Et kig i mikroskopet

CELLEN er blevet kaldt „livets grundlæggende enhed“. Alt levende — deriblandt planter, insekter, dyr og mennesker — består af celler. I årenes løb har forskerne fået større viden om cellens funktioner og afdækket mange af molekylærbiologiens og genetikkens hemmeligheder. Lad os betragte cellen nærmere og se hvad videnskaben har lært om disse fascinerende mikroskopiske enheder af liv.

Det mikroskopiske

Celler varierer i form. Nogle er rektangulære, andre er kvadratiske. Der er runde celler, ægformede celler og nogle der blot ligner klatter. Tag for eksempel amøben, en encellet organisme som ikke har nogen fast form. Amøbens form ændres når den bevæger sig. Interessant nok giver en celles form ofte et fingerpeg om hvilken funktion den har. Nogle muskelceller er for eksempel lange og tynde og trækker sig sammen når de bruges. Nerveceller, der sender budskaber rundt i hele organismen, har lange udløbere.

Celler varierer også i størrelse. De fleste er dog for små til at man kan se dem med det blotte øje. For at få en idé om hvor stor en celle af gennemsnitsstørrelse er, kan man se på punktummet efter denne sætning. Inden for omkredsen af denne lille prik kan der være cirka 500 af sådanne celler. Og selv om det er småt, findes der nogle bakterieceller der er 50 gange mindre. Den største celle der findes, er blommen i et strudseæg — en encellet „gigant“ der er på størrelse med en baseball.

Da det er de færreste celler der kan ses med det blotte øje, bruger forskerne instrumenter, eksempelvis mikroskoper, til at undersøge dem med.a Men selv da kan nogle af cellens indviklede detaljer ikke skelnes klart. Tænk over følgende: Et elektronmikroskop kan forstørre en celle cirka 200.000 gange. Hvis en myre blev forstørret tilsvarende, ville den se ud til at være over 800 meter lang. Alligevel er nogle af cellens bestanddele så små at de ikke engang kan skelnes klart med et elektronmikroskop.

Forskere forbløffes over hvor kompliceret cellen er. Fysikeren Paul Davies skriver i sin bog The Fifth Miracle: „Hver celle er fyldt med bittesmå strukturer der ser ud som om de er fremstillet efter en lærebog for ingeniører. Mange af dem ligner diminutive pincetter, sakse, pumper, motorer, løftestænger, ventiler, rør, kæder, ja, selv køretøjer. Men cellen er naturligvis meget mere end en samling små dimser. De forskellige bestanddele passer sammen og udgør en helhed der fungerer gnidningsløst som et velfungerende samlebånd på en fabrik.“

Dna — den genetiske kode

Mennesker såvel som flercellede planter og dyr begynder livet som én celle. Når cellen har nået en bestemt størrelse, deler den sig i to. De to celler deler sig og bliver til fire. Efterhånden som denne deling finder sted, uddifferentierer cellerne sig — nogle bliver til muskelceller, andre til nerveceller, atter andre til hudceller, og så fremdeles. Under processen danner mange af cellerne væv. Muskelceller, for eksempel, danner muskelvæv. Forskellige vævstyper danner organer, såsom hjertet, lungerne og øjnene.

Under cellens tynde membran findes en geléagtig væske der kaldes cytoplasma. Længere inde i cellen ligger cellekernen, som er adskilt fra cytoplasmaet af en tynd membran. Cellekernen er blevet kaldt cellens kontrolcenter fordi den styrer næsten alle cellens funktioner. I cellekernen findes cellens genetiske program — bestående af deoxyribonukleinsyre, forkortet dna.

Dna-molekyler ligger tæt sammenrullede i cellens kromosomer. Generne, som består af stykker af dna-molekyler, indeholder alle de oplysninger der gør os til det vi er. The World Book Encyclopedia skriver: „Det genetiske program i dna’et gør hver eneste levende organisme anderledes end alle andre levende organismer. Dette program gør en hund forskellig fra en fisk, en zebra forskellig fra en rose og et piletræ forskelligt fra en hveps. Det bevirker at det enkelte individ adskiller sig fra alle andre individer på jorden.“

Den mængde informationer som dna’et i blot én celle rummer, er kolossal. Hvis disse informationer blev skrevet ned, ville de fylde cirka en million sider på denne størrelse. Da dna’et bærer den genetiske arv fra den ene generation af celler til den næste, er det blevet kaldt livets arbejdstegning. Men hvordan ser dna ud?

Dna er opbygget af to strenge som er viklet om hinanden. Strukturen kan sammenlignes med en vindeltrappe eller en snoet stige med trin. De to strenge er indbyrdes forbundet med kombinationer af fire kemiske forbindelser der kaldes baser. Baserne på den ene dna-streng danner par med baserne på den anden streng. Disse basepar udgør trinnene på den snoede dna-stige. De genetiske informationer som dna-molekylet giver videre, afhænger af basernes rækkefølge i molekylet. Enkelt sagt er det basernes rækkefølge der bestemmer alt om os, fra farven på vores hår til formen på vores næse.

Dna, rna og protein

Proteiner er de hyppigst forekommende makromolekyler i celler. Det anslås at de udgør over halvdelen af de fleste organismers tørvægt. Proteiner består af mindre byggesten kaldet aminosyrer. Nogle af disse danner legemet selv; andre må tilføres med kosten.

