3 Cellen 3.1 Alt levende er oppbygd av celler

Transkript

1 3 Cellen 3.1 Alt levende er oppbygd av celler a) Den nyeste forskningen tyder på at jorda er ca. 4,6 milliarder år gammel. b) Det er nok ikke rett å kalle «arvestoffet» for liv så derfor regner vi livets opprinnelse fra da de første cellene oppstod. Ut fra det vi vet i dag, skjedde det for ca. 3,7 milliarder år siden. Det gikk altså nesten en milliard år før de fleste levende organismer oppstod. c) Noe finner du øverst på side 68, og mer kan du kanskje finne andre steder. Siden ingen var til stede da livet oppstod, er det snakk om «indisier», som det heter i rettssystemet. Det vil si at vi tar utgangspunkt i det vi vet kan skje, og det som er blitt resultatet, og tenker oss hvordan det kan ha gått for seg. Hvis vi holder religiøse muligheter utenfor, regner vi med at enkle kjemiske forbindelser har slått seg sammen og dannet stadig mer kompliserte forbindelser. Energien til dette arbeidet kan ha kommet fra kosmisk stråling og/eller lynnedslag i den såkalte «ursuppa» av disse enkle forbindelsene. En eller annen gang ble de første enkle organiske forbindelsene dannet, og senere må noen av disse ha blitt til forbindelser som var i stand til å kopiere seg selv. Nøkkelen til livet er nettopp dette, at et molekyl kan kopiere seg selv. Disse forløperne til arvestoffet slik vi kjenner det i dag, ble sannsynligvis omgitt av en form for beskyttelse, som enda senere utviklet seg til en cellemembran og videre til de første cellene Se tabellen over kjennetegn på liv på side 68. NB! Det er viktig at du skjønner hva hvert av punktene betyr Den ene cellen i den encellede organismen må være i stand til å ta seg av alle nødvendige livsprosesser. I kroppen vår har det skjedd en spesialisering, slik at noen celler gjør det ene, og andre celler gjør det andre, osv. Hver av cellene våre trenger ikke å gjøre alt. Det blir omtrent som i samfunnet, der vi har forskjellige yrker. Alle trenger ikke kunne mure, snekre, gi rette medisiner osv a) Planteceller, dyreceller og bakterieceller. Virus regner vi ikke som liv. Det finnes også andre celletyper. Se side 69 i grunnboka. b) Organeller er celledeler som har hver sine spesielle oppgaver. Organellene er deler av cytoplasmaet; det som er mellom cellemembranen og kjernen i cellen Arkebakterier (arkeer) er i alle fall svært like de eldste cellene vi kjenner til. De er derfor de cellene som vi regner med likner mest på «urcellene» Sopp regnes verken som dyr eller planter. De lever av ferdigprodusert, dødt eller levende organisk materiale som de tar opp gjennom overflaten av tynne «sopptråder». Sopp har ikke klorofyll, og driver derfor ikke fotosyntese. De formerer seg blant annet ved hjelp av sporer som spres gjennom lufta, eller ukjønnet ved knoppskyting. 3.2 Dyrecellen Det som er spesielt for dyreceller, finner du på side Cellemembranen er bygd opp av fettholdige stoffer og proteinmolekyler Se tabellen på side 72. Andre eksempler er bruskceller og

