Kuidas rakkude struktuure tuvastada

Elusrakud ulatuvad üherakuliste vetikate ja bakterite rakkudest läbi mitmerakuliste organismide, näiteks sambla ja usside, kuni keerukate taimede ja loomadeni, kaasa arvatud inimesed. Teatud struktuure leidub kõigis elusrakkudes, kuid ka ühe raku organismid ning kõrgemate taimede ja loomade rakud on paljuski erinevad. Valgusmikroskoobid võivad rakke suurendada nii, et on näha suuremad, täpsemalt määratletud struktuurid, kuid ülekandelektronmikroskoobid (TEM) on vaja väikseimate rakustruktuuride nägemiseks.

Rakke ja nende struktuure on sageli raske tuvastada, kuna seinad on üsna õhukesed ja erinevad rakud võivad olla täiesti erineva välimusega. Rakkudel ja nende organellidel on omad tunnused, mida saab nende tuvastamiseks kasutada, ja see aitab kasutada piisavalt suurt suurendust, mis neid üksikasju näitab.

Näiteks 300-kordse suurendusega valgusmikroskoob näitab rakke ja mõningaid üksikasju, kuid mitte rakus olevaid väikeseid organelle. Selleks on vaja TEM-i. TEM-id loovad elektronide abil pisikeste struktuuride üksikasjalikud pildid, tulistades koeproovi kaudu elektrone ja analüüsides mustreid, kui elektronid väljuvad teisest küljest. TEM-idelt pärinevatel piltidel on tavaliselt märgitud rakutüüp ja suurendus - pilt, millel on märge "tem of human" epiteelirakke tähisega 7900X "suurendatakse 7900 korda ja see võib näidata raku üksikasju, tuuma ja muid struktuurid. Valgusmikroskoopide kasutamine tervete rakkude jaoks ja TEM-id väiksemate omaduste jaoks võimaldavad usaldusväärsemat ja täpset tuvastamist ka kõige raskemini tabatavates rakustruktuurides.

Mikrograafid on valgustatud mikroskoobide ja TEM-ide abil saadud suurendatud pildid. Sageli tehakse rakkude mikrograafe koeproovidest ja näitavad pidevat rakkude ja sisemiste struktuuride massi, mida on raske kindlaks teha individuaalselt. Tavaliselt näitavad sellised mikrograafid palju jooni, punkte, laike ja klastreid, millest koosneb rakk ja selle organellid. Erinevate osade kindlakstegemiseks on vaja süsteemset lähenemist.

See aitab teada, mis eristab erinevaid rakustruktuure. Rakud ise on mikrograafil kõige suurem suletud keha, kuid rakkude sees on palju erinevaid struktuure, millest igaühel on oma identifitseerivate tunnuste komplekt. Kõrgetasemeline lähenemine, kus tuvastatakse suletud piirid ja leitakse suletud kujundid, aitab eraldada pildil olevad komponendid. Seejärel on võimalik iga eraldi osa identifitseerida ainulaadsete omaduste otsimisega.

Kõige raskemini õigesti tuvastatavad rakustruktuurid on igas rakus olevad pisikesed membraaniga seotud organellid. Need struktuurid on raku funktsioonide jaoks olulised ja enamik neist on väikesed rakukomponendid, nagu valgud, ensüümid, süsivesikud ja rasvad. Neil kõigil on rakus oma rollid, mis esindavad raku uurimise ja raku struktuuri tuvastamise olulist osa.

Kõigil rakkudel ei ole igat tüüpi organelle ja nende arv on väga erinev. Enamik organelle on nii väikesed, et neid saab tuvastada ainult organellide TEM-piltidel. Kuigi kuju ja suurus aitavad mõnda organelli eristada, on tavaliselt vaja näha sisemist struktuuri, et olla kindel, millist tüüpi organelle näidatakse. Nagu kõigi teiste rakustruktuuride ja kogu raku puhul, teevad iga organelli eripära identifitseerimise lihtsamaks.

