Solun rakenne ja toiminta

Solut edustavat pienimpiä tai ainakin kaikkein redusoitumattomimpia esineitä, joissa on kaikki ominaisuudet, jotka liittyvät "elämään" kutsuttuun maagiseen näkymään, kuten aineenvaihdunta (energian ottaminen ulkopuolisista lähteistä sisäisten prosessien tehostamiseksi) ja jäljentäminen. Tässä suhteessa heillä on sama kapasiteetti biologiassa kuin atomien kemiassa: Ne voidaan varmasti jakaa pienempiin paloihin, mutta erikseen nämä palat eivät todellakaan voi tehdä paljon. Joka tapauksessa ihmiskeho sisältää varmasti paljon niitä - reilusti yli 30 biljoonaa (se on 30 miljoonaa miljoonaa euroa).

Sekä luonnontieteiden että tekniikan maailmassa yleinen pidättäytyminen on "muoto sopii -toiminto". Tämä tarkoittaa käytännössä sitä, että jos jollakin on tietty tehtävä, se näyttää todennäköisesti pystyvän tekemään että työ; päinvastoin, jos jotain näyttää tekevän tietyn tehtävän tai tehtävien suorittamiseksi, niin on hyvät mahdollisuudet, että juuri tämä asia tekee.

Solujen organisointi ja niiden suorittamat prosessit ovat läheisessä yhteydessä toisiinsa, jopa erottamattomat, ja hallitsevat niitä Solurakenteen ja toiminnan perusteet ovat sekä itsessään palkitsevia että välttämättömiä elämisen luonteen ymmärtämiseksi täysin asioita.

Aineen - sekä elävän että elämättömän - käsite, joka koostuu suuresta määrästä erillisiä, samanlaisia ​​yksiköitä, on ollut olemassa siitä lähtien Demokritos, kreikkalainen tutkija, jonka elämä ulottui 5. ja 4. vuosisadalle eaa. Mutta koska solut ovat aivan liian pieniä, jotta niitä ei voida nähdä silmät paljastamatta, vasta 1600-luvulla, ensimmäisten mikroskooppien keksimisen jälkeen, kukaan pystyi todella visualisoimaan niitä.

Robert Hooke hyvitetään yleensä termin "solu" luomiseksi biologisessa kontekstissa vuonna 1665, vaikka hänen työnsä tällä alalla keskittyi korkkiin; noin 20 vuotta myöhemmin, Anton van Leeuwenhoek löysi bakteereja. Vielä olisi useita vuosisatoja, ennen kuin solun tietyt osat ja niiden toiminnot voitaisiin selvittää ja kuvata kokonaan. Vuonna 1855 suhteellisen hämärä tiedemies Rudolph Virchow esitti oikein, että elävät solut voivat tulla vain muut elävät solut, vaikka ensimmäiset havainnot kromosomien replikaatiosta olivat vielä parin vuosikymmenen päässä.

Prokaryootteja, jotka kattavat taksonomiset alueet Bakteerit ja Archaea, ovat olleet olemassa noin kolme ja puoli miljardia vuotta, mikä on noin kolme neljäsosaa maan koko ikästä. (Taksonomia on tiede, joka käsittelee elävien olentojen luokittelua; verkkotunnus on hierarkian korkeimman luokan luokka.) Prokaryoottiset organismit koostuvat yleensä vain yhdestä solusta.

Eukaryootit, kolmas alue, sisältävät eläimiä, kasveja ja sieniä - lyhyesti sanottuna kaikki elävät, jotka voit todella nähdä ilman laboratorioinstrumentteja. Näiden organismien solujen uskotaan syntyneen prokaryooteista endosymbioosi (kreikaksi "asumisesta sisällä"). Lähes 3 miljardia vuotta sitten solu nieli aerobisen (happea käyttävän) bakteerin, joka palveli molempien elämänmuotojen tarkoituksia koska "nielty" bakteeri tarjosi keinon energiantuotantoon isäntäsolulle tarjoten samalla tukevan ympäristön varten endosymbiont.
Lue lisää prokaryoottisten ja eukaryoottisten solujen samankaltaisuudesta ja eroista.

Solut vaihtelevat suuresti kooltaan, muodoltaan ja sisällön jakautumiselta, erityisesti eukaryoottien alueella. Nämä organismit ovat paljon suurempia ja monipuolisempia kuin prokaryootit ja "muodon hengessä" fit-toiminto ", johon on viitattu aiemmin, nämä erot ovat ilmeisiä jopa yksittäisten solujen tasolla.

Katso mitä tahansa solukaaviota, ja riippumatta mistä organismista solu kuuluu, olet varma näkevänsi tiettyjä piirteitä. Näihin kuuluvat a plasmakalvo, joka sulkee solun sisällön; sytoplasma, joka on hyytelömäinen väliaine, joka muodostaa suurimman osan solun sisätiloista; deoksiribonukleiinihappo (DNA), geneettinen materiaali, jonka solut kulkeutuvat tytärsoluihin, jotka muodostuvat, kun solu jakautuu kahtia lisääntymisen aikana; ja ribosomit, jotka ovat rakenteita, jotka ovat proteiinisynteesin paikkoja.

