Naturkunskap A
Genomgånget på lektioner
Cellen – Livets minsta enhet
Cellen är en avgränsad enhet med egen metabolism, som kan föröka sig, kan reglera sin inre miljö och reagera på den yttre miljön.
Det finns olika sorters celler, beroende på om de är celler hos encelliga eller flercelliga organismer.
Celler hos encelliga organismer är generalister: de gör samtliga funktioner. Hos flercelliga organismer är cellerna i stället specialister, de är specialiserade på vissa specifika funktioner. På så sätt kan energi effektiviseras.
Dessutom finns det en stor vinst med flercellighet. Om en cell dör hos en encellig organism, dör hela organismen, i och med att hela organismen består av en enda cell. Om däremot en cell dör hos en flercellig organism, kan denne leva vidare med de resterande cellerna. I vanliga fall sker just en frekvent cellutbyte i flercelliga organismer; gamla celler byts ständigt ut mot nya.
Beroende på i vilken organism de olika cellerna ingår, talar man om i princip tre olika celltyper, prokaryota celler, som saknar cellkärna (bakterier och blågröna alger) eukaryota (med cellkärna) djurceller och eukaryota växtceller.
Den prokaryota cellen
Bakterierna (se Bild 1) har sina arvsanlag i en bakteriekromosom (i bilden: kärnekvivalent),som består av en ringsluten DNA-molekyl.
En bakterie kan också innehålla en eller flera plasmider, som är korta, ringslutna DNA-molekyler. En plasmid innehåller i regel bara ett fåtal gener, som kan vara fördelaktiga för bakterien. Bakterieceller kan byta plasmider med varandra. På så sätt får bakterier nya kombinationer av egenskaper, trots att de saknar könlig förökning.
Ribosomerna som tillverkar proteinerna ligger löst i cellplasman
Den prokaryota cellens utsida
Utanför bakteriens cellmembran finns en cellvägg, som består av en kvävehaltig polysackarid. Väggen utgör ett mekaniskt skydd och ger cellen en bestämd form. Cellväggen skyddar också bakterien från att sprängas av inträngande vatten.
Hos vissa bakterier tränger utskott av styva proteintrådar (pilli) ut genom cellväggen. Utskotten kan fästa bakterierna vid andra celler.
Vissa bakterier kan även ha en kapsel utanför cellväggen. Denna kapsel ger bakterierna ytterligare skydd.
Bakterier förflyttar sig på olika sätt. Några arter utsöndrar slem, som de glider fram på. Andra har buntar av fina trådar, som de skruvar sig fram med som små rörliga korkskruvar. Slutligen finns det bakterier som rör sig genom att vifta med ett eller flera piskliknande utskott. Dessa piskliknande bildningar kallas bakterieflagell.
Den eukaryota cellen
Eukaryota celler (se bild 2) är lika i den meningen att de har cellkärnor. Vidare är likheten att de har delvis likadana inre organeller. Både växtceller och djurceller har cellkärnor där kromosomerna ligger skyddade. Genom att det är så utsätts arvsanlaget för mindre påfrestningar och risken för mutationer minskar kraftigt. Vidare finns en mitokondrie i cellen. Mitokondriens funktion är att sörja för cellandningen, då kolhydrater omvandlas till koldioxid och vatten, varvid energi frigörs. Liksom de prokaryota cellerna har även de eukaryota ribosomer, var proteinsyntesen sker. I både växtcell och djurcell finns vidare ett hålrum som kallas för endoplasmatiskt retikulum (ER) och lysosomer som spelar roll vid cellens nedbrytning av födopartiklar.
En av de mest uppenbara skillnaderna mellan växtcellen och djurcellen är växtcellens cellvägg utanför cellmembranet. Det är delvis den som ger växtcellen dess stadga. Vidare finns i växtcellen ett stort vätskefylld vakuol, som fungerar som ett slags vattenskelett, det är det som spänner ut cellen och ger den dess form. Vid vattenbrist går vatten ur vakuolen och cellen sjunker ihop.
