Cytoplasma

Cytoplasman består av organeller (eller ”organeller”) med olika funktioner. Bland de viktigaste organellerna finns ribosomer, vakuoler och mitokondrier. Varje organell har en specifik funktion i cellen och i cytoplasman. Cytoplasman innehåller en del av organismens arvsmassa. Även om det mesta finns i kärnan har vissa organeller, inklusive mitokondrier och kloroplaster, en viss mängd DNA.

RibosomerRedigera

En ribosoms struktur. De stora (1) och små (2) underenheterna är länkade.

Ribosomer är cytoplasmatiska granuler som finns i alla celler och mäter cirka 20 nm. De bär också på ribosomalt RNA.

Proteinsyntesen sker på ribosomer i cytoplasman. Messenger-RNA (mRNA) och transfer-RNA (tRNA) syntetiseras i kärnan och överförs sedan till cytoplasman som separata molekyler. Ribosomalt RNA (rRNA) kommer in i cytoplasman i form av en ribosomal underenhet. Eftersom det finns två typer av underenheter, förenas de två underenheterna i cytoplasman med mRNA-molekyler för att bilda kompletta aktiva ribosomer.

Aktiva ribosomer kan vara upphängda i cytoplasman eller bundna till det grova endoplasmatiska retikulumet. Ribosomer som hänger i cytoplasman har den primära funktionen att syntetisera följande proteiner:

1. Proteiner som kommer att utgöra en del av cytosolen.
2. Proteiner som kommer att bygga upp strukturella element.
3. Proteiner som utgör rörliga element i cytoplasman.

Ribosomen består av två delar, en stor och en liten subenhet, och dessa lämnar cellkärnan separat. Experiment kan visa att de hålls samman av laddningar, eftersom underenheterna tenderar att separeras när Mg+2-koncentrationen sänks.

LysosomerEdit

Lysosomer är sfäriska vesiklar med en diameter på mellan 0,1 och 1 μm. De innehåller cirka 50 enzymer, vanligen hydrolytiska, i sur lösning; enzymerna behöver den sura lösningen för att fungera optimalt. Lysosomerna håller dessa enzymer åtskilda från resten av cellen och hindrar dem från att reagera kemiskt med celldelar och organeller.

Lysosomerna använder sina enzymer för att återvinna cellens olika organeller, genom att uppsluka dem, smälta dem och släppa ut deras beståndsdelar i cytosolen. Denna process kallas autofagi och cellen bryter ner obehövliga strukturer av sin egen cell. Materialet absorberas av vesiklar från endoplasmatiska retikulumet och Golgiapparaten för att bilda en autofagosom. Vid bindning till den primära lysosomen bildar den en autofagolysosom och följer samma process som ovan.

I endocytos samlas material från utsidan av cellen och absorberas genom endocytos genom plasmamembranet och bildar en fagosom. Lysosomen binder sig till fagosomen för att bilda en fagolysosom och häller sitt innehåll i fagosomen och bryter ned ämnena i fagosomen. När de har hydrolyserats går de användbara molekylerna in i cellen för att ingå i metaboliska vägar, och det som cellen inte behöver kastas utanför cellen genom exocytos.

Lysosomerna släpper också ut sina enzymer utanför cellen (exocytos) för att ytterligare bryta ner andra material. Med tanke på deras funktioner är deras närvaro hög i vita blodkroppar, eftersom de har till uppgift att bryta ned invaderande kroppar.

VacuolerRedigera

Vacuolen är en vätskepåse som omges av ett membran. I växtcellen är vakuolen en enda större vakuole, men i djurcellen finns det flera mindre vakuoler. Det omgivande membranet kallas tonoplast. Växtcellens vakuole innehåller en lösning av mineralsalter, socker, aminosyror och ibland pigment som antocyanin.

Plantans vakuole har flera funktioner:

• Socker och aminosyror kan fungera som ett tillfälligt matförråd.
• Anthocyaniner har en pigmentering som ger färg åt kronbladen.
• De har i allmänhet enzymer och kan ta över lysosomernas funktion.

