Kõik raku struktuuri kohta. Inimese raku ehitus, rakkude jagunemine ja välimus, piltidega kirjeldus lastele
Teadlased positsioneerivad loomaraku kui loomariigi esindaja keha põhiosa - nii ühe- kui ka mitmerakulise.
Nad on eukarüootsed, tõelise tuuma ja spetsiifiliste struktuuridega - organellid, mis täidavad diferentseeritud funktsioone.
Taimedel, seentel ja protistidel on eukarüootsed rakud; bakteritel ja arheel on lihtsamad prokarüootsed rakud.
Struktuur loomarakk erineb taimest. Loomarakul ei ole seinu ega kloroplaste (organellid, mis toimivad).
Loomaraku joonis koos pealdistega
Rakk koosneb paljudest spetsiaalsetest organellidest, mis täidavad erinevaid funktsioone.
Enamasti sisaldab see enamikku, mõnikord kõiki olemasolevad tüübid organellid
Loomaraku põhiorganellid ja organellid
Organellid ja organellid on mikroorganismide toimimise eest vastutavad "organid".
Tuum
Tuum on geneetilise materjali desoksüribonukleiinhappe (DNA) allikas. DNA on keha seisundit kontrollivate valkude loomise allikas. Tuumas keerduvad DNA ahelad tihedalt ümber kõrgelt spetsiifiliste valkude (histoonid), moodustades kromosoome.
Tuum valib geenid, mis kontrollivad koeüksuse aktiivsust ja toimimist. Sõltuvalt raku tüübist sisaldab see erinevat geenide komplekti. DNA leidub tuuma nukleoidipiirkonnas, kus moodustuvad ribosoomid. Tuum on ümbritsetud tuumamembraaniga (karüolemma), kahekordne lipiidide kaksikkiht, mis eraldab selle teistest komponentidest.
Tuum reguleerib rakkude kasvu ja jagunemist. Kui tuumas moodustuvad kromosoomid, dubleeritakse need paljunemisprotsessi käigus, moodustades kaks tütarüksust. Organellid, mida nimetatakse tsentrosoomideks, aitavad DNA-d jagunemise ajal organiseerida. Tuum on tavaliselt esindatud ainsuses.
Ribosoomid
Ribosoomid on valgusünteesi koht. Neid leidub kõigis kudedes, taimedes ja loomades. Tuumas kopeeritakse spetsiifilist valku kodeeriv DNA järjestus vabasse messenger RNA (mRNA) ahelasse.
MRNA ahel liigub messenger RNA (tRNA) kaudu ribosoomi ja selle järjestust kasutatakse aminohapete paigutuse määramiseks valgu moodustavas ahelas. Loomkoes paiknevad ribosoomid vabalt tsütoplasmas või kinnituvad endoplasmaatilise retikulumi membraanidele.
Endoplasmaatiline retikulum
Endoplasmaatiline retikulum (ER) on membraanikottide (cisternae) võrgustik, mis ulatub välja tuuma välismembraanist. See muudab ja transpordib ribosoomide poolt loodud valke.
Endoplasmaatilist retikulumit on kahte tüüpi:
- granuleeritud;
- agranulaarne.
Granuleeritud ER sisaldab kinnitatud ribosoome. Agranulaarne ER on vaba kinnitatud ribosoomidest ja osaleb lipiidide ja steroidhormoonide loomises ning toksiliste ainete eemaldamises.
Vesiikulid
Vesiikulid on lipiidide kaksikkihi väikesed sfäärid, mis on osa välismembraanist. Neid kasutatakse molekulide transportimiseks kogu rakus ühest organellist teise ja osalevad ainevahetuses.
Spetsiaalsed vesiikulid, mida nimetatakse lüsosoomideks, sisaldavad ensüüme, mis seedivad suuri molekule (süsivesikud, lipiidid ja valgud) väiksemateks, et hõlbustada nende kasutamist koes.
Golgi aparaat
Golgi aparaat (Golgi kompleks, Golgi keha) koosneb samuti tsisternidest, mis ei ole omavahel ühendatud (erinevalt endoplasmaatilisest retikulumist).
Golgi aparaat võtab vastu valgud, sorteerib need ja pakendab vesiikulitesse.
Mitokondrid
Rakulise hingamise protsess toimub mitokondrites. Suhkrud ja rasvad lagundatakse ning energia vabaneb adenosiintrifosfaadi (ATP) kujul. ATP kontrollib kõiki rakuprotsesse, mitokondrid toodavad ATP-rakke. Mitokondreid nimetatakse mõnikord "generaatoriteks".
Raku tsütoplasma
Tsütoplasma on raku vedel keskkond. See võib töötada ka ilma südamikuta, kuid lühikest aega.
Tsütosool
Tsütosooli nimetatakse rakuvedelikuks. Tsütosooli ja kõiki selles olevaid organelle, välja arvatud tuum, nimetatakse ühiselt tsütoplasmaks. Tsütosool koosneb peamiselt veest ja sisaldab ka ioone (kaalium, valgud ja väikesed molekulid).
Tsütoskelett
Tsütoskelett on filamentide ja torude võrgustik, mis on jaotatud kogu tsütoplasmas.
See täidab järgmisi funktsioone:
- annab kuju;
- annab jõudu;
- stabiliseerib kudesid;
- kindlustab teatud kohtades organellid;
- mängib oluline roll signaali edastamisel.
Tsütoskeleti filamente on kolme tüüpi: mikrokiud, mikrotuubulid ja vahefilamendid. Mikrofilamendid on tsütoskeleti väikseimad elemendid ja mikrotuubulid on suurimad.
Rakumembraan
Rakumembraan ümbritseb täielikult loomarakku, millel pole erinevalt taimedest rakuseina. Rakumembraan on kahekordne kiht, mis koosneb fosfolipiididest.
Fosfolipiidid on molekulid, mis sisaldavad fosfaate, mis on seotud glütserooli ja rasvhapete radikaalidega. Nad moodustavad vees spontaanselt topeltmembraane, kuna neil on samaaegsed hüdrofiilsed ja hüdrofoobsed omadused.
Rakumembraan on selektiivselt läbilaskev - see on võimeline teatud molekule läbima. Hapnik ja süsinikdioksiid läbivad kergesti, samas kui suured või laetud molekulid peavad homöostaasi säilitamiseks läbima spetsiaalse kanali membraanis.
Lüsosoomid
Lüsosoomid on organellid, mis lagundavad aineid. Lüsosoom sisaldab umbes 40 seedeensüümi. Huvitav on see, et lüsosomaalsete ensüümide tsütoplasmasse tungimise korral on rakuline organism ise kaitstud lagunemise eest, oma funktsioonid täitnud mitokondrid lagunevad. Pärast lõhustumist moodustuvad jääkkehad, primaarsed lüsosoomid muutuvad sekundaarseteks.
tsentriool
Tsentrioolid on tihedad kehad, mis asuvad tuuma lähedal. Tsentrioolide arv on erinev, enamasti on neid kaks. Tsentrioolid on ühendatud endoplasmaatilise sillaga.
Kuidas näeb välja loomarakk mikroskoobi all?
Tavalise optilise mikroskoobi all on põhikomponendid nähtavad. Kuna need on ühendatud pidevalt muutuvasse kehasse, mis on liikumises, võib üksikute organellide tuvastamine olla keeruline.
Järgmistes osades pole kahtlust:
- tuum;
- tsütoplasma;
- rakumembraan.
Suurema eraldusvõimega mikroskoop, hoolikalt ettevalmistatud proov ja mõned praktikad aitavad teil rakku üksikasjalikumalt uurida.
Tsentriooli funktsioonid
Tsentriooli täpsed funktsioonid on teadmata. Levinud hüpotees on, et tsentrioolid osalevad jagunemisprotsessis, moodustades jaotusvõlli ja määrates selle suuna, kuid kindlus puudub teadusmaailm puudub.
Inimese raku ehitus – joonis koos pealdistega
Inimese rakukoe ühik omab keeruline struktuur. Joonisel on näidatud peamised struktuurid.
Igal komponendil on oma eesmärk, ainult konglomeraadis tagavad nad elusorganismi olulise osa toimimise.
Elusraku tunnused
Elusrakk on oma omadustelt sarnane elusolendile tervikuna. See hingab, toidab, areneb, jaguneb ja selle struktuuris toimuvad mitmesugused protsessid. On selge, et loomulike protsesside hääbumine keha jaoks tähendab surma.
Taime- ja loomarakkude eristavad tunnused tabelis
Taime- ja loomarakkudel on nii sarnasusi kui ka erinevusi, mida on lühidalt kirjeldatud tabelis:
Sign | Köögiviljad | Loom |
Toidu hankimine | Autotroofne. Fotosünteesib toitaineid |
Heterotroofne. Ei tooda orgaanilist ainet. |
Võimsuse salvestamine | Vakuoolis | Tsütoplasmas |
Süsivesikute säilitamine | tärklis | glükogeen |
Reproduktiivsüsteem | Vaheseina moodustumine emaüksuses | Ahenemise moodustumine emaüksuses |
Rakukeskus ja tsentrioolid | Madalamatel taimedel | Kõik tüübid |
Raku sein | Tihe, säilitab oma kuju | Paindlik, võimaldab vahetust |
Põhikomponendid on nii taimsete kui ka loomsete osakeste puhul sarnased.
Järeldus
Loomarakk on keeruline tegutsev organism iseloomulike tunnuste, funktsioonide ja olemasolu eesmärgiga. Kõik organellid ja organoidid aitavad kaasa selle mikroorganismi eluprotsessile.
Mõnda komponenti on teadlased uurinud, teiste funktsioone ja omadusi pole aga veel avastatud.
Kamber on elusorganismide väikseim ja põhiline struktuuriüksus, mis on võimeline ise uuenema, isereguleeruma ja taastootma.
Lahtri iseloomulikud suurused: bakterirakud - 0,1-15 mikronit, teiste organismide rakud - 1-100 mikronit, mõnikord ulatudes 1-10 mm-ni; suurte lindude munad - kuni 10-20 cm, närvirakkude protsessid - kuni 1 m.
Raku kuju väga mitmekesine: on sfäärilisi rakke (kokid), kett (streptokokid), piklik (vardad või batsillid), kurviline (vibrid), krimpsutatud (spirilla), mitmetahuline, motoorsete flagelladega jne.
Rakkude tüübid: prokarüootsed(mittetuuma) ja eukarüootne (millel on moodustunud tuum).
Eukarüootne rakud jagunevad omakorda rakkudeks loomad, taimed ja seened.
Eukarüootse raku struktuurne korraldus
Protoplast- see on kogu raku elussisu. Kõigi eukarüootsete rakkude protoplast koosneb tsütoplasmast (koos kõigi organellidega) ja tuumast.
Tsütoplasma- see on raku sisemine sisu, välja arvatud tuum, mis koosneb hüaloplasmast, sellesse sukeldatud organellidest ja (mõne tüüpi raku puhul) rakusisestest inklusioonidest (varu toitained ja/või ainevahetuse lõpptooted).