Proteiner har mange funktioner. Et eksempel er hæmoglobin, et protein der findes i de røde blodlegemer, og som bringer ilt rundt i organismen. Så er der antistoffer, der beskytter legemet mod sygdom. Andre proteiner, eksempelvis insulin, hjælper os til at forbrænde føde og regulere forskellige cellefunktioner. Alt i alt indeholder legemet tusinder af forskellige proteiner. I blot en enkelt celle kan der være flere hundrede.

Hvert protein har en specifik funktion der bestemmes af dets gen. Men hvordan bliver de genetiske informationer i dna’et afkodet så de kan danne det protein der er brug for? Som vist i rammen „Hvordan proteiner dannes“ skal informationerne fra dna’et først føres fra cellekernen ud i cytoplasmaet, hvor cellens proteinfabrikker, ribosomerne, findes. Denne funktion udføres af ribonukleinsyre (rna), der fungerer som mellemled. Ribosomerne i cytoplasmaet „aflæser“ rna-informationerne og sørger for at aminosyrerne sættes sammen i den rigtige rækkefølge så de kan danne et bestemt protein. Dna, rna og dannelsen af proteiner er altså indbyrdes afhængige faktorer.

Hvor begyndte livet?

Genetik og molekylærbiologi har betaget forskere i årtier. Fysikeren Paul Davies er skeptisk over for tanken om at en Skaber står bag alt dette, men indrømmer: „Hvert molekyle har en specifik funktion og en bestemt plads i den overordnede plan så de rigtige strukturer dannes. Der foregår en del trafik. For at udføre deres opgave på rette måde skal molekyler rejse gennem cellen for at møde andre molekyler på det rigtige sted og på det rigtige tidspunkt. Det sker alt sammen uden medvirken af en chef der fortæller dem hvad de skal gøre, eller styrer dem hen til deres rette plads. Der er ingen der overvåger deres arbejde. Molekyler gør blot det molekyler skal gøre: bevæge sig rundt i blinde, støde ind i hinanden, springe tilbage, omslutte hinanden. . . . På en eller anden måde forenes disse atomer som ikke kan tænke, og udfører livets dans med udsøgt præcision.“

Det er med god grund at mange der har forsket i cellens indre, er nået frem til at den må være skabt af en fornuftbegavet kraft. Lad os se nærmere på hvorfor de mener det.

[Fodnote]

[Ramme/diagram på side 5]

Indblik i cellens indre

I hver celle findes der en cellekerne — cellens kommandocentral. Cellekernen indeholder kromosomer, som består af tæt sammenrullede dna-molekyler og proteiner. Generne sidder på disse dna-molekyler. Cellens proteinfabrikker, ribosomerne, findes i cytoplasmaet, som ligger uden for cellekernen.

[Diagram]

(Tekstens opstilling ses i den trykte publikation)

Ribosomer

Cytoplasma

Celle

Cellekerne

Kromosomer

Dna — livets stige

[Diagram på side 7]

(Tekstens opstilling ses i den trykte publikation)

Kopieringen af dna (Dna-replikation)

For at forenkle tegningen gengives dna-spiralen todimensionalt

1 Før celler deler sig for at danne den næste generation af celler, skal de lave en kopi af dna’et. Ved hjælp af proteiner adskilles de to strenge i en sektion af dobbeltspiralen ligesom man åbner en lynlås

Protein

2 Ud fra reglerne om baseparring bindes frie baser i cellen dernæst til de tilsvarende baser på de to oprindelige strenge

Frie baser

3 Kopieringen resulterer i to identiske kopier af det oprindelige dna-molekyle. Når en celle deler sig, får hver af de nye celler derfor det samme indhold af dna og dermed de samme genetiske informationer som modercellen

Protein

Protein

Regelen om baseparring i dna:

A bindes altid til T

A — T Thymin

T — A Adenin

C bindes altid til G

C — G Guanin

G — C Cytosin

[Diagram på side 8, 9]

(Tekstens opstilling ses i den trykte publikation)

Hvordan proteiner dannes

For nemheds skyld viser vi et protein der består af 10 aminosyrer. De fleste proteiner har over 100

1 Et bestemt protein adskiller de to dna-strenge i et stykke af dobbeltspiralen

Protein

2 Frie rna-baser hæfter sig på de blottede dna-baser på den ene streng og danner en ny streng, der kaldes budbringer-rna

Frie rna-baser

3 Denne nye streng løsriver sig fra dna’et og bevæger sig hen til ribosomerne

4 Et transport-rna indfanger en aminosyre og fører den hen til ribosomet

Ribosom

Transport-rna

5 Mens ribosomet glider hen over budbringer-rna’et, sammenkobles en kæde af aminosyrer

Aminosyrer

6 Efterhånden som proteinkæden dannes, begynder den at få den facon den skal have for at udføre sin funktion på rette måde. Kæden frigives dernæst af ribosomet

Transport-rna har to vigtige ender:

Den ene genkender budbringer-rna koden

Den anden bærer den rigtige aminosyre

Transport-rna

Da rna-baser bruger U frem for T, bindes U til A

A — U Uracil

U — A Adenin