4 Livet börjar med cellen

4 Livet börjar med cellen Cellen är biologins grundenhet. Celler kan leva som självständiga organismer eller ingå i specialiserade vävnader i flercelliga individer. Cellbiologin uppstod på 1600-talet då man uppfann mikroskopet och för första gången kunde se celler. Cellerna själva har funnits i flera miljarder år. De uppstod efter att lipider började forma tunna hinnor, membran, som avgränsade små bubblor från det omgivande vattnet. Prokaryoter Celler kan endast uppstå genom att existerande celler delar sig. Alla celler är alltså besläktade med varandra och har gett upphov till nya celler under cirka 3,8 miljarder år, allt sedan livet på jorden startade. Det inns två grundtyper av celler: prokaryoter och eukaryoter. De mest kända cellerna är eukaryoterna som delas in i djurceller, växtceller och svampceller. Prokaryoterna är bakterier och arkéer. Eftersom alla celler har ett gemensamt ursprung har de också gemensamma strukturer. Olikheterna har uppkommit gradvis under evolutionens gång. Prokaryoterna är de äldsta, minsta och enklast byggda cellerna. Prokaryoterna har inget avgränsat kärnmembran. En prokaryot, till exempel en bakterie, är en encellig självständig organism med bara en enda ringformad kromosom i cytoplasman Vissa prokaryoter har också gener utanför kromosomen, i små DNA ringar som kallas plasmider. Prokaryota celler innehåller också cytoplasma och ribosomer, på vilkas yta cellens egna proteiner byggs upp. På cellmembranets insida inns små veck där cellandningen sker. Hos prokaryoter som kan utföra fotosyntes (cyano bakterier) sker också den i membranvecken. Vissa prokaryoter kan utföra kemosyntes, det vill säga binda energi genom nedbrytning av kemiska ämnen. Runt cellmembranet har prokaryoterna en cellvägg, som hos bakterierna oftast består av murein. Vissa bakterier är dessutom täckta av en slemkapsel som skyddar dem mot till exempel människans immunsystem. Allra ytterst har bakterier ofta hår, med vilka de fäster sig vid underlaget och en lagell, en liten svans som de använder för att röra sig med. 4A Också stora djur består av små celler. PLASMID En liten DNA-ring i cytoplasman hos bakterie- och jästceller. Den delar sig själv och innehåller några gener, som inte är nödvändiga för organismen. MUREIN Består av kolhydrater och aminosyror. Det viktigaste materialet för bakteriernas cellmembran. 28

Ribosomen är en organell. På dess yta sker produktionen av proteiner. I vecken i membranet sker fotosyntes och cellandning. Kromosomen är ringformad och ligger oskyddad i cytoplasman. I den inns generna. Kapseln är ett skydd mot omgivningen. Cellväggen är en styv yttervägg utanför cellmembranet som skyddar cellen. Cellmembranet reglerar cellens inre och yttre vätskebalans. Flagellen är bakteriens rörelseorgan. Plasmiden innehåller några gener. Håren hjälper bakterierna att fästa sig vid underlaget. Cytoplasman är vatten och ämnen som löst sig i det. Största delen av cellens innehåll är cytoplasma. 4B Prokaryot Prokaryoter kan vi bara se i mikroskop och för att kunna studera det som inns inne i deras celler behöver vi ett elektronmikroskop. För att se bakteriers form och till exempel identiiera hälsovådliga bakterier räcker det med att färga dem och betrakta dem under ett ljusmikroskop ELEKTRONMIKROSKOP Ett elektronmikroskop innehåller en elektronkanon. Den accelererar en elektronstråle som fokuseras genom en elektromagnetisk kondensorlins så att en tunn stråle elektroner träfar provet som skall undersökas. På så sätt får man en mycket noggrannare bild av objektet än med ett ljusmikroskop. Med elektronmikroskop kan ett objekt förstoras lera miljoner gånger. Eukaryoter Eukaryoterna är betydligt större än prokaryoterna. Eukaryoter är ofta men inte alltid lercelliga. Storleken varierar mycket, beroende på hur de lever. Många encelliga urorganismer, som amöbor och tofeldjur, är eukaryota. Gulan i ett strutsägg är en enda jättelik cell och nervcellerna som går från människans ryggmärg ända ut i armar och ben är enormt långa. Trots sin längd har nervcellernas utskott en liten volym. 4C Jämförelse av olika celltyper Storlek Prokaryot cirka 1 10 µm Eukaryot Växtcell Djurcell Svampcell cirka 10 100 µm Cellväggens material murein cellulosa kitin Arvsmassans placering kromosom, plasmid cellkärna, kloroplast, mitokondrie Cellkärna, mitokondrie Cellkärna (1/lera) Organeller få många 29

