Mis on rakk ja selle funktsioonid. Raku struktuur - lüsosoomid, ribosoomid, rakumembraan, tsütoplasma. Mida me oleme õppinud

Kamber- kõigi elusorganismide (välja arvatud viirused, mida sageli nimetatakse mitterakulisteks eluvormideks) ehituse ja elutegevuse elementaarne üksus, millel on oma ainevahetus ja mis on võimeline iseseisvaks eksisteerimiseks, iseseisvuseks ja arenguks. Kõik elusorganismid, nagu mitmerakulised loomad, taimed ja seened, koosnevad paljudest rakkudest või, nagu paljud algloomad ja bakterid, on üherakulised organismid. Bioloogia haru, mis tegeleb rakkude ehituse ja aktiivsuse uurimisega, nimetatakse tsütoloogiaks. Viimasel ajal on tavaks saanud rääkida ka rakubioloogiast ehk rakubioloogiast.

raku struktuur Kõik maakera rakulised eluvormid võib neid moodustavate rakkude struktuuri alusel jagada kahte kuningriiki – prokarüootid (tuumaeelsed) ja eukarüootid (tuuma). Prokarüootsed rakud on struktuurilt lihtsamad, ilmselt tekkisid nad evolutsiooniprotsessis varem. Eukarüootsed rakud - keerukamad, tekkisid hiljem. Inimkeha moodustavad rakud on eukarüootsed. Vaatamata vormide mitmekesisusele allub kõigi elusorganismide rakkude korraldus ühtsetele struktuuripõhimõtetele. Raku elussisu – protoplast – eraldatakse keskkonnast plasmamembraani ehk plasmalemma abil. Raku sees on täidetud tsütoplasma, mis sisaldab erinevaid organelle ja rakulisi inklusioone, samuti geneetilist materjali DNA molekuli kujul. Iga raku organell täidab oma erifunktsiooni ja kõik koos määravad ära raku kui terviku elutegevuse.

prokarüootne rakk

prokarüootid(ladina keelest pro - enne, kuni ja kreeka keelest κάρῠον - tuum, pähkel) - organismid, millel pole erinevalt eukarüootidest moodustunud rakutuum ja muud sisemembraani organellid (välja arvatud näiteks fotosünteetiliste liikide lamedad mahutid tsüanobakterid). 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. Prokarüootsete rakkude järglased on eukarüootsete rakkude organellid – mitokondrid ja plastiidid.

eukarüootne rakk

eukarüootid(eukarüootid) (kreeka keelest ευ - hea, täielikult ja κάρῠον - tuum, 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 tohututes osades. enamus (va dinoflagellaadid) on kompleks histooni valkudega, mida nimetatakse kromatiiniks. Eukarüootsetel rakkudel on sisemembraanide süsteem, mis moodustab lisaks tuumale ka mitmeid teisi organelle (endoplasmaatiline retikulum, Golgi aparaat jne). Lisaks on valdaval enamusel püsivad intratsellulaarsed sümbiontid-prokarüootid – mitokondrid ning ka vetikatel ja taimedel on plastiidid.

rakumembraan Rakumembraan on raku väga oluline osa. See hoiab koos kõiki rakulisi komponente 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 membraani sees üksteise vastu, seega ei puutu kokku veega. Selle membraani paksus on u. 7 nm. Lisaks peamistele lipiidkomponentidele sisaldab see suuri valgumolekule, mis on võimelised lipiidide kaksikkihis “hõljuma” ja on paigutatud 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.

Peamine rakumembraani funktsioon See reguleerib 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 loovad 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 seda ainult membraani vähese 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, säilib see pigment; kui peet keeta, siis rakud surevad, muutuvad kergesti läbilaskvaks ja kaotavad pigmendi, mis muudab vee punaseks. Suured molekulid, näiteks valgurakud, võivad "alla neelata". Mõnede valkude mõjul, kui need on rakku ümbritsevas vedelikus, tekib rakumembraanis invaginatsioon, mis seejärel sulgub, moodustades mulli – väikese vaakumi, mis sisaldab vett ja valgu molekule; pärast seda puruneb vakuooli ümbritsev membraan 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 - ühele selgroogsete valgete vereliblede (leukotsüütide) tüübile. 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 tsentraalne vakuool, mis hõivab peaaegu kogu raku; tsütoplasma moodustab rakuseina ja vakuooli vahele vaid väga õhukese kihi. 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 paiknevad 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.

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.

