Vad är en organell i en cell?

Ordet organell betyder "litet organ". Organeller är dock mycket mindre än växt- eller djurorgan. Precis som ett organ tjänar en specifik funktion i en organism, till exempel ett öga hjälper en fisk att se eller en ståndare hjälper en blomma att reproducera, organeller har alla specifika funktioner i celler. Celler är fristående system inom sina respektive organismer, och organellerna inuti dem fungerar tillsammans som komponenter i en automatiserad maskin för att saker ska fungera smidigt. När saker inte fungerar smidigt finns det organeller som ansvarar för cellulär självförstörelse, även känd som programmerad celldöd.

Många saker flyter runt i en cell, och inte alla är organeller. Vissa kallas inneslutningar, vilket är en kategori för föremål som lagrade cellprodukter eller främmande kroppar som tog sig in i cellen, som virus eller skräp. De flesta men inte alla organeller är omgivna av ett membran för att skydda dem från cytoplasma de flyter in, men detta gäller vanligtvis inte för cellulära inneslutningar. Dessutom är inneslutningar inte nödvändiga för cellens överlevnad, eller åtminstone fungerar, på det sätt som organeller är.

TL; DR (för lång; Läste inte)

Celler är byggstenarna för alla levande organismer. De är fristående system inom sina respektive organismer, och organellerna inuti dem arbetar tillsammans som komponenter i en automatiserad maskin för att saker ska fungera smidigt. Organell betyder "litet organ". Varje organell har en distinkt funktion. De flesta är bundna i ett eller två membran för att separera det från cytoplasman som fyller cellen. Några av de viktigaste organellerna är kärnan, det endoplasmiska retikulumet, Golgi-apparaten, lysosomerna och mitokondrierna, även om det finns många fler.

År 1665 undersökte en engelsk naturfilosof vid namn Robert Hooke tunna korkskivor, liksom vedmassa från flera slags träd och andra växter, under ett mikroskop. Han blev förvånad över att hitta markanta likheter mellan sådana olika material, vilket alla påminde honom om en bikaka. I alla proverna såg han många angränsande porer, eller ”väldigt många små lådor”, som han liknade de rum som munkar bodde i. Han myntade dem cellulae, som översätts från latin, betyder små rum; på modern engelska är dessa porer bekanta för studenter och forskare som celler. Nästan 200 år efter Hookes upptäckt observerade den skotska botanikern Robert Brown en mörk fläck i cellerna i orkidéer sett under ett mikroskop. Han kallade den här delen av cellen kärna, det latinska ordet för kärna.

Några år senare döptes den tyska botanisten Matthias Schleiden om kärnan till cytoblasten. Han uppgav att cytoblasten var den viktigaste delen av cellen, eftersom han trodde att den bildade resten av cellens delar. Han teoretiserade att kärnan - som den återigen kallas idag - var ansvarig för de olika framträdandena hos celler i olika växtarter och i olika delar av en enskild växt. Som botaniker studerade Schleiden uteslutande växter, men när han samarbetade med den tyska fysiologen Theodor Schwann, hans idéer om kärnan skulle visa sig vara sanna om djurceller och andra artceller som väl. De utvecklade gemensamt en cellteori, som försökte beskriva universella egenskaper hos alla celler, oavsett vilket djurs organsystem, svamp eller ätbar frukt de hittades i.

Till skillnad från Schleiden studerade Schwann djurvävnad. Han hade arbetat med att komma fram till en förenande teori som förklarade variationerna i alla celler i levande saker; som så många andra forskare på den tiden sökte han en teori som omfattade skillnaderna i alla många typer av celler han såg under mikroskopet, men en som ändå gjorde det möjligt för dem alla att räknas som celler. Djurceller finns i många strukturer. Han kunde inte vara säker på att alla de "små rum" som han såg under mikroskopet var till och med celler utan en ordentlig cellteori. När han fick höra om Schleidens teorier om att kärnan (cytoblast) var cellbildningsplatsen, kände han att han hade nyckeln till en cellteori som förklarade djur- och andra levande celler. Tillsammans föreslog de en cellteori med följande principer:

• Celler är byggstenarna för alla levande organismer.
  
