Sisu
- Lahtri osad
- Rakumembraan
- Tsütoplasma
- Tuuma
- Mitokondrid
- Klooroplastid
- Ribosoomid
- Golgi kehad ja muud organellid
Rakud on elu põhielemendid. Vähem poeetiliselt on need elusate asjade väikseimad ühikud, mis säilitavad kõik elu endaga seotud põhilised omadused (nt valkude süntees, kütusekulu ja geneetiline materjal). Selle tulemusel peavad rakud vaatamata oma väiksusele täitma väga erinevaid funktsioone, nii koordineeritud kui ka sõltumatuid. See omakorda tähendab, et need peavad sisaldama suurt hulka erinevaid füüsilisi osi.
Enamik prokarüootilisi organisme koosneb ainult ühest rakust, samas kui sellised eukarüootide kehad nagu teie ise sisaldavad triljoneid. Eukarüootsed rakud sisaldavad spetsiaalseid struktuure, mida nimetatakse organellideks, mille hulka kuulub kogu raku ümbritsevaga sarnane membraan. Need organellid on raku maapealsed väed, jälgides pidevalt, et kõik rakud oleksid hetkega rahuldatud.
Lahtri osad
Kõik rakud sisaldavad absoluutselt minimaalselt rakumembraani, geneetilist materjali ja tsütoplasmat, mida nimetatakse ka tsütosooliks. See geneetiline materjal on desoksüribonukleiinhape ehk DNA. Prokarüootides rühmitatakse DNA tsütoplasma ühte ossa, kuid see ei ole membraaniga ümbritsetud, kuna ainult eukarüootidel on tuum. Kõigil rakkudel on rakumembraan, mis koosneb fosfolipiidsest kaksikkihist; prokarüootilistel rakkudel on rakumüür, mis asub otse rakumembraanist väljaspool, et lisada stabiilsust ja kaitset. Taimede rakkudel, mis koos seente ja loomadega on eukarüoodid, on ka rakuseinad.
Kõigil rakkudel on ka ribosoome. Prokarüootides hõljuvad need vabalt tsütoplasmas; eukarüootides on nad tavaliselt seotud endoplasmaatilise retikulumiga. Ribosoomid klassifitseeritakse sageli organellitüüpideks, kuid mõnes skeemis ei kvalifitseeru need selliseks, kuna neil puudub membraan. Ribosoomide organellide märgistamata jätmine muudab "ainult eukarüootidel organellid" skeemi järjepidevaks. Need eukarüootsed organellid hõlmavad lisaks endoplasmaatilisele retikulumile ka mitokondreid (või taimedes, kloroplastides), Golgi kehasid, lüsosoome, vakuoole ja tsütoskelett.
Rakumembraan
Rakumembraan, mida nimetatakse ka plasmamembraaniks, on füüsiline piir rakkude sisekeskkonna ja välismaailma vahel. Ärge eksige aga selle põhihinnanguga, kui väidate, et rakumembraanide roll on üksnes kaitsev või et membraan on lihtsalt mingi suvaline omadus. Kõigi rakkude - nii prokarüootsete kui ka eukarüootsete - see omadus on paar miljardit aastat kestnud evolutsiooni tulemus ja tegelikult on see multifunktsionaalne, dünaamiline ime, mis toimib väidetavalt pigem ehtsa intelligentsusega olemina kui pelgalt tõkkena.
Rakumembraan koosneb kuulsalt fosfolipiidide kaksikkihist, mis tähendab, et see koosneb kahest identsest kihist, mis koosneb fosfolipiidimolekulidest (või õigemini fosfoglütserolipiididest). Iga üksik kiht on asümmeetriline ja koosneb üksikutest molekulidest, mis on seotud kalmaaridega või mõne tupsuga õhupallidega. "Pead" on fosfaatide osad, millel on elektrokeemilise laengu tasakaalustamatus ja mida peetakse seetõttu polaarseteks. Kuna vesi on ka polaarne ja kuna sarnaste elektrokeemiliste omadustega molekulid kipuvad omavahel agregeeruma, peetakse seda fosfolipiidi osa hüdrofiilseks. "Sabad" on lipiidid, täpsemalt rasvhapete paar. Erinevalt fosfaatidest on need laetuseta ja seega hüdrofoobsed. Fosfaat kinnitatakse molekuli keskel oleva kolme süsiniku glütseroolijäägi ühele küljele ja kaks rasvhapet ühendatakse teisele poole.
Kuna hüdrofoobsed lipiidide sabad seostuvad lahuses spontaanselt üksteisega, paigaldatakse kaksikkiht nii, et kaks fosfaadikihti on väljapoole ja raku sisemuse poole, samal ajal kui kaks lipiidikihti asuvad kaksikkihi siseküljel. See tähendab, et topeltmembraanid on joondatud peegelpiltidena, nagu teie keha mõlemad küljed.
