Celler – livets byggstenar

De minsta biologiska enheterna som bygger upp allt liv på jorden är celler. Vi människor och alla andra djur, alla växter och de flesta svampar är flercelliga organismer som består av så kallade eukaryota celler. Vi är därmed eukaryota organismer. Det finns även encelliga organismer, till exempel bakterier, som består av en enda prokaryot cell.

En stor skillnad mellan celltyperna är att i de eukaryota cellerna finns DNA skyddat inuti en cellkärna. Eukaryota celler har också organeller som sköter cellens maskineri. Benämningen organeller kommer från liknelsen med kroppens organ som alla har sin uppgift.

Illustration en växtcell och en djurcell som båda är eukaryota celler, och en bakterie som består av en enda prokaryot cell.
Växtceller och djurceller är båda eukaryota celler, medan bakterier består av en enda prokaryot cell. Illustration och copyright: Gunilla Elam.

Saknar cellkärna

Bild på Escherichia coli bakterier.
Escherichia coli (E.coli) bakterier.

Bakterier och arkeér är prokaryota organismer och består av en enda prokaryot cell som omgärdas av en skyddande cellvägg. Prokaryota organismer är enklare uppbyggda än eukaryoter och saknar de flesta organeller, däribland cellkärnan som hos eukaryoter skyddar cellens DNA. Prokaryoters DNA ligger fritt i cellen och består av en kromosom och några ringformade strukturer som kallas för plasmider.

DNA blandas trots asexuell förökning

När en prokaryot organism förökar sig så sker det asexuellt. Det kallas för binär fission och innebär helt enkelt att den delar sig. Inför varje delning kopieras allt DNA så att alla celler (individer) får en egen kopia av individens genom. Trots att en prokaryot organism förökar sig asexuellt kan en viss blandning av DNA mellan till exempel bakterier ändå ske med olika former av horisontell genöverföring. På det här sätten kan en bakterie snabbt få nya egenskaper, som till exempel antibiotikaresistens, utan att mutationer uppstår.

Nedan beskrivs tre sätt som bakterier kan få nytt DNA på:

  • En form av genöverföring är konjugation. Det sker när bakterier skickar DNA mellan sig via pilier, som är trådliknande utskott på deras cellyta.
  • En bakterie kan också ta upp fritt DNA från den omgivande miljön. Det kallas för naturlig transformation. Väl inne i cellen kan det DNA som bakterien hittat antingen förstöras eller fogas in i bakteriernas genom med homolog rekombination.
  • I en process som kallas transduktion är bakteriofager inblandade. De är virus som infekterar bakterier och styr om bakteriens proteintillverkning så att nya bakteriofager bildas. Samtidigt hackas bakteriens eget DNA sönder. De nya bakteriofagerna fylls med DNA som kan vara en blandning av bakterie-, och bakteriofag-DNA. När bakteriofagen tar sig vidare för att infektera nästa bakterie, kan den föra med sig DNA från en bakterie till en annan.

Illustration av en bakterie.
En bakterie består av en enda prokaryot cell som saknar cellkärna. Illustration och copyright: Gunilla Elam.

Eukaryota organismer byggs upp av ett stort antal eukaryota celler. Vuxna människor består till exempel av ungefär 37 biljoner celler. Men det finns några få undantag, till exempel vissa jästsvampar som består av en enda eukaryot cell.

En eukaryot organism har DNA i cellkärnan

Runt varje eukaryot cell finns ett cellmembran och hos växtceller finns även en cellvägg som bland annat består av cellulosa. Inuti de eukaryota cellerna finns organeller som sköter cellens många funktioner och bidrar till att eukaryota organismer är mer komplexa än de prokaryota. Med hjälp av organellerna kan eukaryota celler utföra komplicerade uppgifter som till exempel en växtcell som med hjälp av kloroplaster bildar energi via fotosyntes. Organellerna ligger i cytosolen som är cellens själva innandöme. Runt organellerna finns en trögflytande vätska som kallas cytoplasma.

En organell är cellkärnan, där ligger det mesta av den eukaryota cellens DNA skyddat. Det kallas därför kärn-DNA. Två andra organeller, mitokondrier och kloroplaster, innehåller också DNA. Alla eukaryota celler har mitokondrier medan kloroplaster bara finns hos alger och växter. Under en cells livscykel hinner den dela sig ett antal gånger. Det gör att en eukaryot organism kan växa, utvecklas och byta ut gamla eller skadade celler. Den process som leder till att en eukaryot cell delar sig och bildar fler celler kallas för mitos. Inför varje celldelning kopieras allt DNA så att alla celler får en kopia av genomet.

Illustration av en växtcell och en djurcell där organellerna cellkärna, mitokondrie och kloroplast är utpekade.
Det mesta av en eukaryot organisms DNA finns i cellkärnan men även mitokondrier (i växt- och djurceller) och kloroplasterna (i växtceller) innehåller DNA. Illustration och copyright: Gunilla Elam

Organellerna är cellens organ

Organellerna har fått sitt gemensamma namn eftersom de påminner om kroppens alla organ. Tillsammans sköter organellerna cellens funktioner.