Vacuolernas funktion i djurcellen är att fungera som en plats där proteiner lagras; dessa proteiner lagras för att senare användas, eller snarare för att exporteras ut ur cellen genom exocytos. I denna process smälter vakuolerna samman med membranet och deras innehåll flyttas ut ur cellen. Vakuolen kan också användas för endocytos; denna process innebär att material utanför cellen, som inte kan passera genom membranet, transporteras in i cellen.

Endoplasmatiskt retikulumRedigera

Det endoplasmatiska retikulumet är ett komplext system och en samling av sammankopplade membran som bildar ett cytoplasmatiskt skelett. De bildar ett omfattande system av kanaler och håller ihop ribosomerna. Deras form kan variera eftersom deras karaktär beror på hur cellerna är placerade, som kan vara komprimerade eller löst organiserade.

Bild på en cellkärna, det endoplasmatiska retikulumet och Golgiapparaten.
(1) Kärnan (2) Kärnporen (3) Grov endoplasmatisk retikel (RER) (4) Slät endoplasmatisk retikel (REL) (5) Ribosom i RER (6) Proteiner som transporteras (7) Vesikel (transport) (8) Golgiapparaten (9) Golgiapparatens cis-sida (10) Golgiapparatens trans-sida (11) Golgiapparatens cisterner.

En uppsättning slutna håligheter med mycket varierande form: tillplattade blad, klotformiga vesiklar eller slingrande rör. De kommunicerar med varandra och bildar ett sammanhängande nätverk som skiljs från hyaloplasman av membranet i det endoplasmatiska retikulumet. Följaktligen delas cytoplasmens vätskeinnehåll upp i två delar: det luminal- eller cisternala utrymmet i det endoplasmatiska retikulumet och det cytosoliska utrymmet som består av utsidan av det endoplasmatiska retikulumet.

De viktigaste funktionerna är:

• Cirkulation av ämnen som inte släpps ut i cytoplasman.
• Servar som ett område för kemiska reaktioner.
• Syntes och transport av proteiner som produceras av ribosomer som är fästa vid deras membran (endast RER).
• Proteinglykosylering (endast RER).
• Lipid- och steroidproduktion (endast REL).
• Gör ett strukturellt skelett för att upprätthålla cellens form.

Grovt endoplasmatiskt retikulumRedigera

När membranet är omgivet av ribosomer kallas det för grovt endoplasmatiskt retikulum (RER). RER:s huvudfunktion är proteinsyntes, och det är just därför som den är vanligast i växande eller enzymutsöndrande celler. På samma sätt kan en skada på cellen orsaka en ökning av proteinsyntesen och RER bildas, vilket förutsäger att proteiner behövs för att reparera skadan.

Proteiner omvandlas och flyttas till en del av RER:n, Golgiapparaten. Andra makromolekyler än proteiner syntetiseras också i dessa kroppar.

Glatt endoplasmatiskt retikulumRedigera

I avsaknad av ribosomer kallas det för glatt endoplasmatiskt retikulum (SER). Dess huvudfunktion är att producera cellens lipider, nämligen fosfolipider och kolesterol, som sedan ingår i cellmembranen. De andra cellfetter (fettsyror och triglycerider) syntetiseras i cytosolen, vilket är anledningen till att de är rikligare i celler med tillhörande sekret, t.ex. i en talgkörtel. Den är dock sällsynt i de flesta celler.

GolgiapparatenRedigera

Golgiapparaten, som är uppkallad efter sin upptäckare Camillo Golgi, liknar till sin struktur det endoplasmatiska retikulumet, men är mer kompakt. Den består av skivformade membransäckar och är belägen nära cellkärnan.

En diktyosom är namnet på varje stapel av säckar. De mäter ungefär 1 µm i diameter och har ungefär 6 cisterner tillsammans, även om de i lägre eukaryoter kan vara så många som 30. I eukaryota celler är Golgiapparaten mer eller mindre utvecklad, beroende på deras funktion. I varje fall varierar antalet diktyosomer från några få till många.