Cellväggen är en styv yttervägg utanför cellmembranet. Den består huvudsakligen av cellulosa. Cellkärnan innehåller nukleoplasma och kromosomer som styr cellens funktioner. Cellkärnan skyddas av kärnhöljet eller kärnmembranet. I höljet inns det porer, genom vilka ämnen transporteras in i och ut ur kärnan. Cytoplasman består till största delen av vatten och ämnen lösta i vattnet. Ribosomen är en organell. Proteinerna produceras på dess yta. I kloroplasten sker fotosyntesen. Vakuolen eller cellsaftrummet lagrar upplösta ämnen och vatten samt bidrar till att upprätthålla vätsketrycket i cellen. Mitokondrien deltar i cellandningen och frigör energi som cellen kan använda. Antalet mitokondrier varierar beroende på vilken uppgift och hur stort energibehov cellen har. Cellmembranet är en halvgenomsläpplig hinna av lipider och proteiner som styr hur ämnen transporteras in i och ut ur cellen. Diktyosomen är en organell som inns i växtceller. Den paketerar proteiner som cellen bildat i små membranpåsar och förser dem med kolhydrater. Mikrotuber upprätthåller cellens form och styr organellernas rörelser vid till exempelvis celldelning och transporter i cellen. 4D Växtcell Eftersom cellerna snabbt måste kunna utbyta ämnen med sin omgivning kan de inte växa sig för stora. Cellernas storlek ökar alltså inte i förhållande till organismens storlek. Alla celler lever inte heller lika länge. Till exempel cellerna i människans slemhinnor delar sig snabbt, medan muskelcellerna inte längre delar sig efter att kroppen slutat växa. Under livets historia började djurcellerna utvecklas senare än växtcellerna. Det är möjligt att växter och svampar utvecklade det samarbete som kallas för svamprot eller mykorrhiza redan innan växterna lyttade upp på land. Det här har vi dock inga bevis för. Både växtceller, svampceller och prokaryoter har cellväggar, men av olika material. Växternas cellvägg består av cellulosa, svamparnas till stor del av kitin och många prokaryoters cellvägg av murein. Under cellväggen har alla tre grupper ett halvgenomsläppligt membran som består av lipider och proteiner. MYKORRHIZA Mykorrhiza är ett nätverk av växtrötter och svampmycel. Svampen gör det lättare för växten att ta upp vatten och näringsämnen och får socker från växtens fotosyntes som betalning. 30

Cytoplasman består till största delen av vatten och ämnen lösta i vattnet. Cellkärnan innehåller nukleoplasma och kromosomer som styr cellens funktioner. Cellkärnan skyddas av kärnhöljet. I höljet inns det porer, genom vilka ämnen transporteras in i och ut ur kärnan. Cellmembranet är en halvgenomsläpplig hinna av lipider och proteiner som transporten av ämnen in i och ut ur cellen. Endoplasmatiska nätverket består av membran och omger cellkärnan. I nätverkets veck inns ribosomerna på vilka proteinerna byggs upp. Centriolerna liknar små rör. När cellen ska dela sig utvecklar de en kärnspole, tunna trådar som styr kromosomerna till de nya cellerna. Centriolerna har också till uppgift att bilda cilier. Lysosomen är en blåsa som innehåller enzymer. Enzymerna används till att bryta ner ämnen som är skadliga för cellen, men de bryter också ner gamla skadade celler. Mikrotuber upprätthåller cellens form och styr organellernas rörelser vid celldelning och transporter i cellen. Golgiapparaten är ett organ typiskt för djurceller. Det motsvarar växtcellernas diktyosom och paketererar också proteiner, förser dem med kolhydrater och transporterar ut dem ut ur cellen. Mitokondrierna deltar i cellandningen och frigör energi som cellen kan använda. Antalet mitokondrier varierar beroende på cellens uppgifter och energibehov. 4E Djurcell En eukaryot cell har många stora organeller och är mycket större än en prokaryot cell. Den största skillnaden mellan eukaryoten och prokaryoten ligger ändå i arvsmassan. I en eukaryot cell är kromosomerna instängda i kärnhöljet och cellen har lera kromosomer. Svampar kan ha lera cellkärnor med kromosomerna fördelade mellan kärnorna. Varje art har ett speciikt antal kromosomer. Alla ämnen som rör sig cellen, från cytoplasman till cellkärnan och tillbaka är lösta i vatten. Ämnen som ska skickas ut ur cellen packas ofta in i små blåsor och transporteras till cellmembranet. Där smälter blåsan och frigör sitt innehåll. Det endoplasmatiska nätverket styr traiken av lösta ämnen i cellen och ser till att vattnet rinner i rätt riktning. Cellkärnan får de ämnen den behöver via porerna i kärnhöljet. Genom samma öppningar förlyttar sig också RNA (ribonukleinsyra) som överför informationen från DNA i kärnan till ribosomerna. I mikroskop ser ribosomerna ut som små runda korn på det endoplasmatiska nätverket. 31