Hüaloplasma- põhiplasma, tsütoplasma maatriks, põhiaine, mis on raku sisekeskkond ja viskoosne, värvitu kolloidne lahus(veesisaldus kuni 85%) erinevaid aineid: valgud (10%), suhkrud, orgaanilised ja anorgaanilised happed, aminohapped, polüsahhariidid, RNA, lipiidid, mineraalsoolad jne.
■ Hüaloplasma on rakusiseste metaboolsete reaktsioonide keskkond ja ühenduslüli rakuorganellide vahel; see on võimeline pöörduvalt üleminekuks soolilt geelile, selle koostis määrab raku puhverdus- ja osmootsed omadused. Tsütoplasmas on tsütoskelett, mis koosneb mikrotuubulitest ja kontraktiilsetest valgufilamentidest.
■ Tsütoskelett määrab raku kuju ning osaleb organellide ja üksikute ainete rakusiseses liikumises. Tuum on eukarüootse raku suurim organell, mis sisaldab kromosoome, milles on talletatud kogu pärilik teave (vt täpsemalt allpool).
Eukarüootse raku struktuurikomponendid:
■ plasmalemma (plasmamembraan),
■ rakusein (ainult sees taimerakud ja seened),
■ bioloogilised (elementaarsed) membraanid,
■ tuum,
■ endoplasmaatiline retikulum (endoplasmaatiline retikulum),
■ mitokondrid,
■ Golgi kompleks,
■ kloroplastid (ainult taimerakkudes),
■ lüsosoomid, s
■ ribosoomid,
■ rakukeskus,
■ vakuoolid (ainult taime- ja seenerakkudes),
■ mikrotuubulid,
■ ripsmed, lipukesed.
Looma- ja taimerakkude struktuuri skeemid on toodud allpool:
Bioloogilised (elementaarsed) membraanid- Need on aktiivsed molekulaarsed kompleksid, mis eraldavad rakusiseseid organelle ja rakke. Kõigil membraanidel on sarnane struktuur.
Membraanide struktuur ja koostis: paksus 6-10 nm; koosnevad peamiselt valgu molekulidest ja fosfolipiididest.
■Fosfolipiidid moodustavad kahekordse (bimolekulaarse) kihi, milles nende molekulid on suunatud hüdrofiilsete (vees lahustuvate) otstega väljapoole ja hüdrofoobsete (vees lahustumatute) otstega membraani sissepoole.
■ Valgu molekulid asub lipiidide kaksikkihi mõlemal pinnal ( perifeersed valgud), tungivad mõlemasse lipiidimolekulide kihti ( lahutamatu valgud, millest enamik on ensüümid) või ainult üks kiht neist (poolintegraalsed valgud).
Membraani omadused: plastilisus, asümmeetria(nii lipiidide kui ka valkude välise ja sisemise kihi koostis on erinev), polaarsus (välimine kiht on positiivselt laetud, sisemine negatiivselt laetud), võime isesulgeda, selektiivne läbilaskvus (antud juhul hüdrofoobne). ained läbivad lipiidide kaksikkihti, hüdrofiilsed aga integraalsetes valkudes poore).
Membraani funktsioonid: barjäär (eraldab organelli või raku sisu keskkond), struktuurne (annab organoidi või raku teatud kuju, suuruse ja stabiilsuse), transport (tagab ainete transporti organoidi või rakku ja sealt välja), katalüütiline (tagab membraanilähedasi biokeemilisi protsesse), reguleeriv (osaleb ainevahetuse ja energia reguleerimine organoidi või raku ja väliskeskkonna vahel), osaleb energia muundamises ja transmembraanse elektripotentsiaali säilitamises.
Plasmamembraan (plasmalemma)
Plasma membraan e plasmalemma on bioloogiline membraan või bioloogiliste membraanide kompleks, mis on tihedalt üksteise kõrval ja katab rakku väljastpoolt.
Plasmalemma struktuur, omadused ja funktsioonid on põhimõtteliselt samad, mis elementaarsetel bioloogilistel membraanidel.
❖ Struktuurilised omadused:
■ plasmalemma välispind sisaldab glükokalüksi – glükolipoidide ja glükoproteiinide molekulidest koosnevat polüsahhariidkihti, mis toimivad teatud ainete "äratundmise" retseptoritena. keemilised ained; loomarakkudes võib see olla kaetud lima või kitiiniga ja taimerakkudes - tselluloosi või pektiinainetega;
■ tavaliselt moodustab plasmalemma projektsioone, invaginatsioone, volte, mikrovilli jne, suurendades raku pinda.
■ Lisafunktsioonid: retseptor (osaleb ainete "äratundmises" ja keskkonna signaalide tajumises ja nende edastamises rakku), rakkudevahelise suhtluse tagamine paljurakulise organismi kudedes, osalemine spetsiaalsete rakustruktuuride (lipuliste, ripsmed jne).
Rakusein (ümbrik)
Raku sein on jäik struktuur, mis asub väljaspool plasmalemma ja esindab raku väliskatet. Esineb prokarüootsetes rakkudes ning seente ja taimede rakkudes.
❖Rakuseina koostis: tselluloos taimerakkudes ja kitiin seenerakkudes (struktuurikomponendid), valgud, pektiinid (mis osalevad plaatide moodustamises, mis hoiavad koos kahe naaberraku seinu), ligniin (mis hoiab tselluloosi kiud koos väga tugevaks raamiks) , suberiin (ladestub kestale seestpoolt ja muudab selle praktiliselt vett ja lahuseid mitteläbilaskvaks) jne. Epidermise taimerakkude rakuseina välispind sisaldab suures koguses kaltsiumkarbonaati ja ränidioksiidi (mineraliseerumine) ning on kaetud hüdrofoobsete ainete, vahade ja küünenahaga (tselluloosist ja pektiinidest läbi imbunud kutiini kiht).
❖ Rakuseina funktsioonid: toimib välise raamina, säilitab raku turgorit, täidab kaitse- ja transpordifunktsioone.
Raku organellid
Organellid (või organellid)- Need on püsivad, väga spetsiifilised rakusisesed struktuurid, millel on spetsiifiline struktuur ja mis täidavad vastavaid funktsioone.
❖ Eesmärgi järgi
Organellid jagunevad:
■ üldotstarbelised organellid (mitokondrid, Golgi kompleks, endoplasmaatiline retikulum, ribosoomid, tsentrioolid, lüsosoomid, plastiidid) ja
■ eriotstarbelised organellid (müofibrillid, lipud, ripsmed, vakuoolid).
❖ Membraani olemasolu tõttu
Organellid jagunevad:
■ topeltmembraan (mitokondrid, plastiidid, rakutuum),
■ ühemembraaniline (endoplasmaatiline retikulum, Golgi kompleks, lüsosoomid, vakuoolid) ja
■ mittemembraanne (ribosoomid, rakukeskus).
Membraanorganellide sisemine sisu erineb alati neid ümbritsevast hüaloplasmast.
Mitokondrid- eukarüootsete rakkude kahemembraanilised organellid, mis viivad läbi oksüdatsiooni orgaaniline aine lõpptoodeteni ATP molekulidesse salvestatud energia vabanemisega.
■ Struktuur: vardakujulised, sfäärilised ja keermetaolised kujundid, paksus 0,5-1 µm, pikkus 2-7 µm; topeltmembraan, välimine membraan on sile ja suure läbilaskvusega, sisemembraan moodustab voldid - cristae, millel on sfäärilised kehad - ATP-soomid. Vesinikuioonid 11, mis osalevad hapniku hingamises, kogunevad membraanide vahele.
■ Sisemine sisu (maatriks): ribosoomid, tsirkulaarne DNA, RNA, aminohapped, valgud, Krebsi tsükli ensüümid, koe hingamise ensüümid (asuvad kristallidel).
■ Funktsioonid: ainete oksüdeerimine CO 2 ja H 2 O-ks; ATP ja spetsiifiliste valkude süntees; uute mitokondrite teke kaheks lõhustumise tulemusena.
Plastiidid(saadaval ainult taimerakkudes ja autotroofsetes protistides).
■ Plastiidide tüübid: kloroplastid (roheline), leukoplastid (värvitu, ümara kujuga), kromoplastid (kollane või oranž); plastiidid võivad muutuda ühest tüübist teise.
■Kloroplastide struktuur: need on topeltmembraaniga, neil on ümmargune või ovaalne kuju, pikkus 4-12 mikronit, paksus 1-4 mikronit. Välismembraan on sile, sisemine membraan on tülakoidid - suletud kettakujulisi invaginatsioone moodustavad voldid, mille vahel on strooma (vt allpool). U kõrgemad taimed tülakoidid kogutakse virnadesse (nagu mündisammas) terad , mis on omavahel ühendatud lamellid (üksikud membraanid).
■ Kloroplasti koostis: tülakoidide ja graanade membraanides - klorofülli ja muude pigmentide terad; sisemised sisud (strooma): valgud, lipiidid, ribosoomid, tsirkulaarne DNA, RNA, CO 2 fikseerimises osalevad ensüümid, säilitusained.
■Plastiidide funktsioonid: fotosüntees (taimede rohelistes organites sisalduvad kloroplastid), spetsiifiliste valkude süntees ja varutoitainete kogunemine: tärklis, valgud, rasvad (leukoplastid), taimekudedele värvi andmine, et meelitada ligi tolmeldavaid putukaid ning viljade ja seemnete levitajaid (kromoplastid). ).
Endoplasmaatiline retikulum (EPS), või endoplasmaatiline retikulum, mida leidub kõigis eukarüootsetes rakkudes.
■Struktuur: on omavahel ühendatud erineva kuju ja suurusega tuubulitest, torudest, tsisternidest ja õõnsustest koosnev süsteem, mille seinad moodustavad elementaarsed (üksikud) bioloogilised membraanid. EPS-i on kahte tüüpi: teraline (või kare), mis sisaldab ribosoome kanalite ja õõnsuste pinnal, ja agranulaarne (või sile), mis ei sisalda ribosoome.
■Funktsioonid: raku tsütoplasma jagunemine sektsioonideks, mis takistavad neis toimuvate keemiliste protsesside segunemist; töötlemata ER koguneb, isoleerub küpsemiseks ja transpordib selle pinnale ribosoomide poolt sünteesitud valke, sünteesib rakumembraane; sile EPS sünteesib ja transpordib lipiide, komplekssed süsivesikud ja steroidhormoonid, eemaldab rakust mürgised ained.
Golgi kompleks (või aparaat) - eukarüootse raku membraanorganell, mis asub raku tuuma lähedal, mis on tsisternide ja vesiikulite süsteem ning osaleb ainete kogunemises, säilitamises ja transpordis, rakumembraani ehitamises ja lüsosoomide moodustamises.
■Struktuur: kompleks on diktüosoom - membraaniga seotud lamedate kettakujuliste kotikeste (tsisternide) virn, millest punguvad vesiikulid, ja membraanitorukeste süsteem, mis ühendab kompleksi sileda ER kanalite ja õõnsustega.