Tsütoplasma struktuur

Tsütoplasma vedelat komponenti nimetatakse ka tsütosooliks. Valgusmikroskoobis 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 üksteisesse läbivate membraaniosade (torude ja paakide) süsteem, mida nimetatakse endoplasmaatiliseks retikulumiks (või endoplasmaatiliseks retikulumiks, EPR või EPS). Seda EPR osa, mille membraanide külge on kinnitatud ribosoomid, nimetatakse granulaarseks (või karedaks) endoplasmaatiliseks retikulumiks ja selle membraanidel toimub valkude süntees. Neid sektsioone, mille seintel ei ole ribosoome, nimetatakse siledaks (või agranulaarseks) ER-ks, mis osaleb lipiidide sünteesis. Sileda ja granuleeritud ER siseruumid ei ole isoleeritud, vaid lähevad üksteisesse ja suhtlevad tuumaümbrise valendikuga.

golgi aparaat

Golgi aparaat on lamedate membraaniga tsisternide virn, mis on servadele lähemale laienenud. 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, membraani vesiikulid - endoplasmaatilisest retikulumist tärkavad vesiikulid on pidevalt nende paakide külge kinnitatud. Ilmselt toimub samade vesiikulite abil küpsevate valkude edasine liikumine ühest paagist teise. Lõpuks tärkavad täielikult küpseid valke sisaldavad vesiikulid organelli vastasotsast (trans-Golgi).

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 kinnituvad 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.

Lüsosoomid

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.

tsütoskelett

Tsütoskeleti elementide hulka kuuluvad raku tsütoplasmas paiknevad valgufibrillaarsed struktuurid: mikrotuubulid, aktiin ja vahefilamendid. Mikrotuubulid osalevad organellide transpordis, on lipu osad ja mitootiline spindel on ehitatud mikrotuubulitest. Aktiinfilamendid on olulised raku kuju säilitamiseks, pseudopodiaalseteks reaktsioonideks. 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). Tsentriool on silinder, mille külgpinna moodustavad üheksa mikrotuubulite komplekti. Mikrotuubulite arv komplektis võib erinevate organismide puhul varieeruda 1-st 3-ni. Tsentrioolide ümber asub nn tsütoskeleti organiseerimise keskus, piirkond, kuhu on rühmitatud raku mikrotuubulite miinusotsad. Enne jagunemist sisaldab rakk kahte tsentriooli, mis asuvad üksteise suhtes täisnurga all. Mitoosi ajal lahknevad nad raku erinevatesse otstesse, moodustades jagunemisspindli poolused. 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. Tsentrioolid näivad olevat homoloogsed lipu ja ripsmete basaalkehadega.

Mitokondrid

Mitokondrid on spetsiaalsed rakuorganellid, mille põhiülesanne on universaalse energiakandja ATP süntees. Hingamine (hapniku neeldumine ja süsinikdioksiidi vabanemine) toimub ka mitokondrite ensümaatiliste süsteemide tõttu. Mitokondrite sisemine luumen, mida nimetatakse maatriksiks, on tsütoplasmast eraldatud kahe välimise ja sisemise membraaniga, mille vahel on membraanidevaheline ruum. Mitokondrite sisemembraan moodustab voldid, nn cristae. Maatriks sisaldab erinevaid ensüüme, mis osalevad hingamises ja ATP sünteesis. Sisemise mitokondriaalse membraani vesiniku potentsiaal on ATP sünteesi jaoks keskse tähtsusega. Mitokondritel on oma DNA genoom ja prokarüootsed ribosoomid, mis kindlasti viitab nende organellide sümbiootilisele päritolule. Kõik mitokondriaalsed valgud ei ole mitokondriaalses DNA-s kodeeritud, suurem osa mitokondriaalse valgu geene paikneb tuumagenoomis ning nendele vastavad saadused sünteesitakse tsütoplasmas ning transporditakse seejärel mitokondritesse. Mitokondri genoomid on erineva suurusega: näiteks inimese mitokondri genoom sisaldab vaid 13 geeni. Uuritud organismidest leidub kõige rohkem mitokondriaalseid geene (97) algloomal Reclinomonas americana.

Raku 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 lihasrakkudes hoitakse teist süsivesikute polümeeri, glükogeeni. Rasv on ka üks tavaliselt säilitatavatest toiduainetest, 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.

Raku uurimise meetodid

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 mikronit). Paljud rakustruktuuri elemendid on aga mõõtmetelt palju väiksemad. 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 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.

Elektronmikroskoop.

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

Kui söötmele lisatakse rakkudes metabolismi käigus neeldunud radioaktiivne isotoop, saab seejärel autoradiograafia abil tuvastada selle rakusisest lokaliseerumist. 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 suspendeeritakse vedelikus 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 kasvamise 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 kasutatakse komponente, mis erinevad veidi 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 ümbritsetud 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.

Teadlased positsioneerivad loomaraku kui loomariigi esindaja keha põhiosa - nii ühe- kui ka mitmerakulise.

Nad on eukarüootsed, tõelise tuuma ja spetsiifiliste struktuuridega - organellid, mis täidavad diferentseeritud funktsioone.

Taimedel, seentel ja protistidel on eukarüootsed rakud; bakteritel ja arheel on lihtsamad prokarüootsed rakud.

Loomaraku struktuur erineb taimerakust. Loomarakul ei ole seinu ega kloroplaste (organellid, mis toimivad).

Loomarakkude joonistus koos pealdistega

Rakk koosneb paljudest spetsiaalsetest organellidest, mis täidavad erinevaid funktsioone.

Enamasti sisaldab see enamikku, mõnikord kõiki olemasolevaid organellitüüpe.

Loomaraku peamised organellid ja organellid

Organellid ja organoidid on mikroorganismi toimimise eest vastutavad "organid".