I växtcellen finns även kloroplaster, var fotosyntesen sker, varvid koldioxid och vatten omvandlas till kolhydrater med solenergins hjälp.
Fotosyntes och cellandning.
Livet på jorden drivs med solenergi. I de gröna växternas klorofyller fångas solenergin och driver fotosyntesen, där vatten och koldioxid omvandlas till socker och syrgas:
6CO2 + 6H2O + ljusenergi → C6H12O6 + 6O2
Genom att tillverka socker (6H12O6), tillverkar de gröna växterna biomassa. Det de inte kan använda är syret.
Däremot kan andra organismer inte använda solljus och koldioxid måste utvinna energi och kol på annat sätt. Cellandningen kom att bli en lösning på detta problem. I den här reaktionen omvandlas socker (6H12O6) och syrgas (O2) till koldioxid (CO2), vatten (H2O) och energi. När energin (den bundna solenergin) är utvunnet, kan koldioxid och vatten återföras till växterna, som åter bildar om dessa till socker via fotosyntesen.
Olika sorters membrantransport
Osmos och membranpotencial
Vattnets diffusion genom ett membran kallas osmos.För att enkelt kunna beskriva i vilken riktning genom membranet som osmosen sker, har man infört begreppet vattenpotential.
Eftersom det finns en skillnad i koncentrationer på de två sidorna om membranet, finns det även en skillnad i laddning. Den ena sidan är mera positivt eller negativt laddat än den andra. När man ritar en membran och vill visa denna laddningsskillnad ritar man ofta minustecken på ena sidan och plustecken på den andra.
Denna laddningsskillnad ger upphov till en spänning över membranet; en potencial och kallas därför membranpotencialen.
Begreppet vattenpotencial används för att tala om en skillnad i skillnad i vattenkoncentrationer på membranets bägge sidor. Notera att i sammanhanget är vattenpotencial och membranpotencialen samma sak.
Passiv transport
Eftersom naturen ”strävar” efter jämvikt, kommer det att finnas ett strävan efter utjämning av koncentrationer på membranets två sidor. Därför går vatten i diffusion från hög koncentrationer till låg. Molekyler större än vatten kan inte penetrera membranet måste de transporteras därigenom via kanalproteiner. Även här går transporten från hög koncentration till låg. Kanalproteinerna är formade som rör. De bildar ett hål som tränger rakt igenom cellmembranet. Kanalproteiner tillåter bara rörelse med koncentrationsgradienten genom diffusion. Vissa kanaler är alltid öppna, medan andra har portar som kan öppnas eller stängas. Om portarna är öppna eller inte beror av tillståndet inne i cellen eller av miljön utanför den. Cellen stänger portarna när salthalten utanför ökar och förhindrar på så sätt att jonkoncentrationen i cellen ökar.
Transportproteiner kan liknas vid slussar. De öppnas bara mot ena sidan av membranet. När rätt jon eller molekyl fastnar i öppningen, ändras transportproteinets form. Den ändrade formen leder till att proteinet istället öppnar sig mot membranets andra sida, där jonen eller molekylen släpps fri.
Aktiv transport
Passiv transport för materia över en membran utan energiinvestering från hög koncentration till låg. För att transport skall ske från låg koncentration till hög, måste energi tillföras för att driva processen. Energin tillförs i form av ATP.
Endocytos och exocytos
Bara joner och mindre molekyler kan passera genom aktiv eller passiv transport genom cellmembranet. Eukaryota organismer kan dock ta in större molekyler och partiklar i cellen genom att omsluta dem med cellmembranet (endocytos) (se bild 4). Först bildar cellmembranet en ficka runt partikeln. Sedan lämnar fickan cellmembranet så att en membranomsluten blåsa bildas. Detta sätt att inta partiklar kallas endocytos.