Diagram över det endomembranösa systemet i en eukaryotisk cell.

Golgiapparaten består av en eller flera serier av svagt böjda, tillplattade cisterner som är avgränsade av membran, och detta är känt som Golgistacken eller diktyosomen. Enheterna av varje cistern är dilaterade och omgivna av vesiklar som antingen smälter samman med detta beteende eller separeras från det genom geminering.

Golgiapparaten är strukturellt och biokemiskt polariserad. Den har två olika sidor: cis-ytan, eller bildningsytan, och trans-ytan, eller mognadsytan. Cis-sidan är belägen nära ER-membranen. Dess membran är tunna och dess sammansättning liknar retikulummembranens. Runt omkring finns Golgiblåsorna, även kallade övergångsblåsor, som härstammar från ER. Transsidan är vanligtvis nära plasmamembranet. Dess membran är tjockare och liknar plasmamembranet. Större vesiklar, de sekretoriska vesiklarna, finns på denna sida.

Dess funktioner är varierande:

• Modifiering av ämnen som syntetiserats i RER: ämnen från RER omvandlas i Golgiapparaten. Dessa omvandlingar kan vara aggregeringar av kolhydratrester för att uppnå den slutliga strukturen eller proteoliseras för att få sin aktiva konformation. I RER i bukspottkörtelns acinarceller syntetiseras till exempel proinsulin, som på grund av de omvandlingar det genomgår i Golgiapparaten kommer att få insulinets slutgiltiga form eller konformation. De enzymer som finns i diktyosomerna kan modifiera makromolekyler genom glykosylering (tillsats av kolhydrater) och fosforylering (tillsats av fosfater). För att göra detta transporterar Golgiapparaten vissa ämnen, t.ex. nukleotider och sockerarter, in i organellen från cytoplasman. Proteiner märks också med signalsekvenser som bestämmer deras slutliga destination, t.ex. mannos-6-fosfat läggs till proteiner som är avsedda för lysosomer.
• För att framställa glykoproteiner som behövs vid sekretionen läggs en kolhydrat till proteinet.
• För att producera sekretoriska enzymer, t.ex. matsmältningsenzymer i bukspottkörteln: ämnena passerar genom Golgiapparatens alla säckar och när de når diktyosomens transsida i form av sekretoriska vesiklar transporteras de till sin destination utanför cellen genom att korsa cytoplasmimembranet genom exocytos. Ett exempel på detta är proteoglykanerna som utgör djurens extracellulära matris. Golgiapparaten är organellen för den viktigaste kolhydratsyntesen. Detta tas om hand av enzymer i Golgi via en xylosrest. Ett annat sätt att märka ett protein kan vara genom sulfatering av ett sulfotransferas, som får en svavelmolekyl från en donator som kallas PAPS. Denna process äger rum i proteoglykanernas GAG:er och i proteinkärnor. Denna sulfatnivå är mycket viktig för proteoglykanernas märkning och ger proteoglykanen en negativ nettoladdning.
• Segregering av kolhydrater, t.ex. de som används för att återställa cellväggen.
• Transport och lagring av lipider.
• Bildning av primära lysosomer.

Skiss över en mitokondrion. (1) inre membran (2) yttre membran (3) intermembranutrymme (4) matris.

MitokondrierRedigera

Mitokondrier är en organell som finns i alla eukaryota celler, även om de kan saknas i högt specialiserade celler. Antalet mitokondrier varierar beroende på celltyp, och deras storlek är i allmänhet mellan 5 μm långa och 0,2 μm breda.

De är omgivna av ett dubbelt membran. Det yttersta membranet kontrollerar rörelsen av ämnen in och ut ur cellen och skiljer organellen från hyaloplasman. Det yttre membranet innehåller specialiserade transportproteiner som gör det möjligt för molekyler att passera från cytosolen till intermembranutrymmet.

