Raku ehitus 2. Raku funktsioonid. Prokarüootse raku ehituse üldplaan

Rakud jagunevad prokarüootseteks ja eukarüootseteks. Esimesed on vetikad ja bakterid, mis sisaldavad geneetilist teavet ühes organellis, kromosoomis, samas kui eukarüootsetel rakkudel, mis moodustavad keerukamaid organisme, näiteks inimkeha, on selgelt eristuv tuum, mis sisaldab mitut kromosoomi koos geneetilise materjaliga.

eukarüootne rakk

prokarüootne rakk

Struktuur

Raku- või tsütoplasmaatiline membraan

Tsütoplasmaatiline membraan (kest) on õhuke struktuur, mis eraldab raku sisu keskkonnast. See koosneb kahekordsest lipiidikihist, mille valgumolekulid on ligikaudu 75 angströmi paksused.

Rakumembraan on pidev, kuid sellel on arvukalt volte, keerdusi ja poore, mis võimaldab teil kontrollida ainete läbimist sellest.

Rakud, koed, elundid, süsteemid ja seadmed

Rakud, Inimkeha on komponent elementidest, mis töötavad koos, et täita tõhusalt kõiki elutähtsaid funktsioone.

Tekstiil- Need on sama kuju ja struktuuriga rakud, mis on spetsialiseerunud sama funktsiooni täitmisele. Erinevad koed ühinevad, moodustades elundeid, millest igaüks täidab elusorganismis teatud funktsiooni. Lisaks on elundid rühmitatud ka teatud funktsiooni täitmiseks süsteemi.

Kangad:

epiteel- Kaitseb ja katab keha pinda ja elundite sisepindu.

Ühenduv- rasv, kõhred ja luud. Täidab erinevaid funktsioone.

lihaseline- silelihaskoe, vöötlihaskoe. Tõmbab kokku ja lõdvestab lihaseid.

närviline- neuronid. Genereerib ja edastab ja võtab vastu impulsse.

Raku suurus

Lahtrite suurus on väga erinev, kuigi üldiselt jääb see vahemikku 5-6 mikronit (1 mikron = 0,001 mm). See seletab tõsiasja, et enne elektronmikroskoobi leiutamist ei suudetud paljusid rakke näha, mille eraldusvõime on 2 kuni 2000 angströmi (1 angstrom \u003d 0,000 000 1 mm). Mõnede mikroorganismide suurus on alla 5 mikroni , kuid on ka hiidrakke. Kõige kuulsam - see on linnumunade munakollane, umbes 20 mm suurune muna.

On veelgi markantsemaid näiteid: üherakulise merevetika acetabularia rakk ulatub 100 mm ja rohttaim ramjee - 220 mm - rohkem kui palm.

Vanematelt lastele tänu kromosoomidele

Rakkude tuumas toimub raku jagunemise alguses mitmesuguseid muutusi: membraan ja tuumad kaovad; sel ajal muutub kromatiin tihedamaks, moodustades lõpuks paksud niidid - kromosoomid. Kromosoom koosneb kahest poolest - kromatiididest, mis on ühendatud ahenemise kohas (tsentomeeter).

Meie rakkudele, nagu kõikidele loomade ja taimede rakkudele, kehtib nn arvulise püsivuse seadus, mille kohaselt on teatud liigi kromosoomide arv konstantne.

Lisaks on kromosoomid jaotatud paarikaupa, mis on üksteisega identsed.

Igas meie keha rakus on 23 paari kromosoome, mis on mitmed piklikud DNA molekulid. DNA molekul on kaksikheeliksi kuju, mis koosneb kahest suhkrufosfaadi rühmast, millest lämmastiku alused (puriinid ja püramidiinid) väljuvad keerdtrepi astmetena.

Iga kromosoomi kõrval on geenid, mis vastutavad pärilikkuse eest, geeniomaduste ülekandmine vanematelt lastele. Need määravad silmade värvi, naha, nina kuju jne.

Mitokondrid

Mitokondrid on ümmargused või piklikud organellid, mis on jaotatud kogu tsütoplasmas ja sisaldavad ensüümide vesilahust, mis on võimelised läbi viima arvukalt keemilisi reaktsioone, näiteks rakuhingamist.

See protsess vabastab energiat, mida rakk vajab oma elutähtsate funktsioonide täitmiseks. Mitokondreid leidub peamiselt elusorganismide kõige aktiivsemates rakkudes: kõhunäärme ja maksa rakkudes.

raku tuum

Tuum, üks igas inimese rakus, on selle põhikomponent, kuna see on raku funktsioone kontrolliv organism ja pärilike tunnuste kandja, mis tõestab selle tähtsust paljunemisel ja bioloogilise pärilikkuse edasikandmisel.

Südamikus, mille suurus on vahemikus 5 kuni 30 mikronit, saab eristada järgmisi elemente:

Tuuma kest. See on kahekordne ja laseb oma poorse struktuuri tõttu läbida aineid tuuma ja tsütoplasma vahel.
tuumaplasma. Kerge viskoosne vedelik, millesse on sukeldatud ülejäänud tuumastruktuurid.
Tuum. Sfääriline keha, isoleeritud või rühmadena, osaleb ribosoomide moodustamises.
Kromatiin. Aine, mis võib omandada erinevaid värve, koosneb pikkadest DNA ahelatest (desoksüribonukleiinhape). Niidid on osakesed, geenid, millest igaüks sisaldab teavet raku konkreetse funktsiooni kohta.

Tüüpilise raku tuum

Naharakud elavad keskmiselt ühe nädala. Erütrotsüüdid elavad 4 kuud ja luurakud - 10 kuni 30 aastat.

tsentrosoom

Tsentrosoom asub tavaliselt tuuma lähedal ja mängib kriitilist rolli mitoosis ehk rakkude jagunemisel.

See koosneb 3 elemendist:

Diplosoom. See koosneb kahest tsentrioolist - risti asetsevast silindrilisest struktuurist.
tsentrosfäär. Läbipaistev aine, millesse diplosoom on sukeldatud.
Aster. Tsentrosfäärist väljuvate filamentide kiirgav moodustis, mis on mitoosi jaoks hädavajalik.

Golgi kompleks, lüsosoomid

Golgi kompleks koosneb 5-10 lamedast kettast (plaadist), milles eristatakse põhielementi - tsistern ja mitmed diktüosoomid ehk tsisterni akumulatsioon. Need diktüosoomid eralduvad ja jaotuvad ühtlaselt mitoosi ehk rakkude jagunemise ajal.

Golgi kompleksi vesiikulitest moodustuvad lüsosoomid, raku "magu": need sisaldavad seedeensüüme, mis võimaldavad neil seedida tsütoplasmasse sisenevat toitu. Nende sisemus ehk mükus on vooderdatud paksu polüsahhariidide kihiga, mis ei lase neil ensüümidel oma rakulist materjali lagundada.

Ribosoomid

Ribosoomid on umbes 150 angströmi läbimõõduga rakuorganellid, mis kinnituvad endoplasmaatilise retikulumi membraanidele või paiknevad vabalt tsütoplasmas.

Need koosnevad kahest allüksusest:

suur subühik koosneb 45 valgu molekulist ja 3 RNA-st (ribonukleiinhape);
väiksem subühik koosneb 33 valgumolekulist ja 1 RNA-st.

Ribosoomid ühinevad RNA molekuli abil polüsoomideks ja sünteesivad aminohappe molekulidest valke.

Tsütoplasma

Tsütoplasma on orgaaniline mass, mis asub tsütoplasmaatilise membraani ja tuuma kesta vahel. See sisaldab sisekeskkonda - hüaloplasmat - viskoosset vedelikku, mis koosneb suurest kogusest veest ja sisaldab lahustunud kujul valke, monosahhariide ja rasvu.

See on elutähtsa aktiivsusega raku osa, kuna selle sees liiguvad erinevad rakuorganellid ja toimuvad biokeemilised reaktsioonid. Organellid täidavad rakus sama rolli nagu elundid inimkehas: toodavad elutähtsaid aineid, toodavad energiat, täidavad orgaaniliste ainete seedimise ja väljutamise funktsioone jne.

Ligikaudu kolmandik tsütoplasmast on vesi.

Lisaks sisaldab tsütoplasma 30% orgaanilisi aineid (süsivesikud, rasvad, valgud) ja 2-3% anorgaanilisi aineid.

Endoplasmaatiline retikulum

Endoplasmaatiline retikulum on võrgutaoline struktuur, mis moodustub tsütoplasmaatilise membraani endasse mähkimisel.

Arvatakse, et see protsess, mida tuntakse invaginatsioonina, on viinud keerukamate olenditeni, kellel on suurem valguvajadus.

Sõltuvalt ribosoomide olemasolust või puudumisest kestades eristatakse kahte tüüpi võrke:

1. Endoplasmaatiline retikulum on volditud. Tuumamembraaniga omavahel ühendatud ja sellega suhtlevate lamedate struktuuride kogum. Selle külge on kinnitunud suur hulk ribosoome, mistõttu selle ülesanne on akumuleerida ja vabastada ribosoomides sünteesitud valke.

2. Endoplasmaatiline retikulum on sile. Lamedate ja torukujuliste elementide võrgustik, mis suhtleb volditud endoplasmaatilise retikulumiga. Sünteesib, eritab ja transpordib rasvu kogu rakus koos volditud retikulumi valkudega.

Kui soovite lugeda kõike huvitavamat ilu ja tervise kohta, tellige uudiskiri!

Rakk on elu põhiüksus. Rakk on teistest rakkudest või väliskeskkonnast piiritletud spetsiaalse membraaniga ning sellel on tuum või selle ekvivalent, kuhu on koondunud põhiosa pärilikkust kontrollivast keemilisest informatsioonist. Tsütoloogia tegeleb raku ehituse uurimisega ja füsioloogia funktsioneerimisega. Teadust, mis uurib kudede rakke, nimetatakse histoloogiaks.

On üherakulisi organisme, mille keha koosneb täielikult ühest rakust. Sellesse rühma kuuluvad bakterid ja protistid (algloomad ja üherakulised vetikad). Mõnikord nimetatakse neid ka rakulisteks, kuid sagedamini kasutatakse terminit ainurakne. Tõelised mitmerakulised loomad (Metazoa) ja taimed (Metaphyta) sisaldavad palju rakke.

üherakuline organism

Valdav enamik kudesid koosneb rakkudest, kuid on ka erandeid. Näiteks limahallituste (myxomycetes) keha koosneb homogeensest rakkudeta ainest, millel on palju tuumasid. Mõned loomakoed, eriti südamelihas, on korraldatud sarnaselt. Seente vegetatiivne keha (tallus) on moodustatud mikroskoopiliste filamentide - hüüfide, sageli segmenteeritud; iga sellist niiti võib pidada puuri ekvivalendiks, kuigi ebatüüpilisel kujul.

Mõned kehastruktuurid, mis ei osale ainevahetuses, nagu karbid, pärlid või luude mineraalne alus, ei moodustu mitte rakkudest, vaid nende sekretsiooniproduktidest. Teised, nagu puit, koor, sarved, karvad ja naha välimine kiht, ei ole sekretoorset päritolu, vaid moodustuvad surnud rakkudest.

Väikesed organismid, näiteks rotiferid, koosnevad vaid mõnesajast rakust. Võrdluseks: inimorganismis on u. 1014 rakku, selles sureb igas teises 3 miljonit erütrotsüüti ja asenduvad uutega ning see on vaid üks kümnendik miljondik keharakkude koguarvust.

Tavaliselt on taime- ja loomarakkude läbimõõt vahemikus 5 kuni 20 mikronit. Tüüpiline bakterirakk on palju väiksem – u. 2 µm ja väikseim teadaolev on 0,2 µm.

Mõned vabalt elavad rakud, näiteks algloomad, näiteks foraminifera, võivad olla mitu sentimeetrit pikad; neil on alati palju tuumasid. Õhukeste taimekiudude rakud ulatuvad ühe meetri pikkuseks ja närvirakkude protsessid ulatuvad suurtel loomadel mitme meetrini. Sellise pikkusega on nende rakkude maht väike ja pind väga suur.

Suurimad rakud on munakollasega täidetud viljastamata linnumunad. Suurim muna (ja seega ka suurim rakk) kuulus väljasurnud tohutule linnule - epiornisele (Aepyornis). Arvatavasti kaalus selle munakollane u. 3,5 kg. Elusliikide suurim muna kuulub jaanalinnule, tema munakollane kaalub u. 0,5 kg.

Reeglina on suurte loomade ja taimede rakud vaid veidi suuremad kui väikeste organismide rakud. Elevant on suurem kui hiir, mitte sellepärast, et tema rakud on suuremad, vaid peamiselt seetõttu, et rakud ise on palju suuremad. On loomarühmi, nagu näiteks rotiferid ja nematoodid, kelle rakkude arv kehas jääb muutumatuks. Seega, kuigi suurtel nematoodiliikidel on suurem rakkude arv kui väikestel, tuleneb peamine erinevus suuruses antud juhul rakkude suurest suurusest.

Teatud rakutüübi piires sõltuvad nende suurused tavaliselt ploidsusest, s.t. tuumas olevate kromosoomikomplektide arvu kohta. Tetraploidsed rakud (nelja kromosoomikomplektiga) on mahult 2 korda suuremad kui diploidsed rakud (kahekordsete kromosoomide komplektiga). Taime ploidsust saab suurendada, kui süstida sinna taimset preparaati kolhitsiini. Kuna eksponeeritud taimedel on suuremad rakud, on need ka suuremad. Seda nähtust saab aga täheldada ainult hiljutise päritoluga polüploidide puhul. Evolutsiooniliselt iidsetes polüploidsetes taimedes alluvad rakkude suurused "tagurpidi reguleerimisele" normaalväärtuste suunas, hoolimata kromosoomide arvu suurenemisest.

Raku struktuur.

Kunagi peeti rakku enam-vähem homogeenseks orgaanilise aine tilgaks, mida nimetati protoplasmaks ehk elusaineks. See termin muutus aegunuks pärast seda, kui selgus, et rakk koosneb paljudest selgelt eraldatud struktuuridest, mida nimetatakse rakulisteks organellideks ("väikesed elundid").

Keemiline koostis. Tavaliselt moodustab 70–80% raku massist vesi, milles on lahustunud erinevad soolad ja madala molekulmassiga orgaanilised ühendid. Raku kõige iseloomulikumad komponendid on valgud ja nukleiinhapped. Mõned valgud on raku struktuurikomponendid, teised on ensüümid, s.t. katalüsaatorid, mis määravad rakkudes toimuvate keemiliste reaktsioonide kiiruse ja suuna. Nukleiinhapped toimivad päriliku teabe kandjatena, mis realiseeruvad rakusisese valgusünteesi protsessis.