■Funktsioonid: lüsosoomide, vakuoolide, plasmalemma ja taimeraku rakuseina teke (pärast selle jagunemist), mitmete komplekssete orgaaniliste ainete (taimedes pektiinained, tselluloos jne; glükoproteiinid, glükolipiidid, kollageen, piimavalgud) eritumine , sapi, hulk hormoone jne loomad); mööda EPS-i transporditavate lipiidide kogunemine ja dehüdratsioon (siledast EPS-ist), valkude (granuleeritud EPS-ist ja tsütoplasma vabadest ribosoomidest) ja süsivesikute modifitseerimine ja akumuleerumine, ainete eemaldamine rakust.
Küpsed diktüosoomi tsisternae nöörivad vesiikulid (Golgi vakuoolid), mis on täidetud sekretsiooniga, mida siis rakk ise kasutab või eemaldatakse selle piiridest.
❖ Lüsosoomid- rakulised organellid, mis tagavad orgaaniliste ainete kompleksmolekulide lagunemise; moodustuvad Golgi kompleksist või siledast ER-st eraldatud vesiikulitest ja esinevad kõigis eukarüootsetes rakkudes.
■ Struktuur ja koostis: lüsosoomid on väikesed ühemembraanilised ümmargused vesiikulid läbimõõduga 0,2-2 µm; täidetud hüdrolüütiliste (seedetrakti) ensüümidega (~40), mis on võimelised lagundama valke (aminohapeteks), lipiide (glütserooliks ja kõrgemateks karboksüülhapeteks), polüsahhariide (monosahhariidideks) ja nukleiinhappeid (nukleotiidideks).
Endotsüütiliste vesiikulitega ühinedes moodustavad lüsosoomid seedevakuooli (või sekundaarse lüsosoomi), kus toimub komplekssete orgaaniliste ainete lagunemine; tekkivad monomeerid sisenevad raku tsütoplasmasse läbi sekundaarse lüsosoomi membraani ning seedimata (mittehüdrolüüsitud) ained jäävad sekundaarsesse lüsosoomi ja seejärel väljuvad reeglina rakust välja.
■ Funktsioonid: heterofagia- endotsütoosi kaudu rakku sattuvate võõrainete lagunemine, autofagia - raku jaoks mittevajalike struktuuride hävitamine; autolüüs on raku enesehävitamine, mis toimub lüsosoomide sisu vabanemise tagajärjel rakusurma või degeneratsiooni käigus.
❖ Vakuoolid- suured vesiikulid või õõnsused tsütoplasmas, mis tekivad taimede, seente ja paljude rakkudes protistid ja mida piirab elementaarne membraan – tonoplast.
■ Vakuoolid protistid jagunevad seede- ja kontraktiilseteks (mille membraanides on elastsete kiudude kimbud ja mis on raku veetasakaalu osmootne reguleerimine).
■Vakuoolid taimerakud täidetud rakumahlaga - vesilahus mitmesugused orgaanilised ja anorgaanilised ained. Need võivad sisaldada ka toksilisi ja parkaineid ning rakutegevuse lõppprodukte.
■Taimerakkude vakuoolid võivad ühineda tsentraalseks vakuooliks, mis võtab enda alla kuni 70-90% raku mahust ja millesse võivad tungida tsütoplasma ahelad.
Funktsioonid: varuainete ja eritumiseks mõeldud ainete kogunemine ja eraldamine; turgori rõhu säilitamine; venitamisest tingitud rakkude kasvu tagamine; raku veetasakaalu reguleerimine.
♦Ribosoomid- rakuorganellid, mis esinevad kõigis rakkudes (koguses mitukümmend tuhat), mis paiknevad granuleeritud EPS membraanidel, mitokondrites, kloroplastides, tsütoplasmas ja tuuma välismembraanis ning teostavad valkude biosünteesi; Ribosomaalsed subühikud moodustuvad tuumades.
■ Struktuur ja koostis: ribosoomid on väikseimad (15-35 nm) ümmargused ja seenekujulised mittemembraanilised graanulid; neil on kaks aktiivset tsentrit (aminoatsüül ja peptidüül); koosnevad kahest ebavõrdsest subühikust - suurest (kolme eendi ja kanaliga poolkera kujul), mis sisaldab kolme RNA molekuli ja valku, ja väikesest (sisaldab ühte RNA molekuli ja valku); allüksused on ühendatud Mg+ iooni abil.
■ Funktsioon: valkude süntees aminohapetest.
❖ Raku keskus- enamiku loomarakkude, mõnede seente, vetikate, sammalde ja sõnajalgade organell, mis asub (vahefaasis) raku keskel tuuma lähedal ja toimib koosnemise initsiatsioonikeskusena mikrotuubulid .
■ Struktuur: Rakukeskus koosneb kahest tsentrioolist ja tsentrosfäärist. Iga tsentriool (joonis 1.12) on 0,3-0,5 µm pikkuse ja 0,15 µm läbimõõduga silindrina, mille seinad moodustavad üheksa mikrotuubulite kolmikut ja mille keskosa on täidetud homogeense ainega. Tsentrioolid asuvad üksteisega risti ja neid ümbritseb tihe tsütoplasma kiht, mille kiirgavad mikrotuubulid moodustavad kiirgava tsentrosfääri. Rakkude jagunemise ajal liiguvad tsentrioolid pooluste poole.
■ Põhifunktsioonid: jagunemisspindli (või mitootilise spindli) raku jagunemispooluste ja akromaatiliste filamentide moodustamine, tagades geneetilise materjali võrdse jaotumise tütarrakkude vahel; interfaasis juhib organellide liikumist tsütoplasmas.
Tsütosklst rakud on süsteem mikrokiud Ja mikrotuubulid , mis tungib raku tsütoplasmasse, on seotud välimise tsütoplasmaatilise membraani ja tuumaümbrisega ning säilitab raku kuju.
■Mikroäärikud- õhukesed, kokkutõmbuvad kiud paksusega 5–10 nm ja koosnevad valkudest ( aktiin, müosiin ja jne). Leidub kõigi rakkude tsütoplasmas ja liikuvate rakkude pseudopoodides.
Funktsioonid: mikrofilamendid tagavad hüaloplasma motoorset aktiivsust, on otseselt seotud raku kuju muutmisega protistirakkude levimise ja amööbide liikumise ajal ning osalevad ahenemise kujunemisel loomarakkude jagunemisel; raku tsütoskeleti üks peamisi elemente.
■ Mikrotuubulid- õhukesed õõnsad silindrid (läbimõõt 25 nm), mis koosnevad eukarüootsete rakkude tsütoplasmas spiraalselt või sirgete ridadena paiknevatest tubuliinivalgu molekulidest.
Funktsioonid: mikrotuubulid moodustavad spindli filamente, on osa tsentrioolidest, ripsmetest, flagelladest ja osalevad rakusiseses transpordis; raku tsütoskeleti üks peamisi elemente.
Liikumise organellid — lipukesed ja ripsmed , esinevad paljudes rakkudes, kuid sagedamini üherakulistes organismides.
■ Cilia- arvukad tsütoplasmaatilised lühikesed (5-20 µm pikkused) projektsioonid plasmalemma pinnal. Saadaval pinnal erinevat tüüpi loomarakud ja mõned taimed.
■ Flagella- üksikud tsütoplasmaatilised projektsioonid paljude protistide, zoospooride ja spermatosoidide rakkude pinnal; ~10 korda pikem kui ripsmed; kasutatakse liikumiseks.
■ Struktuur: ripsmed ja lipukesed (joon. 1.14) koosnevad neist mikrotuubulid, mis on paigutatud süsteemi 9 × 2 + 2 järgi (üheksa kahekordset mikrotuubulit - dupletid moodustavad seina, keskel on kaks üksikut mikrotuubulit). Dupletid suudavad üksteisest mööda libiseda, mis viib ripskesta või lipu paindumiseni. Lipude ja ripsmete põhjas on basaalkehad, mis on ehituselt identsed tsentrioolidega.
■ Funktsioonid: ripsmed ja lipud tagavad rakkude endi või ümbritseva vedeliku ja selles hõljuvate osakeste liikumise.
Lisandid
Lisandid- raku tsütoplasma mittepüsivad (ajutiselt eksisteerivad) komponendid, mille sisaldus varieerub sõltuvalt raku funktsionaalsest seisundist. On troofilisi, sekretoorseid ja ekskretoorseid lisandeid.
■ Troofilised kandmised- Need on toitainete varud (rasv, tärklis ja valgu terad, glükogeen).
■ Sekretoorsed kandmised- need on endokriinsete ja välissekretsiooninäärmete jääkproduktid (hormoonid, ensüümid).
■ Ekskretoorsed lisandid– Need on rakus leiduvad ainevahetusproduktid, mis tuleb rakust väljutada.
Tuum ja kromosoomid
Tuum- suurim organell; on kõigi eukarüootsete rakkude (v.a kõrgemate taimede floemisõeltoru rakud ja imetajate küpsed erütrotsüüdid) kohustuslik komponent. Enamikul rakkudel on üks tuum, kuid on ka kahe- ja mitmetuumalisi rakke. Tuumal on kaks olekut: interfaas ja lõhustuv
Interfaasiline tuum sisaldab tuumaümbris(tuuma sisemise sisu eraldamine tsütoplasmast), tuumamaatriksist (karüoplasmast), kromatiinist ja nukleoolidest. Tuuma kuju ja suurus sõltuvad organismi tüübist, tüübist, vanusest ja raku funktsionaalsest seisundist. On erinev kõrge sisaldus DNA (15-30%) ja RNA (12%).
■ Kerneli funktsioonid: ladustamine ja ülekandmine pärilikku teavet muutumatu DNA struktuuri kujul; reguleerimine (süsteemi kaudu valkude süntees) kõik raku eluprotsessid.
❖ Tuumaümbris(ehk karüolemma) koosneb välimisest ja sisemisest bioloogilisest membraanist, mille vahel on perinukleaarne ruum. Sisemembraanil on valgukiht, mis annab tuumale kuju. Välismembraan on ühendatud ER-ga ja kannab ribosoome. Kest on läbi imbunud tuumapooridest, mille kaudu toimub ainete vahetus tuuma ja tsütoplasma vahel. Pooride arv ei ole konstantne ja sõltub tuuma suurusest ja selle funktsionaalsest aktiivsusest.
■ Tuumamembraani funktsioonid: see eraldab tuuma raku tsütoplasmast, reguleerib ainete transporti tuumast tsütoplasmasse (RNA, ribosoomi subühikud) ja tsütoplasmast tuuma (valgud, rasvad, süsivesikud, ATP, vesi, ioonid).
❖ Kromosoom- tuuma tähtsaim organell, mis sisaldab ühte DNA molekuli kompleksis spetsiifiliste histooni valkude ja mõnede muude ainetega, millest suurem osa paikneb kromosoomi pinnal.
Sõltuvalt faasist eluring kromosoomirakud võivad olla sisse kaks osariiki — despiraliseeritud ja spiraliseeritud.
