Celler blir ofte vist som enkle rundinger inni et slags skall når de skal illustreres i bøker og nyhetsartikler. Men i virkeligheten er de mye mer kompliserte. (Illustrasjon: Shutterstock / NTB Scanpix)
Celler blir ofte vist som enkle rundinger inni et slags skall når de skal illustreres i bøker og nyhetsartikler. Men i virkeligheten er de mye mer kompliserte. (Illustrasjon: Shutterstock / NTB Scanpix)

Slik fungerer cellene i kroppen din

FORSKEREN FORTELLER: Biologiske mekanismer er en forutsetning for liv og vekst.

Published

Celler er det fundamentale bygningsmaterialet for alt liv på jorden. Celler er også noe av det mest sårbare, og kan lett slutte å fungere eller dø, særlig utenfor organismer, som mennesker, planter eller dyr. Derfor er det mange som fra 1957 og fremover har prøvd å lage kunstige celler eller deler av celler som kan gjøres mer robuste og fungere bedre utenfor en organisme.

Mer enn 50 prosent av alle medisiner som kom på markedet mellom 1981 og 2010 ble hentet fra naturen. Dette til tross for at det meste av dette bare var antibiotika. Nå flyttes etter hvert fokuset i medisinfeltet seg mot ikke-protein målgrupper; DNA, RNA og andre stoffer inne i cellene.

Da er det sannsynlig at en enda større del av medisinene blir hentet direkte fra naturen. Dette er en naturlig utvikling innom produksjonen av nye bærekraftige medisiner, fordi den indre delen av cellen har alle de biologiske mekanismene, inkludert nøkkelen til de riktige virkestoffene.

Hvis dette skal skje, er det viktig at vi forstår bedre de biologiske mekanismer, hvordan de fungerer og hvorfor de bare kan skje innenfor en celle

Biologiske mekanismer er lite diskutert

Biologiske mekanismer eller metoder er i seg selv diskutert svært lite innen vitenskapelig litteratur. Ordet mekanismer er derimot brukt overalt. Noen forskere mener at biologiske mekanismer er hendelser eller aktiviteter organisert slik at de regulerer og styrer alle forandringer inne i en celle fra start til slutt.

Biologiske mekanismer må være alt det som kreves av aktivitet, regulering og organisering for at liv og vekst skal foregå i celler, bakterier, parasitter, mikrodyr og alle andre organismer.

Det betyr at det enorme antallet med biologisk aktive molekyler i en levende celle (se figuren under) eller partikler en forutsetning for liv og vekst.

(Figur: Benjamin Cummings / Pearson Education Inc)
(Figur: Benjamin Cummings / Pearson Education Inc)

Det livsviktige skallet

Membraner som omgir biologiske partikler eller celler er grunnlaget for all biologisk aktivitet. Uten en membran ville DNA (arvestoffet) eller RNA være uten verdi for biologiske mekanismer eller aktivitet. RNA er det som brukes for å omdanne DNA-informasjon til alle de aktive molekylene i cellen. Uten DNA eller RNA kan ingen biologisk aktivitet forekomme.

Membranen sikrer et miljø som er rent nok til at DNA-informasjon blir til biologisk eller biokjemisk aktivitet. Alt som skjer i stoffskiftet eller cellene dine er derfor avhengig av et fullstendig rent, riktig og kontrollert miljø inne i cellen. Membranen sikrer også optimal separasjon, sortering og konsentrasjon av alle de ioner, uorganiske og organiske forbindelser som er helt nødvendig for bruk av DNA og RNA til produksjon av stoffene som er helt nødvendig for biologisk aktivitet.

Det må være «helt rent» inne i cellene

Alle vi forskere som prøver å utføre en rekke molekylære biologiske reaksjoner utenfor en celle eller en bakterie i et laboratoriet vet at det stilles svært høye krav til renhet. Dersom det ikke er helt rent, er det ikke mulig å gjennomføre vellykkede biologiske eksperimenter ved hjelp av biologiske mekanismer eller metoder på et laboratorium.

Slik er det også inne i celler eller biologiske partikler. Uten fullstendig kontroll med de biologiske mekanismene inne i en celle blir det ikke dannet biologisk aktive molekyler. Noen mikroorganismer lager hele tiden et stoff vi kaller enzymer e for å beskytte seg selv eller angripe andre biologiske partikler.

Disse enzymene finnes overalt i naturen og på nesten alle overflater. Mange av disse enzymene er vanskelige å vaske bort eller fjerne. Grunnen til dette er at en kultur eller samfunn av flere mikroorganismer er svært motstandsdyktig mot ulike typer behandling. Disse enzymene har den egenskapen at de raskt fjerner frie RNA, DNA eller proteiner som ikke er beskyttet.