Rakud sisaldavad sageli teatud koguses reservaineid, mis toimivad toiduvaruna. Taimerakud säilitavad peamiselt tärklist, süsivesikute polümeerset vormi. Maksa ja lihaste rakkudes hoitakse teist süsivesikute polümeeri, glükogeeni. Rasv on ka tavaliselt varutud toiduainete hulgas, kuigi mõned rasvad täidavad teistsugust funktsiooni, nimelt on need kõige olulisemad struktuurikomponendid. Rakkudes olevaid valke (välja arvatud seemnerakud) tavaliselt ei säilitata.

Raku tüüpilist koostist ei ole võimalik kirjeldada eelkõige seetõttu, et säilitatava toidu ja vee kogustes on suured erinevused. Maksarakud sisaldavad näiteks 70% vett, 17% valke, 5% rasvu, 2% süsivesikuid ja 0,1% nukleiinhappeid; ülejäänud 6% moodustavad soolad ja madala molekulmassiga orgaanilised ühendid, eelkõige aminohapped. Taimerakud sisaldavad tavaliselt vähem valku, oluliselt rohkem süsivesikuid ja mõnevõrra rohkem vett; erandiks on rakud, mis on puhkeseisundis. Embrüole toitainete allikaks oleva nisutera puhkerakk sisaldab u. 12% valku (peamiselt ladestunud valku), 2% rasva ja 72% süsivesikuid. Vee hulk saavutab normaalse taseme (70–80%) alles terade idanemise alguses.

"TÜÜPILINE" LOOMARAK - kujutab skemaatiliselt peamisi rakustruktuure.

"TÜÜPILINE" TAIMERAKK - kujutab skemaatiliselt peamisi rakustruktuure.

Mõnedel rakkudel, enamasti taimsetel ja bakteritel, on välimine rakusein. Kõrgemates taimedes koosneb see tselluloosist. Sein ümbritseb rakku ennast, kaitstes seda mehaaniliste mõjude eest. Rakud, eriti bakteriaalsed, võivad eritada ka limaskesta aineid, moodustades seeläbi nende ümber kapsli, mis täidab sarnaselt rakuseinaga kaitsefunktsiooni.

Paljude bakterite surm penitsilliini toimel on seotud rakuseinte hävimisega. Fakt on see, et bakteriraku sees on soolade ja madalmolekulaarsete ühendite kontsentratsioon väga kõrge ning seetõttu võib tugevdava seina puudumisel osmootse rõhu põhjustatud vee sissevool rakku viia selle purunemiseni. Penitsilliin, mis takistab selle seina moodustumist rakkude kasvu ajal, viib lihtsalt raku purunemiseni (lüüsini).

Rakuseinad ja kapslid ei osale ainevahetuses ning neid saab sageli lahti saada ilma rakku tapmata. Seega võib neid pidada raku välisteks abiosadeks. Loomarakkudes rakuseinad ja kapslid tavaliselt puuduvad.

Rakk ise koosneb kolmest põhiosast. Rakuseina all, kui see on olemas, on rakumembraan. Membraan ümbritseb heterogeenset materjali, mida nimetatakse tsütoplasmaks. Ümmargune või ovaalne tuum on sukeldatud tsütoplasmasse. Allpool käsitleme üksikasjalikumalt nende rakuosade struktuuri ja funktsioone.

rakumembraan

Rakumembraan on raku väga oluline osa. See hoiab koos kõiki rakukomponente ning piiritleb sise- ja väliskeskkonna. Lisaks moodustavad modifitseeritud rakumembraani voldid paljusid raku organelle.

Rakumembraan on kahekordne molekulide kiht (bimolekulaarne kiht või kahekihiline kiht). Põhimõtteliselt on need fosfolipiidide ja muude neile lähedaste ainete molekulid. Lipiidimolekulidel on kahesugune olemus, mis väljendub nende käitumises vee suhtes. Molekulide pead on hüdrofiilsed, st. neil on afiinsus vee suhtes ja nende süsivesiniku sabad on hüdrofoobsed. Seetõttu moodustavad lipiidid veega segamisel selle pinnale õlikilega sarnase kile; samal ajal on kõik nende molekulid orienteeritud ühtemoodi: molekulide pead on vees ja süsivesinike sabad on selle pinna kohal.

Rakumembraanis on kaks sellist kihti ja kummaski neist on molekulide pead pööratud väljapoole ja sabad on pööratud membraani sees üksteise vastu, seega vett ei puutu. Selle membraani paksus on u. 7 nm. Lisaks peamistele lipiidkomponentidele sisaldab see suuri valgumolekule, mis on võimelised lipiidide kaksikkihis “hõljuma” ja paiknevad nii, et nende üks külg on raku sees pööratud ja teine on kontaktis väliskeskkonnaga. Mõned valgud paiknevad ainult membraani välis- või sisepinnal või on ainult osaliselt sukeldatud lipiidide kaksikkihti.

Rakumembraani põhiülesanne on reguleerida ainete transporti rakku ja sealt välja. Kuna membraan on füüsikaliselt mingil määral sarnane õliga, siis läbivad seda kergesti õlis või orgaanilistes lahustites lahustuvad ained, näiteks eeter. Sama kehtib selliste gaaside kohta nagu hapnik ja süsinikdioksiid. Samal ajal on membraan enamiku vees lahustuvate ainete, eriti suhkrute ja soolade suhtes praktiliselt läbimatu. Tänu nendele omadustele on ta võimeline säilitama raku sees välisest erineva keemilise keskkonna. Näiteks veres on naatriumiioonide kontsentratsioon kõrge ja kaaliumiioonide ioonide sisaldus madal, samas kui rakusiseses vedelikus on need ioonid vastupidises vahekorras. Sarnane olukord on tüüpiline paljudele teistele keemilistele ühenditele.

Ilmselgelt ei saa aga rakku täielikult keskkonnast eraldada, kuna ta peab saama ainevahetuseks vajalikud ained ja vabanema oma lõppproduktidest. Lisaks ei ole lipiidide kaksikkiht täielikult läbitungimatu isegi vees lahustuvatele ainetele, vaid seda läbistavatele nn "kihtidele". "Kanaleid moodustavad" valgud tekitavad poorid ehk kanalid, mis võivad avaneda ja sulguda (olenevalt valgu konformatsiooni muutusest) ning avatud olekus juhtida teatud ioone (Na+, K+, Ca2+) mööda kontsentratsioonigradienti. Järelikult ei saa säilitada kontsentratsioonide erinevust rakus ja väljaspool ainult membraani madala läbilaskvuse tõttu. Tegelikult sisaldab see valke, mis täidavad molekulaarse "pumba" funktsiooni: transpordivad teatud aineid nii rakku kui ka sealt välja, töötades kontsentratsioonigradienti vastu. Selle tulemusena, kui näiteks aminohapete kontsentratsioon on rakus sees kõrge ja väljaspool madal, saab aminohappeid siiski väljastpoolt sisemusse üle kanda. Sellist ülekannet nimetatakse aktiivseks transpordiks ja sellele kulutatakse ainevahetusest saadavat energiat. Membraanpumbad on väga spetsiifilised: igaüks neist suudab transportida kas ainult teatud metalli ioone või aminohapet või suhkrut. Spetsiifilised on ka membraani ioonikanalid.

Selline selektiivne läbilaskvus on füsioloogiliselt väga oluline ja selle puudumine on esimene tõend rakusurma kohta. Seda saab hõlpsasti illustreerida peedi näitel. Kui elusa peedijuur kastetakse külma vette, säilitab see oma pigmendi; kui peet keeta, siis rakud surevad, muutuvad kergesti läbilaskvaks ja kaotavad pigmendi, mis muudab vee punaseks.

Suured molekulid, näiteks valgurakud, võivad "alla neelata". Teatud valkude mõjul, kui need esinevad rakku ümbritsevas vedelikus, tekib rakumembraanis invaginatsioon, mis seejärel sulgub, moodustades mulli – väikese vaakumi, mis sisaldab vett ja valgu molekule; pärast seda vakuooli ümbritsev membraan puruneb ja sisu siseneb rakku. Seda protsessi nimetatakse pinotsütoosiks (sõna otseses mõttes "rakkude joomiseks") või endotsütoosiks.

Suuremad osakesed, näiteks toiduosakesed, võivad sarnaselt imenduda nn. fagotsütoos. Reeglina on fagotsütoosi käigus tekkiv vakuool suurem ning toit seeditakse vakuooli sees olevate lüsosoomide ensüümide toimel, kuni seda ümbritsev membraan puruneb. Seda tüüpi toitumine on tüüpiline algloomadele, näiteks baktereid söövatele amööbidele. Fagotsütoosivõime on aga iseloomulik nii madalamate loomade soolerakkudele kui ka fagotsüütidele, mis on üks selgroogsete valgete vereliblede (leukotsüütide) tüüpidest. Viimasel juhul ei seisne selle protsessi tähendus mitte fagotsüütide endi toitumises, vaid bakterite, viiruste ja muude organismile kahjulike võõrkehade hävitamises.

Vakuoolide funktsioonid võivad olla erinevad. Näiteks magevees elavad algloomad kogevad pidevat osmootset vee sissevoolu, kuna soolade kontsentratsioon rakus on palju suurem kui väljaspool. Nad on võimelised eritama vett spetsiaalsesse eritavasse (kokkutõmbuvasse) vakuooli, mis ajab selle sisu perioodiliselt välja.

Taimerakkudes on sageli üks suur keskvakuool, mis hõivab peaaegu kogu raku; tsütoplasma moodustab ainult väga õhukese kihi rakuseina ja vakuooli vahele. Sellise vakuooli üheks funktsiooniks on vee kogunemine, mis võimaldab raku suurust kiiresti suurendada. See võime on eriti vajalik ajal, mil taimekoed kasvavad ja moodustavad kiulisi struktuure.

Kudedes, rakkude tiheda ühenduskoha kohtades, sisaldavad nende membraanid arvukalt poore, mille moodustavad membraani tungivad valgud – nn. ühendused. Kõrvuti asetsevate rakkude poorid on paigutatud üksteise vastas, nii et madala molekulmassiga ained saavad liikuda rakust rakku – see keemiline sidesüsteem koordineerib nende elutegevust. Sellise koordineerimise üheks näiteks on paljudes kudedes täheldatud naaberrakkude enam-vähem sünkroonne jagunemine.

RAKUMEMBRAANI MUDEL, mis näitab valgumolekulide asukohta lipiidimolekulide topeltkihi suhtes. Enamiku rakkude valgud, mis asuvad lipiidide kaksikkihi pinnal või on sellesse sukeldatud, võivad nihkuda mõnevõrra külgsuunas. Kolesterooli leidub ka kõrgemate organismide rakumembraanis.

Tsütoplasma

Tsütoplasmas on välimiste membraanidega sarnased sisemembraanid, mis moodustavad erinevat tüüpi organelle. Neid membraane võib pidada välismembraani voldikuteks; mõnikord moodustavad sisemised membraanid välimise membraaniga tervikliku terviku, kuid sageli on sisemine volt pitsitud ja kontakt välismembraaniga katkeb. Kuid isegi kui kontakt säilib, ei ole sisemine ja välimine membraan alati keemiliselt identsed. Eelkõige erineb membraanivalkude koostis erinevates rakuorganellides.

Endoplasmaatiline retikulum. Rakupinnast tuumani ulatub torukeste ja vesiikulite võrgustik. Seda võrku nimetatakse endoplasmaatiliseks retikulumiks. Sageli on täheldatud, et tuubulid avanevad raku pinnal ja endoplasmaatiline retikulum täidab seega mikrotsirkulatsiooniaparaadi rolli, mille kaudu väliskeskkond saab vahetult suhelda kogu rakusisuga. Sellist koostoimet on leitud mõnes rakus, eriti lihasrakkudes, kuid pole veel selge, kas see on universaalne. Igal juhul toimub mitmete ainete transport läbi nende tuubulite ühest rakuosast teise.

Pisikesed kehad, mida nimetatakse ribosoomideks, katavad endoplasmaatilise retikulumi pinda, eriti tuuma lähedal. Ribosoomi läbimõõt u. 15 nm, on need pooled valgud, pooled ribonukleiinhapped. Nende põhiülesanne on valkude süntees; maatriks (informatsioon) RNA ja ülekande-RNA-ga seotud aminohapped on kinnitatud nende pinnale. Ribosoomidega kaetud retikulumi piirkondi nimetatakse krobeliseks endoplasmaatiliseks retikulumiks ja neid, kus neid ei ole, siledateks. Lisaks ribosoomidele on endoplasmaatilise retikulumi külge adsorbeerunud või muul viisil kinnitunud erinevad ensüümid, sealhulgas ensüümsüsteemid, mis tagavad hapniku kasutamise steroolide moodustamiseks ja teatud mürkide neutraliseerimiseks. Ebasoodsates tingimustes degenereerub endoplasmaatiline retikulum kiiresti ja seetõttu on selle seisund raku tervise tundlik indikaator.

Golgi aparaat. Golgi aparaat (Golgi kompleks) on endoplasmaatilise retikulumi spetsiaalne osa, mis koosneb virnastatud lamedatest membraanikottidest. Ta osaleb valkude sekretsioonis raku poolt (sekreteeritud valkude pakkimine graanuliteks toimub selles) ja on seetõttu eriti arenenud sekretoorset funktsiooni täitvates rakkudes. Golgi aparaadi oluliste funktsioonide hulka kuulub ka süsivesikute rühmade sidumine valkudega ning nende valkude kasutamine rakumembraani ja lüsosoomimembraani ehitamiseks. Mõnedes vetikates sünteesitakse tselluloosikiud Golgi aparaadis.

Lüsosoomid on väikesed vesiikulid, mida ümbritseb üks membraan. Nad punguvad Golgi aparaadist ja võib-olla ka endoplasmaatilisest retikulumist. Lüsosoomid sisaldavad mitmesuguseid ensüüme, mis lagundavad suuri molekule, eelkõige valke. Tänu oma hävitavale toimele on need ensüümid justkui "lukustatud" lüsosoomidesse ja vabanevad vaid vajaduse korral. Seega vabanevad rakusisese seedimise käigus ensüümid lüsosoomidest seedevakuoolidesse. Lüsosoomid on vajalikud ka rakkude hävitamiseks; näiteks kullese muutumisel täiskasvanud konnaks tagab lüsosomaalsete ensüümide vabanemine sabarakkude hävimise. Sel juhul on see normaalne ja organismile kasulik, kuid mõnikord on selline rakkude hävitamine patoloogiline. Näiteks asbestitolmu sissehingamisel võib see sattuda kopsurakkudesse ja siis lüsosoomid purunevad, rakud hävivad ja tekib kopsuhaigus.

