Sisu
- Rakkude põhistruktuur
- Rakumembraan
- Tuuma
- Ribosoomid
- Mitokondrid ja kloroplastid
- Tsütoskelett
- Muud organellid
Rakud on üldiselt sarnased identsetele ühikutele, mis moodustavad terviku. Näiteks vangiplokid ja mesitarud koosnevad enamasti kambritest. Bioloogiliste süsteemide kasutamisel võttis selle termini tõenäoliselt kasutusele 17. sajandi teadlane Robert Hooke, ühendmikroskoobi leiutaja ja märkimisväärse hulga teaduslike ettevõtmiste pioneer. Rakk, nagu täna kirjeldatakse, on elusolendi väikseim üksus, mis säilitab elu enda omadused. Teisisõnu, üksikud rakud ei sisalda mitte ainult geneetilist teavet, vaid nad kasutavad ja muudavad ka energiat, võõrustavad keemilisi reaktsioone, säilitavad tasakaalu ja nii edasi. Veel kõneldavalt nimetatakse rakke tavaliselt ja sobivalt "elu alustaladeks".
Rakkude oluliste omaduste hulka kuulub rakumembraan raku sisu eraldamiseks ja kaitsmiseks muu maailma eest; tsütoplasma või vedelikutaoline aine raku sisemuses, milles toimuvad metaboolsed protsessid; ja geneetiline materjal (desoksüribonukleiinhape või DNA). See kirjeldab põhimõtteliselt prokarüootset ehk bakteriaalset rakku tervikuna. Keerukamatel organismidel, mida nimetatakse eukarüootideks - sealhulgas loomad, taimed ja seened - on ka mitmesuguseid muid rakustruktuure - kõik need on arenenud vastavalt kõrgelt spetsialiseerunud elusolendite vajadustele. Neid struktuure nimetatakse organellideks. Organellid on eukarüootsed rakud, mis on teie enda organid (magu, maks, kopsud ja nii edasi) teie kehale tervikuna.
Rakkude põhistruktuur
Rakud on struktuurilt organisatsiooni üksused. Need klassifitseeritakse formaalselt selle järgi, kust nad energiat saavad. Prokarüootide hulka kuuluvad kaks kuuest taksonoomilisest kuningriigist, Arhebakterid ja Monera; kõik need liigid on üherakulised ja enamus neist on bakterid ning need pärinevad hämmastavalt umbes 3,5 miljardist aastast (umbes 80 protsenti Maa enda hinnangulisest vanusest). Eukarüoodid on "kõigest" 1,5 miljardit aastat vanad ja nende hulka kuuluvad Animalia, Plantae, Fungae ja Protista. Enamik eukarüoote on mitmerakulised, kuigi mõned (nt pärm) mitte.
Prokarüootsed rakud iseloomustavad vähemalt absoluutselt minimaalset geneetilise materjali aglomeratsiooni DNA kujul raku membraaniga ümbritsetud korpuses, mida nimetatakse ka plasmamembraaniks. Selles korpuses on ka tsütoplasma, mille prokarüootides on niiske asfaldi konsistents; eukarüootides on see palju vedelam. Lisaks on paljudel prokarüootidel rakumembraan väljaspool rakuseina, mis toimiks kaitsekihina (nagu näete, täidab rakumembraan mitmesuguseid funktsioone). Nimelt hõlmavad eukarüootsed taimerakud ka rakuseinu. Kuid prokarüootsed rakud ei hõlma organelleid ja see on peamine struktuuriline erinevus. Isegi kui otsustatakse vaadelda vahet metaboolsena, on see siiski seotud vastavate struktuuriliste omadustega.
Mõnel prokarüoodil on flagella, mis on piitsutaolised polüpeptiidid, mida kasutatakse käitamiseks. Mõnel on ka pili, mis on juustele sarnased väljaulatuvad osad, mida kasutatakse kleepimiseks. Bakterid on ka erineva kujuga: Cocci on ümmargused (nagu meningokokid, mis võivad inimestel põhjustada meningiiti), baccilli (vardad, nagu näiteks siberi katku põhjustavad liigid) ja spirilla või spirochetes (spiraalsed bakterid, nagu süüfilise põhjustajad) .
Aga viirused? Need on vaid pisikesed geneetilise materjali bitid, milleks võib olla DNA või RNA (ribonukleiinhape), ümbritsetud valgukattega. Viirused ei suuda iseseisvalt paljuneda ning seetõttu peavad nad ise koopiate levitamiseks nakatama rakke ja "kaaperdama" nende reproduktiivseade. Seetõttu on antibiootikumid suunatud igasuguste bakterite vastu, kuid on viiruste vastu ebaefektiivsed. Viirusevastaseid ravimeid on olemas, pidevalt võetakse kasutusele uuemaid ja tõhusamaid, kuid nende toimemehhanismid on täiesti erinevad antibiootikumide toimemehhanismidest, mille sihtmärgiks on tavaliselt kas rakuseinad või metaboolsed ensüümid, mis on eriti seotud prokarüootsete rakkudega.