• Oavsett hur olika enskilda arter är, utvecklas de alla genom bildandet av celler.
  
• Som Schwann noterade, ”Varje cell är inom vissa gränser en individ, en oberoende helhet. De vitala fenomenen hos en upprepas helt eller delvis i resten. ”
  
• Alla celler utvecklas på samma sätt, och så är alla desamma, oavsett utseende.
  

Baserat på Schleiden och Schwanns cellteori bidrog många forskare med upptäckter - många gjorda genom mikroskopet - och teorier om vad som pågick inuti cellerna. Under de kommande decennierna debatterades deras cellteori och andra teorier framkom. Till denna dag anses dock mycket av det som de två tyska forskarna ställde på 1830-talet vara exakt inom de biologiska områdena. Under de följande åren tillät mikroskopi upptäckten av mer detaljer om cellernas insidor. En annan tysk botaniker vid namn Hugo von Mohl upptäckte att kärnan inte var fixerad på insidan av växtens cellvägg, men flöt inne i cellen, uppe av en halvviskös, geléliknande substans. Han kallade detta ämne protoplasma. Han och andra forskare noterade att protoplasman innehöll små, upphängda föremål i den. En period med stort intresse för protoplasman, som kom att kallas cytoplasma, började. Med tiden, med hjälp av förbättrade metoder för mikroskopi, skulle forskare räkna cellens organeller och deras funktioner.

Den största organellen i en cell är kärna. Som Matthias Schleiden upptäckte i början av 1800-talet, fungerar kärnan som centrum för celloperationer. Deoxiribosnukleinsyra, bättre känd som deoxiribonukleinsyra eller DNA, har den genetiska informationen för organismen och transkriberas och lagras i kärnan. Kärnan är också platsen för celldelning, vilket är hur nya celler bildas. Kärnan är separerad från det omgivande cytoplasman som fyller cellen med ett kärnhölje. Detta är ett dubbelt membran som periodiskt avbryts av porer genom vilka gener som har transkriberats till strängar av ribonukleinsyra, eller RNA - som blir budbärar-RNA, eller mRNA - passerar till andra organeller som kallas endoplasmatiska retiklet utanför kärnan. Det yttre membranet i kärnmembranet är anslutet till membranet som omger det endoplasmiska membranet, vilket underlättar överföringen av generna. Detta är endomembransystemet och det inkluderar också Golgiapparat,lysosomer, vakuoler, vesiklar och cellmembranet. Det inre membranet i kärnhöljet gör det primära arbetet med att skydda kärnan.

De endoplasmatiska retiklet är ett nätverk av kanaler som sträcker sig från kärnan och som är inneslutet i ett membran. Kanalerna kallas cisternae. Det finns två typer av endoplasmatiskt retikulum: det grova och smidiga endoplasmiska retikulumet. De är anslutna och ingår i samma nätverk, men de två typerna av endoplasmatisk retikulum har olika funktioner. Den släta endoplasmiska retikulens cisterner är rundade tubuli med många grenar. Det släta endoplasmiska retikulumet syntetiseras lipider, särskilt steroider. Det hjälper också till att bryta ner steroider och kolhydrater, och det avgiftar alkohol och andra droger som kommer in i cellen. Den innehåller också proteiner som flyttar kalciumjoner in i cisternerna, vilket möjliggör den smidiga endoplasmatiska retikulum för att fungera som en lagringsplats för kalciumjoner och som en regulator för deras koncentrationer.

Det grova endoplasmatiska retikulumet är anslutet till det yttre membranet i kärnmembranet. Dess cisterner är inte tubuli, utan platta säckar som är fyllda med små organeller som kallas ribosomer, det är där den får den ”grova” beteckningen. Ribosomer är inte inneslutna i membran. Det grova endoplasmiska retikulumet syntetiserar proteiner som skickas utanför cellen eller förpackas i andra organeller inuti cellen. Ribosomerna som sitter på det grova endoplasmatiska nätverket läser den genetiska information som kodas i mRNA. Ribosomerna använder sedan den informationen för att bygga proteiner ur aminosyror. Transkriptionen av DNA till RNA till protein är känd i biologin som "The Central Dogma." Det grova endoplasmiska retikulumet gör också proteiner och fosfolipider som bildar cellens plasmamembran.

