Fysiologi - Cellen

OVERBLIK

• Alle levende organismer er opbygget af celler.

• Primitive organismer, f.eks. Bakterier, består kun af en celle. Mere komplekse organismer, som mennesker, består af mange milliarder celler.

• Læren om celler kaldes Cytologi.

• Cytos = celle

• Kroppen har forskellige typer af celler med hver sin bestemte funktion.

CELLER:

• En celle er en lille væskefyldt blære, omgivet af en tynd hinde - cellembembranen. Væsken inde i celler kaldes cytoplasma, eller intracellulærvæske. Mellem cellerne findes der vævsvæske, eller interstitiel væske, som er en del af kroppens ekstracellulære væske. I cytoplasmaet findes et antal mindre celledele, organeller

  • Cellemembranen

    • Er en tynd hinde som adskiller cytoplasma fra omgivelserne.

    • Har stor betydning for at opretholde cellens indre miljø.

    • Regulerer hvilke stoffer der skal ind og ud af cellen.

    • Vha. cellemembranen kan cellen kommunikere med omgivelserne, da den kan påvirkes af signalstoffer.

    • Er opbygget af forskellige fedstoffer - lipider - og af proteiner.

    • Der findes to typer fedt i cellemembranen - fosfolipider og kolesterol.

      • Fosfolipiderne udgør den største del af membranen. De er opbygget af et enkelt glycerolmolekyle, hvortil der er bundet et fosfatmolekyle og to fedtsyremolekyler. Fedtsyrer er hydrofobe, fosfat er hydrofile.

      • Kolesterol er en helt anden type fedtstof end fosfolipider. Findes hist og her i cellemembranen og menes at afstive membranen. Fås mest gennem fødens animalske produkter og dannes i leveren.

    • Fosfolipidmolekylerne placerer sig tæt, side om side. Det inderste lags fosfatgrupper vender mod cytoplasmaet i cellens indre og yderste lags fosfatgrupper vender mod vævsvæsken på cellens yderside. Derfor benævnes cellemembranen også som en dobbeltlipidmembran.

    • Frastødningskræfterne mellem fedt og vand, får fosfolipidmolekylerne til at hænge sammen.

    • Fedsyrer og glycerol fås gennem føden som fedt, triglycerider. En del af fedsyrerne i cellemembranens fosfolipider skal være polyumættede fedtsyrer, for at gøre membranerne stabile. Disse kaldes essentielle fedtsyrer, fordi de er nødvendige i  opbygningen af cellemembraner og fordi kroppen ikke selv kan danne dem.

    • Arakidonsyre er en polyumættet fedtsyre der indgår i fosfolipider i cellemembraner. Arakidonsyre har en central rolle i inflammationsreaktioner.

    • Cellemembranens proteiner kan være placeret i den yderste eller inderste del af membranen - eller de kan strække sig gennem membranens dobbeltlipidlag. De har forskellige funktioner:

      • Recepetorer

        • Har en unik form, som sikrer at kun et ganske bestemt stof kan binde sig til dem. Lidt ala. En nøgle passer i en bestemt lås.

        • Signalstoffer kan f.eks. Binde sig til en tilhørende receptor. Der findes 3 typer signalstoffer;

          • Neurotransmittere, der frigives fra nerveceller, neuroner, der hvor enden af nervecellen ligger tæt på en anden celle. Giver signal til at ændre aktivitet.

          • Hormoner, som sendes med blodet fra den kirtel, hvor de dannes til de celler i kroppen der skal påvirkes.

          • Cytokiner der dannes i en enkelt celle, oftest for at virke på andre celler i nærheden. Dannes mest i hvide blodlegemer, leukocytter, ved bekæmpelse af infektioner.

      • Enzymer

        • Kan nedbryde forskellige stoffer. Triglycerider er et eksempel på stoffer som spaltes af enzymer. Herved dannes der fedtsyrer som nemt optages gennem cellemembranen. Andre enzymer kan spalte ATP så der frigøres energi.

      • Vævstypeantigener

        • Proteiner på cellernes overflade hvorpå der er bundet forskellige kulhydrater. Alle mennesker udover enæggede tvillinger har deres egen unikke kombintion at vævstypeantigener på cellerne - deres vævstype.