Rakumembraan
Rakumembraan on bioloogia mitmetahuline ime. Selle kõige ilmsem ülesanne on olla raku sisu konteiner ja pakkuda takistust rakuvälise keskkonna solvamisele. See aga kirjeldab ainult väikest osa selle funktsioonist. Rakumembraan ei ole passiivne vahesein, vaid väga dünaamiline väravate ja kanalite komplekt, mis aitab tagada raku sisekeskkonna (see tähendab selle tasakaalu või homöostaasi) säilimise, lubades valikuliselt molekule vastavalt vajadusele rakku ja sealt välja.
Membraan on tegelikult topeltmembraan, mille kaks kihti on peegelpildil üksteise vastas. Seda nimetatakse fosfolipiidseteks kahekihilisteks kihtideks ja iga kiht koosneb "lehest" fosfolipiidimolekulidest või õigemini glütserofosfolipiidimolekulidest. Need on piklikud molekulid, mis koosnevad polaarse fosfaadi "peadest", mis on suunatud kahekihilisest keskmest (see tähendab tsütoplasma ja raku väliskülje poole), ja mittepolaarsetest "sabadest", mis koosnevad paarist rasvhappest; need kaks hapet ja fosfaat on kinnitatud kolme süsiniku glütseroolimolekuli vastaskülgedele. Fosfaatrühmade laengute asümmeetrilise jaotuse ja rasvhapete laengute asümmeetria puudumise tõttu kogunevad lahusesse paigutatud fosfolipiidid spontaanselt sellisesse kaksikkihti, seega on see energeetiliselt tõhus.
Ained võivad membraani läbida mitmel viisil. Üks on lihtne difusioon, mille korral väikesed molekulid nagu hapnik ja süsinikdioksiid liiguvad membraani kaudu suurema kontsentratsiooniga piirkondadest madalama kontsentratsiooniga piirkondadesse. Hõlbustatud difusioon, osmoos ja aktiivne transport aitavad samuti säilitada rakku jõudvate toitainete ja väljuvate ainevahetusjäätmete ühtlast varustust.
Tuuma
Tuum on DNA säilitamise koht eukarüootsetes rakkudes. (Tuletame meelde, et prokarüootidel puuduvad tuumad, kuna neil puuduvad igasugused membraaniga seotud organellid.) Nagu plasmamembraan, on ka tuumamembraan, mida nimetatakse ka tuumaümbriseks, kahekihiline fosfolipiidne barjäär.
Tuuma sees on raku geneetiline materjal jaotatud eraldiseisvateks kehadeks, mida nimetatakse kromosoomideks. Organismi kromosoomide arv on liigiti erinev; inimestel on 23 paari, sealhulgas 22 paari "normaalseid" kromosoome, mida nimetatakse autosoomideks, ja ühte paari sugukromosoome. Üksikute kromosoomide DNA on paigutatud järjestusteks, mida nimetatakse geenideks; iga geen kannab konkreetse valguprodukti geneetilist koodi, olgu see ensüüm, silmavärvi soodustaja või skeletilihaste komponent.
Kui rakk läbib jagunemist, jaguneb selle tuum selgesti esinevate kromosoomide replikatsiooni tõttu. Seda paljunemisprotsessi nimetatakse mitoosiks ja tuuma lõhustumist nimetatakse tsütokineesiks.
Ribosoomid
Ribosoomid on rakkudes valkude sünteesi koht. Need organellid on valmistatud peaaegu täielikult RNA tüübist, mida nimetatakse ribosomaalseks RNA-ks või rRNA-ks. Need ribosoomid, mida leidub kogu raku tsütoplasmas, sisaldavad ühte suurt subühikut ja ühte väikest subühikut.
Võib-olla on lihtsaim viis ribosoomide kujutlemiseks sama pisike koostejoon. Kui on aeg antud valguprodukti valmistada, siis tuumas DNA-st transkribeeritud Messenger RNA (mRNA) viib ribosoomi sellesse ossa, kus mRNA kood transleeritakse aminohapeteks, mis on kõigi valkude ehitusplokid. Täpsemalt, mRNA neli erinevat lämmastiku alust saab 64 erineval viisil jaotada kolme rühma (4 tõstetakse kolmanda võimsuseni 64) ja kõik need "kolmikud" kodeerivad aminohapet. Kuna inimkehas on ainult 20 aminohapet, on mõned aminohapped tuletatud rohkem kui ühest tripleti koodist.