Mitokondrid ja kloroplastid. Mitokondrid on suhteliselt suured kotitaolised moodustised, millel on üsna keeruline struktuur. Need koosnevad maatriksist, mida ümbritseb sisemine membraan, membraanidevaheline ruum ja välimine membraan. Sisemine membraan on volditud voldikuteks, mida nimetatakse cristaeks. Valkude akumulatsioonid asuvad kristallidel. Paljud neist on ensüümid, mis katalüüsivad süsivesikute lagunemisproduktide oksüdatsiooni; teised katalüüsivad rasvade sünteesi ja oksüdatsiooni reaktsioone. Nendes protsessides osalevad abiensüümid lahustuvad mitokondriaalses maatriksis.

Mitokondrites toimub orgaaniliste ainete oksüdatsioon koos adenosiintrifosfaadi (ATP) sünteesiga. ATP lagunemisega koos adenosiindifosfaadi (ADP) moodustumisega kaasneb energia vabanemine, mis kulub erinevatele eluprotsessidele, nagu valkude ja nukleiinhapete süntees, ainete transport rakku ja sealt välja, närviimpulsside ülekandmine või lihaste kokkutõmbumine. Mitokondrid on seega energiajaamad, mis töötlevad "kütust" - rasvu ja süsivesikuid - energiavormiks, mida rakk ja seega ka keha tervikuna saavad kasutada.

Taimerakud sisaldavad ka mitokondreid, kuid nende rakkude peamine energiaallikas on valgus. Need rakud kasutavad valgusenergiat ATP moodustamiseks ning süsihappegaasist ja veest süsivesikute sünteesimiseks.

Kloroplastides leidub valgusenergiat akumuleerivat pigmenti klorofülli. Kloroplastidel, nagu ka mitokondritel, on sisemine ja välimine membraan. Sisemembraani väljakasvudest kloroplastide arenguprotsessis nn. tülakoidmembraanid; viimased moodustavad lamedaid kotte, mis on kogutud hunnikutesse nagu mündisammas; need virnad, mida nimetatakse granaks, sisaldavad klorofülli. Kloroplastid sisaldavad lisaks klorofüllile ka kõiki teisi fotosünteesiks vajalikke komponente.

Mõned spetsialiseeritud kloroplastid ei teosta fotosünteesi, vaid täidavad muid funktsioone, näiteks säilitavad nad tärklist või pigmente.

suhteline autonoomia. Mõnes mõttes käituvad mitokondrid ja kloroplastid nagu autonoomsed organismid. Näiteks nagu rakud ise, mis tekivad ainult rakkudest, tekivad mitokondrid ja kloroplastid ainult juba olemasolevatest mitokondritest ja kloroplastidest. Seda demonstreeriti katsetes taimerakkudega, kus kloroplastide teket pärssis antibiootikum streptomütsiin, ja pärmirakkudega, kus mitokondrite teket pärssisid teised ravimid. Pärast selliseid mõjusid ei taastanud rakud kunagi puuduvaid organelle. Põhjus on selles, et mitokondrid ja kloroplastid sisaldavad teatud kogust oma geneetilist materjali (DNA), mis kodeerib osa nende struktuurist. Kui see DNA kaob, mis juhtub organellide moodustumise pärssimisel, ei saa struktuuri uuesti luua. Mõlemat tüüpi organellidel on oma valke sünteesiv süsteem (ribosoomid ja ülekande-RNA-d), mis erineb mõnevõrra raku peamisest valke sünteesivast süsteemist; on näiteks teada, et organellide valke sünteesivat süsteemi võivad antibiootikumid alla suruda, samas kui põhisüsteemi need ei mõjuta.

Organelli DNA vastutab suurema osa ekstrakromosomaalsest ehk tsütoplasmaatilisest pärandist. Ekstrakromosomaalne pärilikkus ei allu Mendeli seadustele, kuna rakkude jagunemise ajal kandub organellide DNA tütarrakkudesse teistsugusel viisil kui kromosoomid. Organellide DNA-s ja kromosoomide DNA-s esinevate mutatsioonide uurimine on näidanud, et organellide DNA vastutab vaid väikese osa organellide struktuuri eest; suurem osa nende valkudest on kodeeritud kromosoomidel asuvates geenides.

Vaadeldavate organellide osaline geneetiline autonoomia ja nende valke sünteesivate süsteemide iseärasused olid aluseks oletamisele, et mitokondrid ja kloroplastid pärinevad sümbiootilistest bakteritest, mis asusid rakkudesse 1–2 miljardit aastat tagasi. Kaasaegne näide sellisest sümbioosist on väikesed fotosünteesivad vetikad, mis elavad mõnede korallide ja molluskite rakkudes. Vetikad varustavad oma peremehi hapnikuga ja neilt saavad nad toitaineid.

fibrillaarsed struktuurid. Raku tsütoplasma on viskoosne vedelik, nii et pindpinevus eeldab, et rakk on sfääriline, välja arvatud juhul, kui rakud on tihedalt pakitud. Seda aga tavaliselt ei järgita. Paljudel algloomadel on tihedad nahad või membraanid, mis annavad rakule spetsiifilise mittesfäärilise kuju. Sellegipoolest võivad rakud isegi ilma membraanita säilitada mittesfäärilise kuju, kuna tsütoplasma on struktureeritud arvukate, üsna jäikade paralleelsete kiududega. Viimaseid moodustavad õõnsad mikrotuubulid, mis koosnevad spiraalina organiseeritud valguühikutest.

Mõned algloomad moodustavad pseudopoodiumi – pikad õhukesed tsütoplasmaatilised väljakasvud, millega nad toitu püüavad. Pseudopoodid säilitavad oma kuju mikrotuubulite jäikuse tõttu. Kui hüdrostaatiline rõhk tõuseb umbes 100 atmosfäärini, lagunevad mikrotuubulid ja rakk omandab tilgakuju. Kui rõhk normaliseerub, kogunevad mikrotuubulid uuesti ja rakk moodustab pseudopoodiumi. Paljud teised rakud reageerivad sarnaselt rõhumuutustele, mis kinnitab mikrotuubulite osalemist raku kuju säilitamisel. Raku kiireks kuju muutmiseks vajalike mikrotuubulite kokkupanek ja lagunemine toimub ka rõhumuutuste puudumisel.

Mikrotuubulid moodustavad ka fibrillaarseid struktuure, mis toimivad rakkude liikumisorganitena. Mõnedel rakkudel on piitsataolised väljakasvud, mida nimetatakse flagellaks ehk ripsmeteks – nende peksmine tagab raku liikumise vees. Kui rakk on liikumatu, suunavad need struktuurid vett, toiduosakesi ja muid osakesi raku poole või sellest eemale. Lipud on suhteliselt suured ja tavaliselt on rakus ainult üks, mõnikord ka mitu lippu. Ripsmed on palju väiksemad ja katavad kogu raku pinna. Kuigi need struktuurid on iseloomulikud peamiselt algloomadele, võivad need esineda ka väga organiseeritud kujul. Inimkehas on kõik hingamisteed vooderdatud ripsmetega. Neisse sisenevad väikesed osakesed püütakse tavaliselt kinni rakupinnal oleva lima poolt ja ripsmed liigutavad need koos limaga välja, kaitstes nii kopse. Enamiku loomade ja mõnede madalamate taimede isased sugurakud liiguvad lipu abil.

On ka teisi raku liikumise liike. Üks neist on amööboidne liikumine. Amööb, nagu ka osad hulkraksete organismide rakud, "voogavad" ühest kohast teise, s.t. liikuda lahtri sisu voolu tõttu. Püsiv ainevool eksisteerib ka taimerakkude sees, kuid see ei too kaasa raku kui terviku liikumist. Enim uuritud rakkude liikumise tüüp on lihasrakkude kokkutõmbumine; see viiakse läbi fibrillide (valguniitide) üksteise suhtes libistades, mis viib raku lühenemiseni.

Tuum

Tuum on ümbritsetud topeltmembraaniga. Väga kitsast (umbes 40 nm) ruumi kahe membraani vahel nimetatakse perinukleaarseks. Tuuma membraanid lähevad endoplasmaatilise retikulumi membraanidesse ja perinukleaarne ruum avaneb retikulaariks. Tavaliselt on tuumamembraanil väga kitsad poorid. Ilmselt kanduvad nende kaudu suured molekulid, näiteks messenger RNA, mis sünteesitakse DNA-l ja seejärel siseneb tsütoplasmasse.

Põhiosa geneetilisest materjalist paikneb raku tuuma kromosoomides. Kromosoomid koosnevad kaheahelalise DNA pikkadest ahelatest, mille külge on kinnitatud aluselised (st leeliselised) valgud. Mõnikord on kromosoomidel mitu identset DNA ahelat üksteise kõrval – selliseid kromosoome nimetatakse polüteeniks (multifilamentseks). Erinevate liikide kromosoomide arv ei ole sama. Inimkeha diploidsed rakud sisaldavad 46 kromosoomi ehk 23 paari.

Mittejagunevas rakus on kromosoomid kinnitunud ühes või mitmes punktis tuumamembraani külge. Tavalises mittespiraliseerunud olekus on kromosoomid nii õhukesed, et neid pole valgusmikroskoobi all näha. Ühe või mitme kromosoomi teatud lookustes (piirkondades) moodustub enamiku rakkude tuumades esinev tihe keha – nn. nucleolus. Nukleoolis sünteesitakse ja akumuleerub RNA, mida kasutatakse ribosoomide ehitamiseks, aga ka mõnda muud tüüpi RNA-d.

raku pooldumine

Kuigi kõik rakud pärinevad eelmise raku jagunemisest, ei jätku nende kõigi jagunemine. Näiteks aju närvirakud, kui need on tekkinud, enam ei jagune. Nende arv väheneb järk-järgult; kahjustatud ajukude ei suuda taastumise teel taastuda. Kui rakkude jagunemine jätkub, iseloomustab neid rakutsükkel, mis koosneb kahest põhietapist: interfaas ja mitoos.

Interfaas ise koosneb kolmest faasist: G1, S ja G2. Allpool on nende kestus, mis on tüüpiline taime- ja loomarakkudele.

G1 (4–8 tundi). See faas algab kohe pärast raku sündi. G1 faasis suurendab rakk oma massi, välja arvatud kromosoomid (mis ei muutu). Kui rakk edasi ei jagune, jääb ta sellesse faasi.

S (6–9 h). Raku mass kasvab jätkuvalt ja toimub kromosomaalse DNA kahekordistumine (dubleerimine). Kuid kromosoomid jäävad struktuurilt üksikuteks, ehkki kahekordse massiga, kuna iga kromosoomi kaks koopiat (kromatiidid) on endiselt kogu pikkuses üksteisega ühendatud.

G2. Raku mass suureneb, kuni see on ligikaudu kaks korda suurem kui algmass, ja seejärel toimub mitoos.

Mitoos

Pärast kromosoomide kahekordistumist peab iga tütarrakk saama täieliku kromosoomikomplekti. Pelgalt rakkude jagunemisega seda ei saavutata – see tulemus saavutatakse protsessiga, mida nimetatakse mitoosiks. Detailidesse laskumata tuleks selle protsessi alguseks pidada kromosoomide joondamist raku ekvatoriaaltasandil. Seejärel jaguneb iga kromosoom pikisuunas kaheks kromatiidiks, mis hakkavad lahknema vastassuundades, muutudes iseseisvateks kromosoomideks. Selle tulemusena asub raku kahes otsas kogu kromosoomide komplekt. Seejärel jaguneb rakk kaheks ja iga tütarrakk saab täieliku kromosoomikomplekti.

Järgnevalt kirjeldatakse mitoosi tüüpilises loomarakus. Tavaliselt jaguneb see neljaks etapiks.

I. Profaas. Spetsiaalne rakustruktuur - tsentriool - kahekordistub (mõnikord toimub see kahekordistumine interfaasi S-perioodil) ja kaks tsentriooli hakkavad lahknema tuuma vastaspooluste suunas. Tuumamembraan on hävinud; samal ajal ühinevad (agregeeruvad) spetsiaalsed valgud, moodustades filamentide kujul mikrotuubuleid. Tsentrioolidel, mis asuvad praegu raku vastaspoolustel, on mikrotuubulitele organiseeriv toime, mis selle tulemusel joonduvad radiaalselt, moodustades välimuselt astriõie (“tähe”) meenutava struktuuri. Teised mikrotuubulite niidid ulatuvad ühest tsentrioolist teise, moodustades nn. jagamise spindel. Sel ajal on kromosoomid spiraalses olekus, mis meenutab vedru. Need on valgusmikroskoobi all selgelt nähtavad, eriti pärast värvimist. Profaasis kromosoomid lõhenevad, kuid kromatiidid jäävad siiski paarikaupa seotuks tsentromeeri, tsentriooli funktsioonilt sarnase kromosoomi organelli tsooni. Tsentromeeridel on korrastav toime ka spindli keermetele, mis nüüd ulatuvad tsentrioolist tsentromeerini ja sellest teise tsentrioolini.

II. Metafaas. Kuni selle punktini juhuslikult paigutatud kromosoomid hakkavad liikuma, nagu oleksid tõmmatud nende tsentromeeride külge kinnitatud spindlikuermetega, ning reastuvad järk-järgult ühte tasapinda kindlas asendis ja mõlemast poolusest võrdsel kaugusel. Samas tasapinnas asudes moodustavad tsentromeerid koos kromosoomidega nn. ekvatoriaalne plaat. Kromatiidipaare ühendavad tsentromeerid jagunevad, misjärel eralduvad sõsarkromosoomid täielikult.

III. Anafaas. Iga paari kromosoomid liiguvad vastupidistes suundades pooluste suunas, justkui võlli niidid tõmbaksid. Sel juhul moodustuvad niidid ka paariskromosoomide tsentromeeride vahele.

IV. Telofaas. Niipea, kui kromosoomid lähenevad vastaspoolustele, hakkab rakk ise jagunema piki tasapinda, kus asus ekvatoriaalne plaat. Selle tulemusena moodustub kaks rakku. Spindli kiud lagunevad, kromosoomid kerivad lahti ja muutuvad nähtamatuks ning nende ümber moodustub tuumamembraan. Rakud naasevad interfaasi G1 faasi. Kogu mitoosiprotsess kestab umbes tund.