De Golgi-komplex, som också är känt som Golgi-kroppen eller Golgi-apparaten, är ett annat nätverk av cisterner, och liksom kärnan och det endoplasmatiska nätverket är det inneslutet i ett membran. Organellens uppgift är att bearbeta proteiner som syntetiserades i det endoplasmiska nätverket och distribuera dem till andra delar av cellen, eller förbereda dem för att exporteras utanför cellen. Det hjälper också till vid transport av lipider runt cellen. När det bearbetar material som ska transporteras, packar det dem i något som kallas en Golgi-vesikel. Materialet binds i ett membran och skickas längs mikrotubuli i cellens cytoskelett, så att det kan färdas till sitt mål genom cytoplasman. Några av Golgi-vesiklarna lämnar cellen, och vissa lagrar ett protein för att frigöra senare. Andra blir lysosomer, vilket är en annan typ av organell.

Lysosomer är en rund, membranbunden vesikel som skapats av Golgi-apparaten. De är fyllda med enzymer som bryter ner ett antal molekyler, såsom komplexa kolhydrater, aminosyror och fosfolipider. Lysosomer är en del av endomembransystemet som Golgi-apparaten och det endoplasmiska nätverket. När en cell inte längre behöver en viss organell, smälter en lysosom den i en process som kallas autofagi. När en cell inte fungerar eller av någon anledning inte längre behövs, engagerar den sig i programmerad celldöd, ett fenomen som också kallas apoptos. Cellen smälter sig själv med hjälp av sin egen lysosom, i en process som kallas autolys.

En liknande organell som lysosomen är proteasomen, som också används för att bryta ner onödiga cellmaterial. När cellen behöver en snabb minskning av koncentrationen av ett visst protein kan den märka proteinet molekyler med en signal genom att fästa ubiquitin till dem, som kommer att skicka dem till proteasomet som ska vara smält. En annan organell i denna grupp kallas a peroxisome. Peroxisomer tillverkas inte i Golgi-apparaten som lysosomer är, utan i det endoplasmiska nätverket. Deras huvudsakliga funktion är att avgifta skadliga droger som alkohol och toxiner som reser i blodet.

Mitokondrier, vars singular är mitokondrion, är organeller som ansvarar för att använda organiska molekyler för att syntetisera adenosintrifosfat, eller ATP, som är energikällan för cellen. På grund av detta är mitokondrion allmänt känd som cellens "kraftpaket". Mitokondrier skiftar kontinuerligt mellan en trådliknande form och en sfäroid form. De är omgivna av ett dubbelt membran. Det inre membranet har många veck i sig så att det ser ut som en labyrint. Vikten kallas cristae, vars singular är crista, och utrymmet mellan dem kallas matris. Matrisen innehåller enzymer som mitokondrier använder för att syntetisera ATP, såväl som ribosomer, som de som tappar ytan på grovt endoplasmatiskt retikulum. Matrisen innehåller också små, runda mtDNA-molekyler, vilket är en förkortning för mitokondrie-DNA.

Till skillnad från andra organeller har mitokondrier sitt eget DNA som är separata och skiljer sig från DNA i organismen, som finns i varje cellkärna (kärn-DNA). På 1960-talet föreslog en evolutionär vetenskapsman vid namn Lynn Margulis en teori om endosymbios, som fortfarande idag tros förklara mtDNA. Hon trodde att mitokondrier utvecklades från bakterier som levde i ett symbiotiskt förhållande inuti cellerna hos en värdart för ungefär 2 miljarder år sedan. Så småningom blev resultatet mitokondrion, inte som sin egen art, utan som en organell med sitt eget DNA. Mitokondriellt DNA ärvs från modern och muterar snabbare än kärn-DNA.