Plaan: I. Tsütoloogia. II. Raku struktuur: 1. membraan; 2. tuum; 3. tsütoplasma: a) organellid: 1.endoplasmaatiline retikulum; 2. ribosoomid; 3. Golgi kompleks; 4.lüsosoomid; 5. rakukeskus; 6.energia organellid. b) rakulised lisandid: 1. süsivesikud; 2. rasvad; 3. valgud. III. Rakkude funktsioonid: 1. rakkude jagunemine; 2. ainevahetus: a) plastiline ainevahetus; b) energiavahetus. 3. ärrituvus; 4. orgaaniliste ainete roll raku funktsioonide elluviimisel: a) valgud; b) süsivesikud; c) rasvad; d) nukleiinhapped: 1. DNA; 2. RNA; e) ATP. IV. Uued avastused raku valdkonnas. V. Habarovski tsütoloogid. VI. Järeldus Tsütoloogia. Tsütoloogia (kreeka keeles "cytos" - rakk, "logos" - teadus) on teadus rakkudest. Tsütoloogia uurib rakkude ehitust ja keemilist koostist, rakkude funktsioone loomade ja taimede organismis, rakkude paljunemist ja arengut ning rakkude kohanemist keskkonnatingimustega. Kaasaegne tsütoloogia on keeruline teadus. Sellel on kõige tihedamad sidemed teiste bioloogiateadustega, näiteks botaanika, zooloogia, füsioloogia, orgaanilise maailma evolutsiooni teooriaga, aga ka molekulaarbioloogia, keemia, füüsika ja matemaatikaga. Tsütoloogia on üks noori bioloogiateadusi, selle vanus on umbes 100 aastat. Mõiste "rakk" vanus on umbes 300 aastat vana. Uurides rakku kui eluslooduse kõige olulisemat üksust, on tsütoloogial paljudes bioloogilistes distsipliinides keskne koht. Organismide rakulise ehituse uurimist alustati 17. sajandi mikroskoopidega, 19. sajandil loodi kogu orgaanilise maailma jaoks ühtne rakuteooria (T. Schwann, 1839). 20. sajandil aitasid tsütoloogia kiirele arengule kaasa uued meetodid: elektronmikroskoopia, isotoopide indikaatorid, rakkude kasvatamine jne. Nimetuse "rakk" pakkus välja inglane R. Hooke juba 1665. aastal, kuid alles 19. sajandil. algas selle süstemaatiline uurimine. Vaatamata sellele, et rakud võivad olla osa erinevatest organismidest ja elunditest (bakterid, munad, erütrotsüüdid, närvid jne) ning eksisteerida isegi iseseisvate (lihtsate) organismidena, on nende struktuuris ja funktsioonides leitud palju ühist. Kuigi üksikrakk on kõige lihtsam eluvorm, on selle struktuur üsna keeruline ... Raku struktuur. Rakud asuvad rakkudevahelises aines, mis tagab nende mehaanilise tugevuse, toitumise ja hingamise. Mis tahes raku peamised osad on tsütoplasma ja tuum. Rakk on kaetud mitmest molekulikihist koosneva membraaniga, mis tagab ainete selektiivse läbilaskvuse. Tsütoplasmas on väikseimad struktuurid - organellid. Rakuorganellide hulka kuuluvad: endoplasmaatiline retikulum, ribosoomid, mitokondrid, lüsosoomid, Golgi kompleks, rakukeskus. Membraan. Kui vaatame mikroskoobi all taime rakku, näiteks sibulajuurt, siis näeme, et seda ümbritseb suhteliselt paks kest. Hiidkalmaari aksonis on selgelt näha hoopis teistsuguse olemusega kest. Kuid kest ei vali, milliseid aineid aksonisse lasta ja milliseid mitte. Lahtri kest toimib täiendava "muldvallina", mis ümbritseb ja kaitseb peamist kindlusmüüri - rakumembraani oma automaatsete väravate, pumpade, spetsiaalsete "vaatlejate", püüniste ja muude hämmastavate seadmetega. "Membraan on raku kindlussein", kuid ainult selles mõttes, et see ümbritseb ja kaitseb raku sisemist sisu. Taimeraku saab väliskestast eraldada. Saate hävitada bakterite kesta. Siis võib tunduda, et need ei ole ümbritsevast lahusest üldse eraldatud – need on vaid sisemiste lisanditega tarretisetükid. Uued füüsikalised meetodid, eelkõige elektronmikroskoopia, ei võimaldanud mitte ainult kindlalt kindlaks teha membraani olemasolu, vaid uurida ka mõningaid selle detaile. Raku sisemus ja selle membraan koosnevad enamasti samadest aatomitest. Need aatomid – süsinik, hapnik, vesinik, lämmastik – asuvad perioodilisuse tabeli alguses. Membraanirakkude õhukese lõigu elektronfotol on näha kaks tumedat joont. Nende piltide põhjal saab täpselt mõõta membraani üldist paksust. See võrdub ainult 70-80 A (1A \u003d 10-8 cm), s.o. 10 tuhat korda vähem kui inimese juuksekarva paksus. Seega on rakumembraan väga peen molekulaarsõel. Membraan on aga väga omapärane sõel. Selle poorid meenutavad pigem pikki kitsaid käike keskaegse linna kindlusmüüris. Nende läbipääsude kõrgus ja laius on 10 korda väiksemad kui pikkus. Lisaks on selles sõelas augud väga harvad – mõne raku poorid hõivavad vaid miljondiku membraani pindalast. See vastab ainult ühele augule tavalise juuksesõela piirkonnas jahu sõelumiseks, s.o. tavalisest vaatenurgast ei ole membraan üldse sõel. Tuum. Tuum on raku kõige nähtavam ja suurim organell, mis pälvis esmalt teadlaste tähelepanu. Rakutuuma (ladina keeles nucleus, kreeka keeles Karion) avastas 1831. aastal Šoti teadlane Robert Brown. Seda saab võrrelda küberneetilise süsteemiga, kus toimub väga väikeses mahus sisalduva tohutu teabe salvestamine, töötlemine ja tsütoplasmasse ülekandmine. Tuum mängib pärilikkuses suurt rolli. Tuum täidab ka rakukeha terviklikkuse taastamise (regeneratsiooni) funktsiooni, on raku kõigi elutähtsate funktsioonide regulaator. Tuuma kuju on enamasti sfääriline või munajas. Tuuma kõige olulisem komponent on kromatiin (kreeka keelest chroma - värvus, värvus) - aine, mis värvib hästi tuumavärvidega. Tuum on tsütoplasmast eraldatud topeltmembraaniga, mis on otseselt seotud endoplasmaatilise retikulumi ja Golgi kompleksiga. Tuumamembraanilt leiti poorid, millest (nagu ka läbi välise tsütoplasmaatilise membraani) läbivad mõned ained kergemini kui teised, s.t. poorid tagavad membraani selektiivse läbilaskvuse. Tuuma sisemine sisu on tuumamahl, mis täidab ruumi tuuma struktuuride vahel. Tuum sisaldab alati ühte või mitut tuuma. Ribosoomid moodustuvad tuumas. Seetõttu on raku aktiivsuse ja tuumade suuruse vahel otsene seos: mida aktiivsemalt kulgevad valkude biosünteesi protsessid, seda suuremad on nukleoolid ja vastupidi, rakkudes, kus valgusüntees on piiratud, on nukleoolid kas. väga väike või puudub täielikult. Tuumas on niidilaadsed moodustised - kromosoomid. Inimkeha raku tuum (välja arvatud sugurakud) sisaldab 46 kromosoomi. Kromosoomid on keha pärilike kalduvuste kandjad, mis edastatakse vanematelt järglastele. Enamik rakke sisaldab ühte tuuma, kuid on ka mitmetuumalisi rakke (maksas, lihastes jne). Tuuma eemaldamine muudab raku elujõuetuks. Tsütoplasma. Tsütoplasma on poolvedel limane värvitu mass, mis sisaldab 75-85% vett, 10-12% valke ja aminohappeid, 4-6% süsivesikuid, 2-3% rasvu ja lipiide, 1% anorgaanilisi ja muid aineid. Raku tsütoplasma sisaldus on võimeline liikuma, mis aitab kaasa organellide optimaalsele paigutusele, biokeemiliste reaktsioonide parimale kulgemisele, ainevahetusproduktide vabanemisele jne. Tsütoplasma kiht moodustab mitmesuguseid moodustisi: ripsmed, lipud, pindmised väljakasvud.Tsütoplasmast läbib välise plasmamembraaniga seotud kompleksne võrksüsteem, mis koosneb omavahel suhtlevatest torukestest, vesiikulitest ja lapikutest kotikestest. Sellist võrgusüsteemi nimetatakse vakuolaarsüsteemiks. Organellid. Tsütoplasma sisaldab mitmeid tillukesi rakustruktuure – organelle, mis täidavad erinevaid funktsioone. Organellid tagavad raku elu. Endoplasmaatiline retikulum. Selle organelli nimi peegeldab selle asukohta tsütoplasma keskosas (kreeka keeles. "endon" - sees). EPS on väga hargnenud süsteem, mis koosneb erineva suuruse ja kujuga tuubulitest, tuubulitest, vesiikulitest, tsisternidest, mis on piiritletud