Prokaryooteilla on myös soluseinä solukalvon ulkopuolella, samoin kuin kasveilla. Eukaryooteissa DNA on suljettu ytimeen, jolla on oma plasmakalvo, joka on hyvin samanlainen kuin itse solua ympäröivä.

Solujen plasmakalvo koostuu a fosfolipidikaksoiskerros, jonka organisoituminen johtuu sen osien sähkökemiallisista ominaisuuksista. Kummassakin kerroksessa olevat fosfolipidimolekyylit sisältävät hydrofiilinen "päät", jotka vetävät veteen varauksensa vuoksi, ja hydrofobinen "hännät", jotka eivät ole latautuneita ja jotka siksi yleensä osoittavat pois vedestä. Kunkin kerroksen hydrofobiset osat ovat vastakkain kaksoiskalvon sisäpuolella. Ulkokerroksen hydrofiilinen puoli on solun ulkopintaa kohti, kun taas sisemmän kerroksen hydrofiilinen puoli on kohti sytoplasmaa.

Tärkeää on, että plasmakalvo on puoliläpäisevä, mikä tarkoittaa, että pikemminkin kuin yökerhon heijastin, se myöntää pääsyn tietyille molekyyleille ja estää pääsyn muille. Pienet molekyylit, kuten glukoosi (sokeri, joka toimii kaikkien solujen lopullisena polttoaineen lähteenä) ja hiilidioksidi voi liikkua vapaasti soluun ja ulos solusta, väistämällä kohtisuoraan kalvoon kohdistettuja fosfolipidimolekyylejä koko. Muita aineita kuljetetaan aktiivisesti kalvon läpi "pumpuilla", jotka toimivat adenosiinitrifosfaatilla (ATP), nukleotidilla, joka toimii kaikkien solujen energia "valuuttana".
Lue lisää plasmakalvon rakenteesta ja toiminnasta.

Ydin toimii eukaryoottisolujen aivoina. Ytimen ympärillä olevaa plasmakalvoa kutsutaan ydinkuoreksi. Ytimen sisällä ovat kromosomit, jotka ovat DNA: n "paloja"; kromosomien määrä vaihtelee lajeittain (ihmisillä on 23 erilaista tyyppiä, mutta kaikkiaan 46 - yksi kutakin tyyppiä äidiltä ja toinen isältä).

Kun eukaryoottisolu jakautuu, ytimen sisällä oleva DNA tekee sen ensin, kun kaikki kromosomit ovat replikoituneet. Tätä prosessia kutsutaan mitoosi, on yksityiskohtainen myöhemmin.

Ribosomeja esiintyy sekä eukaryoottisten että prokaryoottisten solujen sytoplasmassa. Eukaryooteissa ne ovat ryhmiteltyjä pitkin tiettyjä organellit (kalvoon sitoutuneet rakenteet, joilla on erityisiä toimintoja, kuten elimet, kuten maksa ja munuaiset, tekevät elimistössä suuremmassa mittakaavassa). Ribosomit tuottavat proteiineja käyttäen ohjeita, jotka sisältyvät DNA: n "koodiin" ja lähetetään ribosomeihin messenger-ribonukleiinihapon (mRNA) avulla.

Kun mRNA on syntetisoitu ytimessä DNA: ta templaattina, se poistuu ytimestä ja kiinnittyy ribosomeihin, jotka kokoavat proteiineja 20 eri joukosta aminohappoja. MRNA: n valmistusprosessia kutsutaan transkriptio, kun taas proteiinisynteesi itsessään tunnetaan nimellä käännös.

Mikään keskustelu eukaryoottisolujen koostumuksesta ja toiminnasta ei voisi olla täydellinen tai edes merkityksellinen ilman mitokondrioiden perusteellista hoitoa. Nämä organellit, jotka ovat merkittäviä ainakin kahdella tavalla: Ne ovat auttaneet tutkijoita oppimaan paljon evoluution alkuperästä solut yleensä, ja ne ovat melkein yksin vastuussa eukaryoottisen elämän monimuotoisuudesta sallimalla solujen kehittymisen hengitys.

Kaikki solut käyttävät kuuden hiilen sokeriglukoosia polttoaineena. Sekä prokaryooteissa että eukaryooteissa glukoosi käy läpi sarjan kemiallisia reaktioita, joita kutsutaan yhdessä glykolyysi, joka tuottaa pienen määrän ATP: tä solun tarpeisiin. Lähes kaikissa prokaryooteissa tämä on metabolisen linjan loppu. Mutta eukaryooteissa, jotka kykenevät käyttämään happea, glykolyysituotteet siirtyvät mitokondrioihin ja käyvät läpi muita reaktioita.