2 kjertelceller. Husk på at det finnes undertyper av de fleste celler. For eksempel består muskelceller av tverrstripete muskelceller (i skjelettmuskulaturen), glatte muskelceller (i innvollene våre) og av hjertemuskulatur a) Muskelceller trekker musklene sammen, slik at vi beveger på leddene våre. b) Sædceller fører mannens arvestoff til kvinnens eggceller. c) Sansecellene registrerer det som skjer i og omkring oss Celleveggen blir ofte kalt celleskjelettet. Det betyr at plantenes cellevegg er viktig for at cellene skal holde fasongen. Større dyr har et eget skjelett, enten utvendig eller innvendig, som hjelper dyret til å holde seg oppe og til å kunne bevege seg. Mindre og enklere dyr må vanligvis også kunne flytte på seg. De holder formen og beveger seg ved hjelp av innvendig trykk fra kroppsvæskene. Det ville blitt hemmet av en cellevegg. Bakterier har cellevegg, men de av dem som beveger seg, gjør det ofte ved hjelp av svingtråder a) Et elektronmikroskop sender ikke ut lys, men elektroner. De sendes mot det vi vil se et forstørret bilde av. Bildet kommer ikke direkte til øyet vårt, men til en skjerm eller en film som lager et bilde av de reflekterte elektronene. Slik får vi et bilde av det elektronmikroskopet «ser». For mer informasjon kan du søke f.eks. på elektronmikroskop i eller les forklaringen i NRKs Newtons hage. b) Evnen til å skjelne detaljer i et mikroskop (oppløsningsevnen) er avhengig av bølgelengden for de bølgene vi «ser» med. Bølgelengden til lys er for stor i forhold til størrelsen på et molekyl. Et lysmikroskop kan ikke gi så små detaljer. Bølgelengden til elektroner er mange tusen ganger mindre enn bølgelengdene i synlig lys, og elektronmikroskopet gir derfor mye bedre oppløsningsevne Du kan få hjelp i kapittel 5.2: Cellekjernen med arvestoffet (DNA) tilsvarer kontorene med bedriftsledelsen, der arbeidsbeskrivelsene oppbevares og avgjørelsene blir tatt. RNA er budbringeren som frakter beskjedene fra ledelsen til der produksjonen skjer. Ribosomene er industrirobotene eller maskinene som setter sammen produktene etter instruks fra arbeidsbeskrivelsene (RNA). Aminosyrene er råvarer som brukes til å bygge de nye produktene. Mitokondriene er kraftverket som gir energi til alt som skjer i cellen. Lysosomene behandler, uskadeliggjør og resirkulerer avfallet. Cellemembran og kjernemembran er vegger rundt henholdsvis hele fabrikken og administrasjonskontorene. De har porter som sørger for at uvedkommende ikke kommer inn, og at de rette stoffene fraktes inn og ut i rette mengder og til rette tider. Cytoplasmaet er selve fabrikkhallen med de forskjellige produksjonsavdelingene og maskinene a) Se på side 72 i grunnboka. I en komplisert organisme som vår egen er det en fordel at ikke alle celler gjør det samme. Men cellene i en organisme må til sammen kunne utføre alle nødvendige livsprosesser. b) Noen eksempler på spesialiserte celler: Muskelcellene er spesialisert til å kunne utføre bevegelse ved at de

3 kan trekke seg sammen. Sædcellene er spesialisert til å befrukte egget ved at de har en «hale» som de kan svømme med, og ved at de har et hode som inneholder ett eksemplar av hvert av kromosomparene i organismen. Synscellene er spesialisert til å kunne se lys og farger. Synscellene sender informasjon om det de sanser, til hjernen, der impulsene tolkes. Vi har forskjellige synsceller som ser forskjellige farger. Kjertelceller i for eksempel magesekken produserer stoffer som det er bruk for der, for eksempel slim, saltsyre og enzymer De fleste hovedtyper av celler er nevnt i oppgavene 3.2.4, og a) Røde blodceller må kunne binde til seg oksygenmolekyler, og kunne gi dem fra seg igjen. b) Nerveceller må kunne flytte på (lede) ioner og dermed også signaler. c) Synsceller må kunne reagere på ulike typer bølgelengder i lys. d) Sædceller må kunne svømme fort og langt. De må inneholde arvestoff, og de må kunne finne fram til og trenge inn i eggcellen. e) Fettceller må ha god plass til å lagre fettet etter behov. Fettcellen tømmes når fettet blir brukt opp, og fylles igjen når vi tar inn overskudd av næring Her er forslag til noen nettsider du kan undersøke: ; ; ; ; ; og Plantecellen a) Se også svaret på og Celleveggen er plantenes skjelett. Den holder cellene utspilt så sant de ikke mister for mye vann. b) Kloroplastene er stedet der fotosyntesen skjer. Lysenergi brukes til å omdanne karbondioksid og vann til druesukker (glukose) og oksygengass Se innblikket på side 74, der det spekuleres i om kloroplastene tidligere har vært selvstendige og frittlevende organismer. Som frittlevende organismer hadde de bruk for sitt eget arvestoff a) Plantesafta består stort sett av vann med oppløste stoffer som sukker, fett, proteiner, mineraler, fargestoffer, luktstoffer, vitaminer og i enkelte tilfeller også spesielle forbindelser som giftstoffer og gummi. b) Noen av forbindelsene er næringslager for planten (sukker, fett, mineraler og vitaminer). Andre er utviklet som beskyttelse mot mulige fiender (gift, lukt og smaksstoffer). I andre tilfeller igjen er planten interessert i at for eksempel frø eller frukt skal spises. Da har plantene nytte av at cellene inneholder smaksstoffer, luktstoffer eller næringsstoffer som insektene, dyra (eller vi mennesker) liker Plantecellene dør ikke så raskt som dyrecellene fordi de inneholder ikke lysosomer Planter er avhengige av vann, både for å få næring til cellene og til å holde cellene sine utspilt. Se svarene til andre oppgaver, som og