I regel smälter den bildade blåsan samman med andra blåsor inne i cellen som är fulla av nerbrytande enzymer lysosomer. På så sätt bryts innehållet ner till mindre molekyler, som cellen kan utnyttja som energikälla eller byggstenar.
När en cell istället utsöndrar ett ämne kallas processen exocytos. Cellen omsluter ämnet med en membranblåsa som sedan transporteras till cellmembranet där innehållet töms ut ur cellen.
Celldelningen.
Oavsett om cellen är en del av en encellig eller en flercellig organism, förökar den sig genom delning. Celldelningen är indelad i olika faser.
- Fas 1: Kärnmembranet löses upp. Om cellen är en prokaryot cell som redan saknar cellkärna så hoppas detta steg över.
- Fas 2: Kromosomerna (under vilofasen stavformade) lägger sig i mitten på cellen.
- Fas 3: Kromosomerna dupliceras, varvid de ser ut som X. Därmed har även DNA duplicerats.
- Fas 4: Kromosomerna delar på sig, blir stavar igen och dras mot cellens två poler med hjälp av cellskelettrådar.
- Fas 5: Cellen börjar snöras av på mitten.
- Fas 6: Cellen delar sig helt och ett kärnmembran bildas kring kromosomerna i respektive cell.
Störning i celldelningsprocessen och cancer.
Celldelningar sker med periodiska intervall. Om det behövs mer celler av en sort i kroppen så blir celldelningshastigheten högre, om det behövs färre celler av en sort i kroppen så blir celldelningshastigheten lägre. Det finns en mekanism för att reglera celldelningshastigheten och celldelningsmekanismen i kroppens celler. Normalt inträffar bara de ovan nämnda sex faserna och sedan återgår cellen till en vilofas.
Men ibland störs den här kontrollmekanismen. Yttre faktorer som strålning och påverkan av kemikalier leder till mutationer i cellen eller ärftliga faktorer som leder till effekt att kontrollmekanismen störs gör att cellerna börjar dela sig ohämmat. En sådan ohämmad celldelningsfrekvens i människokroppen är cancer.
Cancer kan antingen vara en avgränsad tumör, som ”bara” trycker på annan vävnad och därmed ger upphov till smärta. Dessa typer av tumörer kallas godartade tumörer.
Det finns dock andra, som växer nära blodkärl. Detta kan medföra att cancerceller slits loss från tumören och sprids via blodomloppet till andra organ eller vävnader i kroppen, var de kan ge upphov till nya tumörer. Det är därför det ibland händer att hudcancer, som är en ytlig tumör ger upphov till andra cancerformer inuti kroppen. Sådana tumörer kan även bilda sidoutskott, så kallade metastaser, som ger upphov till bildning av dotterceller. Sådana tumörer är elakartade tumörer.
Cancer kan i princip behandlas på tre olika sätt: med cellgifter, med strålning och kirurgiskt.
Oftast börjar man med en cellgiftsbehandling. Patienten får då en mixtur av olika läkemedel (ofta taxol), som hämmar celldelningsprocessen. Nackdelen är att medicinerna gör ingen skillnad på cancerceller och kroppens egna celler. Detta får till följd att patienten tappar håret (då celldelningen i hårlökarna störs), får diarréer (då cellutbytet i tarmen störs) och mår allmänt pyton.
Cellgiftsbehandlingen brukar ofta varvas med strålningsbehandling. Då fixerar man en kraftig röntgenstråle mot tumören. Risken i detta fall är att man bestrålar annan, frisk vävnad och då stör celldelningsfrekvensen där, vilket leder till att cancer kan uppstå i den vävnaden i stället.
Om tumören är långt framskriden och är stor, krävs operation. Operation är en stor belastning för kroppen, vilket innebär att patienten kan råka ut för komplikationer, som t.ex. stroke eller infektioner. Operationen varvas med cellgiftsbehandling och strålning för att man skall kunna döda eventuella dottertumörer (metastaser).
Länkar
Tillbaka till huvudsidan
Naturkunskap B
Naturkunskap B, biologimomentet.