Ensimmäinen näistä on Krebs-sykli, joka luo pienen määrän ATP: tä, mutta toimii lähinnä varastoimalla välimolekyylejä soluhengityksen pääfinaaliin, elektronien siirtoketju. Krebsin sykli tapahtuu matriisi mitokondrioiden (organelliversio yksityisestä sytoplasmasta), kun taas elektronin siirtoketju, joka tuottaa valtaosan ATP: stä eukaryooteissa, ilmenee sisäisellä mitokondriolla kalvo.

Eukaryoottisoluissa on useita erikoistuneita elementtejä, jotka korostavat näiden monimutkaisten solujen laajaa, toisiinsa liittyvää metabolista tarvetta. Nämä sisältävät:

• Endoplasman verkkokalvo: Tämä organelli on tubulusverkko, joka koostuu plasmakalvosta, joka on jatkuva ydinvaipan kanssa. Sen tehtävänä on modifioida äskettäin valmistettuja proteiineja niiden valmistamiseksi alavirran solutoimintoihin entsyymeinä, rakenne-elementteinä ja niin edelleen, räätälöimällä ne solun erityistarpeisiin. Se valmistaa myös hiilihydraatteja, lipidejä (rasvoja) ja hormoneja. Endoplasman verkkokalvo näkyy mikroskopialla joko sileänä tai karkeana, muodot, jotka on lyhennetty vastaavasti SER ja RER. RER on niin nimetty, koska se "on nastattu" ribosomeilla; tässä tapahtuu proteiinin modifikaatio. SER toisaalta, missä edellä mainitut aineet kootaan.
• Golgin elimet: Kutsutaan myös Golgin laitteeksi. Se näyttää litistyneeltä pinolta kalvoon sitoutuneita pusseja, ja se pakkaa lipidit ja proteiinit rakkulat jotka sitten irtoavat endoplasmisesta verkkokerroksesta. Vesikkelit kuljettavat lipidit ja proteiinit solun muihin osiin.
  
• Lysosomit: Kaikista aineenvaihduntaprosesseista syntyy jätettä, ja solulla on oltava keinot päästä eroon siitä. Tästä toiminnasta huolehtivat lysosomit, jotka sisältävät ruoansulatusentsyymejä, jotka hajottavat proteiineja, rasvoja ja muita aineita, mukaan lukien itse kuluneet organellit.
• Vakuuolit ja rakkulat: Nämä organellit ovat pusseja, jotka kulkevat eri solukomponenttien ympäri ja vievät ne yhdestä solunsisäisestä sijainnista toiseen. Tärkeimmät erot ovat se, että rakkulat voivat sulautua solun muiden kalvokomponenttien kanssa, kun taas vakuolit eivät. Kasvisoluissa jotkut vakuolit sisältävät ruoansulatusentsyymejä, jotka voivat hajottaa suuria molekyylejä, toisin kuin lysosomit.
• Sytoskeletti: Tämä materiaali koostuu mikrotubuluksista, proteiinikomplekseista, jotka tarjoavat rakenteellista tukea ulottumalla ytimestä sytoplasman läpi plasmamembraaniin asti. Tässä suhteessa ne ovat kuin rakennuksen palkit ja palkit, jotka toimivat pitääkseen koko dynaamisen solun romahtamasta itseensä.

Kun bakteerisolut jakautuvat, prosessi on yksinkertainen: Solu kopioi kaikki elementit, myös sen DNA, vaikka sen koko on suunnilleen kaksinkertainen, ja jakautuu sitten kahtia prosessissa, joka tunnetaan nimellä binaarinen fissio.

Eukaryoottisolujen jakautuminen on enemmän mukana. Ensinnäkin, ytimen DNA replikoituu, kun ydinkuori liukenee, ja sitten replikoidut kromosomit erottuvat tytärytimiksi. Tätä kutsutaan mitoosiksi, ja se koostuu neljästä erillisestä vaiheesta: profaasi, metafaasi, anafaasi ja telofaasi; monet lähteet lisäävät viidennen vaiheen, jota kutsutaan prometafaasiksi, heti profaasin jälkeen. Sen jälkeen ydin jakautuu ja uudet ydinvaipat muodostuvat kahden identtisen kromosomiryhmän ympärille.

Lopuksi solu kokonaisuudessaan jakautuu prosessiin, joka tunnetaan nimellä sytokineesi. Kun DNA: ssa on tiettyjä vikoja perittyjen epämuodostumien (mutaatioiden) tai vahingollisten kemikaalien läsnäolon ansiosta, solujen jakautuminen voi edetä tarkastamatta; tämä on syövän perusta, joukko sairauksia, joihin ei ole vielä parannuskeinoa, vaikka hoidot parantuvat edelleen, jotta elämänlaatu paranisi huomattavasti.