Kui mRNA on transleeritud, on veel üks RNA tüüp, ülekandev RNA (tRNA) kannab ükskõik millise aminohappe, mille kood on kutsunud, ribosomaalsesse sünteesi saiti, kus aminohape kinnitub valgu sisemises otsas. edenemine. Kui valk, mis võib olla vahemikus kümnetest kuni sadade aminohapeteni, on valmis, vabastatakse see ribosoomist ja transporditakse kuhu vaja.
Mitokondrid ja kloroplastid
Mitokondrid on loomarakkude "elektrijaamad" ja kloroplastid on nende analoogid taimerakkudes. Mitokondrid, mis arvatakse pärinevat iseseisvate bakteritena enne nende liitumist eukarüootseteks rakkudeks muutunud struktuuridesse, on aeroobse ainevahetuse koht, mille jaoks on vaja glükoosist energia eraldamiseks adenosiintrifosfaadi (ATP) vormis hapnikku. Mitokondrid saavad püruvaatmolekulid, mis on saadud hapniku sõltumatust glükoosi lagunemisest tsütoplasmas; mitokondrite maatriksis (sisemuses) allutatakse püruvaadile Krebsi tsükkel, mida nimetatakse ka sidrunhappe tsükliks või trikarboksüülhappe (TCA) tsükliks. Krebsi tsükkel tekitab suure energiatarbega prootonkandjaid ja toimib aeroobsete reaktsioonide jaoks, mida nimetatakse elektronide transpordiahelaks, mis toimub mitokondrite membraanil, mis on veel üks lipiidide kaksikkiht. Need reaktsioonid tekitavad ATP kujul palju rohkem energiat kui glükolüüs suudab; ilma mitokondriteta poleks loomade elu Maal võinud areneda kõrgemate organismide suurepäraste energiavajaduste tõttu.
Kloroplastid annavad taimedele rohelise värvi, kuna need sisaldavad klorofülliks nimetatavat pigmenti. Kui mitokondrid lagundavad glükoositooteid, siis kloroplastid kasutavad päikesevalgusest saadavat energiat glükoosist süsinikdioksiidist ja veest. Seejärel kasutab taim osa sellest kütusest oma vajadusteks, kuid suurem osa sellest jõuab koos glükoosi sünteesil vabaneva hapnikuga ökosüsteemi ja seda kasutavad loomad, kes ei saa ise toitu valmistada. Ilma rikkaliku taimestikuta Maal ei saaks loomad ellu jääda; vastupidi, tõsi on, kuna loomade metabolism tekitab taimedele piisavalt süsihappegaasi.
Tsütoskelett
Tsütoskelett, nagu nimigi ütleb, pakub rakule struktuurset tuge samal viisil, nagu teie enda kondine luustik tagab teie elunditele ja kudedele stabiilse tellingu. Tsütoskelett koosneb kolmest komponendist: mikrokiud, vahekiud ja mikrotuubulid, väikseimast suurima. Mikrofilamente ja mikrotuubuleid saab raku vajadustest lähtuvalt kokku panna ja lahti võtta konkreetsel ajal, vahepealsed kiud kipuvad olema püsivamad.
Lisaks organellide kinnitamisele sarnaselt kõrgete kommunikatsioonitornide külge kinnitatud juhtmetega hoiavad need maapinnaga fikseerituna ka tsütoskeleti abil asjade liikumist rakus. See võib toimuda flagella kinnituspunktidena, nagu mõned mikrotuubulid teevad; alternatiivina pakuvad mõned mikrotuubulid tegelikku kanalit (rada) asjade liikumiseks. Seega võib tsütoskelett olla sõltuvalt konkreetsest tüübist nii mootoriga kui ka maanteel.
Muud organellid
Muud olulised organellid hõlmavad Golgi kehad, mis näevad mikroskoopilisel uurimisel välja nagu pannkookide virnad ja toimivad valkude säilitamise ja sekretsiooni saitidena ning endoplasmaatiline retikulum, mis viib valguproduktid raku ühest osast teise. Endoplasmaatiline retikulum on sile ja kare vorm; viimaseid nimetatakse nii, kuna need on naastud ribosoomidega. Golgi kehadest tekivad vesiikulid, mis katkestavad "pannkookide" servad ja sisaldavad valke; kui neid saab pidada veokonteineriteks, on endoplasmaatiline retikulum, mis neid kehasid võtab, nagu maantee- või raudteesüsteem.
Lüsosoomid on olulised ka rakkude hooldamisel. Need on ka vesiikulid, kuid need sisaldavad spetsiifilisi seedeensüüme, mis võivad lüüsida (lahustada) kas rakkude metaboolsed jäätmeproduktid või kemikaalid, mida ei peaks seal üldse olema, kuid mis on kuidagi rakumembraani rikkunud.