Mitoosi üksikasjad on erinevates rakutüüpides mõnevõrra erinevad. Tüüpilises taimerakus moodustub spindel, kuid tsentrioolid puuduvad. Seente puhul toimub mitoos tuuma sees, ilma tuumamembraani eelneva lagunemiseta.

Raku enda jagunemine, mida nimetatakse tsütokineesiks, ei ole otseselt seotud mitoosiga. Mõnikord möödub üks või mitu mitoosi ilma raku jagunemiseta; selle tulemusena moodustuvad mitmetuumalised rakud, mida sageli leidub vetikates. Kui merisiiliku munalt tuum eemaldatakse mikromanipulatsiooniga, siis spindli moodustumine jätkub ja muna jagunemine jätkub. See näitab, et kromosoomide olemasolu ei ole rakkude jagunemise vajalik tingimus.

Mitoosi teel paljunemist nimetatakse aseksuaalseks paljunemiseks, vegetatiivseks paljunemiseks või kloonimiseks. Selle kõige olulisem aspekt on geneetiline: sellise paljunemise korral ei esine järglastel pärilike tegurite lahknemist. Saadud tütarrakud on geneetiliselt täpselt samad, mis vanem. Mitoos on ainuke isepaljunemise viis sugulise paljunemiseta liikidel, näiteks paljudel üherakulistel organismidel. Kuid isegi sugulisel teel paljunevatel liikidel jagunevad keharakud mitoosi teel ja pärinevad ühest rakust, viljastatud munarakust, ning on seetõttu kõik geneetiliselt identsed. Kõrgemad taimed võivad aseksuaalselt paljuneda (kasutades mitoosi) seemikute ja vurrude abil (kuulus näide on maasikad).

MITOSIS, rakkude jagunemise protsess, jaguneb neljaks etapiks. Mitootiliste jagunemiste vahel on rakk interfaasi staadiumis.

Meioos

Organismide seksuaalne paljunemine toimub spetsiaalsete rakkude, nn. sugurakud – munarakud (munad) ja spermatosoidid (spermatosoidid). Sugurakud ühinevad üheks rakuks, sigootiks. Iga sugurakk on haploidne, s.t. on üks komplekt kromosoome. Komplekti piires on kõik kromosoomid erinevad, kuid iga munaraku kromosoom vastab ühele sperma kromosoomidest. Seetõttu sisaldab sügoot juba paari selliseid üksteisele vastavaid kromosoome, mida nimetatakse homoloogseteks. Homoloogsed kromosoomid on sarnased, kuna neil on samad geenid või nende variandid (alleelid), mis määravad spetsiifilisi tunnuseid. Näiteks võib ühel paariskromosoomil olla geen, mis kodeerib A-veregruppi, ja teises selle variant, mis kodeerib veregruppi B. Munarakust pärinevad sigootsed kromosoomid on emapoolsed ja spermast pärinevad kromosoomid. isapoolne.

Mitme mitootilise jagunemise tulemusena tekib moodustunud sügootist kas hulkrakne organism või arvukalt vabalt elavaid rakke, nagu esineb sugulisel teel paljunevatel algloomadel ja ainuraksete vetikate puhul.

Sugurakkude moodustumise ajal tuleks sügoodi diploidset kromosoomikomplekti vähendada poole võrra (vähendada). Kui seda ei juhtuks, tooks sugurakkude liitmine igas põlvkonnas kaasa kromosoomide komplekti kahekordistumise. Redutseerimine kromosoomide haploidseks arvuks toimub redutseerimise jagamise tulemusena - nn. meioos, mis on mitoosi variant.

MEIOOS tagab meeste ja naiste sugurakkude moodustumise. See on omane kõikidele sugulisel teel paljunevatele taimedele ja loomadele.

poolitamine ja rekombinatsioon. Meioosi tunnuseks on see, et rakkude jagunemise ajal moodustuvad ekvatoriaalplaadid homoloogsete kromosoomide paarid, mitte kahekordistunud üksikud kromosoomid, nagu mitoosi korral. Paaritud kromosoomid, millest igaüks jäi üksikuks, lahknevad raku vastaspoolustele, rakk jaguneb ja selle tulemusel saavad tütarrakud sigootiga võrreldes pool komplekti kromosoome.

Oletame näiteks, et haploidne komplekt koosneb kahest kromosoomist. Sügootis (ja vastavalt ka kõigis sugurakke tootvates organismi rakkudes) on ema kromosoomid A ja B ning isa A "ja B". Meioosi ajal võivad nad eralduda järgmiselt:

Selle näite puhul on kõige olulisem asjaolu, et kromosoomide lahknemisel ei pruugi algset ema- ja isakomplekti moodustada, kuid geenide rekombinatsioon on võimalik, nagu ülaltoodud diagrammi sugurakkudes AB "ja A" B.

Oletame nüüd, et kromosoomipaar AA" sisaldab kahte alleeli - a ja b - geenist, mis määrab veregrupid A ja B. Samamoodi sisaldab kromosoomipaar BB" teise geeni alleele m ja n, mis määrab veretüübid M ja N. Nende alleelide eraldamine võib toimuda järgmiselt:

Ilmselgelt võivad saadud sugurakud sisaldada mis tahes järgmisi kahe geeni alleelide kombinatsioone: am, bn, bm või an.

Kui kromosoome on rohkem, siis jagunevad alleelipaarid iseseisvalt samamoodi. See tähendab, et samad sügootid võivad toota sugurakke erinevate geenialleelide kombinatsioonidega ja tekitada järglastel erinevaid genotüüpe.

meiootiline jagunemine. Mõlemad näited illustreerivad meioosi põhimõtet. Tegelikult on meioos palju keerulisem protsess, kuna see hõlmab kahte järjestikust jagunemist. Meioosi puhul on peamine see, et kromosoomid dubleeritakse ainult üks kord, samas kui rakk jaguneb kaks korda, mille tulemusena kromosoomide arv väheneb ja diploidne komplekt muutub haploidseks.

Esimese jagunemise profaasi ajal konjugeerivad homoloogsed kromosoomid, see tähendab, et nad ühinevad paarikaupa. Selle väga täpse protsessi tulemusena on iga geen teises kromosoomis oma homoloogi vastas. Mõlemad kromosoomid kahekordistuvad, kuid kromatiidid jäävad üksteisega ühendatuks ühise tsentromeeriga.

Metafaasis joonduvad neli ühendatud kromatiidi, moodustades ekvatoriaalse plaadi, nagu oleksid need üks dubleeritud kromosoom. Vastupidiselt sellele, mis juhtub mitoosi ajal, tsentromeerid ei jagune. Selle tulemusena saab iga tütarrakk paar kromatiidi, mis on endiselt ühendatud tsetromeeriga. Teise jagunemise ajal joonduvad juba üksikud kromosoomid uuesti, moodustades nagu mitoosi puhul ekvatoriaalse plaadi, kuid selle jagunemise käigus nende kahekordistumist ei toimu. Seejärel tsentromeerid jagunevad ja iga tütarrakk saab ühe kromatiidi.

tsütoplasma jagunemine. Diploidse raku kahe meiootilise jagunemise tulemusena moodustub neli rakku. Meeste sugurakkude moodustumise käigus saadakse neli ligikaudu ühesuurust spermat. Munade moodustumise ajal toimub tsütoplasma jagunemine väga ebaühtlaselt: üks rakk jääb suureks, ülejäänud kolm aga nii väikesed, et on peaaegu täielikult tuuma poolt hõivatud. Need väikesed rakud, nn. polaarkehade ülesandeks on ainult meioosi tulemusena moodustunud kromosoomide liig. Sügootile vajaliku tsütoplasma põhiosa jääb ühte rakku – munarakku.

Põlvkondade vaheldumine

Primitiivsed rakud: prokarüootid

Kõik eelnev kehtib taimede, loomade, algloomade ja ainuraksete vetikate rakkude kohta, mida ühiselt nimetatakse eukarüootideks. Eukarüootid arenesid välja lihtsamast vormist, prokarüootidest, mis on nüüdseks bakterid, sealhulgas arhebakterid ja tsüanobakterid (viimaseid nimetati varem sinivetikateks). Võrreldes eukarüootsete rakkudega on prokarüootsed rakud väiksemad ja neil on vähem rakuorganelle. Neil on rakumembraan, kuid puudub endoplasmaatiline retikulum ja ribosoomid hõljuvad tsütoplasmas vabalt. Mitokondrid puuduvad, kuid oksüdatiivsed ensüümid on tavaliselt kinnitunud rakumembraanile, mis muutub seega mitokondrite ekvivalendiks. Prokarüootidel puudub ka kloroplast ja klorofüll, kui see on olemas, on väga väikeste graanulite kujul.

Prokarüootidel ei ole membraaniga suletud tuuma, kuigi DNA asukohta saab tuvastada selle optilise tiheduse järgi. Kromosoomi ekvivalent on tavaliselt ringikujuline DNA ahel, millel on palju väiksem arv valke. Ühes punktis DNA ahel kinnitub rakumembraanile. Prokarüootidel mitoos puudub. See asendatakse järgmise protsessiga: DNA kahekordistub, misjärel hakkab rakumembraan kasvama DNA molekuli kahe koopia külgnevate kinnituspunktide vahel, mis selle tulemusena järk-järgult lahknevad. Lõpuks jaguneb rakk DNA molekulide kinnituspunktide vahel, moodustades kaks rakku, millest igaühel on oma DNA koopia.

rakkude diferentseerumine

Mitmerakulised taimed ja loomad arenesid välja üherakulistest organismidest, mille rakud jäid pärast jagunemist kokku, moodustades koloonia. Algselt olid kõik rakud identsed, kuid edasine areng põhjustas diferentseerumist. Esiteks eristusid somaatilised rakud (s.o keharakud) ja sugurakud. Edasi muutus diferentseerumine keerulisemaks – tekkis järjest rohkem erinevaid rakutüüpe. Ontogenees – mitmerakulise organismi individuaalne areng – kordab üldjoontes seda evolutsiooniprotsessi (fülogeneesi).

Füsioloogiliselt eristuvad rakud osaliselt ühe või teise kõigile rakkudele ühise tunnuse tugevdamise kaudu. Näiteks suureneb lihasrakkude kontraktiilne funktsioon, mis võib olla amööboidi või muud tüüpi liikumist teostava mehhanismi paranemise tulemus vähem spetsialiseerunud rakkudes. Sarnane näide on õhukese seinaga juurerakud oma protsessidega, nn. juurekarvad, mis imavad soolasid ja vett; ühel või teisel määral on see funktsioon omane mis tahes rakkudele. Mõnikord seostatakse spetsialiseerumist uute struktuuride ja funktsioonide omandamisega – näiteks on liikumisorgani (flagellum) areng spermatosoidides.

Diferentseerumist raku või koe tasandil on uuritud üsna üksikasjalikult. Teame näiteks, et mõnikord kulgeb see autonoomselt, s.t. üht tüüpi rakud võivad muutuda teiseks, sõltumata sellest, millist tüüpi rakkudesse naabrid kuuluvad. Küll aga nn. embrüonaalne induktsioon on nähtus, mille puhul üht tüüpi kude stimuleerib teist tüüpi rakke teatud suunas diferentseeruma.

Üldjuhul on eristumine pöördumatu, s.t. väga diferentseeritud rakud ei saa transformeeruda teist tüüpi rakkudeks. Kuid see ei ole alati nii, eriti taimerakkudes.

Struktuuri ja funktsioonide erinevused määratakse lõpuks selle järgi, millist tüüpi valke rakus sünteesitakse. Kuna geenid juhivad valkude sünteesi ja geenide komplekt kõigis keharakkudes on sama, peab diferentseerumine sõltuma teatud geenide aktiveerimisest või inaktiveerimisest erinevat tüüpi rakkudes. Geeni aktiivsuse reguleerimine toimub transkriptsiooni tasemel, st. Messenger RNA moodustamine, kasutades DNA-d matriitsina. Ainult transkribeeritud geenid toodavad valke. Sünteesitud valgud võivad blokeerida transkriptsiooni, kuid mõnikord aktiveerivad selle. Samuti, kuna valgud on geenide produktid, võivad mõned geenid kontrollida teiste geenide transkriptsiooni. Hormoonid, eriti steroidhormoonid, on samuti seotud transkriptsiooni reguleerimisega. Väga aktiivseid geene saab palju kordi dubleerida (kahekordistada), et toota rohkem messenger-RNA-d.

Pahaloomuliste kasvajate teket on sageli peetud rakkude diferentseerumise erijuhtumiks. Pahaloomuliste rakkude ilmumine on aga DNA struktuuri muutuse (mutatsiooni) tagajärg, mitte aga transkriptsiooni ja normaalseks DNA valguks translatsiooni protsesside tulemus.

Meetodid raku uurimiseks

Valgusmikroskoop. Rakkude kuju ja struktuuri uurimisel oli esimene instrument valgusmikroskoop. Selle eraldusvõime on piiratud mõõtmetega, mis on võrreldavad valguse lainepikkusega (nähtava valguse puhul 0,4–0,7 µm). Paljud rakustruktuuri elemendid on aga palju väiksema suurusega.

Teine raskus seisneb selles, et enamik rakukomponente on läbipaistvad ja nende murdumisnäitaja on peaaegu sama, mis veel. Nähtavuse parandamiseks kasutatakse sageli värvaineid, millel on erinev afiinsus erinevate rakukomponentide suhtes. Värvimist kasutatakse ka raku keemia uurimiseks. Näiteks seostuvad mõned värvained valdavalt nukleiinhapetega ja paljastavad seeläbi nende lokaliseerumise rakus. Väikest osa värvainetest - neid nimetatakse intravitaalseteks - saab kasutada elusrakkude värvimiseks, kuid tavaliselt peavad rakud olema eelnevalt fikseeritud (kasutades valku koaguleerivaid aineid) ja alles siis saab neid värvida.

Enne testimist sisestatakse rakud või koetükid tavaliselt parafiini või plasti ja lõigatakse seejärel mikrotoomi abil väga õhukesteks osadeks. Seda meetodit kasutatakse laialdaselt kliinilistes laborites kasvajarakkude tuvastamiseks. Lisaks tavapärasele valgusmikroskoopiale on rakkude uurimiseks välja töötatud ka teisi optilisi meetodeid: fluorestsentsmikroskoopia, faasikontrastmikroskoopia, spektroskoopia ja röntgendifraktsioonianalüüs.