Mitokondriernas membran består av fosfolipider och proteiner. Båda materialen är bundna till varandra och bildar ett lipid-proteinretikulum. Mitokondrier har olika funktioner:

• Oxidation av pyruvat till CO2m kopplat till reduktion av elektronbärarna nad+ och fad (till nadh och fadh2)
• Överföring av elektroner från nadh och fadh2 till o2, kopplat till generering av protonmotivationskraft
• Användning av energin lagrad i den elektrokemiska protongradienten för ATP-syntesen av f1 f0-komplexet.

Det inre membranet är veckat mot mitten, vilket ger upphov till förlängningar som kallas cristae, varav vissa sträcker sig över hela organellens längd. Deras huvudsakliga funktion är att vara det område där andningsprocesserna äger rum. Ytan på dessa cristae har granuler längs sin längd.

Rummet mellan de två membranen är intermembranutrymmet. Resten av mitokondrien är matrisen. Det är ett halvstyvt material som innehåller proteiner, lipider och lite DNA.

MatrixEdit

Matrisen består av en sammansättning av halvflytande material. Det har en gelliknande konsistens på grund av den höga koncentrationen av vattenlösliga proteiner, består till 50 % av vatten och innehåller:

• Dubbla cirkulära DNA-molekyler (mitokondrie-DNA), som innehåller information för att syntetisera ett antal mitokondriella proteiner.
• Mitokondriella RNA-molekyler som bildar mitorribosomerna, som skiljer sig från resten av cellens ribosomer.
• Ribosomer (mitorribosomerna), som finns både fria och fästa vid mitokondriernas inre membran. De liknar bakteriella ribosomer.
• Ioner, kalcium och fosfat, ADP, ATP, koenzym-A och ett stort antal enzymer.

Inre membranRedigera

Detta mitokondriella membran har en större yta på grund av mitokondriella kammar. Den är rikare på proteiner än andra cellmembran. Dess lipider innehåller inget kolesterol, och den är rik på en sällsynt fosfolipid, kardiolipin.

Dess proteiner är varierande, men kännetecknas av:

• De proteiner som bildar kedjan som transporterar elektroner till molekylärt syre (respiratorisk kedja)
• Ett enzymkomplex, ATP-syntas, som katalyserar ATP-syntesen och som består av tre delar: En sfär på cirka 9 nm i diameter. Det är den katalytiska delen av komplexet och kallas F-faktor.
• Transportproteiner, som gör det möjligt för joner och molekyler att passera genom det inre mitokondriella membranet, som är ganska ogenomträngligt för jonpassage.

Yttre membranRedigera

Mitokondriernas yttre membran påminner om andra cellmembran, särskilt endoplasmatiska retikulumets. Dess komponenter omfattar:

• Proteiner som bildar stora ”vattenkanaler eller poriner”, vilket gör den mycket genomsläpplig, till skillnad från mitokondriernas inre membran.
• Enzymer, t.ex. sådana som aktiverar fettsyror för oxidation i matrisen.

IntermembranutrymmetRedigera

Dess sammansättning liknar den i hyaloplasman. Funktionerna omfattar:

• Respiratoriska oxidationer.
• Mitokondriell proteinsyntes. Denna funktion utförs på samma sätt som proteinsyntesen i hyaloplasman.

PeroxisomerRedigera

Basisk struktur för en peroxisom.

Peroxisomer (eller mikrokroppar) är sfäriska, membranbundna kroppar med en diameter på mellan 0,5 och 1,5 μm. De bildas genom att knoppa av från det släta endoplasmatiska retikulumet. Förutom att de är granulära har de ingen inre struktur. De har ett antal metaboliskt viktiga enzymer, särskilt enzymet katalas, som kataboliserar nedbrytningen av väteperoxid. Därför kallas de för peroxisomer. Nedbrytningen av väteperoxid representeras i en ekvation.

H 2 O 2 + R ′ H 2 ⟶ R ′ + 2 H 2 O {displaystyle H_{2}O_{2}+R’H_{2}{2}longrightarrow R’+2H_{2}O}