Eukarüootne rakk: määratlus, struktuur ja funktsioon (koos analoogia ja diagrammiga)

Nagu olete juba õppinud, rakke on elu põhiühik.

Ja hoolimata sellest, kas loodate keskkooli või keskkooli bioloogiakatseid ässitada või otsite värskendust enne ülikooli bioloogiat, on teadmised eukarüootsetest rakkude struktuurist kindlasti vajalikud.

Loe edasi üldise ülevaate saamiseks, mis hõlmab kõike, mida peate teadma (enamiku) keskkooli ja keskkooli bioloogiakursuste jaoks. Kursuste ässamiseks järgige linke iga raku organelli üksikasjalike juhiste saamiseks.

Mis täpselt on eukarüootsed rakud? Nad on üks kahest peamisest rakkude klassifikatsioonist - eukarüootsed ja prokarüootne. Nad on ka neist kahest keerulisemad. Eukarüootsete rakkude hulka kuuluvad loomarakud - sealhulgas inimrakud - taimerakud, seenrakud ja vetikad.

Eukarüootseid rakke iseloomustab membraaniga seotud tuum. See erineb prokarüootsetest rakkudest, millel on nukleoid - piirkond, mis on tihe raku DNA-ga -, kuid tegelikult puudub neil eraldi membraaniga seotud sektsioon nagu tuumal.

Eukarüootsetel rakkudel on ka organellid, mis on rakus leiduvad membraaniga seotud struktuurid. Kui vaataksite eukarüootseid rakke mikroskoobi all, näeksite igas vormis ja suuruses erinevaid struktuure. Prokarüootsed rakud näevad seevastu välja ühtlasemad, kuna neil pole neid membraaniga seotud struktuure, et rakk lõhkuda.

Miks siis organellid muudavad eukarüootsed rakud eriliseks?

Mõtlema organellid nagu toad teie kodus: teie elutuba, magamistoad, vannitoad ja nii edasi. Nad on kõik eraldatud seintega - lahtris oleksid need rakumembraanid - ja igal toatüübil on oma kindel kasutusviis, mis teeb teie kodust mugava elukoha. Organellid töötavad sarnaselt; neil kõigil on erinevad rollid, mis aitavad teie rakkudel toimida.

Kõik need organellid aitavad eukarüootsetel rakkudel täita keerukamaid funktsioone. Niisiis, eukarüootsete rakkudega organismid - nagu ka inimesed - on keerukamad kui prokarüootsed organismid, nagu bakterid.

Vestleme raku "aju" üle: tuum, mis sisaldab enamikku raku geneetilisest materjalist. Suurem osa teie raku DNA-st asub tuumas, korrastatud kromosoomideks. Inimestel tähendab see 23 paari kahte kromosoomi ehk 26 kromosoomid üldiselt.

Tuum on koht, kus teie rakk teeb otsuseid selle kohta, millised geenid on aktiivsemad (või "ekspresseeritud") ja millised geenid vähem aktiivsed (või "allasurutud"). See on transkriptsiooni koht, mis on esimene samm valgusünteesi ja a ekspresseerimise suunas geen valguks.

Tuuma ümbritseb kahekihiline tuumamembraan, mida nimetatakse tuumaümbrikuks. Ümbris sisaldab mitmeid tuumapoore, mis võimaldavad aineid, sealhulgas geneetilist materjali ja messenger RNA või mRNA, tuuma sisse ja sealt välja minna.

Ja lõpuks asub tuumas tuum, mis on tuuma suurim struktuur. Tuum aitab teie rakkudel toota ribosoome - rohkem kui sekundis - ja mängib ka rolli raku stressivastuses.

Rakubioloogias on iga eukarüootne rakk jagatud kahte kategooriasse: tuum, mida me just eespool kirjeldasime, ja tsütoplasma, mis on hästi kõik muu.

The tsütoplasma eukarüootsetes rakkudes sisaldab teisi membraaniga seotud organelle, mida käsitleme allpool. See sisaldab ka geelitaolist ainet, mida nimetatakse tsütosooliks - vee, lahustunud ainete ja struktuurvalkude segu -, mis moodustab umbes 70 protsenti raku mahust.

Iga eukarüootset rakku - loomarakke, taimerakke, kui te seda nimetate - ümbritseb plasmamembraan. The plasmamembraani struktuur koosneb mitmest komponendist, sõltuvalt vaadatava lahtri tüübist, kuid neil kõigil on üks peamine komponent: fosfolipiidne kahekihiline.

Iga fosfolipiidmolekul koosneb a hüdrofiilne (või vett armastav) fosfaatpea, pluss kaks hüdrofoobne (või vett vihkavaid) rasvhappeid. Topeltmembraan tekib siis, kui kaks fosfolipiidikihti on sabast sabani rivistatud, rasvhapped moodustavad membraani sisemise kihi ja fosfaatrühmad väljastpoolt.

See paigutus loob rakule erinevad piirid, muutes iga eukarüootse raku oma eraldiseisvaks üksuseks.