raku tsütoplasmast pärit membraanidega. EPS on kahte tüüpi: granulaarne, mis koosneb tuubulitest ja tsisternidest, mille pind on täpiline teradega (graanulitega) ja agranulaarne, s.o. sile (ilma teradeta). Endoplasmaatilise retikulumi graanulid pole muud kui ribosoomid. Huvitav on see, et loomade embrüote rakkudes täheldatakse peamiselt granulaarset ER-i, samas kui täiskasvanud vormides täheldatakse agranulaarset ER-i. Teades, et tsütoplasmas olevad ribosoomid toimivad valgusünteesi kohana, võib eeldada, et rakkudes, mis aktiivselt valke sünteesivad, domineerib granuleeritud ER. Arvatakse, et agranulaarne võrk on suuremal määral tagatud nendes rakkudes, kus toimub aktiivne lipiidide (rasvade ja rasvataoliste ainete) süntees. Mõlemad endoplasmaatilise retikulumi tüübid mitte ainult ei osale orgaaniliste ainete sünteesis, vaid ka akumuleeruvad ja transpordivad neid sihtkohta, reguleerivad ainevahetust raku ja selle keskkonna vahel. Ribosoomid. Ribosoomid on mittemembraansed rakulised organellid, mis koosnevad ribonukleiinhappest ja valgust. Nende sisemine struktuur on endiselt suures osas mõistatus. Elektronmikroskoobis näevad need välja nagu ümarad või seenekujulised graanulid. Iga ribosoom on soonega jagatud suurteks ja väikesteks osadeks (alaühikuteks). Sageli on mitu ribosoomi ühendatud spetsiaalse ribonukleiinhappe (RNA) niidiga, mida nimetatakse messengeriks (i-RNA). Ribosoomid täidavad ainulaadset funktsiooni – sünteesivad aminohapetest valgumolekule. Golgi kompleks. Biosünteesi produktid sisenevad EPS-i õõnsuste ja tuubulite luumenisse, kus need koonduvad tuuma lähedal asuvasse spetsiaalsesse seadmesse - Golgi kompleksi. Golgi kompleks osaleb biosünteesi produktide transportimisel rakupinnale ja nende eemaldamisel rakust, lüsosoomide moodustamisest jne. Golgi kompleksi avastas itaalia tsütoloog Camilio Golgi (1844 - 1926) ja 1898. aastal nimetati seda Golgi kompleksiks (aparaadiks). Ribosoomides toodetud valgud sisenevad Golgi kompleksi ja kui neid nõuab mõni teine organell, eraldatakse osa Golgi kompleksist ja valk toimetatakse vajalikku kohta. Lüsosoomid. Lüsosoomid (kreeka keelest "Liseo" - ma lahustan ja "Soma" - keha) on ovaalse kujuga rakuorganellid, mida ümbritseb ühekihiline membraan. Need sisaldavad ensüümide komplekti, mis lagundavad valke, süsivesikuid ja lipiide. Lüsosoomi membraani kahjustuse korral hakkavad ensüümid lagunema ja hävitama raku sisemist sisu ning see sureb. Raku keskus. Rakukeskust võib täheldada jagunemisvõimelistes rakkudes. See koosneb kahest vardakujulisest kehast - tsentrioolidest. Olles tuuma ja Golgi kompleksi lähedal, osaleb rakukeskus rakkude jagunemise protsessis, jagunemisspindli moodustamises. energia organellid. Mitokondreid (kreeka keeles "mitos" - niit, "chondrion" - graanul) nimetatakse raku energiajaamadeks. See nimi tuleneb asjaolust, et toitainetes sisalduv energia ekstraheeritakse just mitokondritest. Mitokondrite kuju on muutuv, kuid enamasti on need filamentide või graanulite kujul. Ka nende suurus ja arv on muutlikud ning sõltuvad raku funktsionaalsest aktiivsusest. Elektronmikrograafid näitavad, et mitokondrid koosnevad kahest membraanist: välimisest ja sisemisest. Sisemembraanist moodustuvad väljakasvud nimega cristae, mis on täielikult ensüümidega kaetud. Cristae olemasolu suurendab mitokondrite kogupinda, mis on oluline ensüümide aktiivseks aktiivsuseks. Mitokondritel on oma spetsiifiline DNA ja ribosoomid. Sellega seoses paljunevad nad raku jagunemise ajal iseseisvalt. Kloroplastid - ketta või palli kujulised kahekordse kestaga - välimine ja sisemine. Kloroplasti sees on ka DNA, ribosoomid ja spetsiaalsed membraanistruktuurid – grana, mis on omavahel ja kloroplasti sisemembraaniga seotud. Grani membraanid sisaldavad klorofülli. Tänu kloroplastides sisalduvale klorofüllile muudetakse päikesevalguse energia ATP (adenosiintrifosfaadi) keemiliseks energiaks. ATP energiat kasutatakse kloroplastides süsivesikute sünteesimiseks süsihappegaasist ja veest. Rakkude kandmised. Rakulised kandmised hõlmavad süsivesikuid, rasvu ja valke. Süsivesikud. Süsivesikud koosnevad süsinikust, vesinikust ja hapnikust. Süsivesikute hulka kuuluvad glükoos, glükogeen (loomne tärklis). Paljud süsivesikud lahustuvad vees hästi ja on kõigi eluprotsesside peamised energiaallikad. Ühe grammi süsivesikute lagunemisel vabaneb 17,2 kJ energiat. Rasvad. Rasvad koosnevad samadest keemilistest elementidest nagu süsivesikud. Rasvad on vees lahustumatud. Need on osa rakumembraanidest. Rasvad toimivad ka keha varuenergiaallikana. Ühe grammi rasva täielikul lagunemisel vabaneb 39,1 kJ energiat. Oravad. Valgud on raku põhiained. Valgud koosnevad süsinikust, vesinikust, hapnikust, lämmastikust ja väävlist. Valgud sisaldavad sageli fosforit. Peamise ehitusmaterjalina on valgud. Nad osalevad rakumembraanide, tuumade, tsütoplasma, organellide moodustamises. Paljud valgud toimivad ensüümidena (keemiliste reaktsioonide kiirendajatena). Ühes rakus on kuni 1000 erinevat valku. Valkude lagunemisel organismis vabaneb ligikaudu sama palju energiat kui süsivesikute lagundamisel. Kõik need ained kogunevad raku tsütoplasmas erineva suuruse ja kujuga tilkade ja teradena. Neid sünteesitakse perioodiliselt rakus ja kasutatakse metaboolses protsessis. Rakkude funktsioonid. Rakul on mitmesuguseid funktsioone: rakkude jagunemine, ainevahetus ja ärrituvus. Raku pooldumine. Jagunemine on teatud tüüpi rakkude paljunemine. Rakkude jagunemise ajal on kromosoomid selgelt nähtavad. Antud taime- ja loomaliigile iseloomulikku kromosoomide kogumit keharakkudes nimetatakse kariotüübiks. Igas mitmerakulises organismis on kahte tüüpi rakke – somaatilised (keharakud) ja sugurakud ehk sugurakud. Sugurakkudes on kromosoomide arv kaks korda väiksem kui somaatilistes rakkudes. Somaatilistes rakkudes esitatakse kõik kromosoomid paarikaupa - sellist komplekti nimetatakse diploidseks ja tähistatakse 2n-ga. Paaritud kromosoome (suuruse, kuju, struktuuri poolest identsed) nimetatakse homoloogseteks. Sugurakkudes on iga kromosoom ühes numbris. Sellist hulka nimetatakse haploidseks ja tähistatakse n-ga. Mitoos on kõige levinum somaatiliste rakkude jagunemise meetod. Mitoosi käigus läbib rakk järjestikuseid etappe või faase, mille tulemusena saab iga tütarrakk samasuguse kromosoomikomplekti, mis oli emarakul. Raku jagunemiseks ettevalmistamisel - faasidevahelisel perioodil (kahe jagunemisakti vaheline periood) kahekordistub kromosoomide arv. Mööda iga algset kromosoomi sünteesitakse rakus esinevatest keemilistest ühenditest täpne koopia. Topeltkromosoom koosneb kahest poolest – kromatiididest. Iga kromatiid sisaldab ühte DNA molekuli. Interfaasi perioodil toimub rakus valkude biosünteesi protsess, samuti kahekordistuvad kõik raku olulisemad struktuurid. Interfaasi kestus on keskmiselt 10-20 tundi. Siis tuleb rakkude jagunemise protsess – mitoos. Mitoosi ajal läbib rakk järgmised neli faasi: profaas, metafaas, anafaas ja telofaas. Profaasis on selgelt nähtavad tsentrioolid - organellid, mis mängivad teatud rolli tütarkromosoomide jagunemisel. Tsentrioolid jagunevad ja lahknevad erinevatele poolustele. Nendest ulatuvad välja niidid, moodustades jagunemisspindli, mis reguleerib kromosoomide lahknemist jaguneva raku poolustele. Profaasi lõpus tuumamembraan laguneb, tuum kaob, kromosoomid spiraalivad ja