» Despiraliseeritud olekus on kromosoomid perioodis interfaas rakutsükkel, moodustades optilises mikroskoobis nähtamatud niidid, mis moodustavad aluse kromatiin .
■ Protsessi käigus toimub spiraliseerumine, millega kaasneb DNA ahelate lühenemine ja tihendamine (100–500 korda). raku pooldumine ; samas kui kromosoomid võtavad kompaktse kuju ja muutuvad optilise mikroskoobi all nähtavaks.
Kromatiin- üks tuumaaine komponentidest faasidevahelisel perioodil, mille aluseks on lahti keeratud kromosoomid DNA molekulide pikkade õhukeste ahelate võrgustikuna, mis on kompleksis histoonide ja muude ainetega (RNA, DNA polümeraas, lipiidid, mineraalid jne); värvib hästi histoloogilises praktikas kasutatavate värvainetega.
■ Kromatiinis keerduvad DNA molekuli lõigud ümber histoonide, moodustades nukleosoome (need näevad välja nagu helmed).
Kromatiidid on kromosoomi struktuurielement, mis on DNA molekuli ahel kompleksis histooni valkude ja muude ainetega, mis on korduvalt superheeliksiks volditud ja pakendatud vardakujuliseks kehaks.
■ Helikaliseerimise ja pakendamise käigus paigutatakse DNA üksikud lõigud korrapäraselt nii, et kromatiididele tekivad vahelduvad põikitriibud.
❖ Kromosoomi ehitus (joon. 1.16). Spiraalses olekus on kromosoom umbes 0,2–20 µm suurune vardakujuline struktuur, mis koosneb kahest kromatiidist ja on jagatud kaheks haruks primaarse kitsendusega, mida nimetatakse tsentromeeriks. Kromosoomidel võib olla sekundaarne ahenemine, mis eraldab piirkonna, mida nimetatakse satelliidiks. Mõnel kromosoomil on sektsioon ( tuumaorganisaator ), mis kodeerib ribosomaalse RNA (rRNA) struktuuri.
Kromosoomide tüübid sõltuvalt nende kujust: võrdsed õlad , ebavõrdsed õlad (tsentromeer on kromosoomi keskelt nihkunud), vardakujuline (tsentromeer on kromosoomi otsa lähedal).
Pärast mitoosi anafaasi ja II meioosi anafaasi koosnevad kromosoomid ühest kromitiidist ning pärast DNA replikatsiooni (kahekordistumist) sünteetilises (S) interfaasi staadiumis kahest õdekromitiidist, mis on omavahel tsentromeeris ühendatud. Rakkude jagunemise käigus kinnituvad tsentromeerile spindli mikrotuubulid.
❖ Kromosoomide funktsioonid:
■ sisaldama geneetiline materjal
- DNA molekulid;
■ läbi viia DNA süntees
(kromosoomide kahekordistumise ajal rakutsükli S-perioodil) ja mRNA;
■ reguleerida valgusünteesi;
■ kontrollida raku elutegevust.
Homoloogsed kromosoomid- samasse paari kuuluvad kromosoomid, mis on kuju, suuruse, tsentromeeride asukoha poolest identsed, kannavad samu geene ja määravad samade tunnuste arengu. Homoloogsed kromosoomid võivad erineda neis sisalduvate geenide alleelide poolest ja vahetada sektsioone meioosi ajal (üleminek).
Autosoomid kromosoomid kahekojaliste organismide rakkudes, sama liigi isas- ja emasloomadel identsed (need on kõik raku kromosoomid, välja arvatud sugukromosoomid).
Sugukromosoomid(või heterokromosoomid ) on kromosoomid, mis kannavad elusorganismi soo määravaid geene.
Diploidne komplekt(tähistatud 2p) - kromosoomikomplekt somaatiline rakud, milles igas kromosoomis on selle paaris homoloogne kromosoom . Keha saab ühe diploidse komplekti kromosoomi isalt, teise emalt.
■ Diploidne komplekt inimene koosneb 46 kromosoomist (millest 22 paari homoloogseid kromosoome ja kaks sugukromosoomi: naistel on kaks X-kromosoomi, meestel kummalgi üks X- ja Y-kromosoom).
Haploidne komplekt (tähistatud 1l) - vallaline kromosoomide komplekt seksuaalne rakud ( sugurakud ), milles kromosoomid neil ei ole paaris homoloogseid kromosoome . Haploidne komplekt tekib sugurakkude tekke käigus meioosi tagajärjel, mil igast homoloogsete kromosoomide paarist satub sugurakku vaid üks.
Karüotüüp- see on teatud liigi organismide somaatiliste rakkude kromosoomidele iseloomulike konstantsete kvantitatiivsete ja kvalitatiivsete morfoloogiliste tunnuste kogum (nende arv, suurus ja kuju), mille abil saab kromosoomide diploidset komplekti üheselt tuvastada.
Nucleolus- ümmargune, väga tihendatud, mitte piiratud
membraani korpus 1-2 mikronit suurune. Tuumas on üks või mitu tuuma. Tuum moodustub mitme kromosoomi nukleolaarsete organisaatorite ümber, mis üksteist tõmbavad. Tuumade jagunemise käigus tuumad hävivad ja jagunemise lõpus moodustuvad uuesti.
■ Koostis: valk 70-80%, RNA 10-15%, DNA 2-10%.
■ Funktsioonid: r-RNA ja t-RNA süntees; ribosomaalsete subühikute kokkupanek.
Karüoplasma (või nukleoplasm, karüolümf, tuumamahl ) on struktuurita mass, mis täidab tuuma struktuuride vahelist ruumi, millesse on sukeldatud kromatiin, nukleoolid ja erinevad tuumasisesed graanulid. Sisaldab vett, nukleotiide, aminohappeid, ATP-d, RNA-d ja ensüümvalke.
Funktsioonid: tagab tuumastruktuuride omavahelise seotuse; osaleb ainete transpordis tuumast tsütoplasmasse ja tsütoplasmast tuuma; reguleerib DNA sünteesi replikatsiooni ajal, mRNA sünteesi transkriptsiooni ajal.
Eukarüootsete rakkude võrdlevad omadused
Prokarüootsete ja eukarüootsete rakkude struktuuri tunnused
Ainete transport
Ainete transport- see on vajalike ainete transportimine läbi keha, rakkudesse, raku sees ja raku sees, samuti jääkainete eemaldamine rakust ja kehast.
Ainete intratsellulaarse transpordi tagavad hüaloplasma ja (eukarüootsetes rakkudes) endoplasmaatiline retikulum (ER), Golgi kompleks ja mikrotuubulid. Ainete transporti kirjeldatakse sellel saidil hiljem.
Ainete transpordimeetodid läbi bioloogiliste membraanide:
■ passiivne transport (osmoos, difusioon, passiivne difusioon),
■ aktiivne transport,
■ endotsütoos,
■ eksotsütoos.
Passiivne transport ei nõua energiakulu ja tekib mööda gradienti kontsentratsioon, tihedus või elektrokeemiline potentsiaal.
Osmoos on vee (või muu lahusti) tungimine läbi poolläbilaskva membraani vähem kontsentreeritud lahusest rohkem kontsentreeritud lahusesse.
Difusioon- tungimine ained läbi membraani mööda gradienti kontsentratsioon (aine suurema kontsentratsiooniga alalt madalama kontsentratsiooniga piirkonda).
Difusioon vesi ja ioonid viiakse läbi integraalsete membraanivalkude osalusel, millel on poorid (kanalid), rasvlahustuvate ainete difusioon toimub membraani lipiidfaasi osalusel.
Hõlbustatud difusioon läbi membraani toimub spetsiaalsete membraani transportvalkude abil, vt pilti.
Aktiivne transport nõuab ATP lagunemisel vabaneva energia kulutamist ja on ainete (ioonid, monosahhariidid, aminohapped, nukleotiidid) transportimiseks. gradiendi vastu nende kontsentratsioon või elektrokeemiline potentsiaal. Viiakse läbi spetsiaalsete kandevalkude abil lubasid , millel on ioonkanalid ja moodustuvad ioonpumbad .
Endotsütoos- makromolekulide (valgud, nukleiinhapped jne) ja mikroskoopiliste tahkete toiduosakeste püüdmine ja ümbritsemine ( fagotsütoos ) või vedeliku tilgad koos selles lahustunud ainetega ( pinotsütoos ) ja sulgedes need membraani vakuooli, mis tõmmatakse "rakku. Seejärel sulandub vakuool lüsosoomiga, mille ensüümid lõhustavad kinni jäänud aine molekulid monomeerideks.
Eksotsütoos- endotsütoosile vastupidine protsess. Eksotsütoosi kaudu eemaldab rakk rakusisesed tooted või seedimata jäägid, mis on suletud vakuoolidesse või vesiikulitesse.
Rakk on kõigi elusolendite põhielement, seetõttu on tal kõik elusorganismidele omased omadused: väga korrastatud struktuur, mis saab energiat väljast ja kasutab seda töö tegemiseks ja korra hoidmiseks, ainevahetus, aktiivne reaktsioon ärritustele, bioloogilise informatsiooni kasvamine, areng, paljunemine, paljundamine ja edasiandmine järglastele, regenereerimine (kahjustatud struktuuride taastamine), kohanemine keskkonnaga.
Saksa teadlane T. Schwann lõi 19. sajandi keskel rakuteooria, mille põhisätted näitasid, et kõik koed ja elundid koosnevad rakkudest; taimede ja loomade rakud on põhimõtteliselt sarnased, nad kõik tekivad ühtemoodi; organismide aktiivsus on üksikute rakkude elutegevuse summa. Suur Saksa teadlane R. Virchow avaldas suurt mõju rakuteooria edasisele arengule ja rakuõpetusele üldiselt. Ta mitte ainult ei toonud kokku kõik arvukad erinevad faktid, vaid näitas ka veenvalt, et rakud on püsiv struktuur ja tekivad ainult paljunemise teel.
Rakuteooria oma kaasaegses tõlgenduses sisaldab järgmisi põhisätteid: rakk on elusolendite universaalne elementaarüksus; Kõikide organismide rakud on oma ehituselt, funktsioonilt ja olemuselt sarnased keemiline koostis; rakud paljunevad ainult algse raku jagamisel; mitmerakulised organismid on keerulised rakulised kooslused, mis moodustavad terviklikke süsteeme.
Tänu kaasaegsed meetodid uuringud on tuvastatud kaks peamist rakutüüpi: keerukamalt organiseeritud, tugevalt diferentseerunud eukarüootsed rakud (taimed, loomad ja mõned algloomad, vetikad, seened ja samblikud) ja vähem keerukalt organiseeritud prokarüootsed rakud (sinivetikad, aktinomütseedid, bakterid, spiroheedid, mükoplasmad, riketsia, klamüüdia).
Erinevalt prokarüootsest rakust on eukarüootsel rakul tuum, mis on piiratud kahekordse tuumamembraaniga ja suure hulga membraani organellidega.
TÄHELEPANU!