Elektronmikroskoop. Elektronmikroskoobi eraldusvõime on u. 1-2 nm. Sellest piisab suurte valgumolekulide uurimiseks. Tavaliselt on vaja objekti värvida ja kontrastida metallisoolade või metallidega. Sel põhjusel ja ka seetõttu, et objekte uuritakse vaakumis, saab elektronmikroskoobiga uurida ainult surnud rakke.

Autoradiograafia. Kui söötmele lisatakse rakkudes metabolismi käigus neeldunud radioaktiivne isotoop, saab selle rakusisest lokaliseerumist tuvastada autoradiograafia abil. Selle meetodi puhul asetatakse õhukesed rakkude osad kilele. Kile tumeneb nende kohtade all, kus on radioaktiivsed isotoobid.

Tsentrifuugimine. Rakukomponentide biokeemiliseks uurimiseks tuleb rakud hävitada – mehaaniliselt, keemiliselt või ultraheliga. Vabanenud komponendid on vedelikus suspensioonis ning neid saab eraldada ja puhastada tsentrifuugimisega (enamasti tihedusgradiendis). Tavaliselt säilitavad sellised puhastatud komponendid kõrge biokeemilise aktiivsuse.

Rakukultuurid. Mõned koed saab jagada üksikuteks rakkudeks nii, et rakud jäävad ellu ja on sageli võimelised paljunema. See fakt kinnitab lõpuks ideed rakust kui eluühikust. Käsna, ürgse mitmerakulise organismi, saab läbi sõela hõõrudes rakkudeks jagada. Mõne aja pärast need rakud rekombineeruvad ja moodustavad käsna. Loomade embrüonaalseid kudesid saab dissotsieeruda, kasutades ensüüme või muid vahendeid, mis nõrgendavad rakkudevahelisi sidemeid.

Ameerika embrüoloog R. Harrison (1879–1959) näitas esimesena, et embrüonaalsed ja isegi mõned küpsed rakud võivad kasvada ja paljuneda väljaspool keha sobivas keskkonnas. Seda tehnikat, mida nimetatakse rakukultuuriks, täiustas prantsuse bioloog A. Carrel (1873-1959). Taimerakke saab kasvatada ka kultuuris, kuid võrreldes loomarakkudega moodustavad nad suuremaid kobaraid ja on üksteisega tugevamalt kinni, nii et kultuuri kasvu käigus moodustub kude, mitte üksikud rakud. Rakukultuuris saab ühest rakust kasvatada terve täiskasvanud taime, näiteks porgandi.

Mikrokirurgia. Mikromanipulaatori abil saab raku üksikuid osi eemaldada, lisada või kuidagi muuta. Suure amööba raku saab jagada kolmeks põhikomponendiks – rakumembraaniks, tsütoplasmaks ja tuumaks ning seejärel need komponendid uuesti kokku panna ja saada elusrakk. Nii saab saada kunstlikke rakke, mis koosnevad erinevat tüüpi amööbide komponentidest.

Arvestades, et mõningaid rakulisi komponente on võimalik kunstlikult sünteesida, võivad tehisrakkude kokkupanemise katsed olla esimene samm uute eluvormide loomise suunas laboris. Kuna iga organism areneb ühest rakust, võimaldab tehisrakkude saamise meetod põhimõtteliselt konstrueerida teatud tüüpi organisme, kui samal ajal kasutada komponente, mis on veidi erinevad praegu olemasolevates rakkudes leiduvatest. Tegelikkuses ei ole aga kõigi rakukomponentide täielik süntees vajalik. Enamiku, kui mitte kõigi rakukomponentide struktuuri määravad nukleiinhapped. Seega taandub uute organismide loomise probleem uut tüüpi nukleiinhapete sünteesile ja nende asendamisele looduslike nukleiinhapetega teatud rakkudes.

Rakkude liitmine. Teist tüüpi kunstlikke rakke saab saada sama või erinevat tüüpi rakkude liitmisel. Liitumise saavutamiseks puutuvad rakud kokku viiruse ensüümidega; sel juhul kleepuvad kahe raku välispinnad kokku ja nendevaheline membraan variseb kokku ning moodustub rakk, milles kaks komplekti kromosoome on suletud ühte tuuma. Saate liita erinevat tüüpi või jagamise eri etappides olevaid lahtreid. Seda meetodit kasutades oli võimalik saada hiire ja kana, inimese ja hiire, inimese ja kärnkonna hübriidrakke. Sellised rakud on ainult algselt hübriidsed ja pärast arvukaid rakujagunemisi kaotavad nad enamiku üht või teist tüüpi kromosoomidest. Lõppsaaduseks saab näiteks sisuliselt hiirerakk, kus inimese geenid puuduvad või on neid vaid väikestes kogustes. Eriti huvitav on normaalsete ja pahaloomuliste rakkude ühinemine. Mõnel juhul muutuvad hübriidid pahaloomuliseks, mõnel juhul mitte; mõlemad omadused võivad ilmneda nii domineerivate kui ka retsessiivsetena. See tulemus pole ootamatu, kuna pahaloomulist kasvajat võivad põhjustada mitmesugused tegurid ja sellel on keeruline mehhanism.

Loeng: Raku struktuur. Raku osade ja organellide ehituse ja funktsioonide seos on selle terviklikkuse aluseks

Rakk on kompleksne mitmekomponendiline avatud süsteem, mis tähendab, et tal on pidev side väliskeskkonnaga läbi energia ja ainete vahetuse.

Raku organellid

plasmamembraan - See on kahekordne fosfolipiidide kiht, mis on läbi imbunud valgu molekulidega. Välimine kiht sisaldab glükolipiide ja glükoproteiine. Vedelikele selektiivselt läbilaskev. Funktsioonid - kaitsvad, samuti rakkude suhtlemine ja interaktsioon üksteisega.

Tuum. Funktsionaalselt – salvestab DNA-d. Piiratud topeltpoorse membraaniga, mis on EPS-i kaudu ühendatud raku välismembraaniga. Tuuma sees on tuumamahl ja paiknevad kromosoomid.

Tsütoplasma. See on geelitaoline poolvedel raku sisemine sisu. Funktsionaalselt - pakub organellide omavahelist ühendust, on nende eksisteerimise keskkond.

Tuum. Need on kokku pandud ribosoomide tükid. Ümar, väga väike keha, mis asub tuuma lähedal. Funktsioon on rRNA süntees.

Mitokondrid. topeltmembraani organell. Sisemembraan on kokku pandud voldikuteks, mida nimetatakse cristae'ks, need sisaldavad ensüüme, mis osalevad oksüdatiivsetes fosforüülimisreaktsioonides, st ATP sünteesis, mis on põhifunktsioon.

Ribosoomid. Koosnevad suurematest ja väiksematest allüksustest, ei oma membraane. Funktsionaalselt – osaleda valgumolekulide kokkupanemises.

Endoplasmaatiline retikulum (EPS). Ühemembraaniline struktuur kogu tsütoplasma mahus, mis koosneb keeruka geomeetriaga õõnsustest. Ribosoomid asuvad granuleeritud ER-l, rasvade sünteesiks mõeldud ensüümid aga siledal ER-l.

Golgi aparaat. Need on membraanistruktuuri lamestatud tsisternikujulised õõnsused. Nendest saab eraldada mullid ainevahetuseks vajalike ainetega. Funktsioonid - lipiidide ja valkude akumuleerumine, transformatsioon, sorteerimine, lüsosoomide moodustumine.

Raku keskus. See on tsütoplasma piirkond, mis sisaldab tsentriole - mikrotuubuleid. Nende ülesanne on geneetilise materjali õige jaotumine mitoosi ajal, mitootilise spindli moodustumine.

Lüsosoomid.Ühemembraanilised vesiikulid, mille ensüümid osalevad makromolekulide seedimises. Funktsionaalselt – lahustada suuri molekule, hävitada rakus olevaid vanu struktuure.

Raku sein. See on tihe tselluloosi kest, täidab taimedes luustiku funktsiooni.

Plastiidid. membraani organellid. Neid on 3 tüüpi - kloroplastid, kus toimub fotosüntees, kromoplastid, mis sisaldavad värvaineid ja leukoplastid, mis on tärklisevarud.

Vacuoolid. Mullid, mis taimerakkudes võivad hõivata kuni 90% raku mahust ja sisaldavad toitaineid. Loomadel - seedetrakti vakuoolid, keeruline struktuur, väike suurus. Nad vastutavad ka mittevajalike ainete väliskeskkonda sattumise eest.

Mikrofilamendid (mikrotuubulid). Valgu mittemembraansed struktuurid, mis vastutavad organellide ja tsütoplasma liikumise eest rakus, lipu väljanägemise eest.

Rakukomponendid on omavahel ruumiliselt, keemiliselt ja füüsikaliselt seotud ning on üksteisega pidevas interaktsioonis.

RAKU STRUKTUUR JA FUNKTSIOONID

Rakk on kõigi organismide (v.a viirused, mida sageli nimetatakse mitterakulisteks eluvormideks) ehituse ja elutegevuse elementaarüksus, millel on oma ainevahetus, mis on võimeline iseseisvalt eksisteerima, ise paljunema ja arenema. . Kõik elusorganismid koosnevad kas paljudest rakkudest (mitmerakulised loomad, taimed ja seened) või on üherakulised organismid (paljud algloomad ja bakterid). Bioloogia haru, mis uurib rakkude ehitust ja aktiivsust, nimetatakse tsütoloogiaks. Viimasel ajal on tavaks saanud rääkida ka raku bioloogiast ehk rakubioloogia.

Tavaliselt on taime- ja loomarakkude läbimõõt vahemikus 5 kuni 20 mikronit. Tüüpiline bakterirakk on palju väiksem – u. 2 µm ja väikseim teadaolev on 0,2 µm.

Esimene inimene, kes rakke nägi, oli inglise teadlane Robert Hooke (meile tuntud tänu Hooke'i seadusele). 1665. aastal, püüdes mõista, miks korgipuu nii hästi ujub, hakkas Hooke täiustatud immikroskoobiga uurima õhukesi korgilõike. Ta avastas, et kork oli jagatud paljudeks pisikesteks rakkudeks, mis meenutasid talle mesilaste tarude kärgesid, ning nimetas neid rakke rakkudeks (inglise keeles cell tähendab "rakk, rakk").

Aastal 1675 oli Itaalia arst M. Malpighi ja aastal 1682 - inglise botaanik N. Gru kinnitas taimede rakulist struktuuri. Nad hakkasid rääkima rakust kui "toiteva mahlaga täidetud mullist". 1674. aastal Hollandi meister Anthony van Leeuwenhoek(Anton van Leeuwenhoek, 1632-1723) nägi mikroskoobi abil esimest korda veetilgas "loomi" - liikuvaid elusorganisme (ripsloomad, amööb, bakterid). Leeuwenhoek oli ka esimene, kes vaatles loomarakke – erütrotsüüte ja spermatosoide. Nii teadsid teadlased juba 18. sajandi alguseks, et suure suurendusega taimedel on rakuline struktuur ja nad nägid mõningaid organisme, mida hiljem hakati nimetama üherakulisteks. Aastatel 1802-1808 tegi prantsuse maadeuurija Charles-Francois Mirbel kindlaks, et kõik taimed koosnevad rakkudest moodustatud kudedest. B. Lamarck 1809. aastal

laiendas Mirbeli ideed rakustruktuurist loomorganismidele. 1825. aastal uuris Tšehhi teadlane J. Purkyne avastas lindude munaraku tuuma ja võttis 1839. aastal kasutusele termini "protoplasma". 1831. aastal kirjutas inglise botaanik R. Brown kirjeldas esmakordselt taimeraku tuuma ja tuvastas 1833. aastal, et tuum on taimeraku oluline organell. Sellest ajast peale pole rakkude organiseerimisel peamine mitte membraan, vaid sisu.

Raku uurimismeetodid

Esimest korda sai rakke näha alles pärast valgusmikroskoopide loomist, sellest ajast kuni tänapäevani on mikroskoopia jäänud üheks olulisemaks meetodiks rakkude uurimisel. Valgusmikroskoopia (optiline) võimaldas vaatamata oma suhteliselt madalale eraldusvõimele jälgida elusrakke. Kahekümnendal sajandil leiutati elektronmikroskoopia, mis võimaldas uurida rakkude ultrastruktuuri.

Rakkude kuju ja struktuuri uurimisel oli esimene instrument valgusmikroskoop. Selle eraldusvõime on piiratud mõõtmetega, mis on võrreldavad valguse lainepikkusega (nähtava valguse puhul 0,4–0,7 µm). Paljud rakustruktuuri elemendid on aga palju väiksema suurusega.

- neid nimetatakse in vivo - saab kasutada elusrakkude värvimiseks, kuid tavaliselt peavad rakud olema eelnevalt fikseeritud (kasutades valku koaguleerivaid aineid) ja alles pärast seda saab neid värvida.

Enne uurimist sisestatakse rakud või koetükid tavaliselt parafiini või plasti ning lõigatakse seejärel mikrotoomi abil väga õhukesteks osadeks. Seda meetodit kasutatakse laialdaselt kliinilistes laborites kasvajarakkude tuvastamiseks. Lisaks tavapärasele valgusmikroskoopiale on rakkude uurimiseks välja töötatud ka teisi optilisi meetodeid: fluorestsentsmikroskoopia, faasikontrastmikroskoopia, spektroskoopia ja röntgendifraktsioonianalüüs.

optiline mikroskoopia

Optilises mikroskoobis saavutatakse objekti suurendamine läätsede seeria kaudu, millest valgus läbib. Optilise mikroskoobiga saavutatav maksimaalne suurendus on umbes 1000. Teine oluline omadus on

eraldusvõime on ainult umbes 200 nm; selline luba saadi lõpuks

XIX sajandil. Seega on optilise mikroskoobi all vaadeldavad väikseimad struktuurid mitokondrid ja bakterid, mille lineaarne suurus on ligikaudu 500 nm. Alla 200 nm objektid on aga valgusmikroskoobis nähtavad vaid siis, kui nad ise valgust kiirgavad. Seda funktsiooni kasutatakse fluorestsentsmikroskoopia kui rakustruktuurid või üksikud valgud seostuvad spetsiaalsete fluorestseeruvate valkude või fluorestseeruvate märgistega antikehadega. Optilise mikroskoobiga saadava pildi kvaliteeti mõjutab ka kontrast – seda saab tõsta erinevate rakkude värvimismeetoditega. Elusrakkude uurimiseks kasutatakse faasikontrast-, diferentsiaal-interferents-kontrast- ja tumeväljamikroskoopiat.Konfokaalmikroskoobid võivad parandada fluorestseeruvate kujutiste kvaliteeti.

elektronmikroskoopia

1930. aastatel konstrueeriti elektronmikroskoop, milles valguse asemel lastakse objektist läbi elektronkiir. Kaasaegsete elektronmikroskoopide teoreetiline eraldusvõime piir on umbes 0,002 nm, kuid praktilistel põhjustel saavutatakse bioloogiliste objektide puhul vaid umbes 2 nm eraldusvõime. Rakkude ultrastruktuuri saab uurida elektronmikroskoobi abil. Elektronmikroskoopiat on kahte peamist tüüpi:

skaneerimine ja edastamine.

