Cell-struktur

Länk till bilder på jonpump och transport inom cell

Överblickstabell över cellens struktur

Cellkärnans membranstruktur

Cellkärnan omges av ett dubbelt kärnmembran som består av ett yttre och ett inre membranlager. Det yttre membranet är kontinuerligt med det endoplasmatiska retiklet och är ofta täckt av ribosomer, vilket gör det delaktigt i proteinsyntesen. Det inre membranet är associerat med ett nätverk av proteinfilament, de så kallade laminerna, som ger strukturellt stöd åt kärnan och är involverade i organisationen av kromatinet.

Mellan de två membranlagren finns ett perinukleärt utrymme. Den selektiva transporten mellan cellkärnan och cytoplasman sker genom stora proteinkomplex kallade nukleära porer. Dessa porer fungerar som kontrollerade portar som reglerar passage av RNA, proteiner och andra molekyler. Tillsammans skapar dessa komponenter ett dynamiskt men robust system som skyddar det genetiska materialet och möjliggör kommunikation mellan kärnan och resten av cellen.

Cellkärnan

Cellkärnan är cellens informationscentrum där arvsmassan lagras och genuttrycket regleras. Inuti kärnan finns nukleolus, en tydligt avgränsad struktur där syntesen av ribosomalt RNA (rRNA) sker. Här monteras också ribosomala subenheter innan de transporteras ut till cytoplasman för att delta i proteinsyntesen. Nukleolus är inte avgränsad av ett membran men utgör ett koncentrerat område av DNA, RNA och proteiner som arbetar tillsammans i ribosombildningens tidiga steg.

Kärnans DNA är organiserat som kromatin, som består av DNA lindat kring proteiner, särskilt histoner. Det finns två former: eukromatin och heterokromatin. Eukromatinet är mer löst packat och återfinns centralt i kärnan; det är den aktiva delen av genomet där transkription sker. Heterokromatinet är tätare packat, oftare lokaliserat mot kärnmembranets inre, och är generellt mindre aktivt i transkription. Tillsammans ger dessa komponenter cellkärnan dess strukturella och funktionella komplexitet.

Kornigt endoplasmatiskt retikulum

Det korniga endoplasmatiska retikulumet (rER, Rough Endoplasmic Reticulum) är en veckad membranstruktur som är tätt besatt med ribosomer på dess yttre membranyta, vilket ger det dess karakteristiska granulära utseende. Ribosomerna fästa vid rER är platsen för proteinsyntes, särskilt för proteiner som ska exporteras ur cellen, införlivas i cellmembranet eller transporteras till lysosomer. Dessa nybildade proteiner matas in i rERs inre hålrum, lumen, där de vidare bearbetas.

Inuti det korniga ER sker viktiga modifieringar såsom korrekt proteinveckning och ibland glykosylering, där sockermolekyler kopplas till proteinet vilket påverkar dess stabilitet och funktion. Felveckade proteiner sorteras bort, vilket är avgörande för att upprätthålla cellens funktion. Efter bearbetningen paketeras proteinerna i membranbundna vesiklar som knoppas av från ER och transporteras till Golgiapparaten för vidare modifiering och sortering till sina slutdestinationer.

Slätt endoplasmatiskt retikulum

Det släta endoplasmatiska retikulumet (sER, Smooth Endoplasmic Reticulum) är en membranstruktur som saknar ribosomer på sin yta, till skillnad från det korniga ER. Det fungerar som en viktig plats för lipidsyntes där fettsyror, fosfolipider och kolesterol produceras. Denna funktion är särskilt aktiv i celler som tillverkar steroidhormoner eller som behöver bygga nya membraner. sER är även utrustat med enzymer från cytokrom P450-familjen (CYP450), vilka är centrala i avgiftningsprocesser, särskilt i leverceller där de bryter ned läkemedel och andra fettlösliga ämnen.

En annan viktig funktion hos sER är dess roll i glukosmetabolism. I leverceller deltar det i processen där fosfatgruppen tas bort från glukos-6-fosfat, vilket gör att fritt glukos kan frisättas till blodet. Dessutom fungerar sER som en intracellulär kalciumreservoar. Det lagrar kalcium-joner som snabbt kan frisättas vid signaler, särskilt i muskelceller där detta är avgörande för kontraktion. Genom sina många funktioner bidrar sER till både metabolism, signalering och avgiftning.