        • På røde blodlegemer findes der blodtypeantigener som afgør blodtypen. Dette gør immunsystemet i stand til at kende forskel på kroppens egne celler vs. Fremmede celler eller stoffer. Alt fremmet bliver bekæmpet.

      • Forankringsproteiner

        • Er placeret på cellemembranens yderside og benyttes til at koble naboceller sammen i vævene. Der findes 3 forksellige typer celleforankring.

          • Desmosomer: har stor trækstyrke. Består af proteiner på både inder og ydersiden af membranen og sikrer at cellerne ikke kan trækkes fra hinanden. Findes mellem cellerne i væv med stor mekanisk belastning fx huden.

          • Tight junctions: kobler celler så tæt sammen at der ikke findes vævsvæske mellem dem. Sikrer at stoffer ikke kan passere mellem cellerne, fx i nyrernes tubuli.

          • Gap junctions: små rørforbindelser mellem naboceller. Her kan elektriske impulser føres direkte fra den ene celle til den anden. Findes mellem hjertemuskelceller hvor de leder elektriske impulser der får hjertet til at slå.

      • Transportproteiner.

        • Sørger for transport af en masse stoffer ind i og ud af cellen.

4 forskellige former for transport

• Diffusion

Passiv transport af opløste stoffer fra områder med høj koncentration af stoffet til områder med lav koncentratio<n. Søttrelsen afhænger af koncentrationsforskellenes størrelse, diffusionsafstanden, diffusionsarealets størrelse, temperaturen og de diffunderede molekylers størrelse.

• Osmose

Transport af vand. For at osmose kan foregår skal der være en semipermeabel membran der holder opløst stof i forskellige koncentration på de to sider af membranen. Vand vil bevæge sig til den side af membranen hvor der er størst koncentration af opløste stoffer. I kroppen er der særligt to semipermeable membraner, som er vigtige. Cellemembranen og kapillærvæggen. I klinisk praksis brges oftest isotone væsker i drop og ved injektioner - isoton væske har samme osmotiske tryk som blod, vævsvæske og cytoplasma

• Pumper

Er proteinmolekyler i cellemembranen der flytter forskellige stoffer ud af og ind i celler. Pumper bruger energi til transporten da den oftest foregår fra lav til høj koncentration af det pumpede stof og transporten kaldes derfor aktv transport. Na+/K+-pumpen flytter 2 kaliumioner ind i cellerne for hver 3 natriumioner den pumper ud. Denne pumpe er vigtig for dannelse af membranpotentiale der bruges til dannelse af impulser i nerveceller og muskelceller og der kan transporteres forskelige stoffer sammen med pumpen - sekundær aktiv transport.

• Endo- og eksocytose

Er aktiv transport der går ind i cellen ved endocytose og ud vedeksocytose. Vesikler der er små blærer af membran indgår i begge trasporttyper.

• Ved endocytose optages væske eller store parikler i små vesikler af cellemembran. Fagocytose er en særlig form for endocytose hvor faste parikler fx bakterier optages i specialiserede celler.

• Ved eksocytose kan stoffer der er dannet i fx kirtelceller transporteres ud af cellerne ved hjælp af vesikler som, bår de kommer i kontakt med cellemembranens inderside, åbner sig og bliver en del af cellemembranen hvorved vesiklens indhold lukkes ud af cellerne.

• Organeller

  • Organeller findes i cellers cytoplasma og er større eller mindre celledele som deltager i funktioner som fx energiproduktion, dannelsen af forskellige molekyler til cellen selv eller til omgiverlserne, nedbrydning af optagne partkler eller celledeling.

    • De fleste organeller er omgivet af membraner der i opbygning minder meget om cellemembranen. Giver mulighed for en livlig udveklsling af membranstykker. Udveklslingen sker ved afsnøring af vesikler der transporerer stoffer rundt i cellen. Vesiklerne kan enten optages eller udskilles fra cellens overflade.

  • Afhængigt af cellens aktivitet vil der i cytoplasmaet forekomme et større eller mindre antal vesikler med varierende indhold.

  • For at holde organellernes funktion i gang kræves der energi som hver celle skal være i stand til at danne.

• Mitokondrier

  • Cellens kraftværker. I muskelceller hvor energibehovet er stort findes mange og store mitokondrier, mens der er færre og mindre mitokondrier i mindre energikrævende typer af celler.