lühenevad. Metafaasi iseloomustab selgelt nähtavate kromosoomide olemasolu, mis paiknevad raku ekvatoriaaltasandil. Iga kromosoom koosneb kahest kromatiidist ja sellel on kitsendus - tsentromeer, mille külge on kinnitatud spindli kiud. Pärast tsentromeeri jagunemist muutub iga kromatiid iseseisvaks tütarkromosoomiks. Anafaasis liiguvad tütarkromosoomid raku erinevatele poolustele. Viimases etapis – telofaasis – kerivad kromosoomid uuesti lahti ja omandavad pikkade õhukeste niitide kujul. Nende ümber tekib tuumaümbris ja tuumas moodustub tuum. Tsütoplasma jagunemise protsessis jaotuvad kõik selle organellid tütarrakkude vahel ühtlaselt. Kogu mitoosiprotsess kestab tavaliselt 1-2 tundi. Mitoosi tulemusena sisaldavad kõik tütarrakud sama kromosoomide komplekti ja samu geene. Seetõttu on mitoos rakkude jagunemise meetod, mis seisneb geneetilise materjali täpses jaotumises tütarrakkude vahel, mõlemad tütarrakud saavad diploidse kromosoomikomplekti. Mitoosi bioloogiline tähtsus on tohutu. Mitmerakulise organismi elundite ja kudede toimimine oleks võimatu ilma sama geneetilise materjali säilimiseta lugematul arvul rakupõlvkondadel. Mitoos tagab sellised olulised eluprotsessid nagu embrüonaalne areng, kasv, kudede struktuurse terviklikkuse säilitamine koos pideva rakkude kadumisega nende funktsioneerimisel (surnud erütrotsüütide asendamine, sooleepiteel jne), elundite ja kudede taastamine pärast kahjustusi. Ainevahetus. Raku põhiülesanne on ainevahetus. Rakkudevahelisest ainest satuvad rakkudesse pidevalt toitained ja hapnik ning eralduvad lagunemissaadused. Seega neelavad inimrakud hapnikku, vett, glükoosi, aminohappeid, mineraalsooli, vitamiine ning eemaldavad süsihappegaasi, vett, uureat, kusihapet jne. Inimrakkudele omane ainete kogum on omane ka paljudele teistele elusorganismide rakkudele: kõikidele loomarakkudele, mõnele mikroorganismile. Roheliste taimede rakkudes on ainete olemus oluliselt erinev: nende toiduaineteks on süsihappegaas ja vesi ning eraldub hapnik. Mõnedes liblikõieliste taimede juurtel elavates bakterites (vikk, hernes, ristik, sojaoad) toimib õhulämmastik toiduainena ja lämmastikhappe soolad erituvad. Sättidesse ja soodesse settivas mikroorganismis toimib vesiniksulfiid toiduainena ja väävel eraldub, kattes vee ja pinnase pinna kollase väävlikattega. Seega on erinevate organismide rakkudes toidu ja erituvate ainete olemus erinev, kuid kõigi jaoks kehtib üldine seaduspärasus: raku elusoleku ajal toimub pidev ainete liikumine – väliskeskkonnast rakku ja sealt edasi. rakk väliskeskkonda. Ainevahetus täidab kahte funktsiooni. Esimene ülesanne on varustada rakk ehitusmaterjaliga. Rakku sisenevatest ainetest - aminohapped, glükoos, orgaanilised happed, nukleotiidid - läbib rakk pidevalt valkude, süsivesikute, lipiidide, nukleiinhapete biosünteesi. Biosüntees on valkude, rasvade, süsivesikute ja nende ühendite moodustumine lihtsamatest ainetest. Biosünteesi käigus moodustuvad teatud keharakkudele iseloomulikud ained. Näiteks sünteesitakse lihasrakkudes valke, mis tagavad nende kokkutõmbumise. Valkudest, süsivesikutest, lipiididest, nukleiinhapetest moodustub rakukeha, selle membraanid, organellid. Biosünteesi reaktsioonid on eriti aktiivsed noortes kasvavates rakkudes. Kasvu ja arengu lõpetanud rakkudes toimub aga ainete biosüntees pidevalt, kuna raku keemilist koostist uuendatakse tema eluea jooksul korduvalt. On leitud, et rakuvalgu molekulide "eluiga" ulatub 2-3 tunnist mitme päevani. Pärast seda perioodi need hävitatakse ja asendatakse äsja sünteesitutega. Seega säilitab rakk oma funktsioonid ja keemilise koostise. Reaktsioonide kogumit, mis aitab kaasa raku ehitusele ja selle koostise uuendamisele, nimetatakse plastiliseks ainevahetuseks (kreeka keeles "plasticos" - krohv, skulptuurne). Ainevahetuse teine funktsioon on varustada rakku energiaga. Igasugune elutegevuse ilming (liikumine, ainete biosüntees, soojuse teke jne) nõuab energiakulu. Raku energiaga varustamiseks kasutatakse keemiliste reaktsioonide energiat, mis vabaneb sissetulevate ainete lõhenemise tulemusena. See energia muundatakse teist tüüpi energiaks. Reaktsioonide kogumit, mis varustavad rakud energiaga, nimetatakse energia metabolismiks. Plasti- ja energiavahetus on lahutamatult seotud. Ühest küljest nõuavad kõik plastilised vahetusreaktsioonid energiakulu. Teisest küljest on energia metabolismi reaktsiooni läbiviimiseks vajalik ensüümide pidev süntees, kuna ensüümi molekulide "eluiga" on väike. Plastilise ja energiavahetuse kaudu on rakk ühenduses väliskeskkonnaga. Need protsessid on raku eluea säilitamise põhitingimus, selle kasvu, arengu ja funktsioneerimise allikas. Elusrakk on avatud süsteem, kuna raku ja keskkonna vahel toimub pidev aine- ja energiavahetus. Ärrituvus. Elusrakud on võimelised reageerima füüsikalistele ja keemilistele muutustele oma keskkonnas. Seda rakkude omadust nimetatakse ärrituvuseks või erutuvuseks. Samal ajal läheb rakk puhkeolekust tööolekusse - erutusse. Rakkudes erutudes muutuvad ainete biosünteesi ja lagunemise kiirus, hapnikutarbimine ja temperatuur. Erutatud olekus täidavad erinevad rakud oma funktsioone. Näärerakud moodustavad ja eritavad aineid, lihasrakud tõmbuvad kokku, närvirakkudes tekib nõrk elektrisignaal - närviimpulss, mis võib levida mööda rakumembraane. Orgaaniliste ühendite roll raku funktsioonide elluviimisel. Peamine roll rakufunktsioonide elluviimisel kuulub orgaanilistele ühenditele. Nende hulgas on kõige olulisemad valgud, rasvad, süsivesikud ja nukleiinhapped. Oravad. Valgud on suured molekulid, mis koosnevad sadadest ja tuhandetest elementaarühikutest – aminohapetest. Kokku on elusrakus teada 20 tüüpi aminohappeid. Aminohappe nimetus tulenes selle koostises sisalduva aminorühma NH2 sisaldusest. Valgud hõivavad ainevahetuses erilise koha. F. Engels hindas seda valkude rolli järgmiselt: „Elu on valgukehade eksisteerimisviis, mille olemuslikuks punktiks on pidev ainete vahetus neid ümbritseva välise loodusega ning selle ainevahetuse lakkamisega ka elu peatub, mis viib valkude lagunemiseni. Ja tegelikult, kõikjal, kus on elu, leitakse oravaid. Valgud on osa tsütoplasmast, hemoglobiinist, vereplasmast, paljudest hormoonidest, immuunkehadest, säilitavad keha vee-soola keskkonna püsivuse. Ilma valkudeta pole kasvu. Ensüümid, mis osalevad tingimata kõigis ainevahetuse etappides, on valgulised. Süsivesikud. Süsivesikud sisenevad kehasse tärklise kujul. Olles seedekulglas lagundanud glükoosiks, imenduvad süsivesikud verre ja imenduvad rakkudesse. Süsivesikud on peamine energiaallikas, eriti suurenenud lihastöö korral. Üle poole energiast, mille täiskasvanud organism saab süsivesikutest. Süsivesikute ainevahetuse lõpp-produktideks on süsihappegaas ja vesi. Veres hoitakse glükoosisisaldust suhteliselt ühtlasel tasemel (umbes 0,11%). Glükoosisisalduse langus põhjustab kehatemperatuuri langust, närvisüsteemi aktiivsuse häireid ja väsimust. Glükoosi koguse suurenemine põhjustab selle ladestumist maksas loomse varutärklise - glükogeeni - kujul. Glükoosi väärtus kehale ei piirdu ainult selle rolliga energiaallikana. Glükoos on osa tsütoplasmast ja seetõttu on see vajalik uute rakkude moodustamiseks, eriti kasvuperioodil. Süsivesikud on olulised ka kesknärvisüsteemi ainevahetuses. Vere suhkrusisalduse järsu vähenemisega täheldatakse närvisüsteemi häireid. Esinevad