4 Saftrommet inneholder saft. Ulike plantesafter kan brukes til ulike formål, som drikke, medisin og i enkelte tilfeller også som giftstoff. Se også oppgave Bakterier Se side 75. Eksempler er forskjellige oster, yoghurt og forskjellige typer syrlige melkedrikker. Noen av disse er laget ved hjelp av sopp, mens yoghurt og flere melkeprodukter, som Cultura og Biola, er syrnet ved hjelp av bakterier. I tillegg kan alkohol omdannes til eddik av eddiksyrebakterier. Rakfisk går gjennom en forråtnelsesliknende prosess som skyldes bakterier. I framtida vil nok genspleisede bakterier bli mer brukt til å lage næringsstoffer a) Noen eksempler: Spyttet og magesafta dreper bakterier. Huden har naturlige bakteriebestander som beskytter oss mot fremmede og kanskje skadelige bakterier. Skjeden er beskyttet mot bakterier ved at det produseres melkesyre, og ved at det mesteparten av tida er en slimpropp som stenger inngangen til livmoren. Huden er laget slik at svært lite kan trenge inn gjennom den. I luftveiene er det flimmerhår som "feier" ut mye av de partiklene vi puster inn. Blodet inneholder ulike typer hvite blodceller som har hver sine oppgaver i bekjempelsen av bakterier. b) Antibiotika virker bl.a. ved at bakteriene mister evnen til å danne cellevegg, og kan da heller ikke dele seg og bli flere a) K-vitamin blir dannet av bakterier som lever av matrester i tykktarmen vår. Vitaminet er viktig for blodlevringsfunksjonen. b) Hos nyfødte er ikke tarmen kommet skikkelig i gang med å produsere K-vitamin. c) De mest brukte typene rottegift virker på blodlevringsfunksjonen. Dersom et menneske har fått i seg rottegift, vil en ekstradose K- vitamin kunne nøytralisere giftvirkningen, slik at blodet levrer seg som normalt Let etter «infeksjonssykdommer». Se også etter hvordan slike sykdommer skal forebygges og behandles. Som eksempler på hvordan det kan gjøres, ser vi på følgende sykdommer: Magesår kan skyldes en bakterie som heter Helicobacter pylori. Magesår kan også ha andre årsaker, som arvelige faktorer, overproduksjon av magesyre, røyking, alkohol og psykiske faktorer som stress og angst. Sykdommen rammer særlig menn som har et stort arbeidspress og uregelmessige spise- og sovevaner. Behandles nå med sunne levevaner, medisiner mot magesyre og antibiotikakur mot bakterien. Lungebetennelse kan komme av flere ulike typer bakterier, og også av virus. Sykdommen oppdages oftest ved at den smittede får plutselige fryseanfall, sting i brystet og hoste. Temperaturen kan stige til over 40 C. Tuberkulose skyldes tuberkelbakterien, Mycobacterium tuberculosis. Sykdommen var omtrent utryddet her i landet, men de siste årene har det igjen dukket opp flere nye tilfeller. Det er ikke alle som merker at de har fått sykdommen, men de som merker den, får hoste, feber og stikking i brystet (ikke så ulikt lungebetennelse). Sykdommen er farlig fordi den kan spre seg til andre deler av kroppen.