  • Energi dannes ved at forbrænde eller nedbryde næringsstoffer.

    • Næringsstofferne kommer fra den føde vi har spsist - enten direkte fra optagelsen i tarmen eller fra nedbydning af kroppens fedt- eller glukosedepoter.

    • Det fedt der forbrændes, er fedtsyrer. Fedtsyrerernekommer fra det fedt man spsier.

    • I føden findes fedtsyrer som kan være mættede, monoumættede eller polyumættede og kommer fra planter eller dyr. Uanset hvilken fedtsyrer der er tale om kan de i mitokonriderne forbrændes til energi.

  • Selve forbrændingen i mitokondrierne kræver ilt, O2, og som affalsstoffer dannes Kuldioxid, CO2 og vand, H2O. Dette skrives således:

Fedtsyrer/glukose + O2 > Energi + CO2 + H2O

• Hver celle skal producere sin egen energi, ATP. Dette sker mest ic ellens mitokondrier. For at kunne danne energi skal cellen have tilstrækkelig forsyninger af Næringsstoffer, O2 og ADP  og P.

• ADP kan bruges igen, hvis det bliver bundet sammen med P, og det er netop hvad der sker i mitokondrierne. Mitokondrierne kan altså sammenlignes med en oplader.

• Energimangel i en celle kan være årsag til at cellen dør.

• Manglen på energi skyldes ofte mangel på ilt i cellerne, idet ilten er nødvendig for mitokondriernes energidannelse.

• De skader der kan ses i hjerne eller hjerte hvis disse rammes af en blodprop der stopper blodforsyningen er netop et resultat af iltmangel i cellerne.

• Cellekernen og cellens arvemateriale.

  • Cellekernen, nucleus, indeholder de arvelige egenskaber, gernerne.

  • Kernemembranen ligger i dobbelt lagt om kernen, men ligner ellers cellemembranen.

  • Arvematerialet findes samlet i cellekernen som DNA, deoxyribonucelicacid.

    • Der findes 46 meget lange DNA molekyler i de fleste cellekerner.

    • DNA-molekyler er stramt pakket og rullet sammen lidt på samme måde som 46 garnnøgler - kaldes kromosomer.

      • Når de rulles ud som løst garn kaldes de kromatin. Når celler deler sig vil DNAet findes som kromosomer resten af tiden som kromatin.

      • De 46 DNA molekyler i kernen er parvis ens, aka. Der er 23 par.

      • Par 1-22 kaldes autosomer.

      • Det 23. par kaldes kønskromosomer. Hos kvinden er der 2 X kromosomer, og hos manden er et X og et Y.

      • Kromosomerne i en personens cellekerne er nøjagtigt kopier af de 46 kromosomer der fandtes i det befrugtede æg.

    • Ved mitose sendes nøjagtige kopier af alle 23 par kromosomer videre til de to nye celler der kommer ud af hver celledeling.

    • Gener er korte stykker eller områder af hver DNA molekyle. I en cellekerne regner man med at der findes ca. 20.000 par gener, de udgør det humane genom. Hvert gen fungere som en opskrift på hvordan et bestemt protein skal dannes.

    • Dominante og recessive gener;

Selvom gener findes parvis, er det oftest kun det ene gen i parret som bruges. Som eksempel, blå og brune øjne.

• Det dominante gen, er det som bliver udtrykt. Det brune gen er dominant, og derfor vil barnet få brune øjne.

• Det recessive gen, er det som viger. Dvs. det ikke bliver udtrykt. Barnet vil få brune øjne, selvom det har genet for blå øjne også.

• DNA er opbygget af meget lange molekyler hvor to kæder, DNA strenge, snor sig om hinande i en såkaldt dobbelthelix. DNA strengene er opbygget af nukleotider, som hver består af en fosfat gruppe, deoxyribose og en ud af fire mulige kvælstofholdige baser: adenin, thymin, guanin og cytosin.

• Rygraden i de lange DNA strenge ugøres af skiftevis fosfat og deoxyribose.

• Rækkefølgen af nukleotider i et gen giver koden for hvordan det tilhørende protein skal dannes.