krambid, deliirium, teadvusekaotus, muutused südametegevuses. Rasvad. Toidurasv laguneb seedetraktis glütserooliks ja rasvhapeteks, mis imenduvad peamiselt lümfi ja ainult osaliselt verre. Rasva kasutab keha rikkaliku energiaallikana. Ühe grammi rasva lagunemisel kehas vabaneb kaks korda rohkem energiat kui sama koguse valkude ja süsivesikute lagunemisel. Rasvad on ka osa rakkudest (tsütoplasma, tuum, rakumembraanid), kus nende hulk on stabiilne ja konstantne. Rasva kogunemine võib täita muid funktsioone. Näiteks nahaalune rasv takistab suurenenud soojusülekannet, perirenaalne rasv kaitseb neeru verevalumite eest jne. Rasvapuudus toidus häirib kesknärvisüsteemi ja suguelundite tegevust, vähendab vastupidavust erinevatele haigustele. Koos rasvadega saab organism neis lahustuvad vitamiinid (A-, D-, E-vitamiinid jne), mis on inimesele elulise tähtsusega. Nukleiinhapped. Nukleiinhapped toodetakse raku tuumas. Siit tuli nimi (lat. "Tuum" - tuum). Kromosoomide osana osalevad nukleiinhapped raku pärilike omaduste säilitamises ja edastamises. Nukleiinhapped tagavad valkude moodustumise. DNA. DNA molekuli – desoksüribonukleiinhappe – avastas raku tuumadest juba 1868. aastal Šveitsi arst I.F. Misher. Hiljem saime teada, et DNA asub tuuma kromosoomides. DNA põhifunktsioon on informatiivne: selle nelja nukleotiidi järjestus (nukleotiid – monomeer; monomeer – korduvatest elementaarühikutest koosnev aine) kannab endas olulist informatsiooni – määrab aminohapete järjekorra lineaarsetes valgumolekulides, s.o. nende esmane struktuur. Valkude (ensüümide, hormoonide) kogum määrab raku ja organismi omadused. DNA molekulid salvestavad infot nende omaduste kohta ja annavad selle edasi järglaste põlvkondadele, s.t. DNA on päriliku teabe kandja. RNA. RNA – ribonukleiinhape – on väga sarnane DNA-ga ja on samuti üles ehitatud nelja tüüpi monomeersetest nukleotiididest. Peamine erinevus RNA ja DNA vahel seisneb selles, et molekulil on üks, mitte kahekordne ahel. On olemas mitut tüüpi RNA-d, mis kõik osalevad valkude sünteesi kaudu DNA molekulidesse salvestatud päriliku teabe rakendamises. ATP. Väga oluline roll raku bioenergeetikas on adenüülnukleotiidil, millele on kinnitunud kaks fosforhappejääki. Seda ainet nimetatakse adenosiintrifosfaadiks (ATP). ATP on universaalne bioloogiline energiaakumulaator: Päikese valgusenergia ja tarbitavas toidus sisalduv energia salvestatakse ATP molekulidesse. Kõik rakud kasutavad ATP (E) energiat biosünteesi protsesside, närviimpulsside liikumise, luminestsentsi ja muude eluprotsesside jaoks. Uued avastused raku valdkonnas. Vähirakud. 2001. aasta Nobeli meditsiiniauhinda jagavad kaks britti ja üks ameeriklane. Nende avastused rakkude arengu vallas võivad viia uute meetodite väljatöötamiseni vähiga võitlemiseks. Nobeli komitee pressiesindaja sõnul jagavad 943 000 dollari suurust preemiat arstiteadlased.61-aastane ameeriklane Leland Hartwell töötab Fred Hutchisoni vähiuuringute keskuses Seattle'is. Britid, 58-aastane Timothy Hunt ja 52-aastane Paul Nurse, on Kuningliku Vähiuuringute Fondi Hertfordshire'is ja Londonis asuva kontori töötajad. Laureaatide tehtud teaduslikud avastused on seotud vähirakkude elutsükliga. Eelkõige avastasid nad rakkude jagunemise peamised regulaatorid - selle protsessi rikkumine viib vähirakkude tekkeni. Uuringutulemusi saab kasutada haiguse diagnoosimisel ning need on olulised uute vähiravimeetodite loomise perspektiivi silmas pidades. Kolm võitjat selgusid 08.10.01 hommikul Stockholmis Karolinska Instituudis toimunud komisjoni liikmete hääletuse tulemusena. Kloonimine. Kloonitud lammas Dolly näitas maailmale tehnoloogiat looma täpse koopia saamiseks täiskasvanud rakust. Seega sai põhimõtteliselt võimalikuks saada inimese täpne koopia. Ja nüüd seisab inimkond silmitsi küsimusega: mis saab siis, kui keegi seda võimalust rakendab?.. Kui meenutada elundisiirdamist, mis võimaldab teil asendada ühe või mitu "varuosa", siis kloonimine võimaldab teoreetiliselt pakkuda täielikku asendust. "agregaat", mida nimetatakse inimkehaks. Jah, see on lahendus isikliku surematuse probleemile! Lõppude lõpuks võib tänu kloonimisele haigused, puuded ja isegi surm teie enda eluplaanidest välja jätta! Kõlab kenasti, kas pole? Eriti kui arvestada, et koopiad peavad olema elus ja olema samas sellistes tingimustes, et nad vähemalt ei rikneks. Kas kujutate ette neid elavate inimeste "varuosade" "ladusid"? Kuid on ka teine "kasu" - kloonimise kasutamine mitte ainult elundite saamiseks, vaid ka elusa "materjali" uuringute ja katsete läbiviimiseks. Peale selle kerkib julgete ees ahvatlev idee Einsteinide, Puškinite, Lobatševskite, Newtonite paljundamisest. Nad torkasid geeniused kinni ja tormasid edasi mööda progressi teed. Kuid sõna otseses mõttes kõik – teadlastest laiema avalikkuseni – on teadlikud, et inimese kasvatamine "varuosadel" tekitab palju eetilisi küsimusi. Juba praegu on maailma üldsusel olemas dokumendid, mille järgi seda ei tohiks lubada. Inimõiguste konventsioon kehtestab põhimõtte: "Inimese huvid ja heaolu peavad olema ülimuslikud ühiskonna ja teaduse arengu ühepoolselt arvestatavatest huvidest." Venemaa seadusandlus seab ka inimmaterjali kasutamisele väga ranged piirangud. Seega on arstide poolt "Kodanike reproduktiivõiguste ja nende rakendamise tagatiste seaduse" eelnõusse tehtud muudatusettepanekus järgmine punkt: "Inimembrüot ei saa sihipäraselt hankida ega kloonida teaduslikul, farmakoloogilisel või raviotstarbel." Üldiselt on selleteemalised arutelud maailmas üsna tormilised. Kui Ameerika föderaalse biotehnoloogiakomisjoni eksperdid on alles hakanud uurima selle avastuse õiguslikke ja eetilisi aspekte ning esitama selle seadusandjate kohtule, siis Vatikan jäi truuks oma varasemale seisukohale, kuulutades, et inimese sekkumine sigimisse on vastuvõetamatu. protsessis ja üldiselt inimeste ja loomade geneetilises materjalis. Islami teoloogid väljendavad muret, et inimeste kloonimine häirib niigi levinud abielu. Hindud ja budistid piinavad selle pärast, kuidas seostada kloonimist karma ja dharma küsimustega. Ka Maailma Terviseorganisatsioon /WHO/ suhtub negatiivselt inimese kloonimisse endasse. WHO peadirektor Hiroshi Nakajima usub, et "kloonimise kasutamine inimeste tootmiseks on eetilisest seisukohast vastuvõetamatu". WHO spetsialistid lähtuvad sellest, et kloonimismeetodi rakendamine inimesele rikuks selliseid arstiteaduse ja -õiguse aluspõhimõtteid nagu inimväärikuse austamine ja inimese geneetilise potentsiaali ohutus. Siiski ei ole WHO vastu rakkude kloonimise uurimisele, kuna see võib olla kasulik eelkõige vähi diagnoosimisel ja uurimisel. Arstid ei vaidle vastu loomade kloonimisele, mis võib aidata kaasa inimesi mõjutavate haiguste uurimisele. Samas leiab WHO, et kuigi loomade kloonimine võib tuua meditsiinile märkimisväärset kasu, tuleb alati olla valvel, pidades meeles võimalikke negatiivseid tagajärgi, näiteks nakkushaiguste ülekandumist loomadelt inimestele. Lääne ja ida tänapäevastes kultuurides väljendatud hirmud kloonimise suhtes on täiesti arusaadavad. Justkui neid kokku võttes pakub kuulus prantsuse tsütobioloog Pierre Chambon välja 50-aastase moratooriumi inimese kromosoomide invasioonile, kui see ei ole suunatud geneetiliste defektide ja haiguste kõrvaldamisele. Ja siin on veel üks küsimus, mis pole tähtsusetu: kas hing on kloonitud? Kas kunstlikku