Eukaryote celler: opbygning, organeller og forskellen på dyre-, plante- og svampeceller

Forestil dig en bakterie og en celle fra din lever side om side under mikroskopet. Bakterien ligner ét åbent rum. Leverscellen ligner en hel virksomhed med afdelinger, lager, kraftværk og postkontor. Den slags opdelte celler kalder vi eukaryote celler, og det er dem, alle dyr, planter og svampe er bygget af.

Opdelingen er hele pointen. Når cellen har afgrænsede rum, kan den køre kemiske processer side om side, som ville ødelægge hinanden, hvis de foregik i den samme væske. Og så er der en detalje, der lyder som en gyserhistorie: mitokondrierne, der brænder din mad af, var engang selvstændige bakterier. Det er den bedst understøttede forklaring på, hvordan komplekse celler opstod, og du møder den længere nede.

Hvad er eukaryote celler?

Ordet fortæller det meste. Karyon er græsk for kerne, og pro betyder før, så en prokaryot er en celle, der ikke har en kerne. En eukaryot har. Ifølge Fysikleksikonet fra Niels Bohr Institutet hører bakterier under prokaryoterne, mens dyre-, svampe- og planteceller alle er eukaryote.

Du kan også se forskellen på størrelsen. En typisk bakterie måler et par mikrometer, mens en eukaryot celle ofte er mellem 10 og 100 mikrometer. Det giver et rumfang, der kan være flere hundrede gange større. En stor celle har et problem: den skal transportere stoffer over længere afstande og styre mange processer samtidig. Løsningen er arbejdsdeling, og det er netop det, organellerne er til for.

Eukaryote celler menes at være opstået for omkring 1,8 milliarder år siden. I dag består alle flercellede organismer af dem, men der findes også encellede eukaryoter, for eksempel amøber og gær. Det betyder, at ordet eukaryot ikke handler om, hvor stor organismen er, men om, hvordan hver enkelt celle er indrettet indvendigt.

Størrelsen har en konkret konsekvens. Tænk på en terning med sidelængden 1 cm og en med sidelængden 10 cm. Den store terning har 1.000 gange så stort rumfang, men kun 100 gange så stor overflade. En celle fungerer på samme måde: indholdet vokser hurtigere end overfladen, hvor stofferne skal ind og ud. Bakterier løser det ved at forblive små. Eukaryote celler løser det ved at skabe indre membraner, der giver masser af ekstra overflade at arbejde på, og ved at lade organeller overtage de tunge opgaver.

Cellekernen: hvorfor pakker cellen sit DNA ind?

Fordi DNA er cellens opskriftsbog, og du vil ikke have, at opskriften ryger i opvasken. Cellekernen er omgivet af en kernemembran, der skiller arvematerialet fra resten af cellen. Her ligger DNA'et samlet i kromosomer, og kernen beskytter og kopierer det, som Fysikleksikonet skriver. Kernemembranen har små huller, kerneporer, hvor udvalgte molekyler kan passere ind og ud.

I hverdagen laver kernen kopier af enkelte opskrifter. Enzymer aflæser et gen og danner en kopi af det i form af mRNA. Kopien forlader kernen gennem en kernepore og bliver i cytoplasmaet oversat til protein. Selve opskriftsbogen forlader aldrig kernen. Inde i kernen ligger desuden kernelegemet, nukleolus, som danner rRNA, der udgør en stor del af ribosomerne. Hele forløbet fra gen til protein kan du følge i vores guide til proteinsyntese.

Der er også forskel på, hvordan DNA'et er pakket. Eukaryote kromosomer er lange, lineære DNA-molekyler, der er viklet omkring proteiner, så de kan være i en kerne, som kun er få mikrometer bred. Hos prokaryoter er arvematerialet i stedet typisk ét cirkulært DNA-molekyle, der ligger frit i cellen. Bakterier har desuden ofte plasmider, små DNA-stykker, der kan kopieres uafhængigt af resten.

Næsten alle dine celler har en kerne med 46 kromosomer, men der er undtagelser, som viser hvor vigtig kernen er. Modne røde blodlegemer mister deres kerne for at få plads til mere hæmoglobin. Prisen er, at de ikke kan dele sig eller fornye sig, og de lever kun omkring 120 dage. Nerveceller og muskelceller har kernen på plads og kan leve i årtier, fordi de kan reparere sig selv ved at aflæse gener efter behov.

Organeller: cellens afdelinger og deres arbejdsdeling

Din bugspytkirtel laver insulin i store mængder, og hvert eneste molekyle tager den samme rejse gennem cellen. Rejsen viser, hvorfor cellen har organeller: hvert trin kræver sit eget miljø. Her er forløbet i forenklet form.