Rakk on peamine struktuurne ja funktsionaalne üksus elusorganismid, mis teostavad kasvu, arengut, ainevahetust ja energiat, säilitavad, töötlevad ja rakendavad geneetilist informatsiooni. Morfoloogilisest vaatenurgast on rakk kompleksne biopolümeeride süsteem, mis on väliskeskkonnast eraldatud plasmamembraaniga (plasmolemma) ning koosneb tuumast ja tsütoplasmast, milles paiknevad organellid ja inklusioonid (graanulid).
Mis tüüpi rakke on olemas?
Rakud on oma kuju, struktuuri, keemilise koostise ja ainevahetuse olemuse poolest mitmekesised.
Kõik rakud on homoloogsed, st. omavad mitmeid ühiseid struktuurseid tunnuseid, millest põhifunktsioonide täitmine sõltub. Rakke iseloomustab struktuuri, ainevahetuse (ainevahetus) ja keemilise koostise ühtsus.
Samal ajal on erinevatel rakkudel ka spetsiifiline struktuur. See on tingitud nende erifunktsioonide täitmisest.
Raku struktuur
Ultramikroskoopiline raku struktuur:
1 - tsütolemma (plasmamembraan); 2 - pinotsütootilised vesiikulid; 3 - tsentrosoom, rakukeskus (tsütokeskus); 4 - hüaloplasma; 5 - endoplasmaatiline retikulum: a - granulaarse retikulumi membraan; b - ribosoomid; 6 - perinukleaarse ruumi ühendus endoplasmaatilise retikulumi õõnsustega; 7 - südamik; 8 - tuumapoorid; 9 - mittegranulaarne (sile) endoplasmaatiline retikulum; 10 - nukleool; 11 - sisemine retikulaarne aparaat (Golgi kompleks); 12 - sekretoorsed vakuoolid; 13 - mitokondrid; 14 - liposoomid; 15 - fagotsütoosi kolm järjestikust etappi; 16 - rakumembraani (tsütolemma) ühendus endoplasmaatilise retikulumi membraanidega.
Raku keemiline koostis
Lahtris on rohkem kui 100 keemilised elemendid, neli neist moodustavad umbes 98% massist, need on organogeenid: hapnik (65–75%), süsinik (15–18%), vesinik (8–10%) ja lämmastik (1,5–3,0%). Ülejäänud elemendid jagunevad kolme rühma: makroelemendid - nende sisaldus organismis ületab 0,01%; mikroelemendid (0,00001–0,01%) ja ultramikroelemendid (alla 0,00001).
Makroelementide hulka kuuluvad väävel, fosfor, kloor, kaalium, naatrium, magneesium, kaltsium.
Mikroelementide hulka kuuluvad raud, tsink, vask, jood, fluor, alumiinium, vask, mangaan, koobalt jne.
Ultramikroelementide hulka kuuluvad seleen, vanaadium, räni, nikkel, liitium, hõbe ja palju muud. Vaatamata väga väikesele sisaldusele on mikroelementidel ja ultramikroelementidel väga oluline roll. Need mõjutavad peamiselt ainevahetust. Ilma nendeta on iga raku ja organismi kui terviku normaalne toimimine võimatu.
Rakk koosneb anorgaanilistest ja orgaanilistest ainetest. Anorgaaniliste hulgas suurim arv vesi. Vee suhteline kogus rakus on 70–80%. Vesi on universaalne lahusti, selles toimuvad rakus kõik biokeemilised reaktsioonid. Vee osalusel viiakse läbi termoregulatsioon. Vees lahustuvaid aineid (soolad, alused, happed, valgud, süsivesikud, alkoholid jne) nimetatakse hüdrofiilseteks. Hüdrofoobsed ained (rasvad ja rasvataolised ained) ei lahustu vees. Muud anorgaanilised ained (soolad, happed, alused, positiivsed ja negatiivsed ioonid) moodustavad 1,0–1,5%.
Orgaanilistest ainetest on ülekaalus valgud (10–20%), rasvad ehk lipiidid (1–5%), süsivesikud (0,2–2,0%), nukleiinhapped (1–2%). Madala molekulmassiga ainete sisaldus ei ületa 0,5%.
Valgu molekul on polümeer, mis koosneb suur kogus monomeeride korduvad ühikud. Aminohappevalgu monomeerid (neid 20) on omavahel ühendatud peptiidsidemetega, moodustades polüpeptiidahela (valgu esmane struktuur). See keerdub spiraaliks, moodustades omakorda valgu sekundaarse struktuuri. Polüpeptiidahela spetsiifilise ruumilise orientatsiooni tõttu tekib valgu tertsiaarne struktuur, mis määrab valgu molekuli spetsiifilisuse ja bioloogilise aktiivsuse. Mitmed tertsiaarsed struktuurid ühinevad üksteisega, moodustades kvaternaarse struktuuri.
Valgud täidavad olulisi funktsioone. Ensüümid – bioloogilised katalüsaatorid, mis suurendavad keemiliste reaktsioonide kiirust rakus sadu tuhandeid miljoneid kordi, on valgud. Valgud, mis on osa kõigist rakustruktuuridest, täidavad plastilist (ehituslikku) funktsiooni. Rakkude liikumist teostavad ka valgud. Need tagavad ainete transpordi rakku, rakust välja ja raku sees. Valkude (antikehade) kaitsefunktsioon on oluline. Valgud on üheks energiaallikaks.Süsivesikud jagunevad monosahhariidideks ja polüsahhariidideks. Viimased on üles ehitatud monosahhariididest, mis, nagu aminohapped, on monomeerid. Rakus leiduvatest monosahhariididest on olulisemad glükoos, fruktoos (sisaldab kuut süsinikuaatomit) ja pentoos (viis süsinikuaatomit). Pentoosid on osa nukleiinhapetest. Monosahhariidid lahustuvad vees hästi. Polüsahhariidid lahustuvad vees halvasti (loomarakkudes glükogeen, taimerakkudes tärklis ja tselluloos) Energiaallikaks on süsivesikud, rakupindade ja raku moodustumisel osalevad liitsüsivesikud kombineerituna valkude (glükoproteiinide), rasvade (glükolipiididega). interaktsioonid.
Lipiidide hulka kuuluvad rasvad ja rasvataolised ained. Rasvade molekulid on üles ehitatud glütseroolist ja rasvhapetest. Rasvataoliste ainete hulka kuuluvad kolesterool, mõned hormoonid ja letsitiin. Lipiidid, mis on rakumembraanide põhikomponendid, täidavad seeläbi ehitusfunktsiooni. Lipiidid on kõige olulisemad energiaallikad. Niisiis, kui 1 g valgu või süsivesikute täielikul oksüdeerumisel vabaneb 17,6 kJ energiat, siis 1 g rasva täielikul oksüdeerumisel - 38,9 kJ. Lipiidid teostavad termoregulatsiooni ja kaitsevad elundeid (rasvakapslid).
DNA ja RNA
Nukleiinhapped on nukleotiidi monomeeridest moodustunud polümeerimolekulid. Nukleotiid koosneb puriin- või pürimidiinalusest, suhkrust (pentoosist) ja fosforhappe jäägist. Kõikides rakkudes on kahte tüüpi nukleiinhappeid: desoksüribonukleiinhape (DNA) ja ribonukleiinhape (RNA), mis erinevad aluste ja suhkrute koostise poolest.
Nukleiinhapete ruumiline struktuur:
(B. Albertsi jt järgi, modifikatsiooniga) I - RNA; II - DNA; paelad - suhkrufosfaadi selgroog; A, C, G, T, U on lämmastikalused, nendevahelised võred on vesiniksidemed.
DNA molekul
DNA molekul koosneb kahest polünukleotiidahelast, mis on topeltheeliksi kujul üksteise ümber keerdunud. Mõlema ahela lämmastikualused on omavahel ühendatud komplementaarsete vesiniksidemetega. Adeniin ühineb ainult tümiiniga ja tsütosiin - guaniiniga (A - T, G - C). DNA sisaldab geneetilist teavet, mis määrab rakus sünteesitavate valkude spetsiifilisuse ehk aminohapete järjestuse polüpeptiidahelas. DNA annab pärimise teel edasi kõik raku omadused. DNA-d leidub tuumas ja mitokondrites.
RNA molekul
RNA molekul moodustub ühest polünukleotiidahelast. Rakkudes on kolme tüüpi RNA-d. Informatiivne ehk messenger-RNA tRNA (inglise keelest Messenger - "vahemees"), mis edastab ribosoomidele teavet DNA nukleotiidjärjestuse kohta (vt allpool). Transfer RNA (tRNA), mis kannab aminohappeid ribosoomidesse. Ribosomaalne RNA (rRNA), mis osaleb ribosoomide moodustamises. RNA-d leidub tuumas, ribosoomides, tsütoplasmas, mitokondrites ja kloroplastides.
Nukleiinhapete koostis.
Elusorganismide keemiline koostis
Elusorganismide keemilist koostist saab väljendada kahel kujul: aatom- ja molekulaarne. Aatomi (elementaarne) koostis näitab elusorganismides sisalduvate elementide aatomite suhet. Molekulaarne (materjali) koostis peegeldab ainete molekulide suhet.
Keemilised elemendid on osa rakkudest ioonide ja anorgaaniliste ja orgaaniliste ainete molekulide kujul. Olulisemad anorgaanilised ained rakus on vesi ja mineraalsoolad, olulisemad orgaanilised ained on süsivesikud, lipiidid, valgud ja nukleiinhapped.
Vesi on kõigi elusorganismide peamine komponent. Enamiku elusorganismide rakkude keskmine veesisaldus on umbes 70%.
Raku vesilahuses olevad mineraalsoolad dissotsieeruvad katioonideks ja anioonideks. Olulisemad katioonid on K+, Ca2+, Mg2+, Na+, NHJ, anioonid Cl-, SO2-, HPO2-, H2PO-, HCO-, NO-.
Süsivesikud - ühest või mitmest molekulist koosnevad orgaanilised ühendid lihtsad suhkrud. Loomarakkude süsivesikute sisaldus on 1-5% ja mõnes taimerakkudes ulatub see 70% -ni.
Lipiidid - rasvad ja rasvataolised orgaanilised ühendid, vees praktiliselt lahustumatud. Nende sisaldus erinevates rakkudes on väga erinev: 2-3 kuni 50-90% taimede seemnete ja loomade rasvkoe rakkudes.
Oravad on bioloogilised heteropolümeerid, mille monomeerideks on aminohapped. Valkude moodustumisel osaleb ainult 20 aminohapet. Neid nimetatakse fundamentaalseteks või põhilisteks. Osa aminohappeid ei sünteesita loomadel ega inimestel ning neid tuleb hankida taimsest toidust (neid nimetatakse asendamatuteks).
Nukleiinhapped. Nukleiinhappeid on kahte tüüpi: DNA ja RNA. Nukleiinhapped on polümeerid, mille monomeerideks on nukleotiidid.
