Mis on rakkudes olev organell?

Sõna organelle tähendab "väikest orelit". Organellid on siiski palju väiksemad kui taime- või loomaorganid. Nagu organ täidab organismis teatud funktsiooni, näiteks silm aitab kalal näha või tolm aitab lillel paljuneda, organellidel on rakkudes spetsiifilised funktsioonid. Rakud on nende vastavate organismide iseseisvad süsteemid ja nende sees olevad organellid töötavad koos nagu automatiseeritud masina komponendid, et hoida asju sujuvalt. Kui asjad ei toimi sujuvalt, on rakkude enesehävitamise eest vastutavad organellid, mida nimetatakse ka programmeeritud rakusurmaks.

Paljud asjad hõljuvad rakus ringi ja kõik need pole organellid. Mõnda nimetatakse kandmiseks, mis on kategooria sellistele esemetele nagu ladustatud rakutooted või rakku pääsenud võõrkehad, näiteks viirused või praht. Enamikku, kuid mitte kõiki organelle on ümbritsetud membraaniga, et kaitsta neid tsütoplasma nad hõljuvad, kuid see ei kehti tavaliselt rakuliste inklusioonide kohta. Lisaks ei ole kanded raku ellujäämise või vähemalt toimimise seisukohalt hädavajalikud organellide moodi.

TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)

Rakud on kõigi elusorganismide ehituskivid. Nad on oma organismi iseseisvad süsteemid ja nende sees olevad organellid töötavad koos nagu automatiseeritud masina komponendid, et hoida asju sujuvalt. Organelle tähendab "väikest orelit". Igal organellil on oma kindel funktsioon. Enamik on seotud ühe või kahe membraaniga, et eraldada see rakku täitvast tsütoplasmast. Mõned kõige olulisemad organellid on tuum, endoplasmaatiline retikulum, Golgi aparaat, lüsosoomid ja mitokondrid, kuigi neid on palju rohkem.

1665. aastal uuris inglise loodusfilosoof nimega Robert Hooke mikroskoobi all õhukesi korgiviile, samuti mitut liiki puude ja muude taimede puidumassi. Ta oli üllatunud, kui leidis nii erinevate materjalide vahel märkimisväärseid sarnasusi, mis kõik meenutasid kärge. Kõigis proovides nägi ta paljusid külgnevaid poore ehk “väga palju väikseid kaste”, mida ta võrdles mungades elatud tubadega. Ta mõtles need välja rakud, mis ladina keelest tõlgituna tähendab vähe ruume; tänapäeva inglise keeles on need poorid õpilastele ja teadlastele tuttavad kui rakud. Ligi 200 aastat pärast Hooke avastust täheldas šoti botaanik Robert Brown mikroskoobi all vaadatud orhideede rakkudes tumedat laike. Ta nimetas selle kambri osa tuum, ladinakeelne sõna kernel.

Mõni aasta hiljem nimetas Saksa botaanik Matthias Schleiden tuuma ümber tsütoblastiks. Ta väitis, et tsütoblast oli raku kõige olulisem osa, kuna tema arvates moodustas see raku ülejäänud osad. Ta esitas teooria, et tuum - nagu sellele tänapäeval jälle viidatakse - vastutab rakkude erineva esinemise eest erinevatel taimeliikidel ja üksiku taime erinevates osades. Botaanikuna uuris Schleiden ainult taimi, kuid kui ta tegi koostööd saksa füsioloogiga Theodor Schwann näitas, et tema ideed tuuma kohta kehtivad looma- ja muude liigirakkude kohta hästi. Nad töötasid ühiselt välja rakuteooria, mille eesmärk oli kirjeldada kõigi rakkude universaalseid jooni, olenemata sellest, millise looma elundisüsteemist, seenest või söödavast viljast nad leiti.

Erinevalt Schleidenist uuris Schwann loomakude. Ta oli püüdnud välja töötada ühendava teooria, mis selgitas variatsioone kõigis elusolendite rakkudes; sarnaselt paljude teiste tolleaegsete teadlastega otsis ta ka teooriat, mis hõlmas erinevusi kõigis mitut tüüpi rakke, mida ta mikroskoobi all vaatas, kuid mis võimaldas neid kõiki siiski lugeda rakke. Loomarakkudel on väga palju struktuure. Ta ei saanud kindel olla, et kõik "väikesed toad", mida ta mikroskoobi all nägi, olid isegi rakud, ilma korraliku rakuteooriata. Kuuldes Schleideni teooriatest, mille kohaselt tuum (tsütoblast) on rakkude moodustumise lokus, tundis ta, et tal on rakkude teooria võti, mis selgitab loomseid ja muid elusaid rakke. Koos pakkusid nad välja rakuteooria järgmiste põhimõtetega:

• Rakud on kõigi elusorganismide ehituskivid.
  