1. 1

   Kernen laver en kopi

   Genet for insulin kopieres til mRNA. Kopien slipper ud af kernen gennem en kernepore.

2. 2

   Ribosomet bygger proteinet

   Ved det ru endoplasmatiske retikulum aflæser et ribosom mRNA'et og bygger aminosyrekæden. Kæden trækkes ind i ER, hvor den foldes.

3. 3

   Golgi-apparatet sorterer

   Proteinet sendes videre i en lille blære til Golgi-apparatet, hvor det færdiggøres og pakkes i en ny blære med adresse på.

4. 4

   Cellemembranen leverer

   Blæren smelter sammen med cellemembranen og tømmer indholdet ud af cellen, så insulinet kan komme ud i blodet.

Læg mærke til, at ingen organel gør det hele. Ribosomerne bygger, ER'et folder og transporterer, Golgi sorterer, og membranen leverer. Ribosomer findes både frit i cytoplasmaet og fæstnet til det endoplasmatiske retikulum. Det ru ER er pakket med ribosomer og tager sig af proteiner, mens det glatte ER blandt andet danner lipider. Golgi-apparatet fungerer som en sorteringscentral, hvor proteiner færdiggøres og sendes videre til cellemembranen og andre destinationer, ifølge Fysikleksikonet.

Mitokondrierne er cellens kraftværker. De har to membraner, og i den indre foregår den sidste del af cellens respiration, hvor glukose og ilt bliver til ATP. En muskelcelle, der arbejder hele dagen, har derfor langt flere mitokondrier end en hudcelle. Vil du dykke ned i organellen, kan du læse om mitokondriers opbygning, funktion og DNA.

Cellen skal også rydde op. Lysosomer er små blærer fyldt med nedbrydende enzymer, som fordøjer gamle cellestrukturer og indtagne partikler. Peroxisomer nedbryder blandt andet fedtsyrer og giftige stoffer. En celle, der ikke kan rydde op, drukner i sit eget affald, og derfor er lysosomerne særligt talrige i celler, der æder andre celler, som makrofager i dit immunforsvar.

Mellem organellerne ligger cytoplasmaet. Det er hele indholdet af cellen uden kernen, og den flydende del kaldes cytosol. Det er her, mange af cellens enzymer arbejder, og det er her, de små blærer, vesikler, transporterer varer fra den ene organel til den næste. Du kan tænke på cytosol som gaderne i en by og på vesiklerne som varevognene. Uden dem ville ER og Golgi stå med færdige produkter, som aldrig nåede frem.

Du behøver ikke lære tabellen udenad i ét hug. Start med dem, du kan koble til en opgave: kernen styrer, mitokondriet leverer energi, ER og Golgi producerer og sorterer, lysosomet rydder op. Resten falder på plads, når du først har de fire.

En ting forvirrer mange: alle dine celler indeholder samme sæt gener, men de ser vildt forskellige ud. Forklaringen er, at cellerne bruger de samme organeller i forskellig mængde. En nervecelle har lange udløbere og mange mitokondrier. En bugspytkirtelcelle er fyldt med ru ER og Golgi, fordi den producerer og udskiller proteiner hele dagen. En levercelle har meget glat ER til at nedbryde giftstoffer. Opskriften er den samme. Det er arbejdsfordelingen, der skaber forskellen.

Dyrecelle, plantecelle og svampecelle: hvad er forskellen?

Du og en tomatplante deler næsten alle jeres organeller, og alligevel kan planten ikke løbe væk, når du kommer med saksen. Forskellen ligger i tre ting, som planten har, og du ikke har.

Planteceller er omgivet af en stiv cellevæg af cellulose uden på cellemembranen. De har kloroplaster, også kaldet grønkorn, hvor fotosyntesen foregår, og de har en stor central vakuole fyldt med vand, som presser mod cellevæggen og holder planten oprejst. Når en plante visner, er det vakuolerne, der er løbet tør. Planteceller laver både fotosyntese i kloroplasterne og respiration i mitokondrierne. Læs mere om plantecellens opbygning og om fotosyntese.

Dyreceller mangler cellevæg, og det giver dem frihed. De kan ændre form, krybe og strække sig, og de kan blive til specialiserede celler som nerveceller og muskelceller. De har ofte flere mitokondrier end planteceller, fordi dyr bruger meget energi på at bevæge sig og holde varmen. Dyreceller har desuden centrioler, som spiller en rolle ved celledeling, og de lagrer energi som glykogen frem for stivelse.