Skaneerivat (raster) elektronmikroskoopiat (SEM) kasutatakse objekti pinna uurimiseks. Proovid on sageli kaetud õhukese kuldkilega. REM

võimaldab saada 3D-pilte. Transmissioon (edastus) elektronmikroskoopia (TEM) – kasutatakse sisemise uurimiseks

rakustruktuurid. Elektronkiir juhitakse läbi objekti, mis on eelnevalt töödeldud raskmetallidega, mis kogunevad teatud struktuuridesse, suurendades nende elektrontihedust. Elektronid hajuvad raku suurema elektrontihedusega piirkondadesse, mistõttu need alad paistavad piltidel tumedamad.

Rakkude fraktsioneerimine. Raku üksikute komponentide funktsioonide kindlakstegemiseks on oluline isoleerida need puhtal kujul, enamasti tehakse seda diferentsiaalmeetodil. tsentrifuugimine. Mis tahes rakuorganellide puhaste fraktsioonide saamiseks on välja töötatud tehnikad. Fraktsioonide tootmine algab plasmamembraani hävitamisest ja rakuhomogenaadi moodustumisest. Homogenaati tsentrifuugitakse järjestikku erinevatel kiirustel, esimeses etapis võib saada neli fraktsiooni: (1) tuumad ja suured rakufragmendid, (2) mitokondrid, plastiidid, lüsosoomid ja peroksisoomid, (3) mikrosoomid - Golgi vesiikulid ja endoplasmaatilised retikulum, (4) ribosoomid, valgud ja väiksemad molekulid jäävad supernatanti. Iga segafraktsiooni edasine diferentsiaalne tsentrifuugimine võimaldab saada puhtaid organellipreparaate, mille jaoks saab rakendada mitmesuguseid biokeemilisi ja mikroskoopilisi meetodeid.

raku struktuur

Kõik maakera rakulised eluvormid võib jagada kahte kuningriiki, lähtudes nende koostises olevate rakkude struktuurist:

prokarüootid (tuumaeelsed) - ehituselt lihtsamad;

eukarüootid (tuuma) on keerulisemad. Inimkeha moodustavad rakud on eukarüootsed.

Vaatamata vormide mitmekesisusele allub kõigi elusorganismide rakkude korraldus ühtsetele struktuuripõhimõtetele.

prokarüootne rakk

Prokarüootid (lad. pro - enne, enne kreeka κάρῠον - tuum, pähkel) - organismid, millel erinevalt eukarüootidest ei ole moodustunud rakutuum ja muud sisemembraani organellid (välja arvatud fotosünteetiliste liikide lamedad tsisternid, näiteks utsüanobakterid ). Ainus suur ringikujuline (mõnedel liikidel lineaarne) kaheahelaline DNA molekul, mis sisaldab põhiosa raku geneetilisest materjalist (nn nukleoid), ei moodusta kompleksi histooni valkudega (nn kromatiiniga). Prokarüootide hulka kuuluvad bakterid, sealhulgas sinivetikad (sinivetikad) ja arheed. Lahtri põhisisu, mis täidab kogu selle mahu, on viskoosne graanul

tsütoplasma.

eukarüootne rakk

Eukarüootid (eukarüootid) (kreeka ευ - hea, täielikult ja κάρῠον - südamik, pähkel)

Organismid, millel on erinevalt prokarüootidest hea kujuga rakutuum, mis on tsütoplasmast piiritletud tuumamembraaniga. Geneetiline materjal on ümbritsetud mitme lineaarse kaheahelalise DNA-molekuliga (olenevalt organismide tüübist võib nende arv tuuma kohta varieeruda kahest kuni mitmesajani), mis on seestpoolt kinnitunud raku tuuma membraanile ja moodustuvad laialdaselt. enamik neist on kompleks histooni valkudega, mida nimetatakse kromatiiniks.

Eukarüootse raku struktuur. Loomaraku skemaatiline kujutis.

Mõnedel rakkudel, peamiselt taime- ja bakterirakkudel, on välimine osa raku sein. Kõrgemates taimedes koosneb see tselluloosist. Rakusein mängib äärmiselt olulist rolli: see on välimine karkass, kaitsekesta, annab taimerakkudele turgorit: rakuseina läbivad vesi, soolad, paljude orgaaniliste ainete molekulid.Loomarakkudel rakuseinad tavaliselt puuduvad.

Asub taimede rakuseina all plasmamembraan või plasmalemma. Plasmamembraani paksus on umbes 10 nm, selle struktuuri ja funktsioonide uurimine on võimalik ainult elektronmikroskoobi abil.

Raku sees on täidetud tsütoplasma, milles paiknevad erinevad organellid ja rakusulused, samuti geneetiline materjal DNA molekuli kujul. Iga raku organoid täidab oma erifunktsiooni ja kõik koos määravad raku kui terviku elutegevuse.

Plasmamembraan täidab välise suhtes peamiselt piiritlevat funktsiooni

rakud keskkonnas. See on kahekordne molekulide kiht (bimolekulaarne kiht või kahekihiline kiht). Põhimõtteliselt on need fosfolipiidide ja muude neile lähedaste ainete molekulid. Lipiidimolekulidel on kahesugune olemus, mis väljendub nende käitumises vee suhtes. Molekulide pead on hüdrofiilsed, st. neil on afiinsus vee suhtes ja nende süsivesiniku sabad on hüdrofoobsed. Seetõttu moodustavad lipiidid veega segamisel selle pinnale õlikilega sarnase kile; samal ajal on kõik nende molekulid orienteeritud ühtemoodi: molekulide pead on vees ja süsivesinike sabad on selle pinna kohal.

AT rakumembraanil on kaks sellist kihti ja kummaski neist on molekulide pead pööratud väljapoole ja sabad membraani sees üksteise vastu, seega ei puutu kokku veega.

Lisaks peamistele lipiidkomponentidele sisaldab see suuri valgumolekule, mis on võimelised lipiidide kaksikkihis “hõljuma” ja paiknevad nii, et nende üks külg on raku sees pööratud ja teine on kontaktis väliskeskkonnaga. Mõned valgud paiknevad ainult membraani välis- või sisepinnal või on ainult osaliselt sukeldatud lipiidide kaksikkihti.

Rakumembraani põhiülesanne on reguleerida ainete transporti rakku ja sealt välja.

Ainete transportimiseks läbi membraani on mitu mehhanismi:

Difusioon - ainete tungimine läbi membraani piki kontsentratsioonigradienti (alast, kus nende kontsentratsioon on suurem, piirkonda, kus nende kontsentratsioon on madalam). Ainete difuusne transport toimub membraanivalkude osalusel, milles on molekulaarsed poorid (vesi, ioonid), või lipiidfaasi osalusel (rasvlahustuvate ainete puhul).

Hõlbustatud difusioon- spetsiaalsed membraanikandjavalgud seonduvad valikuliselt ühe või teise iooni või molekuliga ja kannavad need läbi membraani.

aktiivne transport. See mehhanism on seotud energiakuludega ja selle ülesandeks on ainete transportimine nende kontsentratsioonigradienti vastu. Seda teostavad spetsiaalsed

kandevalgud, mis moodustavad niinimetatud ioonpumbad. Enim uuritud on loomarakkudes Na+ /K+ pump, mis pumpab aktiivselt välja Na+ ioone, samal ajal neelates K+ ioone.

AT Koos ioonide aktiivse transpordiga rakku tungivad erinevad suhkrud, nukleotiidid ja aminohapped läbi tsütoplasmaatilise membraani.

Selline selektiivne läbilaskvus on füsioloogiliselt väga oluline ja selle puudumine

– esimesed tõendid rakusurma kohta. Seda saab hõlpsasti illustreerida peedi näitel. Kui elusa peedijuur kastetakse külma vette, säilitab see oma pigmendi; kui peet keeta, siis rakud surevad, muutuvad kergesti läbilaskvaks ja kaotavad pigmendi, mis muudab vee punaseks.

Eksotsütoos (exo - out), tänu sellele eemaldab rakk rakusisesed tooted või seedimata jäägid, mis on suletud vakuoolidesse ehk vesiikulitesse. Vesiikul läheneb tsütoplasmaatilisele membraanile, ühineb sellega ja selle sisu satub keskkonda. Nii erituvad seedeensüümid, hormoonid, hemitselluloos jne.

Tsütoplasma struktuur.

Tsütoplasma vedelat komponenti nimetatakse ka tsütosooliks. Valgusmikroskoobi all tundus, et rakk oli täidetud vedela plasma või sooliga, milles tuum ja muud organellid “hõljusid”. Tegelikult ei ole. Eukarüootse raku siseruum on rangelt korrastatud. Organellide liikumist koordineeritakse spetsiaalsete transpordisüsteemide, nn mikrotuubulite, mis toimivad rakusiseste "teedena", ja spetsiaalsete valkude, düneiinide ja kinesiinide abil, mis täidavad "mootorite" rolli. Eraldi valgumolekulid ei haju samuti vabalt kogu rakusisese ruumi ulatuses, vaid suunatakse nende pinnal olevate spetsiaalsete signaalide abil vajalikesse sektsioonidesse, mille tunnevad ära raku transpordisüsteemid.

Endoplasmaatiline retikulum

Eukarüootses rakus on membraani sektsioonide süsteem, mis lähevad üksteisesse (torud ja mahutid),

mida nimetatakse endoplasmaatiline retikulum(või endoplasmaatiline retikulum, EPR või EPS). Seda EPR osa, mille membraanide külge on kinnitatud ribosoomid, nimetatakse granulaarseks (või karedaks) endoplasmaatiliseks.

retikulum, selle membraanidel toimub valkude süntees. Need sektsioonid, mille seintel puuduvad ribosoomid, klassifitseeritakse siledaks ER-ks, mis osaleb lipiidide sünteesis. Sileda ja granuleeritud ER-i siseruumid ei ole isoleeritud, vaid lähevad üksteisesse ja suhtlevad luminaalse membraaniga. Torukesed avanevad ka raku pinnal ning endoplasmaatiline retikulum täidab seega aparaadi rolli, mille kaudu väliskeskkond saab vahetult suhelda kogu rakusisuga.

Väikesed kehad, mida nimetatakse ribosoomideks, katavad kareda endoplasmaatilise retikulumi pinda, eriti tuuma lähedal. Ribosoomi läbimõõt on umbes 15 nm. Iga ribosoom koosneb kahest erineva suurusega väikesest ja suurest osakesest.Nende põhiülesanne on valkude süntees; maatriks (informatsioon) RNA ja ülekande-RNA-ga seotud aminohapped on kinnitatud nende pinnale. Sünteesitud valgud akumuleeruvad esmalt endoplasmaatilise retikulumi kanalitesse ja õõnsustesse ning transporditakse seejärel organellidesse ja rakukohtadesse, kus neid tarbitakse.

golgi aparaat

Golgi aparaat (Golgi kompleks)

on lamedate membraanikottide virn, mis on servadele lähemale paisunud. Golgi aparaadi mahutites küpsevad mõned granuleeritud ER membraanidel sünteesitud valgud, mis on mõeldud sekretsiooniks või lüsosoomide moodustamiseks. Golgi aparaat on asümmeetriline - raku tuumale lähemal asuvad mahutid (cis-Golgi) sisaldavad kõige vähem küpseid valke, nende paakidega liituvad pidevalt endoplasmaatilisest retikulumist tärkavad membraani vesiikulid, vesiikulid. Ilmselt toimub samade vesiikulite abil küpsevate valkude edasine liikumine ühest paagist teise. Lõpuks organelli teisest otsast

(trans-Golgi) vesiikulid, mis sisaldavad täielikult küpseid valke, puhkevad.

Lüsosoomid

Lüsosoomid (kreeka "Liseo" - lahustuvad, "Soma" - keha) on väikesed ümarad kehad. Need membraansed rakuorganellid on ovaalse kujuga ja 0,5 µm läbimõõduga ning tärkavad Golgi aparaadist ja võib-olla ka endoplasmaatilisest retikulumist. Lüsosoomid sisaldavad mitmesuguseid ensüüme, mis lagundavad suuri molekule: valgud, rasvad, süsivesikud, nukleiinhapped. Tänu oma hävitavale toimele on need ensüümid justkui "lukustatud" lüsosoomidesse ja vabanevad vaid vajaduse korral. Aga kui lüsosoom

mis tahes välismõjudest kahjustatud, siis hävib kogu rakk või osa sellest.

Rakusisese seedimise käigus vabanevad ensüümid lüsosoomidest seedevakuoolidesse.

Nälgimise ajal seedivad lüsosoomirakud mõningaid organelle ilma rakku tapmata. Selline osaline seedimine annab rakule mõneks ajaks vajaliku miinimumi toitaineid.

Lüsosoomid, millel on võime toitaineid aktiivselt seedida, osalevad elutähtsa tegevuse käigus surevate rakkude osade, tervete rakkude ja elundite eemaldamises. Näiteks konnakullese saba kaob lüsosoomi ensüümide toimel.Antud juhul on see normaalne ja organismile kasulik, kuid mõnikord on selline rakkude hävimine patoloogiline. Näiteks asbestitolmu sissehingamisel võib see sattuda kopsurakkudesse ja siis lüsosoomid purunevad, rakud hävivad ja tekib kopsuhaigus.