Raku struktuur
Rakuteooria tekkimine
- Robert Hooke avastas rakud korgiosast 1665. aastal ja kasutas esmakordselt terminit "rakk".
- Anthony van Leeuwenhoek avastas üherakulised organismid.
- Matthias Schleiden 1838. aastal ja Thomas Schwann 1839. aastal sõnastasid rakuteooria aluspõhimõtted. Kuid nad arvasid ekslikult, et rakud tekivad primaarsest mittetsellulaarsest ainest.
- Rudolf Virchow tõestas 1858. aastal, et kõik rakud moodustuvad teistest rakkudest raku pooldumine.
Rakuteooria põhiprintsiibid
- Rakk on kõigi elusolendite struktuuriüksus. Kõik elusorganismid koosnevad rakkudest (välja arvatud viirused).
- Rakk on kõigi elusolendite funktsionaalne üksus. Rakul on kogu elutähtsate funktsioonide kompleks.
- Rakk on kõigi elusolendite arenguüksus. Uued rakud tekivad ainult algse (ema)raku jagunemise tulemusena.
- Rakk on kõigi elusolendite geneetiline üksus. Raku kromosoomid sisaldavad teavet kogu organismi arengu kohta.
- Kõigi organismide rakud on keemilise koostise, struktuuri ja funktsioonide poolest sarnased.
Rakulise organisatsiooni tüübid
Elusorganismide hulgas pole ainult viirustel rakuline struktuur. Kõiki teisi organisme esindavad rakulised eluvormid. Rakukorraldust on kahte tüüpi: prokarüootne ja eukarüootne. Prokarüootide hulka kuuluvad bakterid, eukarüootide hulka kuuluvad taimed, seened ja loomad.
Prokarüootsed rakud on suhteliselt lihtsad. Tuum neil puudub, tsütoplasmas DNA paiknemise piirkonda nimetatakse nukleoidiks, ainuke DNA molekul on ringikujuline ega ole seotud valkudega, rakud on väiksemad kui eukarüootsed rakud, rakuseinas on glükopeptiid – mureiin, membraani organellid puuduvad, nende ülesandeid täidavad plasmamembraani invaginatsioonid, ribosoomid on väikesed, Mikrotuubulid puuduvad, mistõttu tsütoplasma on liikumatu ning ripsmetel ja lipulitel on eriline struktuur.
Eukarüootsetel rakkudel on tuum, milles paiknevad kromosoomid - valkudega seotud lineaarsed DNA molekulid, tsütoplasmas paiknevad mitmesugused membraani organellid.
Taimerakud eristuvad paksu tselluloosist rakuseina, plastiidide ja suure keskvakuooli olemasoluga, mis nihutab tuuma perifeeriasse. Kõrgemate taimede rakukeskus ei sisalda tsentriole. Säilitav süsivesik on tärklis.
Seenerakkudel on kitiini sisaldav rakusein, tsütoplasmas tsentraalne vakuool ja plastiidid puuduvad. Ainult mõnel seenel on rakukeskuses tsentriool. Peamine varusüsivesik on glükogeen.
Loomarakud on reeglina õhukese rakuseinaga, ei sisalda plastiide ja tsentraalset vakuooli, rakukeskust iseloomustab tsentriool. Säilitussüsivesik on glükogeen.
Eukarüootse raku struktuur
Tüüpilisel eukarüootsel rakul on kolm komponenti: membraan, tsütoplasma ja tuum.
Rakumembraan
Väljaspool on rakku ümbritsetud membraaniga, mille aluseks on plasmamembraan ehk plasmalemma, mille tüüpiline struktuur ja paksus on 7,5 nm.
Rakumembraan täidab olulisi ja väga mitmekesiseid funktsioone: määrab ja hoiab raku kuju; kaitseb rakku kahjustavate bioloogiliste ainete tungimise mehaaniliste mõjude eest; võtab vastu palju molekulaarseid signaale (näiteks hormoonid); piirab raku sisemist sisu; reguleerib ainevahetust raku ja keskkonna vahel, tagades rakusisese koostise püsivuse; osaleb rakkudevaheliste kontaktide ja erinevate tsütoplasma spetsiifiliste väljaulatuvate osade (mikrovillid, ripsmed, lipud) moodustamises.
Loomarakkude membraanis olevat süsinikkomponenti nimetatakse glükokalüksiks.
Ainevahetus raku ja selle keskkonna vahel toimub pidevalt. Ainete rakku sisenemise ja rakust väljumise mehhanismid sõltuvad transporditavate osakeste suurusest. Väikesed molekulid ja ioonid transporditakse raku poolt otse läbi membraani aktiivse ja passiivse transpordi vormis.
Sõltuvalt tüübist ja suunast eristatakse endotsütoosi ja eksotsütoosi.
Tahkete ja suurte osakeste imendumist ja vabanemist nimetatakse vastavalt fagotsütoosiks ja pöördfagotsütoosiks; vedelaid või lahustunud osakesi nimetatakse pinotsütoosiks ja pöördpinotsütoosiks.
Tsütoplasma
Tsütoplasma on raku sisemine sisu ja koosneb hüaloplasmast ja erinevatest selles paiknevatest rakusisesest struktuurist.
Hüaloplasma (maatriks) on anorgaaniliste ja orgaaniliste ainete vesilahus, mis võib muuta oma viskoossust ja on pidevas liikumises. Tsütoplasma liikumise või voolamise võimet nimetatakse tsüklosiks.
Maatriks on aktiivne keskkond, milles toimuvad paljud füüsikalised ja keemilised protsessid ning mis ühendab kõik raku elemendid ühtseks süsteemiks.
Raku tsütoplasmaatilisi struktuure esindavad inklusioonid ja organellid. Inklusioonid on suhteliselt ebastabiilsed, leiduvad teatud tüüpi rakkudes teatud eluhetkedel, näiteks toitainete (tärklise terad, valgud, glükogeenitilgad) või rakust vabanevate toodetena. Organellid on enamiku rakkude püsivad ja olulised komponendid, millel on spetsiifiline struktuur ja mis täidavad elutähtsat funktsiooni.
Eukarüootse raku membraani organellide hulka kuuluvad endoplasmaatiline retikulum, Golgi aparaat, mitokondrid, lüsosoomid ja plastiidid.
Endoplasmaatiline retikulum. Kogu tsütoplasma sisemine tsoon on täidetud arvukate väikeste kanalite ja õõnsustega, mille seinad on plasmamembraaniga sarnased membraanid. Need kanalid hargnevad, ühenduvad üksteisega ja moodustavad võrgu, mida nimetatakse endoplasmaatiliseks retikulumiks.
Endoplasmaatiline retikulum on oma struktuuris heterogeenne. Seda on teada kahte tüüpi: teraline ja sile. Granuleeritud võrgu kanalite ja õõnsuste membraanidel on palju väikeseid ümaraid kehasid - ribosoome, mis annavad membraanidele krobelise välimuse. Sileda endoplasmaatilise retikulumi membraanid ei kanna oma pinnal ribosoome.
Endoplasmaatiline retikulum täidab palju erinevaid funktsioone. Granuleeritud endoplasmaatilise retikulumi põhifunktsiooniks on osalemine ribosoomides toimuvas valgusünteesis.
Lipiidide ja süsivesikute süntees toimub sileda endoplasmaatilise retikulumi membraanidel. Kõik need sünteesiproduktid kogunevad kanalitesse ja õõnsustesse ning transporditakse seejärel raku erinevatesse organellidesse, kus need tarbitakse või kogunevad tsütoplasmasse rakuliste inklusioonidena. Endoplasmaatiline retikulum ühendab raku peamisi organelle.
Golgi aparaat
Paljudes loomarakkudes, näiteks närvirakkudes, on see tuuma ümber paikneva keerulise võrgu kujul. Taimede ja algloomade rakkudes esindavad Golgi aparaati üksikud sirbi- või vardakujulised kehad. Selle organelli struktuur on taime- ja loomaorganismide rakkudes sarnane, hoolimata selle kuju mitmekesisusest.
Golgi aparaat sisaldab: membraanidega piiratud õõnsusi, mis paiknevad rühmadena (5-10); suured ja väikesed mullid, mis asuvad õõnsuste otstes. Kõik need elemendid moodustavad ühtse kompleksi.
Golgi aparaat täidab palju olulisi funktsioone. Tooted transporditakse sinna läbi endoplasmaatilise retikulumi kanalite sünteetiline tegevus rakud - valgud, süsivesikud ja rasvad. Kõik need ained akumuleeruvad esmalt ning seejärel sisenevad suurte ja väikeste mullidena tsütoplasmasse ning neid kasutatakse kas rakus endas selle eluea jooksul või eemaldatakse sellest ja kasutatakse kehas. Näiteks sünteesivad imetajate pankrease rakud seedeensüümid, mis kogunevad organoidi õõnsustesse. Seejärel tekivad ensüümidega täidetud mullid. Need erituvad rakkudest pankrease kanalisse, kust nad voolavad sooleõõnde. Selle organelli teine oluline funktsioon on see, et selle membraanidel toimub rasvade ja süsivesikute (polüsahhariidide) süntees, mida rakus kasutatakse ja mis on membraanide osa. Tänu Golgi aparaadi aktiivsusele toimub plasmamembraani uuenemine ja kasv.
Mitokondrid
Enamiku looma- ja taimerakkude tsütoplasmas on väikesed kehad (0,2-7 mikronit) - mitokondrid (kreeka keeles "mitos" - niit, "chondrion" - tera, graanul).
Mitokondrid on selgelt nähtavad valgusmikroskoobis, millega saab uurida nende kuju, asukohta ja loendada nende arvu. Sisemine struktuur mitokondreid uuriti elektronmikroskoobiga. Mitokondri kest koosneb kahest membraanist - välisest ja sisemisest. Välismembraan on sile, ei moodusta volte ega väljakasvu. Sisemembraan, vastupidi, moodustab arvukalt voldid, mis on suunatud mitokondriõõnde. Sisemembraani volte nimetatakse cristae'ks (ladina keeles "crista" - hari, väljakasv).Kristade arv on erinevate rakkude mitokondrites erinev. Neid võib olla mitmekümnest kuni mitmesajani, eriti palju kristlasi on aktiivselt toimivate rakkude, näiteks lihasrakkude mitokondrites.
Mitokondreid nimetatakse rakkude "elektrijaamadeks", kuna nende peamine ülesanne on adenosiintrifosforhappe (ATP) süntees. See hape sünteesitakse kõigi organismide rakkude mitokondrites ja on universaalne energiaallikas, mis on vajalik raku ja kogu organismi elutähtsate protsesside jaoks.
Uued mitokondrid tekivad rakus juba olemasolevate mitokondrite jagunemisel.
Lüsosoomid
Need on väikesed ümarad kehad. Iga lüsosoom on tsütoplasmast eraldatud membraaniga. Lüsosoomi sees on ensüümid, mis lagundavad valke, rasvu, süsivesikuid ja nukleiinhappeid.