Golgiapparaten

Golgiapparaten är ett membranbundet organellkomplex som fungerar som cellens sorterings- och modifieringscentral. Den tar emot vesiklar från både det korniga och släta endoplasmatiska retikulumet. Vesiklarna anländer till den så kallade cis-sidan (nära cellkärnan) och bearbetas medan de transporteras genom Golgis cisterner mot trans-sidan (utåt mot plasmamembranet). Här sker en rad viktiga modifieringar av proteiner som är avgörande för deras slutliga funktion och destination.

I Golgiapparaten genomgår proteiner post-translationella modifieringar såsom glukosylering, där sockermolekyler fästs vid proteiner. Två typer förekommer: N-länkad glukosylering som påbörjas i ER men modifieras i Golgi, och O-länkad glukosylering som är unik för Golgi. Dessutom sker fosforylering av vissa molekyler som en del av sorteringsprocessen. Golgi paketerar sedan de färdigmodifierade proteinerna i nya vesiklar och dirigerar dem till deras mål – exempelvis till lysosomer, till cellmembranet för inbyggnad, eller för exocytotisk export ut ur cellen.

Cellmembranet

Cellmembranet, även kallat plasmamembranet, består huvudsakligen av ett dubbellager av fosfolipider där de hydrofila (vattenälskande) huvudena vetter utåt mot cellens inre och yttre miljö, medan de hydrofoba (vattenavstötande) svansarna riktas inåt mot varandra. Detta lager skapar en semipermeabel barriär som kontrollerar vilka ämnen som får passera in och ut ur cellen. Kolesterol är inbäddat i detta fosfolipidlager och spelar en viktig roll genom att stabilisera membranets struktur och reglera dess fluiditet, särskilt vid temperaturförändringar.

Proteiner i cellmembranet är avgörande för dess funktion. De fungerar som transportörer som möjliggör passage av specifika ämnen, som enzymer som katalyserar reaktioner nära membranet, samt som länkar till cytoskelettet eller andra celler. Ämnen kan passera genom membranet via olika typer av diffusion. Enkel (simpel) diffusion tillåter små, opolära molekyler att passera direkt genom lipidskiktet. Faciliterad diffusion kräver specifika kanal- eller transportproteiner för att flytta molekyler över membranet. För större partiklar används vesikulär transport i form av endocytos (in i cellen) och exocytos (ut ur cellen).

Lysosomer

Lysosomer är membranbundna organeller i cellen som innehåller ett brett spektrum av hydrolytiska enzymer, inklusive proteaser, nukleaser, lipaser och glukosidaser. Dessa enzymer är verksamma vid lågt pH och ansvarar för nedbrytning av biomolekyler. Lysosomer fungerar som cellens återvinningsstation och är avgörande för att bryta ner skadade eller förbrukade komponenter.

Defekta eller gamla organeller transporteras till lysosomer via vesiklar i en process som kallas autofagi. Inuti lysosomen bryts innehållet ned till sina beståndsdelar som sedan återanvänds av cellen. Om en cell är skadad bortom reparation kan lysosomerna utlösa autolys, där deras enzymer släpps ut i cytoplasman. Detta leder till en kontrollerad nedbrytning av hela cellen, vilket är viktigt för utveckling och vävnadsomstrukturering.

Peroxisomer

Peroxisomer är små membranbundna organeller som innehåller en mängd olika enzymer som är viktiga för cellens metaboliska processer. En av de mest kända enzymerna i peroxisomer är katalas, som katalyserar nedbrytningen av väteperoxid (H2O2) till vatten och syre, vilket förhindrar att väteperoxid orsakar skada på cellens strukturer. Peroxisomer innehåller även oxidaser och andra metaboliska enzymer som är involverade i nedbrytning av fettsyror och andra molekyler.

Peroxisomer spelar en viktig roll i oxidation av både alfa- och beta-fettsyror, vilket är avgörande för energiproduktionen i cellen. Dessutom är peroxisomer ansvariga för syntesen av viktiga lipider, särskilt plasmalogen, vilket är en viktig komponent i den vita substansen i hjärnan. Peroxisomer är också involverade i produktionen av kolesterol och bryter ned etanol genom oxidation, vilket gör dem viktiga för avgiftning i cellen.