Beskytter seg selv

Samtidig er det viktig at det vandige miljøet inne i cellene har riktige mikrovæskeegenskaper slik at alle rensede stoffer som kommer inn i cellen blir definert innenfor gitte rammer og blir transportert på en sikker måte uten unødvendig diffusjon. Det betyr at ingen stoffer blander seg inne i cellen uten at dette er nøyaktig regulert og styrt av hele cellens interne organisering og prosess.

Denne styringen og beskyttelsen er selve hovedpoenget for all biologisk aktivitet.

Beskyttelsen er skapt av de mange hyperavanserte membranene og organellene som omgir biologiske partikler eller celler. Men enda viktigere er det at selve det vandige miljøet med riktig trykk og egenskaper beskytter og regulerer alle biologiske reaksjoner fra egen urenhet og unødvendige reaksjoner. Uten denne beskyttelsen ville ikke biologiske celler kunne gjennomføre avanserte mekanismer inkludert for eksempelomsetning av enzymer, RNA eller proteiner.

Uten et rent og riktig miljø i cellen ville forurensingen og feil miljø forstyrret eller fullstendig forhindre en rekke svært kompliserte reaksjoner som er involvert for å lage nanomotorer, nanoreaktorer, enorme makromolekylær, svært små regulatorer, ioner, og en kaskade av enzymer. En nanomotor produserer for eksempel en type mikroenergi som brukes for å lage DNA og RNA og gjøre dem biologisk aktive.

Selve degraderingen av RNA som må foregå hele tiden for å regulere produksjonen av proteiner må skje både i cellens kjerne og i cytoplasma. Denne degraderingen er koblet til prosesseringsbudskaps-RNA (mRNA) eller transkripsjon. Transkripsjon beskriver prosessen for å overføre informasjon fra DNA til RNA molekylet

Dette er svært omfattende reaksjoner som krever absolutt renhet, riktig transport, riktig diffusjon, og som inkluderer oppstart, nedetid, deling, spleising, ende prosessering og eksport. Derfor oppfører væsken inne i cellene seg som ultrarent vann selv om de inneholder et stort antall store molekyler. Manglende blanding av molekylene inne i cellen på grunn av de fysiske betingelsene i en mikroverden under 10 mikrometer (0.01 millimeter), gjør at helt rene forbindelser bare kommer i kontakt med hverandre gjennom diffusjon og når de skal reagere med andre stoffer inne i cellen.

De ionene, kjemiske stoffene eller makromolekylene som kommer ferdig renset gjennom cellemembranen inn i cellen forblir rene, isolerte og aktive på grunn av egenskapene til det unike vandige miljøet i cellene.

Alt må være riktig for at cellene skal fungere

Det unike med biologiske mekanismer er nettopp den at de ofte er svært komplekse og omfatter en kaskade av ulike reaksjoner. Biologiske mekanismer forgår nesten alltid inne i en organisme eller biologiske celle fordi det indre miljøet bevarer rene forbindelser og riktig diffusjonsreaksjoner. Biologiske mekanismer er alltid forbundet med biologisk aktivitet og er avhengig av gitte konsentrasjoner av helt rene organiske eller uorganiske stoffer.

Et urent stoff vil alltid ødelegge eller hindre en biologisk mekanisme. Dersom et intelligent menneske skal kunne utføre en biologisk reaksjon utenfor en celle eller organisme er derfor kravet til renhet ufravikelig. Forskere som prøver å gjennomføre biologiske reaksjoner med urent eller urene stoff kan ikke lykkes. Kravet til leveranse av stoffer til molekylærbiologisk testing er derfor ekstremt høyt.

Et selvregulerende miljø inne i en celle som ikke styres av direkte intelligent virksomhet og som er grunnlaget for de fleste aktive biologiske mekanismer, må derfor stille enda høyere krav til autonomi. De trenger riktig trykk, riktig diffusjon, riktig konsentrasjon og ikke minst riktig renhet for å kunne lage funksjonelle biologiske molekyler.

Forskningen bak teksten:

Beltramo M, Dardente H, Cayla X, Caraty A. Cellular mechanisms and integrative timing of neuroendocrine control of GnRH secretion by kisspeptin. Mol Cell Endocrinol. 2014;382(1):387-99.

Craver CF, Darden L. Mechanisms in biology. Introduction. Stud Hist Philos Biol Biomed Sci. 2005;36(2):233-44.

Craver CF, Darden L. In search of mechanisms : discoveries across the life sciences. Chicago ; London: The University of Chicago Press; 2013. xxii, 228 pages p.

Molden T, Kraus I, Skomedal H, Nordstrom T, Karlsen F. PreTect HPV-Proofer: real-time detection and typing of E6/E7 mRNA from carcinogenic human papillomaviruses. J Virol Methods. 2007;142(1-2):204-12.

Liu H, Luo M, Wen JK. mRNA stability in the nucleus. J Zhejiang Univ Sci B. 2014;15(5):444-54.

Chaplin M. Do we underestimate the importance of water in cell biology? Nat Rev Mol Cell Biol. 2006;7(11):861-6.