Lüsosoomid lähenevad tsütoplasmasse sattunud toiduosakesele, ühinevad sellega ning moodustub üks seedevakuool, mille sees on lüsosoomi ensüümidega ümbritsetud toiduosake. Toiduosakeste seedimise tulemusena tekkinud ained satuvad tsütoplasmasse ja rakk kasutab neid ära.
Lüsosoomid, millel on võime toitaineid aktiivselt seedida, osalevad elutegevuse käigus hukkuvate rakuosade, tervete rakkude ja elundite eemaldamises. Uute lüsosoomide moodustumine toimub rakus pidevalt. Lüsosoomides sisalduvad ensüümid sünteesitakse nagu kõik teised valgud tsütoplasma ribosoomidel. Seejärel liiguvad need ensüümid läbi endoplasmaatilise retikulumi Golgi aparaati, mille õõnsustes moodustuvad lüsosoomid. Sellisel kujul sisenevad lüsosoomid tsütoplasmasse.
Plastiidid
Plastiide leidub kõigi taimerakkude tsütoplasmas. Loomarakkudes plastiidid puuduvad. Plastiide on kolm peamist tüüpi: roheline - kloroplastid; punane, oranž ja kollane - kromoplastid; värvitu - leukoplastid.
Enamiku rakkude jaoks on vaja ka organelle, millel puudub membraani struktuur. Nende hulka kuuluvad ribosoomid, mikrofilamendid, mikrotuubulid ja rakukeskus.
Ribosoomid. Ribosoome leidub kõigi organismide rakkudes. Need on mikroskoopilised ümmargused kehad läbimõõduga 15-20 nm. Iga ribosoom koosneb kahest ebavõrdse suurusega osakesest, väikesest ja suurest.
Üks rakk sisaldab tuhandeid ribosoome, need paiknevad kas granulaarse endoplasmaatilise retikulumi membraanidel või asuvad vabalt tsütoplasmas. Ribosoomid sisaldavad valke ja RNA-d. Ribosoomide ülesanne on valkude süntees. Valkude süntees - raske protsess, mida teostab mitte üks ribosoom, vaid terve rühm, sealhulgas kuni mitukümmend ühendatud ribosoomi. Seda ribosoomide rühma nimetatakse polüsoomiks. Sünteesitud valgud kogunevad esmalt endoplasmaatilise retikulumi kanalitesse ja õõnsustesse ning transporditakse seejärel organellidesse ja rakukohtadesse, kus neid tarbitakse. Endoplasmaatiline retikulum ja selle membraanidel paiknevad ribosoomid kujutavad endast ühtset valkude biosünteesi ja transpordi aparaati.
Mikrotuubulid ja mikrokiud
Niidilaadsed struktuurid, mis koosnevad erinevatest kontraktiilsetest valkudest ja määravad raku motoorsed funktsioonid. Mikrotuubulid näevad välja nagu õõnsad silindrid, mille seinad koosnevad valkudest – tubuliinidest. Mikrokiud on väga õhukesed, pikad niidilaadsed struktuurid, mis koosnevad aktiinist ja müosiinist.
Mikrotuubulid ja mikrokiud läbivad kogu raku tsütoplasma, moodustades selle tsütoskeleti, põhjustades tsükloosi, organellide rakusisest liikumist, kromosoomide lahknemist tuumamaterjali jagunemisel jne.
Rakukeskus (tsentrosoom). Loomarakkudes on tuuma lähedal organell, mida nimetatakse rakukeskuseks. Rakukeskuse põhiosa koosneb kahest väikesest kehast - tsentrioolidest, mis asuvad tihendatud tsütoplasma väikesel alal. Iga tsentriool on kuni 1 µm pikkuse silindri kujuga. Tsentrioolid mängivad olulist rolli rakkude jagunemisel; nad osalevad jaoskonna spindli moodustamises.
Evolutsiooni käigus kohanesid erinevad rakud elama erinevates tingimustes ja täitma spetsiifilisi funktsioone. See eeldas nendes spetsiaalsete organellide olemasolu, mida nimetatakse spetsialiseerunud erinevalt ülalpool käsitletud üldotstarbelistest organoididest. Need sisaldavad kontraktiilsed vakuoolid algloomad, müofibrillid lihaskiud, närvirakkude neurofibrillid ja sünaptilised vesiikulid, epiteelirakkude mikrovillid, mõnede algloomade ripsmed ja lipud.
Tuum
Tuum on eukarüootsete rakkude kõige olulisem komponent. Enamikul rakkudel on üks tuum, kuid leidub ka mitmetuumalisi rakke (paljudel algloomadel, selgroogsete skeletilihastes). Mõned väga spetsiifilised rakud kaotavad oma tuumad (näiteks imetajate punased verelibled).
Tuum on reeglina sfäärilise või ovaalse kujuga, harvem võib see olla segmenteeritud või fusiformne. Tuum koosneb tuumaümbrisest ja karüoplasmast, mis sisaldab kromatiini (kromosoome) ja nukleoole.
Tuumaümbris on moodustatud kahest membraanist (välimine ja sisemine) ja sisaldab arvukalt poore, mille kaudu toimub tuuma ja tsütoplasma vahel erinevate ainete vahetus.
Karüoplasma (nukleoplasm) on tarretisesarnane lahus, mis sisaldab erinevaid valke, nukleotiide, ioone, aga ka kromosoome ja tuuma.
Tuum on väike ümmargune keha, mis on intensiivselt värvunud ja leitud mittejagunevate rakkude tuumades. Tuuma ülesandeks on rRNA süntees ja selle ühendamine valkudega, s.o. ribosomaalsete subühikute kokkupanek.
Kromatiin on tükid, graanulid ja filamentsed struktuurid, mille moodustavad DNA molekulid kompleksis valkudega, mis on spetsiifiliselt värvitud teatud värvainetega. Kromatiini sees on erinevad DNA molekulide lõigud erineval määral spiraliseerumine ja seetõttu erinevad värvi intensiivsuse ja geneetilise aktiivsuse olemuse poolest. Kromatiin on geneetilise materjali olemasolu mittejagunevates rakkudes ja annab võimaluse selles sisalduvat teavet kahekordistada ja rakendada. Rakkude jagunemise käigus moodustuvad DNA spiraalid ja kromatiini struktuurid kromosoome.
Kromosoomid on tihedad, intensiivselt värvunud struktuurid, mis on geneetilise materjali morfoloogilise organisatsiooni üksused ja tagavad selle täpse jaotumise rakkude jagunemise ajal.
Kromosoomide arv iga bioloogilise liigi rakkudes on konstantne. Tavaliselt on keharakkude tuumades (somaatilised) kromosoomid paarikaupa, sugurakkudes pole need paaris. Ühte kromosoomide komplekti sugurakkudes nimetatakse haploidseks (n), samas kui somaatilistes rakkudes olevat kromosoomide komplekti nimetatakse diploidseks (2n). Erinevate organismide kromosoomid on erineva suuruse ja kujuga.
Diploidne rakukromosoomide komplekt konkreetne tüüp Elusorganisme, mida iseloomustab kromosoomide arv, suurus ja kuju, nimetatakse karüotüübiks. Somaatiliste rakkude kromosoomikomplektis nimetatakse paaritud kromosoome homoloogseteks, kromosoome alates erinevad paarid- mittehomoloogne. Homoloogsed kromosoomid on suuruse, kuju ja koostise poolest identsed (üks pärineb ema, teine isa organismist). Kariotüübi osana olevad kromosoomid jagunevad ka autosoomideks ehk mittesugukromosoomideks, mis on mees- ja naissoost indiviididel ühesugused, ja heterokromosoomideks ehk sugukromosoomideks, mis osalevad soo määramisel ning erinevad meestel ja naistel. Inimese karüotüüpi esindab 46 kromosoomi (23 paari): 44 autosoomi ja 2 sugukromosoomi (naistel on kaks identset X-kromosoomi, meestel X- ja Y-kromosoomid).
Kernel tegeleb salvestamise ja rakendamisega geneetiline teave, valkude biosünteesi protsessi juhtimine ja valkude kaudu - kõik muud eluprotsessid. Tuum osaleb päriliku informatsiooni replikatsioonis ja jaotuses tütarrakkude vahel ning sellest tulenevalt ka rakkude jagunemise ja organismi arenguprotsesside reguleerimises.
Kõik elusolendid koosnevad rakkudest – väikestest membraaniga suletud õõnsustest, mis on täidetud kemikaalide kontsentreeritud vesilahusega. Kamber- kõigi elusorganismide (välja arvatud viirused, mida sageli nimetatakse mitterakulisteks eluvormideks) struktuuri ja elutegevuse elementaarne üksus, millel on oma ainevahetus ja mis on võimeline iseseisvaks eksisteerimiseks, isepaljunemiseks ja arenguks. Kõik elusorganismid, nagu mitmerakulised loomad, taimed ja seened, koosnevad paljudest rakkudest või, nagu paljud algloomad ja bakterid, on üherakulised organismid. Bioloogia haru, mis uurib rakkude ehitust ja talitlust, nimetatakse tsütoloogiaks. Arvatakse, et kõik organismid ja kõik nende koostises olevad rakud arenesid ühisest DNA-eelsest rakust.
Raku ligikaudne ajalugu
Esialgu tekkisid erinevate looduslike tegurite (soojus, ultraviolettkiirgus, elektrilahendused) mõjul esimesed orgaanilised ühendid, mis olid materjaliks elusrakkude ehitamiseks.
Võtmehetk elu arengu ajaloos oli ilmselt esimeste replikaatormolekulide ilmumine. Replikaator on teatud tüüpi molekul, mis on oma koopiate või maatriksite sünteesi katalüsaator, mis on loomamaailmas paljunemise primitiivne analoog. Praegu levinuimatest molekulidest on replikaatorid DNA ja RNA. Näiteks klaasi asetatud DNA molekul koos vajalike komponentidega hakkab spontaanselt looma oma koopiaid (küll palju aeglasemalt kui rakus spetsiaalsete ensüümide mõjul).
Replikaatormolekulide ilmumine käivitas keemilise (eelbioloogilise) evolutsiooni mehhanismi. Esimesed evolutsiooni subjektid olid suure tõenäosusega primitiivsed RNA molekulid, mis koosnesid vaid mõnest nukleotiidist. Seda etappi iseloomustavad (ehkki väga primitiivsel kujul) kõik bioloogilise evolutsiooni põhijooned: paljunemine, mutatsioon, surm, olelusvõitlus ja looduslik valik.
Keemilist evolutsiooni soodustas asjaolu, et RNA on universaalne molekul. Lisaks sellele, et see on replikaator (st päriliku teabe kandja), võib see täita ensüümide funktsioone (näiteks ensüümid, mis kiirendavad replikatsiooni või ensüümid, mis lagundavad konkureerivaid molekule).