• Sõltumata sellest, kui erinevad üksikud liigid on, arenevad nad kõik rakkude moodustumise teel.
  
• Nagu Schwann märkis, „Iga rakk on teatud piirides üksikisik, iseseisev tervik. Ühe elutähtsad nähtused korduvad täielikult või osaliselt kõigis ülejäänud. ”
  
• Kõik rakud arenevad ühtemoodi ja nii on ka kõik ühesugused, välimusest hoolimata.
  

Tuginedes Schleideni ja Schwanni rakuteooriale, panustasid paljud teadlased avastustele - paljud neist tehti mikroskoobi kaudu - ja teooriatele selle kohta, mis rakkudes toimus. Järgnevatel aastakümnetel vaieldi nende rakuteooria üle ja esitati muid teooriaid. Tänaseni peetakse aga suurt osa sellest, mida kaks saksa teadlast 1830. aastatel esitasid, bioloogilises valdkonnas täpseks. Järgnevatel aastatel võimaldas mikroskoopia avastada rakkude sisemuse üksikasju. Teine Saksa botaanik nimega Hugo von Mohl avastas, et tuum ei olnud fikseeritud taime rakusein, kuid hõljus raku sees, poolviskoosse želeetaolise aine poolt kõrgemal. Ta nimetas seda ainet protoplasmaks. Ta ja teised teadlased märkisid, et protoplasmas olid selles väikesed, riputatud esemed. Algas protoplasma, mida hakati nimetama tsütoplasmaks, vastu suur huvi. Aja jooksul loendasid teadlased mikroskoopia täiustamismeetodeid kasutades raku organellid ja nende funktsioonid.

Raku suurim organell on tuum. Nagu Matthias Schleiden 19. sajandi alguses avastas, on tuum rakutoimingute keskuseks. Deoksüriboosi nukleiinhape, paremini tuntud kui deoksüribonukleiinhape või DNA, sisaldab organismi geneetilist teavet ning on transkribeeritud ja salvestatud tuumas. Tuum on ka raku pooldumine, nii moodustuvad uued rakud. Tuum eraldatakse ümbritsevast tsütoplasmast, mis täidab raku tuumaümbrisega. See on topeltmembraan, mida perioodiliselt katkestavad poorid, mille kaudu geenid, mis on transkribeeritud ribonukleiinhappe ahelatesse, või RNA - sellest saab messenger RNA või mRNA - liigu teistesse organellidesse, mida nimetatakse endoplasmaatiline retikulum väljaspool tuuma. Tuumamembraani välimine membraan on ühendatud endoplasmaatilist membraani ümbritseva membraaniga, mis hõlbustab geenide ülekannet. See on endomembraansüsteem ja see hõlmab ka Golgi aparaat,lüsosoomid, vakuolid, vesiikulid ja rakumembraan. Tuumaümbrise sisemine membraan teeb esmase töö tuuma kaitsmisel.

The endoplasmaatiline retikulum on tuumast ulatuv kanalite võrk, mis on ümbritsetud membraaniga. Kanaleid nimetatakse tsisternaedeks. Endoplasmaatilist võrku on kahte tüüpi: kare ja sile endoplasmaatiline võrkkeha. Need on ühendatud ja kuuluvad samasse võrku, kuid endoplasmaatilise retikulumi kahel tüübil on erinevad funktsioonid. Siledad endoplasmaatilised retikulumi tsisternad on ümarad torud, millel on palju harusid. Sile endoplasmaatiline retikulum sünteesib lipiidid, eriti steroidid. See aitab kaasa ka steroidide ja süsivesikute lagundamisele ning detoksifitseerib alkoholi ja muid rakku sisenevaid ravimeid. See sisaldab ka valke, mis liigutavad kaltsiumi ioone tsisternaesse, võimaldades sileda endoplasma võrk toimib kaltsiumiioonide säilitamiskohana ja nende kontsentratsiooni reguleerijana.

Kare endoplasmaatiline retikulum on ühendatud tuumamembraani välismembraaniga. Selle tsisternae ei ole tuubulid, vaid lamestatud kotikesed, mis on täis väikseid organoelle, mida nimetatakse ribosoomideks, kus see saab "kareda" nimetuse. Ribosoomid ei ole membraanidesse suletud. Kare endoplasmaatiline retikulum sünteesib valke, mis saadetakse rakust väljapoole või pakendatakse raku sees olevate teiste organellide sisse. Karedal endoplasmaatilisel retikulumil paiknevad ribosoomid loevad mRNA-sse kodeeritud geneetilist teavet. Seejärel kasutavad ribosoomid seda teavet aminohapetest valkude ehitamiseks. DNA transkriptsioon RNA-le valguks on bioloogias tuntud kui "Keskdogma". Kare endoplasmaatiline retikulum teeb ka valgud ja fosfolipiidid mis moodustavad raku plasmamembraan.