Mitokondrien deltar i cellandningen och frigör energi som cellen kan använda. Mitokondriernas antal varierar beroende på cellens uppgift och energibehov. Cytoplasman består till största delen av vatten och lösta proteiner och salter. Aktintrådarna är tunna proteintrådar med liknande funktioner som mikrotuberna. Endoplasmatiska nätverket omger cellkärnan. Det innehåller vätska och ribosomer. Golgiapparaten är ett organ som innehåller små blåsor. I dem paketeras proteiner som fästs vid kolhydrater och transporteras sedan ut ur cellen. Vakuolen eller cellsaftrummet lagrar upplösta ämnen och vatten samt bidrar till att upprätthålla vätsketrycket i cellen. Cellväggen är en styv och stark yttervägg utanför cellmembranet. Cellkärnan innehåller nukleoplasma och i den inns kromosomer som styr cellens funktioner. Cellkärnan skyddas av kärnhöljet. I höljet inns det porer, genom vilka ämnen transporteras in i och ut ur cytoplasman. Cellmembranet är en halvgenomsläpplig hinna av lipider och proteiner som reglerar transporten av ämnen in i och ut ur cellen. 4F Svampcell Kloroplaster inns i eukaryota celler med fotosyntes. De viktigaste av dem är växtcellerna. Kloroplasterna binder solenergi i socker, glukos. Mitokondrier inns i växt, djur och svampceller. I dem sker cellandningen som frigör energi som cellen kan använda. Ju större energibehov cellen har, desto lera mitokondrier innehåller den. Exemplevis levercellerna har många mitokondrier. I växt och svampceller kan ämnen för längre eller kortare tid lagras i vakuoler. I en gammal växtcell fyller vakuolen upp största delen av cellen. Djurceller saknar väggar och har därför lättare att transportera ämnen ut och in. Därför behöver de inte vakuoler. Eukaryota celler har cellskelett av proteintrådar och rör som lätt ändrar form. De stöder cellen och underlättar celldelningen och transporten av ämnen inne i cellen. Svampceller innehåller bland annat aktintrådar som lätt drar ihop sig. Likadana aktintrådar inns också i människans muskler. Utan dem och "systerproteinet" myosin skulle vi inte kunna kontrollera våra viljestyrda muskler. 4G Olika celler 1 m 0,1 m 1 cm 1mm 100 µm 10 µm människoögat ljusmikroskop Människa Vissa nerv och muskelceller Hönsägg Grodans äggcell Växt och djurceller Cellkärna Bakterier 32