Membraan ei hoia pelgalt kahjulike ainete sisenemist siseruumidesse. See on valikuliselt läbilaskev, võimaldades elutähtsaid aineid küll sisse pääseda, kuid piirab teisi, nagu näiteks trendika ööklubi väljaviskaja. Samuti võimaldab see valikuliselt jäätmete väljutamist. Mõned membraani sissevõetud valgud toimivad ioonpumpadena, et säilitada rakus tasakaal (keemiline tasakaal).
Tsütoplasma
Rakkude tsütoplasma, mida nimetatakse ka tsütosooliks, tähistab haut, milles raku erinevad komponendid "ujuvad". Kõigil rakkudel, nii prokarüootsel kui ka eukarüootsel, on tsütoplasma, ilma milleta ei saaks rakul olla rohkem struktuuri terviklikkust kui tühjal balloonil.
Kui olete kunagi näinud želatiinist magustoitu, mille sisse on viljatud puuviljatükid, võiksite mõelda želatiinist endast kui tsütoplasmast, puuviljadest kui organellidest ja taldrikust, mis hoiab želatiini rakumembraani või rakuseina. Tsütoplasma konsistents on vesine ja seda nimetatakse ka maatriksiks. Sõltumata kõnesolevast raku tüübist sisaldab tsütoplasma palju suuremat valkude tihedust ja molekulaarset "masinat" kui ookeanivesi või mõni muu elutu keskkond, mis annab tunnistust rakumembraani tööst homöostaasi säilitamisel (teine sõna "tasakaal", mida rakendatakse elusolenditele) rakkude sees.
Tuuma
Prokarüootides leitakse tsütoplasmas rakkude geneetiline materjal, DNA, mida ta kasutab nii paljunemiseks kui ka ülejäänud raku suunamiseks elusorganismi valguproduktide valmistamiseks. Eukarüootides on see suletud struktuuris, mida nimetatakse tuumaks.
Tuum on tsütoplasmast eraldatud tuumaümbrisega, mis on füüsiliselt sarnane rakkude plasmamembraaniga. Tuumaümbris sisaldab tuumapoori, mis võimaldavad teatud molekulide sissevoolu ja väljumist. See organell on kõigi rakkude suurim, moodustades koguni 10 protsenti rakkude mahust ja on kergesti nähtav mis tahes mikroskoobi abil, mis on piisavalt võimas rakkude endi paljastamiseks. Teadlased on tuuma olemasolust teadnud alates 1830. aastatest.
Tuuma sees on kromatiin, siis kui DNA rakk ei hakka jagunema, võtab DNA vormi nimi: mähitud, kuid mitte jaotatud kromosoomideks, mis mikroskoopiliselt eristuvad. Nukleool on tuuma osa, mis sisaldab rekombinantset DNA-d (rDNA), DNA, mis on pühendatud ribosomaalse RNA (rRNA) sünteesile. Lõpuks on tuumaplasm tuumaümbrises vesine aine, mis on analoogne raku tsütoplasmaga.
Lisaks geneetilise materjali talletamisele määrab tuum kindlaks, millal rakk jaguneb ja paljuneb.
Mitokondrid
Mitokondreid leidub loomade eukarüootides ja need esindavad rakkude "elektrijaamu", kuna need piklikud organellid on need, kus toimub aeroobne hingamine. Aeroobne hingamine tekitab 36–38 molekuli ATP-d ehk adenosiintrifosfaati (rakkude peamine energiaallikas) iga glükoosimolekuli kohta (kere ülim kütusevaluuta), mida see tarbib; glükolüüs seevastu, mis ei vaja hapniku toimimist, genereerib ainult umbes kümnendiku seda palju energiat (4 ATP glükoosimolekuli kohta). Bakterid saavad hakkama ainult glükolüüsiga, kuid eukarüootid seda ei saa.
Aeroobne hingamine toimub kahes etapis, kahes erinevas kohas mitokondrites. Esimene samm on Krebsi tsükkel, reaktsioonide seeria, mis toimub mitokondriaalsel maatriksil, mis sarnaneb nukleoplasmi või tsütoplasmaga mujal. Krebsi tsüklis - mida nimetatakse ka sidrunhappe tsükliks või trikarboksüülhappe tsükliks - sisenevad maatriksisse kaks molekuli püruvaati, mis on glükolüüsi käigus toodetud kolme süsiniku molekul, maatriksisse iga tarbitud kuue süsiniku glükoosiga molekuli kohta. Seal läbib püruvaat reaktsioonitsükli, mis genereerib materjali Krebi edasisteks tsükliteks ja, mis veelgi olulisem, suure energiatarbega elektronide kandjad aeroobse metabolismi järgmiseks etapiks - elektronide transpordiahelaks. Need reaktsioonid toimuvad mitokondriaalsel membraanil ja on vahend, mille abil ATP molekulid vabanevad aeroobse hingamise ajal.