5 Legionærsyken har vært omtalt i mediene i det siste. Den skyldes legionellabakterien og begynner med feber, hoste, brystsmerter, kvalme, diaré og oppkast. Legionærsyke fører alltid med seg lungebetennelse. Pusteproblemene kan bli så store at pasienten må legges i respirator. Sykdommen er farlig med ca. 10 % dødelighet a) Streptokokker er en bakterietype som kan gi skarlagensfeber, brennkopper, rosen, giktfeber, nyrebetennelse, bronkitt, lungebetennelse og hjernehinnebetennelse hos mennesker, og bl.a. jurbetennelse hos kuer. Enkelte arter benyttes i osteproduksjon. b) Stafylokokker er bakterier som opptrer i drueklaseliknende grupper. Er ofte harmløs, men kan gi alvorlige infeksjoner i lunger, hjerne og indre organer. Opprinnelig var stafylokokker følsomme for penicillin, men utstrakt bruk har ført til økende resistensutvikling. Resistente stafylokokkstammer er blitt et vanskelig og kostbart problem i mange land. c) Listeria er en bakterie som finnes blant annet i jord og vann. Symptomer på smitte kan være alt fra magesjau til hjernebetennelse, blodforgiftning og abortering. 30 % av meldte sykdomstilfeller har fått dødelig utfall. d) E.coli står for Esherichia coli, som er tarmbakterier. Smitte av E.coli fra for eksempel kloakkinfisert drikkevann er normalt ikke farlig, men ubehagelig siden det fører til kvalme, oppkast og diaré. 3.5 Virus Virus består av et arvestoffmolekyl med en proteinkappe rundt. Noen virus har festeorganer som holder dem fast til de cellene angriper Virus er en parasitt fordi den går inn i levende celler og utnytter og skader dem. Siden virus ikke kan formere seg selv, bruker den vertscellen til å lage nye virus a) Virus mangler så godt som alle livsfunksjonene. Av de livsfunksjonene som står nevnt i tabellen på side 68, har virus bare evne til å reagere på omgivelsene ved at de lager hull i og sprøyter arvestoffet sitt inn i rett type celle. b) og c) På side 99 er barnesykdommene meslinger, røde hunder, kusma og vannkopper nevnt. I tillegg er virus årsaken til kjente sykdommer som enkelte typer lungebetennelse, kyssesyke, noen typer hepatitt (gulsott) og hjernehinnebetennelse. Ved å søke i for eksempel Caplex, finner du nærmere beskrivelse av disse sykdommene a) Virus er ikke levende og kan følgelig ikke drepes med antibiotika. Sykdommene helbredes vanligvis ved at kroppen får tilført antistoffer, eller ved at kroppen selv produserer antistoffer mot viruset. b) Se figuren i margen på side 76. Der ser du at viruset fester seg til rett type celle, og sprøyter arvestoffet sitt inn. Virusarvestoffet kopler seg på cellens eget arvestoff og får cellen til å lage nye virus. Når disse nye virusene sprenger seg vei ut av cellen, vil cellen vanligvis bli skadd eller drept. Når dette skjer med et stort antall celler i kroppen, blir vi syke Vi begynner øverst på figuren: proteinkappen er en beholder som rommer arvestoffet arvestoffet har informasjon om hvordan viruset er oppbygd og hvordan det fungerer

6 «halsen» er en kanal som fører arvestoffet fra proteinkappen og inn i vertscellen «beina» fester viruset til vertscellen «tennene» mellom beina er med på å lage hull i cellen og å feste viruset til cellen Når penicillin ikke virker, må det være virus som er årsak til sykdommen. Se også oppgave Mikroorganismer kan ha opp mot 100 generasjoner per døgn. Det betyr at de trenger ikke lang tid på å tilpasse seg forandringer i omgivelsene. Hvert år kommer det nye influensaepidemier forårsaket av nye varianter av tidligere virus. Da vil tidligere utviklede vaksiner ikke lenger virke mot de nye epidemiene. 3.6 Energi i cellene Se på side 77. Cellene trenger energi til de forskjellige livsprosessene som celledeling, oppbygging og nedbryting av molekyler, transport, bevegelse og til frigivelse av varme Når glukose spaltes, blir det dannet CO 2 og H 2 O. Dessuten frigis det energi som brukes til å bygge opp molekylet ATP. ATP dannes av ADP + P (fosfat) ATP er forkortelse for adenosintrifosfat, et molekyl som består av en del som kalles adenosin, med tre fosfatgrupper på. ADP er adenosindifosfat, dvs. at adenosin har to fosfatgrupper. Som det står i faktarammen på side 77, kan ATP spalte av P og bli til ADP. I den reaksjonen frigis det energi som cellene kan bruke til prosessene sine. ADP kan bygges opp til ATP igjen ved hjelp av energi fra celleåndingen Fotosyntesen skjer i kloroplastene i de grønne delene av planten. Videre beskrivelse finner du i kapittel Planter vokser dårlig i mørke, for der er det lite lysenergi til fotosyntesen. Lite vann vil også hemme veksten, siden vannet er løsemiddelet som frakter næringssalter inn i og rundt om i planten. Men husk på at forskjellige plantearter har ulike krav til lys og vann. Noen klarer seg med svært lite vann, andre med svært lite lys. Ta deg en tur i naturen, så ser du at det er forskjell på hvor artene trives Celleånding skjer både i planter og dyr hovedsakelig i mitokondriene, men også i cytoplasmamassen ellers i cellen Se figurer på side I drivhuset kan vi kunstig påvirke alle faktorene i fotosyntesen, dvs. vannmengden i jorda, karbondioksidmengden i lufta og lysforholdene. I tillegg kan vi til en viss grad styre temperaturen slik at plantene har best mulige vekstforhold Klorofyllet i plantene er grønt. Det er klorofyllmolekylene som «fanger» de rette delene av sollyset og bruker energien fra dem til å lage sukker. Denne prosessen er det vi kaller fotosyntese (foto = lys og syntese = å lage noe)