Raku infokeskus, päriliku informatsiooni säilitamise ja paljunemise koht, mis määrab kõik antud raku ja organismi kui terviku tunnused, on tuum. Tuuma eemaldamine rakust põhjustab reeglina selle kiiret surma. Rakutuuma kuju ja suurus on väga varieeruv olenevalt organismi tüübist, samuti raku tüübist, vanusest ja funktsionaalsest seisundist. Üldplaan

Tuuma struktuur on kõigis eukarüootsetes rakkudes ühesugune. Rakutuum koosneb tuumamembraanist, tuumamaatriksist (nukleoplasmast), kromatiinist ja tuumast (ühest või mitmest). Tuuma sisu eraldatakse tsütoplasmast topeltmembraani ehk nn tuumaümbris. Välismembraan mõnes kohas läheb endoplasmaatilise retikulumi kanalitesse; sellele on kinnitunud ribosoomid Rakutuum sisaldab DNA molekule, millele on salvestatud organismi geneetiline informatsioon. . See määrab raku tuuma juhtiva rolli pärilikkuses. Tuumas toimub replikatsioon - DNA molekulide dubleerimine, samuti transkriptsioon - RNA molekulide süntees DNA matriitsil. Karibosoomide kokkupanek toimub ka tuumas, spetsiaalsetes moodustistes, mida nimetatakse tuumadeks. Tuumaümbris on läbi imbunud paljude pooridega, mille läbimõõt on umbes 90 nm. Selektiivset läbilaskvust tagavate pooride olemasolu tõttu kontrollib tuumaümbris ainete vahetust tuuma ja tsütoplasma vahel.

raku tsütoplasmas paiknevad fibrillaarsed struktuurid: mikrotuubulid, aktiin ja vahefilamendid. Mikrotuubulid osalevad organellide transpordis, on osa lipudest ja mitootiline spindel on ehitatud mikrotuubulitest. Aktiinfilamendid on säilitamiseks hädavajalikud

raku kuju, pseudopodiaalsed reaktsioonid. Vahefilamentide roll näib olevat ka raku struktuuri säilitamine. Tsütoskeleti valgud moodustavad mitukümmend protsenti raku valgu massist.

Tsentrioolid

Tsentrioolid on silindrilised valgustruktuurid, mis asuvad loomarakkude tuuma lähedal (taimedel tsentrioolid puuduvad, välja arvatud madalamad vetikad). Tsentriool on silinder, mille külgpinna moodustavad üheksa mikrotuubulite komplekti. Mikrotuubulite arv komplektis

kõikuvad erinevate organismide puhul vahemikus 1 kuni 3.

Tsentrioolide ümber on tsütoskeleti nn organiseerimiskeskus, piirkond, kuhu on rühmitatud raku mikrotuubulite miinusotsad.

Enne jagamist sisaldab rakk kahte tsentriooli, mis asuvad üksteise suhtes täisnurga all. Mitoosi ajal lahknevad nad raku erinevatesse otstesse, moodustades spindli jagunemispoolused. Pärast tsütokineesi saab iga tütarrakk ühe tsentriooli, mis kahekordistub järgmiseks jagunemiseks. Tsentrioolide kahekordistumine ei toimu mitte jagunemise, vaid uue struktuuri sünteesi teel, mis on risti olemasolevaga.

Mitokondrid

Mitokondrid - raku spetsiaalsed organellid, mille põhiülesanne on süntees ATP - universaalne energiakandja. Mitokondrites toimub orgaaniliste ainete oksüdatsioon koos sünteesiga

adenosiintrifosfaat (ATP). ATP lagunemisega koos adenosiindifosfaadi (ADP) moodustumisega kaasneb energia vabanemine, mis kulub erinevatele eluprotsessidele, nagu valkude ja nukleiinhapete süntees, ainete transport rakku ja sealt välja, närviimpulsside ülekandmine või lihaste kokkutõmbumine.

Mitokondrid on seega energiajaamad, mis töötlevad "kütust" - rasvu ja süsivesikuid - energiavormiks, mida rakk ja seega ka keha tervikuna saavad kasutada.

Tsütoloogia on rakuteadus. Rakuteadust nimetatakse tsütoloogiaks (kreeka keeles "cytos" - rakk, "logos" - teadus). Tsütoloogia aineks on mitmerakuliste loomade ja taimede rakud, aga ka üherakulised organismid, mille hulka kuuluvad bakterid, algloomad ja ainuraksed vetikad. Tsütoloogia uurib rakkude ehitust ja keemilist koostist, rakusiseste struktuuride funktsioone, 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, nagu botaanika, zooloogia, füsioloogia, orgaanilise maailma evolutsiooni teooria, aga ka molekulaarbioloogia, keemia, füüsika ja matemaatikaga. Tsütoloogia on üks suhteliselt noori bioloogiateadusi, selle vanus on umbes 100 aastat. Mõiste "rakk" vanus on üle 300 aasta vana. Esimest korda nimetus "rakk" XVII sajandi keskel. taotles R. Hooke. Mikroskoobiga õhukest korgilõiku uurides nägi Hooke, et kork koosneb rakkudest – rakkudest.

Kamber- kõigi elusolendite elementaarüksus, seetõttu on tal elusorganismide omadused: kõrgelt korrastatud struktuur, ainevahetus, ärrituvus, kasv, areng, paljunemine, taastumine ja muud omadused.

Väljaspool on rakk kaetud rakumembraaniga, mis eraldab raku väliskeskkonnast. See täidab järgmisi funktsioone: kaitsev, piiritlemine, retseptor (keskkonnasignaalide tajumine), transport.

Tsütoplasma moodustab mitmeid spetsiifilisi struktuure. Need on rakkudevahelised ühendused, mikrovillid, ripsmed, rakuprotsessid. Rakkudevahelised ühendused (kontaktid) jagunevad lihtsateks ja keerukateks. Naaberrakkude tsütoplasma lihtsa ühendamisega moodustuvad väljakasvud, mis ühendavad rakke. Tsütoplasmade vahel on alati rakkudevaheline lõhe. Komplekssetes ühendustes ühendatakse rakud kiudude abil ja rakkude vahel pole peaaegu mingit vahemaad. Mikrovillid on sõrmetaolised rakkude väljakasvud, millel puuduvad organellid. Liikumisfunktsiooni täidavad ripsmed ja flagellad.

Mitokondrid sisaldavad energiarikkaid aineid, osalevad rakuhingamise protsessides ja energia muundamisel raku jaoks kasutatavasse vormi. Mitokondrite arv, suurus ja asukoht sõltuvad raku funktsioonist, selle energiavajadusest. Mitokondrid sisaldavad oma DNA-d. Umbes 2% raku DNA-st leidub mitokondrites. Ribosoomid moodustavad rakulisi valke. Ribosoomid osalevad valkude sünteesis ja esinevad kõigis inimese rakkudes, välja arvatud küpsed erütrotsüüdid. Ribosoomid võivad tsütoplasmas vabalt paikneda. Nad sünteesivad raku enda elutegevuseks vajalikku valku. Protsessiga on seotud valkude süntees transkriptsioonid- DNA-sse salvestatud teabe ümberkirjutamine.

Tuum on raku kõige olulisem organell: see sisaldab spetsiaalset ainet kromatiini, millest enne rakkude jagunemist moodustuvad filamentsed kromosoomid - inimese pärilike omaduste ja omaduste kandjad. Kromatiin koosneb DNA-st ja väikesest kogusest RNA-st. Jagunevas tuumas kromatiin spiraalib, mille tulemusena muutuvad kromosoomid nähtavaks. Tuum (üks või mitu) on tihe ümar keha, mida suurem on suurus, seda intensiivsem on valgusüntees. Ribosoomid moodustuvad tuumas.

Iga organismi rakk on terviklik elussüsteem. See koosneb kolmest lahutamatult seotud osast: membraan, tsütoplasma ja tuum. Rakukest suhtleb otseselt väliskeskkonnaga ja suhtleb naaberrakkudega (mitmerakulistes organismides).

Biofüüsikalised protsessid rakkudes tagada närviregulatsiooni mehhanismide rakendumine, sisekeskkonna füüsikalis-keemiliste parameetrite (osmootne rõhk, pH) reguleerimine, rakkude elektrilaengute teke, ergastuse teke ja levik, saladuste (hormoonid, ensüümid ja muud bioloogiliselt aktiivsed ained), farmakoloogiliste preparaatide toime rakendamine. Need protsessid on toimimise tõttu võimalikud transpordisüsteem . Ainete ülekandega läbi membraanide on seotud ka rakkude ainevahetuse protsessid, sealhulgas bioenergia ja paljud teised. Peaaegu iga ravimi farmakoloogiline toime tuleneb ka selle tungimisest läbi rakumembraanide ja efektiivsus sõltub suuresti selle läbilaskvusest.

Lahtri funktsioonid

Inimkehal on rakuline struktuur. Rakud asuvad rakkudevahelises aines, mis tagab neile mehaanilise tugevuse, toitumise ja hingamise. Rakud erinevad suuruse, kuju ja funktsiooni poolest. Rakkude ehituse ja funktsioonide uurimine tegeleb tsütoloogiaga (kreeka keeles "cytos" - rakk).

Rakk on kaetud mitmest molekulikihist koosneva membraaniga, mis tagab ainete selektiivse läbilaskvuse. Naaberrakkude membraanide vaheline ruum on täidetud vedela rakkudevahelise ainega. Membraani põhiülesanne on ainete vahetus raku ja rakkudevahelise aine vahel.

Tsütoplasma on viskoosne poolvedel aine. Tsütoplasma sisaldab mitmeid tillukesi rakustruktuure – organelle, mis täidavad erinevaid funktsioone: endoplasmaatiline retikulum, ribosoomid, mitokondrid, lüsosoomid, Golgi kompleks, rakukeskus, tuum.

Endoplasmaatiline retikulum – tuubulite ja õõnsuste süsteem, mis läbib kogu tsütoplasma. Põhifunktsiooniks on osalemine rakus toodetavate peamiste orgaaniliste ainete sünteesis, kogunemises ja liikumises, valgusüntees.

Ribosoomid on tihedad kehad, mis sisaldavad valku ja ribonukleiinhapet (RNA). Need on valgusünteesi koht. Golgi kompleks Membraanidega piiratud õõnsused, millest väljuvad torukesed ja nende otstes paiknevad vesiikulid. Peamine ülesanne on orgaaniliste ainete kogunemine, lüsosoomide moodustamine.

Rakukeskuse moodustavad kaks keha, mis osalevad rakkude jagunemises. Need kehad asuvad tuuma lähedal.

Tuum on raku kõige olulisem struktuur. Tuuma õõnsus on täidetud tuumamahlaga. See sisaldab nukleooli, nukleiinhappeid, valke, rasvu, süsivesikuid, kromosoome. Kromosoomid sisaldavad pärilikku teavet. Rakkudel on konstantne arv kromosoome. Inimkeha rakud sisaldavad 46 kromosoomi ja sugurakud - 23.

Lüsosoomid on ümmargused kehad, mille sees on ensüümide kompleks. Nende peamine ülesanne on seedida toiduosakesi ja eemaldada surnud organellid.

Rakkude koostis sisaldab anorgaanilisi ja orgaanilisi ühendeid.

Anorgaanilised ained - vesi ja soolad. Vesi moodustab kuni 80% raku massist. See lahustab keemilistes reaktsioonides osalevaid aineid: kannab toitaineid, eemaldab rakust jääkaineid ja kahjulikke ühendeid.

Mineraalsooladel - naatriumkloriidil, kaaliumkloriidil jne on oluline roll vee jaotumisel rakkude ja rakkudevahelise aine vahel. Eraldi keemilised elemendid: hapnik, vesinik, lämmastik, väävel, raud, magneesium, tsink, jood, fosfor osalevad elutähtsate orgaaniliste ühendite loomisel.

Orgaanilised ühendid moodustavad kuni 20-30% iga raku massist. Nende hulgas on kõige olulisemad valgud, rasvad, süsivesikud ja nukleiinhapped.

Valgud on põhilised ja kõige keerulisemad looduses leiduvad orgaanilised ained. Valgu molekul on suur ja koosneb aminohapetest. Valgud toimivad raku ehitusplokkidena. Nad osalevad rakumembraanide, tuumade, tsütoplasma, organellide moodustamises. Ensüümvalgud on keemiliste reaktsioonide kiirendajad. Ainult ühes rakus on kuni 1000 erinevat valku. Koosneb süsinikust, vesinikust, lämmastikust, hapnikust, väävlist, fosforist.

Süsivesikud koosnevad süsinikust, vesinikust ja hapnikust. Süsivesikute hulka kuuluvad glükoos, loomse tärklise glükogeen. 1 g lagunemisel vabaneb 17,2 kJ energiat.

Rasvad koosnevad samadest keemilistest elementidest nagu süsivesikud. Rasvad on vees lahustumatud. Need on osa rakumembraanidest, toimivad kehas varuenergiaallikana. 1 g rasva lõhestamisel vabaneb 39,1 kJ energiat.

Nukleiinhappeid on kahte tüüpi - DNA ja RNA.

DNA asub tuumas, on osa kromosoomidest, määrab rakuvalkude koostise ning pärilike tunnuste ja omaduste ülekandumise vanematelt järglastele. RNA funktsioonid on seotud sellele rakule iseloomulike valkude moodustumisega.

Raku peamine elutähtis omadus on ainevahetus. Rakkudevahelisest ainest satuvad rakkudesse pidevalt toitained ja hapnik ning eralduvad lagunemissaadused.

Rakku sisenevad ained osalevad biosünteesi protsessides.

Biosüntees on valkude, rasvade, süsivesikute ja nende ühendite moodustumine lihtsamatest ainetest. Samaaegselt biosünteesiga rakkudes toimub orgaaniliste ühendite lagunemine. Enamik lagunemisreaktsioone hõlmab hapnikku ja vabastab energiat. Ainevahetuse tulemusena uueneb pidevalt rakkude koostis: osad ained tekivad, teised aga hävivad.

Elusrakkude, kudede, kogu organismi omadust reageerida välistele või sisemistele mõjudele – stiimulitele nimetatakse ärrituvuseks. Vastuseks keemilistele ja füüsilistele stiimulitele toimuvad rakkudes spetsiifilised muutused nende elutegevuses.

Rakud on võimelised kasvama ja paljunema. Iga saadud tütarrakk kasvab ja jõuab ema suuruseni. Uued rakud täidavad emaraku funktsiooni. Rakkude eluiga varieerub mõnest tunnist kümnete aastateni.

Elusal rakul on terve rida elutähtsaid omadusi: ainevahetus, ärrituvus, kasv ja paljunemine, liikuvus, mille alusel toimuvad kogu organismi funktsioonid.

Rakkude kest.