inimest saab üldse pidada sellega õnnistatud inimeseks? Kiriku seisukoht selles küsimuses on täiesti ühemõtteline. "Isegi kui selline kunstlik inimene luuakse teadlaste kätega, ei ole tal hinge, mis tähendab, et ta pole inimene, vaid zombi," ütles Kristuse Taevaminemise Kiriku preester isa Oleg. usub. Kuid kiriku esindaja ei usu kloonitud inimese loomise võimalikkusesse, kuna ta on veendunud, et ainult Jumal saab inimese luua. "Selleks, et DNA rakk saaks alustada hingega varustatud elava inimese kasvuprotsessi, peab selles osalema lisaks puhtbioloogilistele ja mehaanilistele ühenditele ka püha vaim ja kunstliku päritoluga sellist asja pole. Habarovski tsütoloogid. Meditsiiniinstituut (praegu Kaug-Ida Riiklik Meditsiiniülikool – FESMU). Algaja oli Alov Iosif Aleksandrovitš, histoloogia osakonna juhataja aastatel 1952–1961. Aastatel 1962–1982 juhtis ta NSVL Meditsiiniteaduste Akadeemia Inimmorfoloogia Instituudi histoloogialabor Moskvas Praegu juhib histoloogia osakonda Rõžavski Boriss Jakovlevitš (alates 1979), kes kaitses doktorikraadi 1985. Osakonna peamised töövaldkonnad histoloogilised uuringud on järgmised: - ovariektoloogia (munasarja eemaldamine) ja selle mõju ajukoore normaalse morfoloogia kujunemisele järglastel (määrata näiteks spetsiifilised kvantitatiivsed näitajad ep, kasvuindeksid jne) - alkoholi ja nootroopsete ravimite mõju järglastele - platsenta ja selle patoloogiate uurimine embrüogeneesi ajal ning nende kõrvalekallete mõju edasisele ontogeneesile. Nende probleemide lahendamiseks kasutatakse peamiselt klassikalisi histoloogilisi tehnikaid. Samuti tegeleb raku ja kudedega seotud küsimustega FESMU juures tegutsev keskne uurimislabor (TsNIL), mida juhib professor Sergei Serafimovitš Timošin, kelle eestvedamisel kaitsti 3 doktori- ja 18 kandidaaditööd. Tema algatusel ja otsesel osalusel Habarovski territooriumil loodi esimene radioimmunoloogiline labor. Tervishoiupraktikasse on juurutatud hormoonide ja bioloogiliselt aktiivsete ainete määramise meetod radioimmuun- ja ensüümimmunoanalüüsi meetoditega, mis võimaldab varakult diagnoosida mitmeid haigusi, sh onkoloogilisi. Järeldus. Rakk on iseseisev elusolend. Ta toidab, liigub toiduotsingul, valib, kuhu minna ja mida süüa, kaitseb ennast ega lase keskkonnast sisse sobimatuid aineid ja olendeid. Kõik need võimed on üherakulistel organismidel, näiteks amööbidel. Keha moodustavad rakud on spetsialiseerunud ja neil puudub osa vabade rakkude omadustest. Rakk on väikseim eluüksus, mis on meie planeedi taime- ja loomaorganismide struktuuri ja arengu aluseks. See on elementaarne elusüsteem, mis on võimeline ise uuenema, isereguleeruma ja taastootma. Rakk on elu peamine ehituskivi. Väljaspool rakku pole elu. Elav rakk on Maal kõigi eluvormide – loomade ja taimede – alus. Erandid - ja nagu teate, kinnitavad erandid veel kord reegleid - on ainult viirused, kuid nad ei saa toimida väljaspool rakke, mis on "maja", kus need omapärased bioloogilised moodustised "elavad". Kasutatud kirjanduse loetelu: 1. Batueva A.S. "Bioloogia. Mees, õpik 9. klassile. 2. Vernandsky V.I. "Biogeokeemia probleemid". 3. Vorontsov N.N., Suhhorukova L.N. "Orgaanilise maailma areng". 4. Dubinin N., Gubarev V. "Elulõng". 5. Zatula D.G., Mamedova S.A. Viirus – sõber või vaenlane? 6. Karuzina I.P. "Õpik geneetika aluste kohta." 7. Lieberman E.A. "Elav rakk". 8. Polyansky Yu.I. "Üldbioloogia", õpik 10.-11.klassile. 9. Prohhorov A.M. "Nõukogude entsüklopeediline sõnaraamat". 10. Skulatšev V. "Lugusid bioenergeetikast". 11. Khripkova A.G., Kolesov D.V., Mironov V.S., Shepilo I.N. "Inimese füsioloogia". 12. Tsuzmer A.M., Petrishina O.L. Bioloogia, inimene ja tema tervis. 13. Chukhray E. S. "Molekul, elu, organism". 14. Shtrbanova S. “Kes me oleme? Raamat elust, rakkudest ja teadlastest.
Rakud, nagu ka maja ehituskivid, on peaaegu kõigi elusorganismide ehituskivid. Millistest osadest need koosnevad? Mida täidavad rakus erinevad spetsiaalsed struktuurid? Nendele ja paljudele teistele küsimustele leiate vastused meie artiklist.
Mis on rakk
Rakk on elusorganismide väikseim struktuurne ja funktsionaalne üksus. Vaatamata oma suhteliselt väikesele suurusele moodustab see oma arengutaseme. Üherakulised organismid on näiteks rohevetikad chlamydomonas ja chlorella, algloomad euglena, amööb ja ripslased. Nende suurused on tõesti mikroskoopilised. Antud süstemaatilise üksuse organismi raku funktsioon on aga üsna keeruline. Need on toitumine, hingamine, ainevahetus, liikumine ruumis ja paljunemine.
Raku struktuuri üldplaan
Kõigil elusorganismidel pole rakulist struktuuri. Näiteks viirused koosnevad nukleiinhapetest ja valgukestast. Taimed, loomad, seened ja bakterid koosnevad rakkudest. Kõik need erinevad struktuursete omaduste poolest. Nende üldine struktuur on aga sama. Seda esindab pinnaaparaat, sisemine sisu - tsütoplasma, organellid ja kandmised. Rakkude funktsioonid tulenevad nende komponentide struktuurilistest iseärasustest. Näiteks taimedes toimub fotosüntees spetsiaalsete organellide, mida nimetatakse kloroplastideks, sisepinnal. Loomadel neid struktuure pole. Raku struktuur (tabel "Organellide struktuur ja funktsioonid" uurib üksikasjalikult kõiki tunnuseid) määrab selle rolli looduses. Kuid kõigi hulkraksete organismide puhul on ühine asi ainevahetuse ja kõigi organite omavahelise suhte tagamine.
Raku struktuur: tabel "Organellide struktuur ja funktsioonid"
See tabel aitab teil rakustruktuuride struktuuriga üksikasjalikult tutvuda.
| Raku struktuur | Struktuursed omadused | Funktsioonid |
| Tuum | Kahekordse membraaniga organell, mis sisaldab DNA molekule | Päriliku teabe säilitamine ja edastamine |
| Endoplasmaatiline retikulum | Õõnsuste, tsisternide ja tuubulite süsteem | Orgaaniliste ainete süntees |
| Golgi kompleks | Arvukad õõnsused kottidest | Orgaaniliste ainete ladustamine ja transport |
| Mitokondrid | Kahe membraaniga ümarad organellid | Orgaaniliste ainete oksüdatsioon |
| plastiidid | Kahemembraanilised organellid, mille sisepind moodustab struktuuri sees väljakasvu | Kloroplastid tagavad fotosünteesi protsessi, kromoplastid annavad värvi erinevatele taimeosadele, leukoplastid säilitavad tärklist |
| Ribosoomid | koosneb suurtest ja väikestest allüksustest | Valkude biosüntees |
| Vacuoolid | Taimerakkudes on need rakumahlaga täidetud õõnsused, loomadel aga kokkutõmbuvad ja seedivad. | Vee ja mineraalide varu (taimed). tagavad liigse vee ja soolade eemaldamise ning seedimise – ainevahetuse |
| Lüsosoomid | Hüdrolüütilisi ensüüme sisaldavad ümmargused vesiikulid | Biopolümeeride lagunemine |
| Rakukeskus | Mittemembraanne struktuur, mis koosneb kahest tsentrioolist | Spindli moodustumine rakkude lõhustamise ajal |
Nagu näete, on igal raku organellil oma keeruline struktuur. Veelgi enam, nende struktuur määrab täidetavad funktsioonid. Ainult kõigi organellide koordineeritud töö võimaldab elul eksisteerida raku, koe ja organismi tasandil.
Raku põhifunktsioonid
Rakk on ainulaadne struktuur. Ühest küljest täidab iga selle komponent oma rolli. Teisest küljest alluvad raku funktsioonid ühele koordineeritud töömehhanismile. Just sellel elukorralduse tasandil toimuvad kõige olulisemad protsessid. Üks neist on paljunemine. See põhineb protsessil.Selleks on kaks peamist viisi. Niisiis jagunevad sugurakud meioosiga, kõik ülejäänud (somaatilised) - mitoosiga.
