att den är mindre än den eukaryota. De har också en enklare uppbyggnad, saknar cellkärna och andra organeller. Förutom cellens yttre membran har de flesta prokaryota celler även en cellvägg som gör dem tåliga i extrema miljöer.  

Avsaknaden av cellkärna innebär att DNA finns fritt i cytoplasman där både transkription och translation (proteintillverkning) sker. Förutom en cirkulär kromosom har prokaroyta celler även DNA i små ringformade strukturer som kallas plasmider.

Byter DNA sinsemellan

Eftersom DNA inte ligger inneslutet i en cellkärna utan fritt i cellen kan det enklare tas upp, eller bytas mellan prokaryota celler. Det är framför allt plasmider som det handlar om och själva utbytet kallas horisontell genöverföring.

Tre sätt som prokaryoter kan få nytt DNA på:

• Konjugation innebär att bakterier eller arkeér skickar DNA mellan sig via trådliknande utskott (pilier) på cellernas yta.
• Naturlig transformation innebär att bakterier eller arkeér tar upp fritt DNA från omgivningen. Inne i cellen kan det fogas in i genomet i en process som kallas homolog rekombination.
• Transduktion innebär att bakterier eller arkeér infekteras av virus (bakteriofager) som för med sig DNA från andra celler.

Horisontell genöverföring är ett sätt för prokaryoter (som är asexuella) att blanda DNA och öka den genetiska variationen. Egenskaper som till exempel antibiotikaresistens kan snabbt spridas bland bakterier på det här sättet.

Förökar sig med delning

Prokaryoter förökar sig via delning, så kallad binär fission. Inför en delning kopieras allt DNA i cellen och de två kopiorna delas sedan upp när cellen dras isär till två likadana celler. Det är en relativt enkel delningsprocess som gör att bakterier kan föröka sig snabbt.

Ett komplext liv som eukaryot

I domänen eukaryoter finns alla växter, djur och svampar samt en encellig livsform som har samlingsnamnet protister. Förutom protister och jästsvamp är alla eukaryoter flercelliga.

Eukaryoter uppkom för 1,8 miljarder år sedan

De äldsta fossil som hittats är cirka 3,3 miljarder år gamla och kommer från encelliga organismer som arkeér och bakterier (prokaryoter). De encelliga prokaryota organismerna var ensamma på jorden länge innan den första eukaryota cellen uppkom för omkring 1,8 miljarder år sedan.

Med den första eukaryota cellen blev livet mer komplext och en ny domän med flercelliga organismer började utvecklas. Det är de organismer vi idag känner som djur, växter och svampar.

Precis hur det gick när eukaryoterna utvecklades är inte helt klarlagt, men man tror att de utvecklades från en arké som hade tagit upp en bakterie. Inne i arkéen bidrog bakterien till energiförsörjningen och utvecklades över tid till det som idag är cellens mitokondrier. I och med sammanslagningen av de två prokaryota cellerna kunde en större och mer komplex cell utvecklas.

I vissa utvecklingslinjer togs sedan även fotosyntetiserande bakterier upp, som gav upphov till plastider, till exempel kloroplaster som ger möjlighet att med energin från solens ljus bilda socker från koldioxid och vatten. Det var starten på växternas liv på jorden.

Organeller med komplexa funktioner

Utmärkande för den eukaryota cellen är att den har organeller som utför komplexa funktioner. Termen organell anspelar på att det är mini-organ inne i celler som likt kroppens organ har specifika funktioner. Organellerna omsluts av egna membran som avgränsar funktionerna från varandra.

Cellkärnan skyddar kärn-DNA

En organell är cellkärnan där majoriteten av cellens DNA finns, så kallat kärn-DNA. En mindre mängd DNA finns även i organellerna mitokondrier och (hos växter) kloroplaster.

Eukaryota organismer har mycket mer DNA i sina celler än prokaryoter. I cellkärnan är kärn-DNA därför effektivt kompakterat i strukturer som heter kromosomer. Det kallas därför ibland även för kromosomalt DNA.

I cellkärnan sker transkriptionen av kärn-DNA. Det innebär att en gen läses av och en kopia av genen tillverkas i form av ett mRNA (från engelskans messenger RNA) som transporteras ut i cytoplasman via nukleära porer. DNA lämnar alltså aldrig cellkärnans skydd vilket ger eukaryoter en större möjlighet att hålla den genetiska informationen intakt.

Ribosomerna tillverkar proteiner

I cytoplasman finns ribosomer som översätter informationen i mRNA till proteiner. Det kallas för translation. En del ribosomer finns vid det endoplasmatiska nätverket (ofta förkortat ER för endoplasmatiska retiklet).

En annan organell är Golgiapparaten där nytillverkade proteiner sorteras. Där fäster olika molekyler på proteinerna som fungerar som adresslappar på proteinerna. Det gör att proteinerna hamnar rätt vare sig de ska användas inne i cellen, eller transporteras ut ur cellen.

Andra funktioner som också är separerade av membran är till exempel peroxisomer och vakuoler.

Mitos genererar fler celler

De flesta eukaryota celler delar sig under en livstid. Det möjliggör för den flercelliga organismen att växa, utvecklas och ersätta döda celler. Processen i vilken vanliga celler delas heter mitos. De encelliga eukaryoterna, till exempel jästsvampar, förökar sig med mitos.

Inför mitos kopieras allt DNA i cellen så att alla celler har en kopia av genomet. Den processen heter DNA-replikation. Organellerna delas upp på lite olika sätt beroende på vilken organell det handlar om. Men slutresultatet blir i princip två identiska celler.

Specialiserade celler med olika funktioner

Vanliga kroppsceller kallas för somatiska celler. I en organism innehåller de somatiska cellerna samma genetiska information (DNA). Trots det kan cellerna ha väldigt olika funktioner. Vi människor har fler än 200 olika celltyper som till exempel hudceller, muskelceller, immunceller och nervceller. Hos växter finns bland annat parenkym- och sklerenkymceller.

Variationen i cellernas utseende och funktion härrör från skillnader i genuttryck. Det innebär att alla gener inte är aktiva och fullt påslagna i alla celler samtidigt. Tvärtom är genuttrycket noga orkestrerat så att cellerna har tillgång till de proteiner som behövs för att utföra cellens specifika funktioner.

En flercellig organisms byggs upp av celler med olika funktioner som samarbetar. Hos de flesta arter initieras specialiseringen av celler tidigt efter att den första diploida cellen, det befruktade ägget som även kallas zygoten, börjat dela på sig. Det ger upphov till en klump av celler som fortsätter dela sig och utvecklas vidare till celler med olika funktioner.

Stamceller kan bli vilken cell som helst

I vår benmärg och på några fler ställen finns stamceller som kan dela sig oändligt många gånger. De kan både ge upphov till nya stamceller eller till celler som utvecklas till att bli specialiserade.

Hos växter finns stamceller bland annat i skottspetsen och rotspetsen. De ger hela tiden upphov till nya celler som bygger upp nya blad, stam eller rötter. På så vis växter växter kontinuerlig både över och under marken.

Referenser

• Reece JB, Urry LA, Cain ML, Wasserman SA, Minorsky PV, Jackson RB. Campbell Biology. 10th ed. Harlow: Pearson; 2014.