Rakumembraanil on keeruline struktuur. See koosneb väliskihist ja selle all olevast plasmamembraanist. Looma- ja taimerakud erinevad oma väliskihi struktuuri poolest. Taimedel, aga ka bakteritel, sinivetikatel ja seentel paikneb rakkude pinnal tihe membraan ehk rakusein. Enamikus taimedes koosneb see kiudainetest. Rakusein mängib äärmiselt olulist rolli: see on välimine raam, kaitsekesta, tagab taimerakkude turgori: vesi, soolad, paljude orgaaniliste ainete molekulid läbivad rakuseina.

Loomarakkude pinna välimine kiht on erinevalt taimede rakuseintest väga õhuke ja elastne. See pole valgusmikroskoobi all nähtav ja koosneb mitmesugustest polüsahhariididest ja valkudest. Loomarakkude pinnakihti nimetatakse glükokalüksiks.

Glükokalüks täidab eeskätt loomarakkude otseühenduse funktsiooni väliskeskkonna ja kõigi seda ümbritsevate ainetega. Omades ebaolulise paksusega (alla 1 mikroni), ei mängi loomaraku väliskiht toetavat rolli, mis on iseloomulik taimeraku seintele. Glükokalüksi, aga ka taimede rakuseinte moodustumine toimub tänu rakkude endi elutegevusele.

Plasma membraan.

Taimede glükokalüksi ja rakuseina all on plasmamembraan (lat. "membraan" - nahk, kile), mis piirneb vahetult tsütoplasmaga. Plasmamembraani paksus on umbes 10 nm, selle struktuuri ja funktsioonide uurimine on võimalik ainult elektronmikroskoobi abil.

Plasmamembraan sisaldab valke ja lipiide. Need on paigutatud korrapäraselt ja on üksteisega ühendatud keemiliste vastasmõjude kaudu. Kaasaegsete kontseptsioonide kohaselt on lipiidimolekulid plasmamembraanis paigutatud kahte ritta ja moodustavad pideva kihi. Valgumolekulid ei moodusta pidevat kihti, nad asuvad lipiidikihis, sukeldudes sellesse erinevatel sügavustel.

Valgu- ja lipiidimolekulid on liikuvad, mis tagab plasmamembraani dünaamilisuse.

Plasmamembraan täidab paljusid olulisi funktsioone, millest rakkude elutegevus kadestab. Üks nendest funktsioonidest on see, et see moodustab barjääri, mis eraldab raku sisemise sisu väliskeskkonnast. Kuid rakkude ja väliskeskkonna vahel toimub pidev ainete vahetus. Väliskeskkonnast satuvad rakku vesi, erinevad soolad üksikute ioonide kujul, anorgaanilised ja orgaanilised molekulid. Nad sisenevad rakku plasmamembraani väga õhukeste kanalite kaudu. Rakus moodustunud tooted satuvad väliskeskkonda. Aine transport on plasmamembraani üks peamisi funktsioone. Ainevahetusproduktid, aga ka rakus sünteesitud ained, eemaldatakse rakust plasmamembraani kaudu. Nende hulka kuuluvad mitmesugused valgud, süsivesikud, hormoonid, mida toodetakse erinevate näärmete rakkudes ja mis erituvad väikeste tilkade kujul rakuvälisesse keskkonda.

Rakud, mis moodustavad mitmerakulistel loomadel erinevaid kudesid (epiteel, lihased jne), on omavahel ühendatud plasmamembraani kaudu. Kahe raku ristumiskohas võib nende kummagi membraan moodustada voldid või väljakasvud, mis annavad ühendustele erilise tugevuse.

Taimerakkude ühenduse tagab õhukeste kanalite moodustumine, mis on täidetud tsütoplasmaga ja mida piirab plasmamembraan. Toitained, ioonid, süsivesikud ja muud ühendid tulevad ühest rakust teise selliste kanalite kaudu, mis läbivad rakumembraane.

Paljude loomarakkude, näiteks erinevate epiteelide pinnal on väga väikesed plasmamembraaniga kaetud õhukesed tsütoplasma väljakasvud - mikrovillid. Kõige rohkem mikrovillusid paikneb soolerakkude pinnal, kus toimub intensiivne seedimine ja seeditud toidu omastamine.

Fagotsütoos.

Suured orgaaniliste ainete molekulid, nagu valgud ja polüsahhariidid, toiduosakesed, bakterid sisenevad rakku fagotsüütidega (kreeka "phageo" - õgima). Plasmamembraan on otseselt seotud fagotsüütidega. Kohas, kus raku pind puutub kokku mõne tiheda aine osakesega, membraan vajub, moodustab süvendi ja ümbritseb osakest, mis "membraanpakendis" rakku vajub. Tekib seedevakuool ja selles seeditakse rakku sattunud orgaanilised ained.

Tsütoplasma.

Väliskeskkonnast plasmamembraaniga eraldatud tsütoplasma on rakkude sisemine poolvedel keskkond. Eukarüootsete rakkude tsütoplasma sisaldab tuuma ja erinevaid organelle. Tuum asub tsütoplasma keskosas. See sisaldab ka mitmesuguseid lisandeid - rakulise aktiivsuse tooteid, vakuoole, aga ka väikseimaid torusid ja niite, mis moodustavad raku skeleti. Tsütoplasma põhiaine koostises on ülekaalus valgud. Põhilised ainevahetusprotsessid toimuvad tsütoplasmas, see ühendab tuuma ja kõik organellid üheks tervikuks, tagab nende koosmõju, raku kui ühtse tervikliku elusüsteemi tegevuse.

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. Tuntud on kahte tüüpi seda - 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 põhiülesanne on osalemine ribosoomides toimuvas valgusünteesis.

Sileda endoplasmaatilise retikulumi membraanidel sünteesitakse lipiide ja süsivesikuid. Kõik need sünteesiproduktid kogunevad kanalitesse ja õõnsustesse ning transporditakse seejärel erinevatesse rakuorganellidesse, kus need tarbitakse või kogunevad tsütoplasmasse rakusulgudena. Endoplasmaatiline retikulum ühendab raku peamisi organelle.

Ribosoomid.

Ribosoome leidub kõigi organismide rakkudes. Need on ümara kujuga mikroskoopilised kehad läbimõõduga 15-20 nm. Iga ribosoom koosneb kahest erineva suurusega osakesest, väikesest ja suurest.

Üks rakk sisaldab tuhandeid ribosoome, need paiknevad kas granulaarse endoplasmaatilise retikulumi membraanidel või asuvad vabalt tsütoplasmas. Ribosoomid koosnevad valkudest ja RNA-st. Ribosoomide ülesanne on valkude süntees. Valkude süntees on keeruline protsess, mida ei vii läbi mitte üks ribosoom, vaid terve rühm, sealhulgas kuni mitukümmend kombineeritud ribosoomi. Seda ribosoomide rühma nimetatakse polüsoomiks. Sünteesitud valgud kogunevad esmalt endoplasmaatilise retikulumi kanalitesse ja õõnsustesse ning transporditakse seejärel raku organellidesse ja piirkondadesse, kus neid tarbitakse. Endoplasmaatiline retikulum ja selle membraanidel paiknevad ribosoomid on üks valkude biosünteesi ja transpordi aparaat.

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 näha nende kuju, asukohta, loendada arvu. Mitokondrite sisemist struktuuri uuriti elektronmikroskoobi abil. Mitokondrite kest koosneb kahest membraanist - välimisest ja sisemisest. Välismembraan on sile, ei moodusta voldid ja väljakasvu. Sisemembraan, vastupidi, moodustab arvukalt voldid, mis on suunatud mitokondrite õõnsusse. Sisemembraani volte nimetatakse cristae'ks (lad. "crista" - hari, väljakasv).Kristade arv ei ole erinevate rakkude mitokondrites ühesugune. Neid võib olla mitmekümnest kuni mitmesajani ning eriti palju on kristlasi aktiivselt toimivate rakkude, näiteks lihasrakkude mitokondrites.

Mitokondreid nimetatakse rakkude "elektrijaamadeks", kuna nende põhiülesanne on adenosiintrifosfaadi (ATP) süntees. Seda hapet sünteesitakse kõigi organismide rakkude mitokondrites ja see on universaalne energiaallikas, mis on vajalik elutähtsa toime elluviimiseks. raku ja kogu organismi protsessid.

Uued mitokondrid tekivad rakus juba olemasolevate mitokondrite jagunemisel.

Plastiidid.

Plastiide leidub kõigi taimerakkude tsütoplasmas. Loomarakkudes plastiidid puuduvad. Plastiide on kolm peamist tüüpi: roheline - kloroplastid; punane, oranž ja kollane - kromoplastid; värvitu - leukoplastid.

Kloroplast.

Neid organelle leidub lehtede ja teiste roheliste taimeorganite rakkudes, aga ka mitmesugustes vetikates. Kloroplastide suurus on 4-6 mikronit, enamasti on neil ovaalne kuju. Kõrgemates taimedes on ühes rakus tavaliselt mitukümmend kloroplasti. Kloroplastide roheline värvus sõltub neis oleva pigmendi klorofülli sisaldusest. Kloroplast on taimerakkude peamine organell, milles toimub fotosüntees ehk orgaaniliste ainete (süsivesikute) moodustumine anorgaanilistest ainetest (CO2 ja H2O), kasutades päikesevalguse energiat.

Kloroplastid on struktuurilt sarnased mitokondritega. Kloroplast on tsütoplasmast piiritletud kahe membraaniga – välimine ja sisemine. Välismembraan on sile, ilma voltide ja väljakasvudeta ning sisemine moodustab palju kloroplasti sisse suunatud volditud väljakasvu. Seetõttu on kloroplasti sees koondunud suur hulk membraane, moodustades spetsiaalsed struktuurid - grana. Need on virnastatud nagu müntide virn.

Klorofülli molekulid asuvad graniidi membraanides, sest just siin toimub fotosüntees. ATP-d sünteesitakse ka kloroplastides. Kloroplasti sisemembraanide vahel on DNA, RNA. ja ribosoomid. Järelikult toimub kloroplastides ja ka mitokondrites nende organellide tegevuseks vajaliku valgu süntees. Kloroplastid paljunevad jagunemise teel.

Kromoplastid paiknevad erinevate taimeosade rakkude tsütoplasmas: õites, viljades, vartes, lehtedes. Kromoplastide olemasolu selgitab lillede, puuviljade ja sügislehtede võrsete kollast, oranži ja punast värvi.

Leukoplastid.

Neid leidub värvimata taimeosade rakkude tsütoplasmas, näiteks vartes, juurtes, mugulates. Leukoplastide kuju on mitmekesine.

Kloroplastid, kromoplastid ja leukoplastid on võimelised rakke vahetama. Niisiis, kui viljad valmivad või lehed sügisel värvi muudavad, muutuvad kloroplastid kromoplastideks ja leukoplastid kloroplastideks, näiteks kui kartulimugulad muutuvad roheliseks.

Golgi aparaat.

Paljudes loomarakkudes, näiteks närvirakkudes, on see tuuma ümber paikneva keerulise võrgu kujul. Taimede ja algloomade rakkudes esindavad Golgi aparaati üksikud sirbikujulised või vardakujulised kehad. Selle organoidi struktuur on taime- ja loomaorganismide rakkudes sarnane, hoolimata selle kuju mitmekesisusest.

Golgi aparaadi koostis sisaldab: membraanidega piiratud ja rühmadena paiknevaid õõnsusi (igaüks 5-10); suured ja väikesed mullid, mis asuvad õõnsuste otstes. Kõik need elemendid moodustavad ühtse kompleksi.

Golgi aparaat täidab palju olulisi funktsioone. Endoplasmaatilise retikulumi kanalite kaudu transporditakse sellesse raku sünteetilise aktiivsuse produktid - valgud, süsivesikud ja rasvad. Kõik need ained akumuleeruvad esmalt ja sisenevad seejärel suurte ja väikeste mullidena tsütoplasmasse ning neid kasutatakse kas rakus endas selle elutegevuse ajal või eemaldatakse sellest ja kasutatakse kehas. Näiteks imetajate kõhunäärme rakkudes sünteesitakse seedeensüüme, mis kogunevad organoidi õõnsustesse. Seejärel tekivad ensüümidega täidetud vesiikulid. Need erituvad rakkudest pankrease kanalisse, kust nad voolavad sooleõõnde. Selle organoidi teine oluline funktsioon on see, et selle membraanidel sünteesitakse rasvu ja süsivesikuid (polüsahhariide), mida kasutatakse rakus ja mis on membraanide osa. Tänu Golgi aparaadi aktiivsusele toimub plasmamembraani uuenemine ja kasv.

Lüsosoomid.

Need on väikesed ümarad kehad. Iga lüsosoom on tsütoplasmast eraldatud membraaniga. Lüsosoomi sees on ensüümid, mis lagundavad valke, rasvu, süsivesikuid, nukleiinhappeid.

Lüsosoomid lähenevad tsütoplasmasse sattunud toiduosakesele, ühinevad sellega ning moodustub üks seedevakuool, mille sees on lüsosoomi ensüümidega ümbritsetud toiduosake. Toiduosakese seedimise tulemusena moodustunud ained sisenevad tsütoplasmasse ja rakk kasutab neid ära.

Lüsosoomid, millel on võime toitaineid aktiivselt seedida, osalevad elutähtsa tegevuse käigus surevate rakkude osade, tervete rakkude ja elundite eemaldamises. Uute lüsosoomide moodustumine toimub rakus pidevalt. Lüsosoomides sisalduvad ensüümid sünteesitakse nagu kõik teised valgud tsütoplasma ribosoomidel. Seejärel sisenevad need ensüümid endoplasmaatilise retikulumi kanalite kaudu Golgi aparaati, mille õõnsustes moodustuvad lüsosoomid. Sellisel kujul sisenevad lüsosoomid tsütoplasmasse.

Raku keskus.

Loomarakkudes asub tuuma lähedal organoid, 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 lõhustumisspindli moodustamises.

Rakkude kandmised.

Rakulised kandmised hõlmavad süsivesikuid, rasvu ja valke. Kõik need ained kogunevad raku tsütoplasmas erineva suuruse ja kujuga tilkade ja teradena. Neid sünteesitakse perioodiliselt rakus ja kasutatakse metaboolses protsessis.

Tuum.

Ühe- ja mitmerakuliste loomade, aga ka taimede iga rakk sisaldab tuuma. Tuuma kuju ja suurus sõltuvad rakkude kujust ja suurusest. Enamikul rakkudel on üks tuum ja selliseid rakke nimetatakse mononukleaarseteks. On ka rakke, millel on kaks, kolm, mitukümmend ja isegi sadu tuumasid. Need on mitmetuumalised rakud.

Tuumamahl on poolvedel aine, mis asub tuumakesta all ja esindab tuuma sisekeskkonda.