Mingil evolutsiooni hetkel tekkisid RNA ensüümid, mis katalüüsivad lipiidimolekulide (st rasvade) sünteesi. Lipiidimolekulidel on üks tähelepanuväärne omadus: nad on polaarsed ja lineaarse struktuuriga, kusjuures molekuli ühe otsa paksus on suurem kui teise oma. Seetõttu kogunevad suspensioonis olevad lipiidimolekulid spontaanselt kestadeks, mis on kuju poolest sfäärilistele lähedased. Seega suutsid lipiide sünteesivad RNA-d ümbritseda end lipiidkestaga, mis parandas oluliselt RNA vastupanuvõimet välistegurite suhtes.
RNA pikkuse järkjärguline suurenemine tõi kaasa multifunktsionaalsete RNA-de ilmumise, mille üksikud fragmendid täitsid erinevaid funktsioone.
Esimesed rakkude jagunemised toimusid ilmselt mõjul välised tegurid. Lipiidide süntees rakus tõi kaasa selle suuruse suurenemise ja tugevuse vähenemise, nii et suur amorfne membraan jagunes mehaanilise pinge mõjul osadeks. Seejärel tekkis ensüüm, mis seda protsessi reguleeris.
Raku struktuurKõik maakera rakulised eluvormid võib neid moodustavate rakkude struktuuri alusel jagada kaheks superkuningriigiks – prokarüootid (eeltuumad) ja eukarüootid (tuuma). Prokarüootsed rakud on struktuurilt lihtsamad, ilmselt tekkisid nad evolutsiooni käigus varem. Eukarüootsed rakud on keerulisemad ja tekkisid hiljem. Inimkeha moodustavad rakud on eukarüootsed. Vaatamata vormide mitmekesisusele allub kõigi elusorganismide rakkude korraldus ühistele struktuuripõhimõtetele.
Raku elussisu – protoplast – eraldatakse keskkonnast plasmamembraani ehk plasmalemma abil. Raku sees on täidetud tsütoplasma, milles paiknevad erinevad organellid ja rakulised inklusioonid, samuti geneetiline materjal DNA molekuli kujul. Iga rakuorganell täidab oma erifunktsiooni ja kõik koos määravad raku kui terviku elutegevuse.
Prokarüootne rakk
Prokarüootid(ladina keelest pro - enne, enne ja kreeka keelest κάρῠον - tuum, pähkel) - organismid, millel pole erinevalt eukarüootidest moodustunud rakutuum ja muud sisemembraani organellid (välja arvatud näiteks fotosünteetiliste liikide lamedad mahutid tsüanobakterid). Ainus suur ringikujuline (mõnedel liikidel lineaarne) kaheahelaline DNA molekul, mis sisaldab põhiosa raku geneetilisest materjalist (nn nukleoid), ei moodusta kompleksi histooni valkudega (nn kromatiin). ). Prokarüootide hulka kuuluvad bakterid, sealhulgas sinivetikad (sinivetikad) ja arheed. Prokarüootsete rakkude järglased on eukarüootsete rakkude organellid – mitokondrid ja plastiidid.
Prokarüootsetel rakkudel on tsütoplasmaatiline membraan, nagu eukarüootsetel rakkudel. Bakteritel on kahekihiline membraan (lipiidne kaksikkiht), samas kui arheel on sageli ühekihiline membraan. Arheaalne membraan koosneb ainetest, mis erinevad bakterimembraani moodustavatest ainetest. Rakkude pind võib olla kaetud kapsli, ümbrise või limaga. Neil võivad olla lipud ja villid.
Joonis 1. Tüüpilise prokarüootse raku struktuur
Prokarüootidel puudub rakutuum, nagu eukarüootidel. DNA leidub raku sees, voldituna korralikult ja seda toetavad valgud. Seda DNA-valgu kompleksi nimetatakse nukleoidiks. Eubakterites erinevad DNA-d toetavad valgud histoonidest, mis moodustavad nukleosoome (eukarüootides). Kuid arhibakteritel on histoonid ja sel viisil on nad sarnased eukarüootidega. Prokarüootides toimuvad energiaprotsessid tsütoplasmas ja spetsiaalsetel struktuuridel - mesosoomidel (rakumembraani väljakasvud, mis on keerdunud spiraaliks, et suurendada pindala, millel toimub ATP süntees). Raku sees võib olla gaasimulle, varuaineid polüfosfaadi graanulite, süsivesikute graanulite ja rasvatilkade kujul. Võib esineda väävli lisandeid (tekinud näiteks anoksilise fotosünteesi tulemusena). Fotosünteetilistel bakteritel on volditud struktuurid, mida nimetatakse tülakoidideks, millel toimub fotosüntees. Seega on prokarüootidel põhimõtteliselt samad elemendid, kuid ilma vaheseinteta, ilma sisemembraanideta. Need vaheseinad, mis on olemas, on rakumembraani väljakasvud.
Prokarüootsete rakkude kuju ei ole nii mitmekesine. Ümmargusi rakke nimetatakse kokkideks. Selline vorm võib olla nii arheel kui ka eubakteritel. Streptokokid on ahelas piklikud kokid. Stafülokokid on kokkide "klastrid", diplokokid on kookid, mis on ühendatud kaheks rakuks, tetrade on neli ja sarkiinid kaheksa. Vardakujulisi baktereid nimetatakse batsillideks. Kaks pulka - diplobatsillid, piklikud ahelas - streptobatsillid. Teiste liikide hulka kuuluvad korüneformsed bakterid (otstes nuiataolise pikendusega), spirillad (pikk kõverdunud rakud), vibrioonid (lühikesed kõverad rakud) ja spiroheedid (kõverduvad erinevalt spirillast). Kõik ülaltoodud on illustreeritud allpool ja toodud kaks arhebakterite esindajat. Kuigi nii arheed kui ka bakterid on prokarüootsed (tuumavabad) organismid, on nende rakkude struktuuris mõned olulised erinevused. Nagu eespool märgitud, on bakteritel lipiidide kaksikkiht (kui hüdrofoobsed otsad on membraani sukeldatud ja laetud pead jäävad mõlemalt poolt välja) ja arheel võib olla ühekihiline membraan (laetud pead on mõlemal küljel ja selle sees on üks tervikmolekul; see struktuur võib olla jäigem kui kahekihiline). Allpool on arhebakteri rakumembraani struktuur.
Eukarüootid(eukarüootid) (kreeka keelest ευ - hea, täielikult ja κάρῠον - tuum, pähkel) - organismid, millel on erinevalt prokarüootidest moodustunud rakutuum, mis on tsütoplasmast piiritletud tuumamembraaniga. Geneetiline materjal sisaldub mitmes lineaarses kaheahelalises DNA molekulis (olenevalt organismi tüübist võib nende arv tuuma kohta varieeruda kahest kuni mitmesajani), mis on seestpoolt kinnitunud raku tuuma membraanile ja moodustuvad laialdaselt. enamus (välja arvatud dinoflagellaadid) on kompleks histooni valkudega, mida nimetatakse kromatiiniks. Eukarüootsetel rakkudel on sisemembraanide süsteem, mis lisaks tuumale moodustab ka mitmeid teisi organelle (endoplasmaatiline retikulum, Golgi aparaat jne). Lisaks on valdaval enamusel püsivad intratsellulaarsed sümbiontid – prokarüootid – mitokondrid ning ka vetikatel ja taimedel on plastiidid.
loomarakk
Loomaraku struktuur põhineb kolmel põhikomponendil – tuum, tsütoplasma ja rakumembraan. Koos tuumaga moodustab tsütoplasma protoplasma. Rakumembraan on bioloogiline membraan (vahesein), mis eraldab raku väliskeskkonnast, toimib raku organellide ja tuuma kestana ning moodustab tsütoplasmaatilisi sektsioone. Kui asetate preparaadi mikroskoobi alla, näete hõlpsasti loomaraku struktuuri. Rakumembraan sisaldab kolme kihti. Välimine ja sisemine kiht on valk ja vahekiht on lipiid. Sel juhul jagatakse lipiidikiht veel kaheks kihiks – hüdrofoobsete molekulide kihiks ja hüdrofiilsete molekulide kihiks, mis on paigutatud kindlas järjekorras. Rakumembraani pinnal on spetsiaalne struktuur - glükokalüks, mis tagab membraani selektiivse võime. Kest laseb vajalikel ainetel läbi ja hoiab neid, mis kahjustavad.
Joonis 2. Loomaraku struktuur
Loomaraku struktuur on suunatud pakkumisele kaitsefunktsioon juba sellel tasemel. Ainete tungimine läbi membraani toimub tsütoplasmaatilise membraani otsesel osalusel. Selle membraani pind on painde, väljakasvu, voltide ja villi tõttu üsna märkimisväärne. Tsütoplasmaatiline membraan võimaldab läbida nii väikseid kui ka suuremaid osakesi. Loomaraku struktuuri iseloomustab enamasti veest koosneva tsütoplasma olemasolu. Tsütoplasma on anum organellide ja inklusioonide jaoks.
Lisaks on tsütoplasmas ka tsütoskelett – valguniidid, mis osalevad rakkude pooldumise protsessis, piiritlevad rakusisese ruumi ning säilitavad raku kuju ja kokkutõmbumisvõime. Tsütoplasma oluline komponent on hüaloplasma, mis määrab rakustruktuuri viskoossuse ja elastsuse. Sõltuvalt välistest ja sisemistest teguritest võib hüaloplasma viskoossust muuta – muutuda vedelaks või geelitaoliseks. Loomaraku ehitust uurides ei saa jätta tähelepanu pööramata rakuaparaadile - rakus paiknevatele organellidele. Kõigil organellidel on oma spetsiifiline struktuur, mille määravad kindlaks nende ülesanded.
Tuum on keskne rakuüksus, mis sisaldab pärilikku informatsiooni ja osaleb ainevahetuses rakus endas. Rakuorganellide hulka kuuluvad endoplasmaatiline retikulum, rakukeskus, mitokondrid, ribosoomid, Golgi kompleks, plastiidid, lüsosoomid, vakuoolid. Sarnaseid organelle leidub igas rakus, kuid olenevalt funktsioonist võib loomaraku struktuur erineda spetsiifiliste struktuuride olemasolul.
Raku organellide funktsioonid: - mitokondrid oksüdeerivad orgaanilisi ühendeid ja akumuleerivad keemilist energiat; - endoplasmaatiline retikulum sünteesib spetsiaalsete ensüümide olemasolu tõttu rasvu ja süsivesikuid, selle kanalid hõlbustavad ainete transporti rakus; - ribosoomid sünteesivad valke; - Golgi kompleks kontsentreerib valke, tihendab sünteesitud rasvu, polüsahhariide, moodustab lüsosoome ja valmistab ette ained nende eemaldamiseks rakust või otseseks kasutamiseks selle sees; - lüsosoomid lagundavad süsivesikuid, valke, nukleiinhappeid ja rasvu, seedides sisuliselt rakku sisenevad toitained; - rakukeskus osaleb rakkude jagunemise protsessis; - vakuoolid säilitavad rakumahla sisalduse tõttu raku turgorit (siserõhku).
Elusraku struktuur on äärmiselt keeruline – edasi raku tase Toimub palju biokeemilisi protsesse, mis koos tagavad organismi elutähtsad funktsioonid.