Svampeceller ligger imellem de to. Som dyreceller har de ingen kloroplaster og kan ikke lave fotosyntese, men som planteceller har de en cellevæg. Svampens cellevæg består dog af kitin og ikke cellulose. Svampe findes som encellede gærceller, som skimmelsvampe og som frugtlegemesvampe, der vokser ud i tynde tråde kaldet hyfer.

Du kan se vakuolens betydning selv. Læg en halv time salt på en skive agurk, og den bliver slap og sveder vand. Saltet trækker vand ud af cellerne ved osmose, vakuolerne skrumper, og trykket mod cellevæggen forsvinder. Fænomenet hedder plasmolyse. Sæt skiven i rent vand, og den bliver fast igen, fordi vandet vender tilbage. Den mekanisme kan du læse mere om i vores artikel om osmose.

Eukaryote og prokaryote celler: forskellen på ét overblik

Hvad har en bakterie, som din hudcelle ikke har, og omvendt? Svaret er kortere, end du tror: bakterien har et enkelt cirkulært kromosom, ofte en cellevæg og ingen kerne. Din hudcelle har en kerne og membranomsluttede organeller. Resten er variationer over det samme tema.

Tabellen giver et skarpt skel, men virkeligheden har nuancer. Prokaryote celler har også ribosomer, de er bare mindre end de eukaryote. De har cellemembran, cytoplasma og ofte cellevæg. Og de er ikke tidlige udgaver, der bare ikke nåede længere: de har udviklet sig lige så længe som eukaryoterne og dominerer stadig i antal. Dem kan du læse mere om i vores artikel om prokaryote celler.

Arkæerne er et særligt tilfælde. De er prokaryote og har ingen kerne, men deres molekylære maskineri ligner på flere punkter det, man finder hos eukaryote celler. Forskerne leder derfor stadig efter, hvilken type arkæ den store værtscelle var, dengang den optog sin første bakterie. Fund af såkaldte Asgard-arkæer, som en artikel i Nature fra 2017 beskrev, har givet nye ledetråde til, hvordan kompleksiteten i eukaryote celler kan være opstået. Spørgsmålet er altså ikke afgjort, og det er netop det, der gør emnet spændende.

Ved celledeling gælder den samme forskel. Bakterier deler sig ved binær fission, hvor cellen kopierer sit kromosom og deler sig i to. Eukaryote celler deler sig ved mitose, hvor kromosomerne først pakkes sammen, derefter fordeles ved hjælp af mikrotubuli og først til sidst ender i to nye celler. Mitosen kræver, at cellen har et cytoskelet, og det er endnu en grund til, at eukaryote celler ser så anderledes ud indeni.

Skellet mellem de to celletyper er så stort, at biologer bruger det til at dele livet op. Bakterier og arkæer er prokaryote, mens alt andet liv, fra gær til blåhval, er eukaryotisk. Det er også derfor, antibiotika kan dræbe bakterier uden at skade dine celler: medicinen angriber for eksempel de små bakterieribosomer eller bakteriens cellevæg, som dine celler ikke har.

Endosymbiose: hvorfor har mitokondrierne deres eget DNA?

Her er en detalje, der burde få dig til at spidse ører: mitokondrier og kloroplaster har deres eget DNA, som er forskelligt fra cellekernens. Hvorfor skulle en organel have sin egen opskriftsbog, når cellekernen allerede har én? Svaret er, at organellerne engang var hele bakterier.

Teorien hedder endosymbiose: endo betyder indeni, og symbiose betyder at leve sammen. Forestil dig en stor celle, der sluger en lille bakterie, som kan bruge ilt til at skaffe energi. Bakterien bliver ikke fordøjet. Den bliver boende, og værtscellen får energi til gengæld for husly. Over millioner af år mister bakterien sin selvstændighed og bliver til et mitokondrium. Kloroplasterne opstod på samme måde, da en eukaryot celle optog en fotosyntetiserende cyanobakterie.

Biologen Lynn Margulis, dengang Lynn Sagan, samlede ideen i en artikel fra 1967. Ifølge artiklens sammendrag i PubMed foreslog hun, at mitokondrier, fotosyntetiserende plastider og basallegemerne i flageller selv engang var frit levende prokaryote celler. Ikke alt holdt. Et tilbageblik i Molecular Biology of the Cell konkluderer, at ikke alle hendes idéer er blevet accepteret, men at hendes fokus på symbiose har haft stor betydning for, hvordan forskere ser på mitokondriers og plastiders oprindelse.

Sporene peger i samme retning. Mitokondrier har to membraner, som om værtscellen har pakket dem ind i sin egen membran, da den sluggede dem. De har deres eget, ofte cirkulære DNA. De har egne ribosomer, der minder om bakteriernes. Og de deler sig uafhængigt af cellens øvrige deling, præcis som bakterier gør. Når fire uafhængige træk alle ligner bakterier, er det svært at tro på tilfældigheder.