Võrreldes teiste rakumikrogrammides leiduvate subjektidega on rakud ülekaalukalt suurimad, kuid nende piire on sageli üllatavalt raske leida. Bakterirakud on sõltumatud ja neil on suhteliselt paks rakusein, nii et neid saab tavaliselt kergesti näha. Kõigil teistel rakkudel, eriti kõrgemate loomade kudedes, on ainult õhuke rakumembraan ja rakusein puudub. Koe mikrogrammidel on sageli ainult nõrgad jooned, mis näitavad iga raku membraane ja piire.

Rakkudel on kaks omadust, mis muudavad tuvastamise lihtsamaks. Kõigil rakkudel on neid ümbritsev pidev rakumembraan ja rakumembraan ümbritseb veel mitmeid pisikesi struktuure. Kui selline pidev membraan on leitud ja see ümbritseb paljusid teisi kehasid, millel kummalgi on oma sisemine struktuur, saab selle suletud ala identifitseerida rakuna. Kui lahtri identiteet on selge, saab sisekonstruktsioone tuvastada.

Kõigil rakkudel pole tuuma, kuid enamikul neist on loom- ja taimekudedes. Üherakulistel organismidel, näiteks bakteritel, puudub tuum ja mõnel loomarakul, näiteks inimese küpsetel punastel verelibledel, pole ka seda. Teistel tavalistel rakkudel, näiteks maksarakkudel, lihasrakkudel ja naharakkudel, on rakumembraanis selgelt määratletud tuum.

Tuum on raku sees suurim keha ja tavaliselt on see enam-vähem ümmargune kuju. Erinevalt lahtrist pole selle sees palju struktuure. Tuuma suurim objekt on ümmargune tuum, mis vastutab ribosoomide valmistamise eest. Kui suurendus on piisavalt suur, võib näha tuuma kromosoomide ussitaolisi struktuure, eriti kui rakk valmistub jagunemiseks.

Ribosoomid on pisikesed valgu ja ribosomaalse RNA tükid, mille järgi valke toodetakse. Neid saab tuvastada membraani puudumise ja väikese suuruse järgi. Rakuorganellide mikrogrammides näevad nad välja nagu väikesed tahke aine terad ja neid teri on kogu rakus laiali.

Mõned ribosoomid on kinnitatud endoplasmaatilise retikulumi külge, tuuma lähedal asuvasse rida voltidesse ja torukestesse. Need ribosoomid aitavad rakul toota spetsialiseeritud valke. Väga suure suurendusega võib olla võimalik näha, et ribosoomid koosnevad kahest sektsioonist, millest suurem osa koosneb RNA-st ja väiksem kobar koosneb valmistatud valkudest.

Leidub ainult rakkudes, millel on tuum, endoplasmaatiline retikulum on struktuur, mis koosneb volditud kotidest ja tuubidest, mis asuvad tuuma ja rakumembraani vahel. See aitab rakul hallata valkude vahetust raku ja tuuma vahel ning ribosoomid on kinnitatud lõikele, mida nimetatakse töötlemata endoplasmaatiliseks retikulumiks.

Kare endoplasmaatiline retikulum ja selle ribosoomid toodavad rakuspetsiifilisi ensüüme, näiteks kõhunäärme rakkudes insuliini ja valgete vereliblede antikehi. Siledal endoplasmaatilisel retikulumil pole kinnitatud ribosoome ja see toodab süsivesikuid ja lipiide, mis aitavad rakumembraane tervena hoida. Endoplasmaatilise retikulumi mõlemaid osi saab tuvastada nende ühendamise teel raku tuumaga.

Mitokondrid on raku jõujaamad, mis seedivad glükoosi, et tekitada ATP-i hoiumolekuli molekul, mida rakud energiaks kasutavad. Organell koosneb siledast välismembraanist ja volditud sisemembraanist. Energia tootmine toimub molekulide ülekandmise teel läbi sisemise membraani. Mitokondrite arv rakus sõltub raku funktsioonist. Näiteks lihasrakkudel on palju mitokondreid, kuna need kulutavad palju energiat.

Mitokondreid saab tuvastada siledate, pikliku kehana, mis on tuuma järel suuruselt teine ​​organell. Nende eristavaks tunnuseks on volditud sisemine membraan, mis annab mitokondrite sisemusele oma struktuuri. Rakumikrograafil näevad sisemembraani voldid välja nagu sõrmed, mis tungivad mitokondrite sisemusse.