nervvävnad bindvävnad ledningsvävnad epitelvävnad grundvävnad ytvävnad (epidermis) muskelvävnad benvävnad 4H Växtvävnader 4I Djurvävnader Likadana celler bildar vävnader I lercelliga organismer bildar celler som har samma uppgift vävnader. Växter har tillväxt, grund, yt, lednings och stödjevävnad. Tillväxtvävnad inns till exempel i den yttersta ändan av ett skott eller en rot, därifrån växten växer uppåt eller nedåt. Via ledningsvävnaden transporterar växten vatten och näring från rötterna till bladen medan sockret som producerats i fotosyntesen transporteras i motsatt riktning. Växter har mycket grundvävnad i stammar och blad, det vill säga det som det mesta av växten består av. Vissa växter har vävnader som är specialiserade på att utsöndra till exempel kåda eller mjölksaft. Djurens vanligaste vävnadstyper är yt eller epitelvävnad som inns på kroppens ytor, exempelvis huden, runt olika organ och på tarmarnas insida. Djur har också många olika slags stödjevävnader, bland annat bind och broskvävnad, fettvävnad och benvävnad. Också blodet kan betraktas som en lytande vävnad. Muskelvävnaderna indelas i viljestyrd tvärstrimmig muskelvävnad, glatt muskelvävnad och hjärtmuskelvävnad. Nervvävnaden består av nervceller. 1 µm 100 nm 10 nm 1 nm 0.1 nm elektronmikroskop Mitokondrier De allra minsta bakterierna Virus Ribosomer Proteiner Lipider Små molekyler Atomer 33

Uppgifter 1. Vad är skillnaden mellan prokaryota och eukaryota celler? 2. Fyll i tabellen. Organeller som bara inns i växtceller Organeller som inns i både växt och djurceller Organeller som inns bara i djurceller Organeller som inns bara i svampceller 3. Identiiera vävnadstypen. a. b. c. d. 4. På den schematiska bilden av en djurcell är olika delar av cellen markerade med sifror. Ge namnen på de siferförsedda cellorganellerna eller strukturerna, och beskriv kort (på ett par rader) något skeende som hänger samman med cellorganellen i fråga. (Studentexamen våren 2011). 1. 2. 3. 4. 5. Cellmodellering. Börja göra en modell av en cell (se exemplet i kapitel 2). Använd de material som inns till hands. Komplettera modellen efter hand som kursen går framåt. 6. 5. 34

2 6. Undersök celler i mikroskop. Bekanta dig först med mikroskopets olika delar och ta reda på hur det fungerar 1. objektbord 2. okular 3. objektiv 4. objektivrevolver 5. ljuskälla 6. dimmer 7. objektglashållare 8. grovjustering 9. injustering 1 6 3 5 4 9 7 8 Dessutom behöver du: ett preparat att undersöka mikroskop objekt och täckglas pipett pincett Framställ ett lökpreparat a. Klyv en lök med kniv. b. Avlägsna ett av de innersta bladen med pincett. c. Använd pincetten och lösgör den yttersta genomskinliga tunna ytvävnaden. Lägg den på objektglaset. d. Droppa en liten vattendroppe och en droppe metylenblått på ett objektglas. Lägg täckglaset ovanpå. e. Studera glaset i mikroskopet. Börja med grovjusteringen. Öka förstoringen efter hand. Jämför det du ser med den tecknade bilden av en växtcell. Undersök en djurcell i mikroskop a. Skrapa försiktigt på insidan av kinden med exempelvis den trubbiga ändan av en tändsticka. b. Skrapa av cellerna från kinden på ett objektglas, droppa över vatten och lite metylenblått. c. Lägg på täckglaset. d. Studera objektet i mikroskopet och jämför det du ser med den tecknade bilden av djurcellen på bilden från studentexamensuppgiften ovan. (2011). Studera vattenpestens cytoplasma a. Ta ett blad nära toppen av vattenpesten. b. Droppa några droppar vatten på objektglaset och lägg vattenpestbladet i vattnet med översidan uppåt. c. Lägg försiktigt på täckglaset. d. Studera objektet i mikroskop. Titta på det så länge att du kan se hur cytoplasman rör sig i cellerna närmast bladets mittnerv. Titta också på kloroplasterna, vilken form de har och hur stora de är. Sammanfattning Prokaryota celler är mycket små och har få organeller. Eukaryota celler är huvudsakligen växt-, djur- och svampceller. De har många organeller. Växtcellernas cellväggar består av cellulosa och svampcellernas av kitin. Djurceller har inga cellväggar. I flercelliga organismer både växter och djur bildar de celler som har samma uppgift vävnader. Cellen är livets grundenhet. 35