The Golgi kompleks, mis on tuntud ka kui Golgi keha või Golgi aparaat, on veel üks tsisternae võrgustik ning sarnaselt tuumale ja endoplasmaatilisele retikulumile on see ümbritsetud membraaniga. Organelli ülesanne on töödelda endoplasmaatilises võrgus sünteesitud valke ja levitada neid raku teistesse osadesse või valmistada neid rakust välja eksportimiseks. Samuti aitab see lipiidide transportimisel raku ümber. Transporditavate materjalide töötlemisel pakendab see need millesse, mida nimetatakse Golgi vesiikuliks. Materjal seotakse membraaniga ja saadetakse mööda raku tsütoskeleti mikrotuubuleid, nii et see võib tsütoplasma kaudu sihtkohta rännata. Osa Golgi vesiikulitest lahkub rakust ja osa säilitab valgu, et hiljem vabaneda. Teistest saavad lüsosoomid, mis on teist tüüpi organell.

Lüsosoomid on ümmargune membraaniga seotud vesiikul, mille on loonud Golgi aparaat. Need on täidetud ensüümidega, mis lagundavad paljusid molekule, näiteks komplekssed süsivesikud, aminohapped ja fosfolipiidid. Lüsosoomid on osa endomembraansüsteemist nagu Golgi aparaat ja endoplasmaatiline retikulum. Kui rakk ei vaja enam teatud organelli, seedib lüsosoom selle protsessis, mida nimetatakse autofaagiaks. Kui rakk talitleb halvasti või seda pole enam mingil muul põhjusel vaja, osaleb see raku programmeeritud surmas - see nähtus on tuntud ka kui apoptoos. Rakk seedib ennast oma lüsosoomi abil protsessis, mida nimetatakse autolüüsiks.

Lüsosoomiga sarnane organell on proteasoom, mida kasutatakse ka mittevajalike rakumaterjalide lagundamiseks. Kui rakk vajab teatud valgu kontsentratsiooni kiiret vähendamist, saab ta valgu märgistada molekule signaaliga, kinnitades neile ubikvitiini, mis saadab nad proteasoomi seeditav. Selle rühma teist organelli nimetatakse a peroksisoom. Peroksisoome ei toodeta Golgi aparaadis nagu lüsosoome, vaid endoplasmaatilises retikulumis. Nende põhiülesanne on toksiliste kahjulike ravimite nagu alkohol ja toksiinid, mis liiguvad veres.

Mitokondrid, mille ainsus on mitokondrion, on organellid, kes vastutavad sünteesimisel orgaaniliste molekulide kasutamise eest adenosiinitrifosfaatvõi ATP, mis on raku energiaallikas. Seetõttu on mitokondrion laialt tuntud kui raku “jõujaam”. Mitokondrid nihkuvad pidevalt niidikujulise ja sfäärilise kuju vahel. Neid ümbritseb kahekordne membraan. Sisemembraanil on palju voldikuid, nii et see näeb välja nagu rägastik. Voldikuid nimetatakse cristaeks, mille ainsus on crista, ja nende vahelist ruumi nimetatakse maatriksiks. Maatriks sisaldab ensüüme, mida mitokondrid kasutavad ATP sünteesimiseks, samuti ribosoome, nagu need, mis töötlevad kareda endoplasmaatilise retikulumi pinnal. Maatriks sisaldab ka väikesi ümmargusi mtDNA molekule, mis on mitokondriaalse DNA jaoks lühikesed.

Erinevalt teistest organellidest on mitokondritel oma DNA, mis on eraldi ja erinev organismi DNA-st, mis on iga raku tuumas (tuuma DNA). 1960. aastatel pakkus evolutsiooniteadlane nimega Lynn Margulis välja endosümbioosi teooria, mida arvatakse tänapäevalgi seletavat mtDNA-d. Ta uskus, et mitokondrid arenesid bakteritest, mis elasid umbes 2 miljardit aastat tagasi peremeesliigi rakkudes sümbiootilises suhtes. Lõpuks saadi tulemus mitokondrionina, mitte oma liikidena, vaid oma DNA-ga organellina. Mitokondriaalne DNA on päritud emalt ja muteerub kiiremini kui tuuma-DNA.