Kloroplasterne fortæller den samme historie. De har dobbelt membran, eget DNA og egne ribosomer, og deres DNA ligner det, man finder i cyanobakterier. Det forklarer også, hvorfor planter og alger kan lave fotosyntese: de har arvet evnen fra en bakterie, der kunne det i forvejen. Når du på eksamen skal begrunde endosymbioseteorien, er det netop disse træk, du skal pege på, og du skal forklare, hvorfor de er svære at forklare på anden vis.

Cytoskelettet og cellemembranen: stilladset og grænsen

Cellen er ikke en pose med suppe. Hvis du tømte den for organeller, ville du stadig have et indre stillads, der giver den form og flytter rundt på tingene. Det kaldes cytoskelettet og består ifølge Fysikleksikonet af tre slags proteintråde: aktinfilamenter, mikrotubuli og intermediære filamenter.

Mikrotubuli er både bærende bjælker og motorveje, hvor blærer og organeller bliver trukket rundt. Aktinfilamenter lader cellen ændre form og bevæge sig, og de intermediære filamenter virker som kabler, der holder cellen sammen. Når et hvidt blodlegeme kryber hen mod en bakterie, er det aktinfilamenterne, der gør arbejdet.

Stilladset er heller ikke fast. Cellen kan bygge det op og skille det ad på få minutter. Under mitose danner mikrotubuli en spindel, der trækker kromosomerne fra hinanden, og bagefter forsvinder spindlen igen. Det er en af grundene til, at bakterier uden cytoskelet i klassisk forstand ikke kan dele sig på den måde.

Yderst afgrænses cellen af cellemembranen: to lag fedtmolekyler med de vandelskende hoveder udad og de vandskyende haler indad. Membranen er selektivt gennemtrængelig, så den lader nogle stoffer slippe igennem og stopper andre. Samme princip gælder for organellernes membraner, og det er derfor, cellen kan holde forskellige miljøer adskilt. Læs mere i cellemembranens opbygning og funktion.

Hvordan kommer stoffer så igennem? Små upolære molekyler som ilt og kuldioxid kan diffundere direkte gennem fedtlaget. Ioner og større molekyler skal bruge kanaler eller bærerproteiner, og nogle stoffer skal pumpes mod en koncentrationsforskel, hvilket koster ATP. Her kommer mitokondrierne ind igen. Uden ATP stopper pumperne, og cellen mister sin kontrol over, hvad der er inde og ude. Alt hænger sammen, og det er netop pointen med en celle med afdelinger.

Sådan husker du eukaryote celler til eksamen

Start med at tegne en celle uden at kigge i bogen. Sæt cellekernen i midten, tegn ER lige uden for den, Golgi ved siden af og mitokondrier fordelt rundt omkring. Det virker bedre end at læse en liste, fordi du bliver tvunget til at tænke over, hvor tingene hører hjemme. Tilføj planteceller og svampeceller bagefter med en anden farve: cellevæg, kloroplaster og vakuole.

Knyt hver organel til en opgave i stedet for et navn. Hvad sker der, hvis cellen ikke har kraftværker? Den løber tør for ATP. Hvad hvis den mangler Golgi? Proteinerne bliver ikke sorteret og sendt afsted. Opgaver i biologi spørger sjældent kun efter et navn. De beder dig forklare sammenhænge, og UVMs læreplan for biologi A på stx bygger kernestoffet op omkring sammenhængen mellem information, struktur og funktion på alle organisationsniveauer.

Prøv med et eksempel, du kan møde til eksamen: Hvorfor har en muskelcelle mange flere mitokondrier end en fedtcelle? Du starter med opgaven, ikke med navnet. Musklen bruger store mængder ATP, når den trækker sig sammen. ATP dannes i mitokondrierne ved respiration. Mere arbejde kræver mere ATP, og mere ATP kræver flere mitokondrier. Fire korte sætninger, og du har både brugt fagbegreberne og forklaret en sammenhæng.

Hænger det stadig ikke sammen, hjælper det at forklare det højt til en anden. En tutor kan lytte, stille de spørgsmål en censor ville stille og pege på, hvor forklaringen glipper. Du kan prøve det med lektiehjælp i biologi fra Toptutors. Første prøvetime koster 99 kr., og der er ingen binding.

Typiske fejl om eukaryote celler

Fire misforståelser går igen i opgavebesvarelser. De er ikke tilfældige: hver af dem opstår, fordi en rimelig hovedregel bliver strakt en smule for langt.