Klooroplastid
Loomad, taimed ja seened on praegu Maa peal elavad nootide eukarüoodid. Kui loomad kasutavad kütuse, vee ja süsinikdioksiidi tootmiseks glükoosi ja hapnikku, kasutavad taimed hapniku ja glükoosi tootmiseks vett, süsinikdioksiidi ja päikseenergiat. Kui see korraldus ei tundu juhus, siis pole seda; protsessitaimi, mida nad oma metaboolsete vajaduste jaoks kasutavad, nimetatakse fotosünteesiks ja see on sisuliselt aeroobne hingamine, mis toimub täpselt vastupidises suunas.
Kuna taimerakud ei lagunda hapniku abil glükoosi kõrvalprodukte, pole neil mitokondreid ega vaja neid. Selle asemel on taimedel kloroplastid, mis tegelikult muudavad valguse energia keemiliseks energiaks. Igas taimerakus on kuskil 15 või 20 kuni umbes 100 kloroplasti, mis, nagu loomarakkudes olevad mitokondrid, arvatakse, et eksisteerisid kunagi iseseisvate bakteritena päevadel enne eukarüootide teket pärast nende väiksemate organismide nähtavat omastamist ja nende bakterite metabolismi kaasamist masinad enda omadeks.
Ribosoomid
Kui mitokondrid on rakkude elektrijaamad, siis ribosoomid on tehased. Ribosoomid ei ole membraanidega seotud ega ole seetõttu tehniliselt organellid, kuid mugavuse huvides on need sageli rühmitatud tõeliste organellidega.
Ribosoome leidub prokarüootide ja eukarüootide tsütoplasmas, kuid viimastel kinnituvad nad sageli endoplasmaatilise retikulaariga. Need koosnevad umbes 60 protsendist valgust ja umbes 40 protsendist rRNA-st. rRNA on nukleiinhape, nagu DNA, Messenger RNA (mRNA) ja RNA (tRNA).
Ribosoomid eksisteerivad ühel lihtsal põhjusel: valkude tootmiseks. Nad teevad seda translatsiooni teel, milleks on DNA kaudu rRNA-s kodeeritud geneetiliste juhiste muundamine valguproduktideks. Ribosoomid koguvad kehas 20 tüüpi aminohapetest valke, millest igaüks on teatud tüüpi tRNA abil ribosoomi viidud. Nende aminohapete lisamise järjekorda täpsustab mRNA, millest igaüks sisaldab teavet, mis tuleneb ühest DNA geenist - see tähendab DNA pikkust, mis toimib ühe valguprodukti puhul sinisena, olgu see ensüüm , hormoon või silmapigment.
Tõlkimist peetakse väikesemahulise bioloogia nn keskse dogma kolmandaks ja viimaseks osaks: DNA teeb mRNA ja mRNA teeb või vähemalt kannab juhiseid valkude jaoks. Suurejoonelise skeemi kohaselt on ribosoom raku ainus osa, mis funktsioneerimiseks tugineb samaaegselt kõigile kolmele tüüpilisele RNA-le (mRNA, rRNA ja tRNA).
Golgi kehad ja muud organellid
Enamik järelejäänud organellidest on vesiikulid ehk bioloogilised kotid. Golgi kehad, millel on mikroskoopilisel uurimisel iseloomulik "pannkook-virna" paigutus, sisaldavad äsja sünteesitud valke; Golgi kehad vabastavad need väikestest vesiikulitest, pigistades need välja, sel hetkel on neil väikestel kehadel oma suletud membraan. Enamik neist väikestest vesiikulitest lõpeb endoplasmaatilises retikulumis, mis on nagu maantee- või raudteesüsteem kogu raku jaoks. Mõnedel endoplasmaatilistel on palju ribosoome, mis annavad neile mikroskoobi all "kareda" välimuse; vastavalt sellele kannavad need organellid nimetust töötlemata endoplasmaatiline retikulum ehk RER. Seevastu ribosoomivaba endoplasmaatilist retikulumit nimetatakse siledaks endoplasmaatiliseks retikulumiks ehk SER.
Rakud sisaldavad ka lüsosome, vesiikulid, mis sisaldavad võimsaid ensüüme, mis lagundavad jäätmeid või soovimatuid külastajaid. Need on nagu mobiiltelefoni vastus koristajatele.