Plasma membraanil on ka teisi komponente. Plasmamembraani valgud aitavad materjale rakku sisse ja välja transportida ning nad saavad keskkonnast ka keemilisi signaale, millele teie rakud võivad reageerida.

Osa plasmamembraani valkudest (rühm nimega glükoproteiinid) on seotud ka süsivesikud. Glükoproteiinid toimivad teie rakkude "identifitseerimisena" ja neil on immuunsuses oluline roll.

Kui rakumembraan ei kõla kõik nii tugev ja kindel, sul on õigus - see pole nii! Nii et teie rakud vajavad raku kuju säilitamiseks allpool tsütoskeletti. Tsütoskelett koosneb struktuurvalkudest, mis on piisavalt tugevad, et rakku toetada ja mis võivad isegi aidata rakul kasvada ja liikuda.

Eukarüootse raku tsütoskeleti moodustavad kolm peamist tüüpi filamenti:

• Mikrotuubulid: Need on tsütoskeleti suurimad kiud ja need on valmistatud valgust, mida nimetatakse tubuliiniks. Nad on äärmiselt tugevad ja vastupidavad kokkusurumisele, seega on need teie rakkude õiges vormis hoidmiseks võtmetähtsusega. Neil on ka roll rakkude liikuvus või liikuvusja need aitavad ka materjali rakus transportida.

• Vahepealsed niidid: Need keskmise suurusega hõõgniidid on valmistatud keratiinist (mis on FYI ka peamine valk, mida leidub teie nahas, küüntel ja juustes). Nad töötavad koos mikrotuubulitega, et aidata säilitada raku kuju.

• Mikrokiud: Tsütoskeleti väikseim kiudude klass, mikrofilamendid on valmistatud valgust, mida nimetatakse aktiin. Aktiin on väga dünaamiline - aktiinikiud võivad kergesti muutuda lühemaks või pikemaks, sõltuvalt teie raku vajadustest. Aktiinifilamentid on eriti olulised tsütokineesi (kui üks rakk jaguneb mitoosi lõpus kaheks) jaoks ning mängib võtmerolli ka rakutranspordis ja liikuvuses.

Tsütoskelett on põhjus, miks eukarüootsed rakud võivad omandada väga keeruka kuju (vaadake seda pöörast närvikuju!) ilma, et nad endasse variseksid.

Vaadake mikroskoobi looma rakku ja leiate veel ühe organelli tsentrosoom, mis on tihedalt seotud tsütoskeletiga.

Tsentrosoom toimib raku peamise mikrotuubulite organiseerimiskeskusena (või MTOC). Tsentrosoomil on mitoosil ülioluline roll - sedavõrd, et tsentrosoomi defektid on seotud rakukasvuhaigustega, näiteks vähiga.

Tsentrosoomi leiate ainult loomarakkudest. Taime- ja seenrakud kasutavad oma mikrotuubulite korrastamiseks erinevaid mehhanisme.

Kui kõik eukarüootsed rakud sisaldavad tsütoskeletti, on mõnel rakutüübil - nagu taimerakkudelgi - rakusein veelgi paremaks kaitseks. Erinevalt rakumembraanist, mis on suhteliselt vedel, on raku sein on jäik struktuur, mis aitab säilitada raku kuju.

Rakuseina täpne koostis sõltub sellest, millist tüüpi organismi te vaatate (vetikatel, seentel ja taimerakkudel on kõigil erinevad rakuseinad). Kuid üldiselt on need tehtud polüsahhariidid, mis on komplekssed süsivesikud, aga ka struktuurvalgud.

Taimeraku sein on osa sellest, mis aitab taimedel sirgelt püsti tõusta (vähemalt seni, kuni nad on veest nii nõrgad, et hakkavad närbuma) ja vastu seista keskkonnateguritele, nagu tuul. See toimib ka poolläbilaskva membraanina, võimaldades teatud ainetel rakku siseneda ja sealt välja.

Need tuumas toodetud ribosoomid?

Siit leiate hulga neid endoplasmaatiline retikulum ehk ER. Täpsemalt leiate need lehelt kare endoplasmaatiline retikulum (või RER), mis on oma nime saanud tänu "karmile" välimusele, mis on tänu kõigile neile ribosoomidele.

Üldiselt on ER raku tootmisettevõte ja see vastutab ainete tootmise eest, mida teie rakud peavad kasvama. RER-is töötavad ribosoomid kõvasti, et aidata teie rakkudel toota tuhandeid ja tuhandeid erinevaid valke, mida teie rakud ellujäämiseks vajavad.

Seal on ka osa ER-st mitte kaetud ribosoomidega, mida nimetatakse sile endoplasmaatiline retikulum (või SER). SER aitab teie rakkudel toota lipiide, sealhulgas lipiide, mis moodustavad plasmamembraani ja organelli membraane. Samuti aitab see toota teatud hormoone, näiteks östrogeeni ja testosterooni.

Kui ER on raku tootmisettevõte, siis Golgi aparaat, mida mõnikord nimetatakse ka Golgi kehaks, on raku pakkimine.