Kort beskrivning av några viktiga organeller

  • Ribosomerna sköter tillverkningen av proteiner i cellen.
  • Lysosomerna är cellens återvinningsstation som bryter ner ämnen som flyter runt inne i cellen. En del ämnen återvinns medan andra transporteras ut ur cellen.
  • Det endoplasmatiska nätverket sköter tillverkning och transport av olika ämnen, till exempel olika fetter.
  • Vesiklar har olika funktioner som till exempel att tillverka och lagra ämnen som ska utsöndras utanför cellen. Vissa kemiska reaktioner som kräver en annorlunda miljö utförs också här.
  • I golgiapparaten sorteras, packas och lagras nytillverkade proteiner. Här sätts en adresslapp på proteinerna så att de hamnar rätt vare sig de ska användas inne i, eller transporteras ut ur cellen.
  • Mitokondrier bildar energi i form av molekylen adenosintrifosfat (ATP) som sedan används i många av cellens processer.
  • Kloroplaster innehåller klorofyll och har som främsta uppgift att utföra fotosyntes. Under fotosyntesen omvandlar växter med hjälp av solens energi koldioxid och vatten till kolhydrater och syre. Kloroplaster finns bara i alg- och växtceller.

Hos människor och andra djur, är en könscell antingen en äggcell eller en spermie. Könsceller kallas också för gameter. Vid befruktning smälter en äggcell och en spermie samman. Då bildas en ny cell som kallas för en zygot som börjar dela sig och specialiseras, vilket innebär att cellerna får olika egenskaper och uppgifter. Detta är starten på ett helt nytt liv.

Somatiska celler och könsceller

Hos de flesta djur är en somatisk cell diploid vilket innebär att de har en dubbel uppsättning kromosomer som bildar homologa kromosompar. Att de är homologa betyder att de har samma loci, alltså innehåller gener som kodar för samma proteiner.

Till somatiska celler hör alla vanliga kroppsceller, alltså de som inte är könsceller. I den diploida cellen har en kromosom i varje par ärvts från mamman, och en från pappan. En könscell däremot är haploid med en enkel uppsättning kromosomer. En sammansmältning av könsceller resulterar därför i en diploid cell. Hos vissa växter förekommer polyploidi, vilket innebär att de kan ha tre, fyra eller fler kromosomer av varje sort.

Stamceller är alla cellers ursprung

Somatiska celler kan antingen vara stamceller eller specialiserade celler. Stamceller är ursprunget till alla specialiserade celler och kan dela sig oändligt många gånger för att bilda nya celler. De specialiserade cellerna har olika utseende och uppgifter. Vi människor har fler än 200 olika celltyper till exempel hudceller, muskelceller, immunceller och nervceller. Hos växter finns bland annat parenkym- och sklerenkymceller. Tillsammans bygger alla specialiserade celler upp en fungerande multicellulär organism.

Illustration av hur stamceller utvecklas till specialiserade celler.
Stamceller kan dela sig oändligt många gånger och kan utvecklas vidare till specialiserade celler. Illustration och copyright: Gunilla Elam.

Stamceller kan vara embryonala eller vuxna. De embryonala stamcellerna kommer från ett befruktat ägg som blivit över vid en in vitro fertilisering (IVF, även kallat provrörsbefruktning). Oftast genereras fler befruktade ägg än vad som återförs till livmodern vid en IVF och med föräldrarnas tillstånd kan dessa användas till forskning. De embryonala stamcellerna kan utvecklas till vilken cell som helst. Vuxna stamceller finns i olika delar av kroppen för att ersätta celler som naturligt dör. I benmärgen finns till exempel blodstamceller som ska ersätta blodceller, till exempel röda blodkroppar och celler som ingår i immunförsvaret. Vuxna stamceller är mer specialiserade än de embryonala och kan bara utvecklas till en eller några celltyper.

Under sin livstid delar sig de flesta celler ett antal gånger så att nya celler hela tiden bildas. När somatiska celler delar sig så sker det genom en process som heter mitos. Under mitosen bildas två identiska celler. Inför varje mitos dubbleras alla kromosomer så att alla celler får en egen kopia av individens genom.

Hos organismer med sexuell reproduktion finns ytterligare en celldelningsprocess som heter meios (även kallad reduktionsdelning). Hos oss människor är det celler i äggstockarna och testiklarna som genomgår meios för att ägg och spermier ska bildas. Processen startar med en diploid cell med dubbel kromosomuppsättning, och slutar med fyra haploida könsceller med enkel kromosomuppsättning.

Illustration av  de två celldelningsprocesserna hos eukaryota organismer, mitos, för bildandet av somatiska celler, och meios för bildandet av könsceller.
De två celldelningsprocesserna hos eukaryota organismer är mitos, för bildandet av somatiska celler, och meios för bildandet av könsceller. ”n” betyder antal kromosomer och i människans fall är n=23, det vill säga en enkel kromosomuppsättning. Illustration och copyright: Gunilla Elam