Tänu sellele, et membraan on poolläbilaskev, on võimalik erinevate ainete sattumine rakku ja vastupidises suunas. Kõikide ainevahetusprotsesside aluseks on vesi. Kehasse sisenedes lagunevad biopolümeerid lihtsateks ühenditeks. Kuid mineraalid on lahustes ioonide kujul.
Rakkude kandmised
Rakkude funktsioone ei saaks täielikult täita ilma lisanditeta. Need ained on organismide tagavaraks ebasoodsaks perioodiks. See võib olla põud, temperatuuri langus, ebapiisav hapnikukogus. Ainete säilitamise funktsioone taimerakus täidab tärklis. Seda leidub tsütoplasmas graanulite kujul. Glükogeen on loomarakkudes säilitatav süsivesik.
Mis on kangad
Rakkudes, mis on struktuurilt ja funktsioonilt sarnased, ühinevad nad kudedeks. See struktuur on spetsialiseerunud. Näiteks on kõik epiteelkoe rakud väikesed, tihedalt üksteise kõrval. Nende vorm on väga mitmekesine. See kangas praktiliselt puudub.Selline struktuur meenutab kilpi. Tänu sellele täidab epiteeli kude kaitsefunktsiooni. Kuid iga organism ei vaja ainult "kilpi", vaid ka suhet keskkonnaga. Selle funktsiooni täitmiseks on epiteelis spetsiaalsed moodustised - poorid. Ja taimedes toimivad sarnase struktuurina naha või korkläätsede stomata. Need struktuurid teostavad gaasivahetust, transpiratsiooni, fotosünteesi ja termoregulatsiooni. Ja ennekõike viiakse need protsessid läbi molekulaarsel ja rakulisel tasemel.
Rakkude struktuuri ja funktsioonide seos
Rakkude funktsioonid määrab nende struktuur. Kõik kangad on selle suurepärane näide. Seega on müofibrillid võimelised kokku tõmbuma. Need on lihaskoe rakud, mis teostavad üksikute osade ja kogu keha liikumist ruumis. Kuid ühendaval on erinev ülesehituspõhimõte. Seda tüüpi kude koosneb suurtest rakkudest. Need on kogu organismi aluseks. Sidekude sisaldab ka suures koguses rakkudevahelist ainet. Selline struktuur tagab selle piisava mahu. Seda tüüpi kudesid esindavad sellised sordid nagu veri, kõhr, luukude.
Nad ütlevad, et nad ei parane... Selle fakti kohta on palju erinevaid seisukohti. Siiski ei kahtle keegi, et neuronid ühendavad kogu keha üheks tervikuks. See saavutatakse struktuuri teise tunnusega. Neuronid koosnevad kehast ja protsessidest – aksonitest ja dendriitidest. Info liigub nende järgi järjestikku närvilõpmetest ajju ja sealt tagasi tööorganitesse. Neuronite töö tulemusena on kogu keha ühendatud ühtse võrguga.
Seega on enamikul elusorganismidel rakuline struktuur. Need struktuurid on taimede, loomade, seente ja bakterite ehitusplokid. Rakkude üldfunktsioonid on jagunemisvõime, keskkonnategurite tajumine ja ainevahetus.
Teadust, mis uurib rakkude ehitust ja talitlust, nimetatakse tsütoloogia.
Kamber- elamise elementaarne struktuurne ja funktsionaalne üksus.
Rakud on oma väiksusest hoolimata väga keerulised. Raku sisemist poolvedelat sisu nimetatakse tsütoplasma.
Tsütoplasma on raku sisekeskkond, kus toimuvad erinevad protsessid ja paiknevad raku komponendid – organellid (organellid).
raku tuum
Rakutuum on raku kõige olulisem osa.
Tuum on tsütoplasmast eraldatud kahest membraanist koosneva membraaniga. Tuuma kestas on arvukalt poore, nii et erinevad ained võivad tsütoplasmast tuuma siseneda ja vastupidi.
Kerneli sisemist sisu nimetatakse karioplasmid või tuumamahl. asub tuumamahlas kromatiin ja nucleolus.
Kromatiin on DNA ahel. Kui rakk hakkab jagunema, on kromatiini niidid tihedalt keerdunud ümber spetsiaalsete valkude, nagu niidid poolil. Sellised tihedad moodustised on mikroskoobi all selgelt nähtavad ja neid nimetatakse kromosoomid.
Tuum sisaldab geneetilist teavet ja kontrollib raku elutähtsat aktiivsust.
nucleolus on tihe ümar keha tuuma sees. Tavaliselt on raku tuumas üks kuni seitse tuuma. Need on rakkude jagunemise vahel selgelt nähtavad ja jagunemise käigus hävivad.
Nukleoolide ülesanne on RNA ja valkude süntees, millest moodustuvad spetsiaalsed organellid - ribosoomid.
Ribosoomid osaleb valkude sünteesis. Tsütoplasmas paiknevad ribosoomid kõige sagedamini peal kare endoplasmaatiline retikulum. Harvemini hõljuvad nad vabalt raku tsütoplasmas.
Endoplasmaatiline retikulum (ER) osaleb rakuvalkude sünteesis ja rakusiseste ainete transpordis.
Märkimisväärne osa rakus sünteesitavatest ainetest (valgud, rasvad, süsivesikud) ei tarbita kohe ära, vaid ER-kanalite kaudu satub see ladustamiseks spetsiaalsetesse õõnsustesse, mis on virnastatud virnadesse, "paakidesse" ja eraldatud tsütoplasmast. membraani abil. Neid õõnsusi nimetatakse aparaat (kompleks) Golgi. Kõige sagedamini asuvad Golgi aparaadi paagid raku tuuma lähedal.
golgi aparaat osaleb rakuvalkude transformatsioonis ja sünteesib lüsosoomid- raku seedeorganellid.
Lüsosoomid on seedeensüümid, pakitakse membraani vesiikulitesse, eralduvad ja levivad läbi tsütoplasma.
Golgi kompleksi koguneb ka aineid, mida rakk sünteesib kogu organismi vajadusteks ja mis viiakse rakust väljapoole.
Mitokondrid- rakkude energiaorganellid. Nad muudavad toitained energiaks (ATP), osalevad rakuhingamises.
Mitokondrid on kaetud kahe membraaniga: välimine membraan on sile ja sisemisel on arvukalt volte ja eendiid - cristae.
plasmamembraan
Et rakk oleks ühtne süsteem, on vaja, et kõik selle osad (tsütoplasma, tuum, organellid) oleksid koos. Selleks evolutsiooniprotsessis plasmamembraan, mis, ümbritsedes iga rakku, eraldab selle väliskeskkonnast. Välismembraan kaitseb raku sisemist sisu – tsütoplasmat ja tuuma – kahjustuste eest, hoiab raku püsivat kuju, tagab rakkudevahelise side, suunab selektiivselt rakku vajalikke aineid ning eemaldab rakust ainevahetusprodukte.
Membraani struktuur on kõigis rakkudes ühesugune. Membraani aluseks on kahekordne lipiidimolekulide kiht, milles paiknevad arvukad valgumolekulid. Mõned valgud paiknevad lipiidikihi pinnal, teised tungivad läbi ja läbi mõlema lipiidikihi.
Spetsiaalsed valgud moodustavad kõige õhemad kanalid, mille kaudu kaaliumi-, naatriumi-, kaltsiumiioonid ja mõned teised väikese läbimõõduga ioonid võivad rakku siseneda või sealt välja minna. Suuremad osakesed (toitainete molekulid – valgud, süsivesikud, lipiidid) ei pääse aga läbi membraanikanalite ja siseneda rakku. fagotsütoos või pinotsütoos:
- Kohas, kus toiduosake puudutab raku välismembraani, tekib invaginatsioon ja osake siseneb rakku, ümbritsetuna membraaniga. Seda protsessi nimetatakse fagotsütoos (taimerakud üle välimise rakumembraani on kaetud tiheda kiudkihiga (rakumembraan) ja ei suuda fagotsütoosiga aineid kinni püüda).
- pinotsütoos erineb fagotsütoosist ainult selle poolest, et sel juhul haarab välismembraani sissetung mitte tahkeid osakesi, vaid vedelaid tilka koos selles lahustunud ainetega. See on üks peamisi mehhanisme ainete tungimiseks rakku.
1. Rakuteooria alused
2. Prokarüootse raku ehituse üldplaan
3. Eukarüootse raku ehituse üldplaan
1. Rakuteooria alused
Raku avastas ja kirjeldas esmakordselt R. Hooke (1665). 19. sajandil aastal T. Schwanni, M. Schleideni töödes pandi alus rakuteooria organismide struktuurid. Tänapäeva rakuteooriat saab väljendada järgmiste mõistetega: kõik organismid koosnevad rakkudest; rakk on elava elementaarne struktuurne, geneetiline ja funktsionaalne üksus. Kõikide organismide areng algab ühest rakust, seega on see kõigi organismide arengu elementaarne üksus. Mitmerakulistes organismides on rakud spetsialiseerunud teatud funktsioonide täitmisele.