Mitokondrier

Mitokondrier är cellens energifabriker och har en mycket viktig roll i produktionen av ATP, den primära energivalutan i cellen. Mitokondrier är omgivna av ett dubbelt membran, där det yttre membranet är permeabelt för många små molekyler, medan det inre membranet är mycket mer selektivt och mindre permeabelt. Det inre membranet har en rad viktiga proteiner och enzymer som deltar i elektrontransportkedjan och ATP-syntesen. Inuti mitokondrien finns matrix, en vätska som innehåller enzymer för viktiga metaboliska processer.

Mitokondrier är centrala för flera metaboliska reaktioner, bland annat Krebs cykel, hemesyntes, urea-cykeln, glukoneogenes och ketogenes. I matrisen sker flera av dessa reaktioner som är avgörande för att cellen ska kunna producera energi och metaboliska produkter. Mitokondrier har sitt eget DNA, mtDNA, vilket ärvs från modern och används för att producera proteiner som är viktiga för mitokondriernas funktion. Detta gör mitokondrier unika bland cellens organeller.

Ribosomer

Ribosomer är ansvariga för att syntetisera proteiner i cellen genom en process som kallas translation. Ribosomerna består av två enheter: den stora delenheten, som är 60S (svedberg), och den lilla delenheten, som är 40S. Tillsammans bildar dessa enheter en funktionell ribosom som kan binda till mRNA och översätta den genetiska koden till en aminosyrasekvens. Ribosomerna är sammansatta av rRNA och proteiner, och dessa komponenter samverkar för att möjliggöra proteinsyntes.

Ribosomer kan antingen vara membranbundna och fästa vid det korniga (rough) endoplasmatiska retiklet (ER) eller fria i cytosolen. De membranbundna ribosomerna producerar proteiner som antingen ska in i membran eller utsöndras från cellen. De fria ribosomerna producerar proteiner som förblir i cytoplasman, såsom enzymer som är nödvändiga för cellens metabolism. Ribosomerna binder tRNA, som levererar aminosyror, för att skapa proteiners primärstruktur.

Cytoskelett

Mikrofilament - Aktin

Mikrofilament består huvudsakligen av aktin, ett protein som är viktigt för många cellfunktioner. Aktin arbetar i samverkan med myosin för att möjliggöra kontraktion av muskler, och denna process är nödvändig för musklernas rörelse. Mikrofilament är närvarande i vissa celler och spelar en roll i olika cellfunktioner.

Aktin är också viktigt för cytokines, den process genom vilken en cell delas i två. Mikrofilamenten bildar en kontraktil ring som drar ihop cellens membran, vilket leder till att cellen delas. Vidare spelar aktin en roll i diapedes, där cellmembranen skapar öppningar för att tillåta passage av ämnen in och ut ur cellen. Detta är avgörande för immunreaktioner, såsom vid fagocytos, där vita blodkroppar tar upp och bryter ner patogener eller skräp genom att omsluta dem.

Intermediär-filament

intermediär-filament är starkare än mikrofilament och ansvarar för att ge mekanisk stabilitet åt cellen. Dessa filament kan binda till den extracellulära matrisen (ECM) och är viktiga för att förankra cellens position och ge stöd. Dessutom spelar de en roll i att binda samman celler för att bilda vävnader och organ.

En annan viktig funktion för intermediär-filament är att förankra organeller inuti cellen, vilket ger cellen strukturell integritet och säkerställer att organellerna hålls på rätt plats. Detta gör att cellens funktioner kan utföras effektivt, och att viktiga enheter som kärnan och mitokondrierna kan samordnas på ett bra sätt.

Mikrotubuler - Alfa och Beta

Mikrotubuler är rörformade strukturer som är viktiga för intracellulär transport. De fungerar som vägar för motorproteiner, såsom dynin och kinesin, att transportera vesiklar och andra lastmolekyler runt i cellen. Mikrotubulerna är avgörande för att hålla cellens inre organisation på plats och för att cellen ska kunna transportera nödvändiga material.

Vid celldelning spelar mikrotubuler en roll i att dra isär systerkromatiderna under mitos. De bildar en struktur kallad spindelapparaten som säkerställer att de genetiska materialet delas jämnt mellan dottercellerna. Mikrotubuler är också viktiga för cellutökning och rörlighet, till exempel genom att bilda cilia och flagella, som hjälper celler att röra sig eller fånga partiklar från omgivningen.