• Ribosomer og proteinsyntese; dannelsen af nye proteiner sker ved proteinsyntesen. Dette er knyttet til de små organeller i cellen, som kaldes ribosomer. Hele proteinsyntesen starer dog i cellekernen. Her laves en eller flere små kopier af genet ved en proces som kaldes transkription. Fordelen ved at lave kopier af genet er at de store DNA molekyler med hver tusindvis af gener ikke skal flyttes ud af cellekernen og ud i ribosomet. Det kan ses som at man tager en kopi af en gammel bog, i stedet for at tage den ud og risikere at den bliver beskadiget.

  • Kopien af gener mRNA føres ud gennem en pore i kernemembranen og hen til et ribosom. Her skal de rigtige aminosyrer sættes sammen til proteinet. Ribosomer findes i stort antal o celler enten som frie ribosomer i cellens cytoplasma eller bundet til membranen af det organel der kaldes endoplasmatisk reticulum. De frie ribosomer står for produktionen af proteiner der skal bruges i cellens cytoplasma. Disse proteiner skal ofte færdiggøres i andre af cellens organeller før de kan bruges.

• Endplasmatisk reticulum og golgiapparatet;

  • Både ER og golgiapparatet er organeller som består af større eller mindre stakke af flade membransække. Endoplasmatisk reticulum fndes både som ru-ER og glat-ER.

  • Golgiapparatet modtager mange af vesiklerne fra ru-ER. I golgiapparatet bliver proteinerne færdiggjort så de er klar til at fungere.

• Lysosomer er vesikler som indeholder enzymer til nedbrydelse. Fagocyterrende celler som makrofager og neutrofile granulocytter indeholder særligt mange lysosomer. Disse dannes især ved afsnøring af vesikler fra golgiapparatet.

• Centrioler ligner to små tromler og består af proteinfibre. De har kun funktion i celler der deler sig og kun under selve delingen. Her sørger de for at kromosomerne fodeldes korrekt i hver ende af cellen.

• Cellens krav til omgivelserne

  • For at en celle kan holde stofskifte og funktion stabilt har den krav til omgivelserne. Celler kan kun overleve hvis de er omgivet af væske. De celler som findes på den ydre overflade af kroppen, er døde.

  • Cellers stofskifte fungerer ved hjælp af en masse forskellige enzymer. For at enzymerne kan fungerer, må temperaturen og pH hverken være for høj eller lav, og der skal være god forsyning af næringsstoffer.

  • Det optimale, velbalancerede indre miljø i kroppen kaldes møostase.

  • Cellerne i kroppen lever i et stort samfund hvor de forskellige typer af celler har hver deres specielle funktioner. Hele kroppen skal også styres ift. Verden omkring sig, så f.eks. Farer kan undgås. Man kan sige at de fleste organer i kroppen er til for at cellerne er glade.

• Celledeling.

  • Celledelinger sker i forbindelse med vækst eller vedligeholdelse. Når en del væv i fx huden eller tarmen kan erstatte gamle celler med nye, et det fordi disse væv har bevret et antal stamceller. Stamceller har kun til opgave at dele sig. Ved mitose bliver en stamcelle til to nye celler - den ene vil typisk fortsætte som stamcelle, mens den anden vil udvikle den funktion som passer til det pågældende væv.

  • Ved meiose dannes kønsceller - sædceller eller ægceller. Disse har kun 23 kromosomer. I en sædcelle kaldes disse paternelle kromosomer, hvor de i en ægcelle kaldes maternelle.

  • Mitosen indledes med DNA replikation hvor stamcellens 46 DNA molekyler kopierer sig selv.

    • Mitosen har 5 faser.

      • Profasen - he kopieres kromosomerne, så der dannes 46 dobbeltkromosomer - de rulles op og pakkes sammen så de bliver korte og tykke.

      • Metafasen, hvor dobbeltkromosomerne placeres i et plan, midt gennem cellen. Dette sker ved hjælp af tentråde fra centriolerne.

      • Anafasen, hvor dobbeltkromosomerne trækkes mod hver sin pol.

      • Telofasen, hvor der dannes membran om de to sæt kromosomer så der er to kerner i cellen, og hvor kromosomerne rulles ud til kromatin så de ikke mere kan ses som tykke kromosomer

      • Cytokinesen hvor cellemembranen snøres sammen på midten og hele cellen deles i to.