Sõltuvalt struktuurilisest korraldusest eristatakse järgmisi eluvorme: rakueelne (viirused) ja rakuline. Pro- ja eukarüootsed rakud eristuvad rakuliste vormide hulgast lähtuvalt rakulise päriliku materjali organiseerituse iseärasustest.
Viirused- Need on organismid, mille suurus on väga väike (20–3000 nm). Nende elutähtsat aktiivsust saab teostada ainult peremeesorganismi rakkudes. Viiruse keha moodustab nukleiinhape (DNA või RNA), mis sisaldub valgukestas - kapsiidis, mõnikord on kapsiid kaetud membraaniga.
2. Prokarüootse raku ehituse üldplaan
Prokarüootse raku põhikomponendid: membraan, tsütoplasma. Membraan koosneb plasmalemmast ja pinnastruktuuridest (rakusein, kapsel, limaskest, lipud, villid).
plasmalemma on paksusega 7,5 nm ja selle moodustab välisosast valgumolekulide kiht, mille all on kaks kihti fosfolipiidimolekule ja seejärel asub uus valgumolekulide kiht. Plasmalemmas on valgumolekulidega vooderdatud kanalid, mille kaudu transporditakse erinevaid aineid nii rakku kui ka sealt välja.
Peamine komponent raku sein- mureiin. Sellesse saab sisse ehitada polüsahhariide, valke (antigeensed omadused), lipiide. See annab rakule kuju, hoiab ära selle osmootse turse ja rebenemise. Vesi, ioonid, väikesed molekulid tungivad kergesti läbi pooride.
Prokarüootse raku tsütoplasma täidab raku sisekeskkonna funktsiooni, sisaldab ribosoome, mesosoome, inklusioone ja DNA molekuli.
Ribosoomid- oakujulised organellid, mis koosnevad valgust ja RNA-st, on väiksemad (70S-ribosoomid) kui eukarüootidel. Funktsioon on valkude süntees.
mesosoomid- intratsellulaarsete membraanide süsteem, mis moodustab volditud invaginatsioone, sisaldab hingamisahela ensüüme (ATP süntees).
Lisandid: lipiidid, glükogeen, polüfosfaadid, valgud, varutoitained
DNA molekul.Üks haploidne ümmargune kaheahelaline superkondenseeritud DNA molekul. Tagab geneetilise teabe salvestamise, edastamise ja raku aktiivsuse reguleerimise.
3. Eukarüootse raku ehituse üldplaan
Tüüpiline eukarüootne rakk koosneb kolmest komponendist – membraanist, tsütoplasmast ja tuumast. alus raku sein on plasmalemma (rakumembraan) ja süsivesikute-valgu pinnastruktuur.
1. Plasmalemma Eukarüootid erinevad prokarüootidest väiksema valgusisalduse poolest.
2. Süsivesikute-valgu pinnastruktuur. Loomarakkudel on väike valgukiht (glükokalüks). Taimedel on raku pinnastruktuur raku sein See koosneb tselluloosist (kiudainest).
Rakumembraani funktsioonid: hoiab raku kuju ja annab mehaanilist tugevust, kaitseb rakku, tunneb ära molekulaarsed signaalid, reguleerib ainevahetust raku ja keskkonna vahel ning teostab rakkudevahelist interaktsiooni.
Tsütoplasma koosneb hüaloplasmast (tsütoplasma põhiainest), organellidest ja inklusioonidest. Hüaloplasma sisaldab kolme tüüpi organelle:
kahemembraaniline (mitokondrid, plastiidid);
ühemembraaniline (endoplasmaatiline retikulum (ER), Golgi aparaat, vakuoolid, lüsosoomid);
mittemembraansed (rakukeskus, mikrotuubulid, mikrofilamendid, ribosoomid, inklusioonid).
1. Hüaloplasma on orgaaniliste ja anorgaaniliste ühendite kolloidne lahus. Hüaloplasma on võimeline rakus liikuma - tsüklos. Hüaloplasma põhifunktsioonid: keskkond organellide ja inklusioonide leidmiseks, keskkond biokeemiliste ja füsioloogiliste protsesside kulgemiseks, ühendab kõik rakustruktuurid ühtseks tervikuks.
2. Mitokondrid("rakkude energiajaamad"). Välimine membraan on sile, sisemine on voldid - cristae. Välimise ja sisemise membraani vahel on maatriks. Mitokondrite maatriks sisaldab DNA molekule, väikseid ribosoome ja erinevaid aineid.
3. Plastiidid taimerakkudele iseloomulik. Plastiide on kolme tüüpi : kloroplastid, kromoplastid ja leukoplastid.
I. Kloroplastid- rohelised plastiidid, milles toimub fotosüntees. Kloroplastil on topeltmembraan. Kloroplasti keha koosneb värvitust proteiin-lipiidsest stroomast, millesse tungib sisemembraani moodustatud lamedate kotikeste (tülakoidide) süsteem.Tülakoidid moodustavad grana. Stroma sisaldab ribosoome, tärkliseterasid, DNA molekule.
II. Kromoplastid annavad taime erinevatele osadele värvi.
III. Leukoplastid säilitada toitaineid. Leukoplastid võivad moodustada kromoplaste ja kloroplaste.
4. Endoplasmaatiline retikulum on torude, kanalite ja õõnsuste hargnenud süsteem. On mittegranuleeritud (sile) ja granuleeritud (kare) EPS. Mittegranulaarsel ER-l on rasvade ja süsivesikute ainevahetuse ensüümid (toimub rasvade ja süsivesikute süntees). Granuleeritud ER-l on ribosoomid, mis teostavad valkude biosünteesi. EPS-funktsioonid: mehaanilised ja vormimisfunktsioonid; transport; keskendumine ja eraldatus.
5. Golgi aparaat koosneb lamedatest membraanikottidest ja vesiikulitest. Loomarakkudes täidab Golgi aparaat sekretoorset funktsiooni. Taimedes on see polüsahhariidide sünteesi keskus.
6. Vakuoolid täidetud taimeraku mahlaga. Vakuoolide funktsioonid: toitainete ja vee säilitamine, turgorurõhu säilitamine rakus.
7 . Lüsosoomid- väikesed sfäärilise kujuga organellid, mis on moodustatud membraanist, mille sees on ensüüme, mis hüdrolüüsivad valke, nukleiinhappeid, süsivesikuid, rasvu.
8. Raku keskus. Rakukeskuse ülesanne on kontrollida raku jagunemise protsessi.
9. Mikrotuubulid ja mikrokiud Koos moodustavad nad loomarakkude rakulise skeleti.
10. Ribosoomid eukarüootid on suuremad (80S).
11. Lisandid- reservained ja eritised - ainult taimerakkudes.
Tuum on eukarüootse raku kõige olulisem osa. See koosneb tuumamembraanist, karüoplasmast, nukleoolidest, kromatiinist.
1. Tuumaümbris struktuurilt sarnane rakumembraaniga, sisaldab poore. Tuumamembraan kaitseb geneetilist aparaati tsütoplasmaatiliste ainete mõju eest. Kontrollib ainete transporti.
2. Karüoplasma on kolloidne lahus, mis sisaldab valke, süsivesikuid, sooli, muid orgaanilisi ja anorgaanilisi aineid. Karioplasma sisaldab kõiki nukleiinhappeid: peaaegu kogu DNA-d, informatsioonilist, transpordi- ja ribosomaalset RNA-d.
3. Nucleolus - kerakujuline, sisaldab erinevaid valke, nukleoproteiine, lipoproteiine, fosfoproteiine. Tuuma funktsioon on ribosoomi embrüote süntees.
4. Kromatiin (kromosoomid). Statsionaarses olekus (jagunemistevaheline aeg) jaotub DNA karüoplasmas ühtlaselt kromatiini kujul. Jagunemise käigus muudetakse kromatiin kromosoomideks.
Tuuma funktsioonid: informatsioon organismi pärilike omaduste kohta on koondunud tuuma (informatiivne funktsioon); kromosoomid annavad vanematelt järglastele edasi organismi tunnuseid (pärimise funktsioon); tuum koordineerib ja reguleerib rakus toimuvaid protsesse (regulatsioonifunktsioon).
Rakk on ühtne elussüsteem, mis koosneb kahest lahutamatult seotud osast – tsütoplasmast ja tuumast (värvitabel XII).
Tsütoplasma- see on sisemine poolvedel keskkond, milles asuvad raku tuum ja kõik organellid. Sellel on peeneteraline struktuur, mida läbivad arvukad õhukesed niidid. See sisaldab vett, lahustunud sooli ja orgaanilist ainet. Tsütoplasma põhiülesanne on ühendada ja tagada raku tuuma ja kõigi organellide koostoime.
välimine membraanümbritseb rakku õhukese kilega, mis koosneb kahest valgukihist, mille vahel on rasvakiht. See on läbi imbunud arvukate väikeste pooridega, mille kaudu raku ja keskkonna vahel ioone ja molekule vahetatakse. Membraani paksus on 7,5-10 nm, pooride läbimõõt on 0,8-1 nm. Taimedel moodustub selle peale kiudtupp. Välismembraani põhiülesanneteks on piirata raku sisekeskkonda, kaitsta seda kahjustuste eest, reguleerida ioonide ja molekulide voolu, eemaldada ainevahetusprodukte ja sünteesitud aineid (saladusi), ühendada rakke ja kudesid (tulenevalt väljakasvudest ja voltidest). ). Välismembraan tagab suurte osakeste tungimise rakku fagotsütoosi teel (vt jaotisi "Zooloogia" - "Algloomad", jaotises "Anatoomia" - "Veri"). Sarnaselt imab rakk vedelaid tilku – pinotsütoos (kreeka keelest "pino" - ma joon).