Golgi aparaat võtab ER-is äsja toodetud valgud ja "pakendab" need, et nad saaksid rakus korralikult toimida. See pakendab aineid ka väikestesse membraaniga seotud üksustesse, mida nimetatakse vesiikuliteks, ja seejärel toimetatakse need rakku oma õigesse kohta.

Golgi aparaat koosneb väikestest kotikestest, mida nimetatakse tsisternae (need näevad välja nagu virn pannkooke mikroskoobi all), mis aitavad materjale töödelda. The cis golgi aparaadi nägu on sissetulev pool, mis võtab vastu uusi materjale, ja tõlk nägu on lahkuv pool, kes nad vabastab.

Lüsosoomid mängib võtmerolli ka valkude, rasvade ja muude ainete töötlemisel. Nad on väikesed membraaniga seotud organellid ja on väga happelised, mis aitab neil toimida nagu teie raku "kõht".

Lüsosoomide ülesanne on materjalide seedimine, soovimatute valkude, süsivesikute ja lipiidide lõhustamine, et neid saaks rakust eemaldada. Lüsosoomid on teie immuunrakkude eriti oluline osa, kuna need suudavad patogeene seedida - ja hoiavad neid teid üldiselt kahjustamast.

Kust võtab teie rakk energiat kogu selle tootmise ja saatmise jaoks? The mitokondrid, mida mõnikord nimetatakse raku elektrijaamaks või akuks. Mitokondrite ainsus on mitokondrion.

Nagu te arvatavasti arvasite, on mitokondrid peamised energiatootmise kohad. Täpsemalt, seal on need kaks viimast etappi rakuhingamine toimuvad - ja koht, kus rakk toodab suurema osa kasutatavast energiast ATP.

Nagu enamikku organelle, ümbritseb neid kahekihiline lipiid. Kuid mitokondritel on tegelikult kaks membraani (sisemine ja välimine membraan). Sisemine membraan on suurema pinna jaoks tihedalt enda sisse volditud, mis annab igale mitokondrionile rohkem ruumi keemiliste reaktsioonide läbiviimiseks ja raku jaoks rohkem kütuse tootmiseks.

Erinevatel rakutüüpidel on erinev arv mitokondreid. Näiteks on nendes eriti rikkad maksa- ja lihasrakud.

Kui mitokondrid võivad olla raku jõujaam, siis peroksisoom on raku ainevahetuse keskne osa.

Seda seetõttu, et peroksisoomid aitavad teie rakkudes toitaineid omastada ja on nende lagundamiseks täis seedetrakti ensüüme. Peroksisoomid sisaldavad ja neutraliseerivad ka vesinikperoksiidi - mis muidu võib teie DNA-d või rakumembraane kahjustada -, et edendada teie rakkude pikaajalist tervist.

Mitte iga rakk ei sisalda kloroplaste - neid ei leidu taime- ega seenrakkudes, küll aga taimerakkudes ja osades vetikates -, kuid need, mis neid siiski hästi kasutavad. Kloroplastid on fotosünteesi koht, keemiliste reaktsioonide komplekt, mis aitab mõnel organismil päikesevalgusest kasulikku energiat toota ja aitab ka atmosfäärist süsinikdioksiidi eemaldada.

Kloroplastid on täis rohelisi pigmente, mida nimetatakse klorofülliks, mis haaravad teatud valguse lainepikkusi ja panevad tööle fotosünteesi moodustavad keemilised reaktsioonid. Vaadake kloroplasti sisse ja leiate pannkoogitaolised materjalivirnad tülakoidid, mida ümbritseb avatud ruum (nn strooma).

Igal tülakoidil on oma membraan - ka tülakoidmembraan.

Vaadake mikroskoobi all taimerakku ja tõenäoliselt näete a suur mull, mis võtab palju ruumi. See on keskne vakuol.

Taimedes täitub tsentraalne vakuool veega ja lahustunud ainetega ning see võib muutuda nii suureks, et võtab enda alla kolmveerandi rakust. See avaldab rakuseinale turgorirõhku, mis aitab rakku "üles puhuda", et taim saaks sirgelt püsti tõusta.

Muud tüüpi eukarüootsetes rakkudes, nagu loomarakkudes, on väiksemad vakuoolid. Erinevad vakuoolid aitavad säilitada toitaineid ja jääkaineid, seega püsivad nad raku sees korrastatuna.

Vajad värskendust kõige suuremal erinevused taime- ja loomarakkude vahel? Oleme teid kajastanud:

• Vakuool: Taimerakkudes on raku kuju säilitamiseks vähemalt üks suur vakuool, samas kui loomade vakuolid on väiksemad.
• Tsentriool: Loomarakkudel on üks; taimerakud mitte.
• Kloroplastid: Taimerakkudel on need olemas; loomarakud seda ei tee.
  
• Rakusein: Taimerakkudel on raku välimine sein; loomarakkudel on lihtsalt plasmamembraan.