7 De forenklede reaksjonslikningene som vi lærer i 1Na, viser at prosessene er motsatte. Virkeligheten er mye mer komplisert. Ta gjerne en kikk i en lærebok for 3Bi. Der finner du flere detaljer til prosessene a) og b) Lyset slokner fordi det bruker opp oksygen ved forbrenning av stearin. Lyset slokner, og musa dør. Både lyset og musa forbrenner og bruker oksygen. Lyset bruker O 2 og danner CO 2. Med planten er det motsatt, slik at lyset vil kunne brenne lenger enn uten planten til stede. Lyset og planten «hjelper hverandre». Planten vil også klare seg lenge selv om den er alene. Siden den får lys, vil både fotosyntese og celleånding fungere, og de to prosessene supplerer hverandre med gassene O 2 og CO 2, selv om det nok på sikt vil bli mangel på CO 2. c) I begge prosessene blir det brukt O 2 og dannet CO A-9, B-6, C-5, D-8, E-1, F-2, G-3, H-4, I-7 Setning Ord A. Transportmåte som ikke krever energi 9. diffusjon B. Her lages det proteiner 6. ribosomer C. De minste levende enhetene i naturen 5. celler D. Celler med lysosomer 8. dyreceller E. Gir energi til cellenes kjemiske reaksjoner 1. ATP F. Den celledelen som inneholder arvestoffet 2. cellekjernen G. Her foregår fotosyntesen 3. kloroplastene H. Dreper bakterier, men ikke virus 4. antibiotika 3.7 Stofftransport i celler Se også på side 80. Du kan presisere ved for eksempel å skrive: a) Cellen tar inn vitaminer som A, B, C, D, E og K, ioner som Na +, K +, Fe 3+, Ca 2+, næringsstoffer som fett, glukose og aminosyrer, dessuten oksygen og vann. b) Cellen frakter ut celleprodukter som fett, nye proteiner, hormoner og enzymer, avfallsstoffer som CO 2, dessuten forskjellige urinstoffer og overskudd av vann og ioner som det er gitt eksempler på i oppgaven a) Det er cellemembranen Vann, karbondioksid og urinstoffer fra forbrenning av proteiner a) Se på sidene 81 og 82. Diffusjon er resultat av molekylenes bevegelser. Molekyler beveger seg tilfeldig i alle retninger. Det fører til at i en gass eller i en væske vil molekylene etter en tid være jevnt spredd utover i gassen/væsken. b) Oksygen ut av innåndingslufta og inn i cellene. Karbondioksid ut av cellene og inn i utåndingslufta. Vann diffunderer inn eller ut av cellene, avhengig av om det er for lite eller for mye vann i cellene. c) Nei, overalt der det er små molekyler som er løst i gass eller væske, vil vi få diffusjon. Løklukt diffunderer i lufta, gjødsellukt likeså.

8 Saft og forskjellige vannløselige salter diffunderer i vann Luktstoffene fra appelsinen sprer seg til alle deler av rommet ved diffusjon gjennom lufta Store molekyler kommer inn i cellene gjennom spesielle molekyler. Dette kalles aktiv transport og skjer gjennom spesielle transportproteiner. En annen måte er at cellemembranen bukter seg inn og etterpå lukker seg igjen bak molekylene. Dette kalles membranavsnøring a) Aktiv transport krever energi, passiv transport krever ikke energi. b) Ladde partikler, som Na + og Cl, fraktes gjennom cellemembranen ved hjelp av spesielle transportproteiner. Se figur side Riktige svar er c og e. a) Dette skjer ved diffusjon og krever ikke energi. b) Dette er celleånding og gir ATP. c) Da skjer det membranavsnøring, og det krever energi i form av ATP. d) Dette er også diffusjon, uten behov for energi. e) Glukose består av store molekyler som krever ATP for å bli fraktet inn i cellene a) Oksygenet fraktes med lufta som vi puster inn, ned til lungeblærene. Der diffunderer oksygenmolekylene inn i de tynne blodårene (kapillærene) som omgir lungeblærene. Hjertet pumper blodet rundt om i kroppen, og oksygenet tas opp av de cellene som begynner å få manko på oksygen. På denne turen skal molekylet passere mange cellemembraner. Dette skjer ved diffusjon; fra der det er mye oksygen til der det er lite oksygen. b) I cellene blir oksygenmolekylet brukt til å forbrenne druesukker, fett eller protein slik at organismen får frigitt energi til livsprosessene. Denne forbrenningen skjer hovedsakelig i mitokondriene. Se oppgave