Endoplasmaatiline retikulum(EPS) on keerukas kanalite ja õõnsuste süsteem, mis koosneb membraanidest, mis tungivad läbi kogu tsütoplasma. EPS on kahte tüüpi - granuleeritud (kare) ja sile. Granuleeritud võrgu membraanidel on palju pisikesi kehasid - ribosoome; nad ei eksisteeri sujuvas võrgus. EPS-i põhifunktsiooniks on osalemine peamiste rakus toodetud orgaaniliste ainete sünteesis, akumuleerumises ja transportimises. Valk sünteesitakse granuleeritud ER-s, samas kui süsivesikud ja rasvad sünteesitakse sujuvas ER-is.
Ribosoomid- väikesed kehad, läbimõõduga 15-20 nm, mis koosnevad kahest osakesest. Neid on igas rakus sadu tuhandeid. Enamik ribosoome paikneb granulaarse ER membraanidel ja mõned asuvad tsütoplasmas. Need koosnevad valkudest ja rRNA-st. Ribosoomide põhiülesanne on valkude süntees.
Mitokondrid- need on väikesed kehad, suurusega 0,2–0,7 mikronit. Nende arv rakus ulatub mitme tuhandeni. Sageli muudavad nad kuju, suurust ja asukohta tsütoplasmas, liikudes oma kõige aktiivsemasse ossa. Mitokondrite väliskate koosneb kahest kolmekihilisest membraanist. Välimine membraan on sile, sisemine moodustab arvukalt väljakasvu, millel paiknevad hingamisteede ensüümid. Mitokondrite sisemine õõnsus on täidetud vedelikuga, milles asuvad ribosoomid, DNA ja RNA. Uued mitokondrid tekivad vanade jagunemisel. Mitokondrite põhiülesanne on ATP süntees. Nad sünteesivad väikeses koguses valke, DNA-d ja RNA-d.
plastiidid taimerakkudele omane. Plastiide on kolme tüüpi – kloroplastid, kromoplastid ja leukoplastid. Nad on võimelised vastastikuseks üleminekuks üksteiseks. Plastiidid paljunevad jagunemise teel.
Kloroplastid(60) on rohelised, ovaalse kujuga. Nende suurus on 4-6 mikronit. Pinnalt on iga kloroplast piiratud kahe kolmekihilise membraaniga - välimine ja sisemine. Selle sees on täidetud vedelik, milles on mitukümmend erilist, omavahel ühendatud silindrilist struktuuri - gran, aga ka ribosoomid, DNA ja RNA. Iga grana koosneb mitmest kümnest üksteise peale asetatud lamedast membraanikotist. Ristlõikel on see ümar kuju, selle läbimõõt on 1 µm. Kogu klorofüll on koondunud teradesse ja neis toimub fotosünteesi protsess. Saadud süsivesikud kogunevad esmalt kloroplasti, seejärel sisenevad tsütoplasmasse ja sealt edasi teistesse taimeosadesse.
Kromoplastid määrata lillede, viljade ja sügislehtede punane, oranž ja kollane värvus. Neil on mitmetahuliste kristallide kuju, mis paiknevad raku tsütoplasmas.
Leukoplastid värvitu. Neid leidub taimede värvimata osades (varred, mugulad, juured), neil on ümmargune või vardakujuline kuju (suurused 5-6 mikronit). Nad hoiavad reserve.
Rakukeskus leidub loomade ja madalamate taimede rakkudes. See koosneb kahest väikesest silindrist - tsentrioolidest (läbimõõduga umbes 1 mikron), mis asuvad üksteisega risti. Nende seinad koosnevad lühikestest torudest, õõnsus on täidetud poolvedela ainega. Nende peamine roll on jagunemisspindli moodustamine ja kromosoomide ühtlane jaotumine tütarrakkude vahel.
Golgi kompleks sai nime Itaalia teadlase järgi, kes selle esimest korda närvirakkudest avastas. Sellel on mitmekesine kuju ja see koosneb membraanidega piiratud õõnsustest, nendest väljaulatuvatest tuubulitest ja nende otstes paiknevatest mullidest. Peamine ülesanne on endoplasmaatilises retikulumis sünteesitud orgaaniliste ainete kogunemine ja väljutamine, lüsosoomide moodustamine.
Lüsosoomid- ümarad väikesed kehad läbimõõduga umbes 1 mikron. Pinnalt on lüsosoom piiratud kolmekihilise membraaniga, selle sees on ensüümide kompleks, mis suudab lagundada süsivesikuid, rasvu ja valke. Rakus on mitukümmend lüsosoomi. Golgi kompleksis moodustuvad uued lüsosoomid. Nende põhiülesanne on seedida fagotsütoosi teel rakku sattunud toitu ja eemaldada surnud organellid.
Liikumise organellid- lipukesed ja ripsmed - on rakkude väljakasvud ja neil on loomadel ja taimedes sama struktuur (nende ühine päritolu). Mitmerakuliste loomade liikumist tagavad lihaste kokkutõmbed. Lihasraku peamine struktuuriüksus on müofibrillid - üle 1 cm pikkused, 1 mikroni läbimõõduga õhukesed niidid, mis on paigutatud kimpudesse piki lihaskiudu.
Rakkude kandmised– Süsivesikud, rasvad ja valgud – on raku mittepüsivad komponendid. Neid sünteesitakse perioodiliselt, koguneb tsütoplasmasse varuainetena ja kasutatakse organismi eluea jooksul.
Süsivesikud on kontsentreeritud tärklise (taimedes) ja glükogeeni (loomadel) terades. Neid leidub palju maksarakkudes, kartulimugulates ja teistes organites. Rasvad kogunevad tilkade kujul taimeseemnetesse, nahaaluskoesse, sidekoesse jne. Valgud ladestuvad teradena loomamunadesse, taimede seemnetesse ja muudesse elunditesse.
Tuum raku üks tähtsamaid organelle. Seda eraldab tsütoplasmast tuumamembraan, mis koosneb kahest kolmekihilisest membraanist, mille vahel on kitsas poolvedela aine riba. Tuumaümbrise pooride kaudu toimub ainete vahetus tuuma ja tsütoplasma vahel. Tuuma õõnsus on täidetud tuumamahlaga. See sisaldab tuuma (üks või mitu), kromosoome, DNA-d, RNA-d, valke ja süsivesikuid. Tuum on ümar keha, mille suurus on 1 kuni 10 mikronit või rohkem; see sünteesib RNA-d. Kromosoomid on nähtavad ainult jagunevates rakkudes. Interfaasis (mittejagunevas) tuumas esinevad need õhukeste pikkade kromatiini filamentide kujul (DNA-valgu ühendused). Need sisaldavad pärilikku teavet. Iga looma- ja taimeliigi kromosoomide arv ja kuju on rangelt määratletud. Somaatilised rakud, mis moodustavad kõik elundid ja koed, sisaldavad diploidset (topelt) kromosoomide komplekti (2 n); sugurakud (sugurakud) - haploidne (üksik) kromosoomide komplekt (n). Somaatilise raku tuumas olev diploidne kromosoomide komplekt luuakse paarilisest (identsest), homoloogsed kromosoomid. Erinevate paaride kromosoomid (mittehomoloogne) erinevad üksteisest kuju, asukoha poolest tsentromeerid ja sekundaarsed venitused.
prokarüootid- Need on organismid, millel on väikesed primitiivselt paigutatud rakud, ilma selgelt määratletud tuumata. Nende hulka kuuluvad sinivetikad, bakterid, faagid ja viirused. Viirused on DNA või RNA molekulid, mis on kaetud valgukattega. Need on nii väikesed, et neid saab näha ainult elektronmikroskoobiga. Neil puuduvad tsütoplasma, mitokondrid ja ribosoomid, mistõttu nad ei ole võimelised sünteesima oma eluks vajalikku valku ja energiat. Olles elusrakku sattunud ja kasutades teiste inimeste orgaanilist ainet ja energiat, arenevad nad normaalselt.
eukarüootid- organismid suuremate tüüpiliste rakkudega, mis sisaldavad kõiki peamisi organelle: tuum, endoplasmaatiline retikulum, mitokondrid, ribosoomid, Golgi kompleks, lüsosoomid jt. Eukarüootide hulka kuuluvad kõik muud taime- ja loomaorganismid. Nende rakkudel on sarnane struktuur, mis tõestab veenvalt nende päritolu ühtsust.