Lüsosoomid on väiksemad kui mitokondrid, nii et neid saab näha ainult väga suurendatud TEM-piltidel. Ribosoomidest eristab neid nende seedeensüüme sisaldav membraan. Neid võib sageli pidada ümarate või kerakujulistena, kuid neil võib olla ka ebakorrapärane kuju, kui nad on ümbritsenud tüki rakujäätmeid.

Lüsosoomide ülesanne on seedida rakkude ainet, mida enam ei vajata. Rakufragmendid lagundatakse ja visatakse rakust välja. Lüsosoomid ründavad ka rakku sattunud võõraid aineid ja on sellisena kaitseks bakterite ja viiruste eest.

Golgi kehad ehk Golgi struktuurid on virnad lamestatud kottidest ja torudest, mis näevad välja nagu oleks keskelt kokku pigistatud. Iga kott on ümbritsetud membraaniga, mida on võimalik piisava suurendusega näha. Nad näevad mõnikord välja nagu endoplasmaatilise retikulumi väiksem versioon, kuid nad on eraldi kehad, mis on korrapärasemad ja pole tuumaga seotud. Golgi kehad aitavad toota lüsosoome ja muuta valke ensüümideks ja hormoonideks.

Tsentrioolid tulevad paarikaupa ja asuvad tavaliselt tuuma lähedal. Need on pisikesed silindrilised valkude kimbud ja on rakkude jagunemise võti. Paljude lahtrite vaatamisel võivad mõned olla jagunemisprotsessis ja tsentrioolid muutuvad siis väga silmatorkavaks.

Jagunemise ajal rakutuum lahustub ja kromosoomides leitud DNA dubleeritakse. Seejärel loovad tsentrioolid kiudude spindli, mida mööda kromosoomid rändavad raku vastassuundadesse. Seejärel saab rakk jagada iga tütrerakuga, kes saab kromosoomide täieliku komplemendi. Selle protsessi käigus on tsentrioolid kiudude spindli mõlemas otsas.

Kõik rakud peavad säilitama kindla kuju, kuid mõned peavad jääma jäigaks, samas kui teised võivad olla paindlikumad. Rakk hoiab oma kuju tsütoskeletiga, mis koosneb raku funktsioonist sõltuvalt erinevatest struktuuri elementidest. Kui rakk on osa suuremast struktuurist, näiteks elundist, mis peab oma kuju säilitama, koosneb tsütoskelett jäikadest tuubulitest. Kui rakul lastakse rõhu all toota ja ei pea oma kuju täielikult säilitama, on tsütoskelett kergem, painduvam ja koosneb valgu kiududest.

Rakku mikrograafil vaadates näitab tsütoskelett torukeste puhul paksude topeltjoonetena ja niitide jaoks õhukesi üksikuid jooni. Mõnes rakus ei pruugi selliseid jooni olla, kuid teistes võivad avatud ruumid olla täidetud tsütoskeletiga. Rakustruktuuride kindlakstegemisel on oluline hoida organelli membraanid eraldi, jälgides nende suletud ahelat, samal ajal kui tsütoskeleti jooned on avatud ja läbivad raku.

Kõigi rakustruktuuride täielikuks tuvastamiseks on vaja mitut mikrograafi. Neil, mis näitavad tervet rakku või mitut rakku, ei ole väikseimate struktuuride, näiteks kromosoomide jaoks piisavalt üksikasju. Mitmed järk-järgult suurema suurendusega organellide mikrograafid näitavad suuremaid struktuure nagu mitokondrid ja seejärel väikseimaid kehi nagu tsentrioolid.

Suurendatud koeproovi esmakordsel uurimisel võib olla keeruline rakkude erinevaid struktuure kohe näha, kuid rakumembraanide jälgimine on hea algus. Tuuma ja suuremate organellide, näiteks mitokondrite tuvastamine on sageli järgmine samm. Suurema suurendusega mikrogrammides saab teisi organelle sageli tuvastada elimineerimisprotsessi abil, otsides peamisi eristavaid omadusi. Seejärel annavad iga organelli ja struktuuri numbrid aimu raku ja selle kudede toimimisest.