Tuum

Tuum on geneetilise materjali desoksüribonukleiinhappe (DNA) allikas. DNA on organismi seisundit kontrollivate valkude loomise allikas. Tuumas keerduvad DNA ahelad tihedalt ümber kõrgelt spetsiifiliste valkude (histoonid), moodustades kromosoome.

Tuum valib geene, kontrollides koeüksuse aktiivsust ja funktsiooni. Sõltuvalt raku tüübist sisaldab see erinevat geenide komplekti. DNA leidub tuuma nukleoidipiirkonnas, kus moodustuvad ribosoomid. Tuum on ümbritsetud tuumamembraaniga (karüolemma), kahekordne lipiidide kaksikkiht, mis eraldab selle teistest komponentidest.

Tuum reguleerib rakkude kasvu ja jagunemist. Kui tuumas moodustuvad kromosoomid, mis paljunemisprotsessis dubleeritakse, moodustades kaks tütarüksust. Organellid, mida nimetatakse tsentrosoomideks, aitavad DNA-d jagunemise ajal organiseerida. Tuum on tavaliselt esindatud ainsuses.

Ribosoomid

Ribosoomid on valgusünteesi koht. Neid leidub kõigis koeühikutes, taimedes ja loomades. Tuumas kopeeritakse konkreetset valku kodeeriv DNA järjestus vabasse messenger RNA (mRNA) ahelasse.

MRNA ahel liigub messenger RNA (tRNA) kaudu ribosoomi ja selle järjestust kasutatakse aminohapete paigutuse määramiseks valgu moodustavas ahelas. Loomkoes paiknevad ribosoomid vabalt tsütoplasmas või kinnituvad endoplasmaatilise retikulumi membraanidele.

Endoplasmaatiline retikulum

Endoplasmaatiline retikulum (ER) on membraanikottide (tsistern) võrgustik, mis ulatub välja tuuma välismembraanist. See muudab ja transpordib ribosoomide poolt loodud valke.

Endoplasmaatilist retikulumit on kahte tüüpi:

• granuleeritud;
• agranulaarne.

Granuleeritud ER sisaldab kinnitatud ribosoome. Agranulaarne ER on vaba kinnitunud ribosoomidest, osaleb lipiidide ja steroidhormoonide loomises ning toksiliste ainete eemaldamises.

Vesiikulid

Vesiikulid on lipiidide kaksikkihi väikesed sfäärid, mis moodustavad välismembraani. Neid kasutatakse molekulide transportimiseks läbi raku ühest organellist teise ja nad osalevad ainevahetuses.

Spetsiaalsed vesiikulid, mida nimetatakse lüsosoomideks, sisaldavad ensüüme, mis seedivad suured molekulid (süsivesikud, lipiidid ja valgud) väiksemateks, et kude saaks neid hõlpsamini kasutada.

golgi aparaat

Ka Golgi aparaat (Golgi kompleks, Golgi keha) koosneb omavahel ühendamata tsisternidest (erinevalt endoplasmaatilisest retikulumist).

Golgi aparaat võtab vastu valgud, sorteerib need ja pakendab vesiikulitesse.

Mitokondrid

Mitokondrites toimub rakulise hingamise protsess. Suhkrud ja rasvad lagundatakse ning energia vabaneb adenosiintrifosfaadi (ATP) kujul. ATP kontrollib kõiki rakuprotsesse, mitokondrid toodavad ATP-rakke. Mitokondreid nimetatakse mõnikord "generaatoriteks".

Raku tsütoplasma

Tsütoplasma on raku vedel keskkond. See võib töötada ka ilma südamikuta, kuid lühikest aega.

Tsütosool

Tsütosooli nimetatakse rakuvedelikuks. Tsütosooli ja kõiki selles olevaid organelle, välja arvatud tuum, nimetatakse ühiselt tsütoplasmaks. Tsütosool on enamasti vesi ja sisaldab ka ioone (kaalium, valgud ja väikesed molekulid).

tsütoskelett

Tsütoskelett on filamentide ja torude võrgustik, mis on jaotatud kogu tsütoplasmas.

See täidab järgmisi funktsioone:

• annab kuju;
• annab jõudu;
• stabiliseerib kudesid;
• fikseerib teatud kohtades organellid;
• mängib olulist rolli signaali edastamisel.

Tsütoskeleti filamente on kolme tüüpi: mikrokiud, mikrotuubulid ja vahefilamendid. Mikrofilamendid on tsütoskeleti väikseimad elemendid, samas kui mikrotuubulid on suurimad.

rakumembraan

Rakumembraan ümbritseb täielikult loomarakku, millel pole erinevalt taimedest rakuseina. Rakumembraan on kahekordne fosfolipiidide kiht.

Fosfolipiidid on molekulid, mis sisaldavad fosfaate, mis on seotud glütserooli ja rasvhapete radikaalidega. Nad moodustavad vees spontaanselt topeltmembraane nii hüdrofiilsete kui ka hüdrofoobsete omaduste tõttu.

Rakumembraan on selektiivselt läbilaskev – suudab teatud molekule läbi lasta. Hapnik ja süsihappegaas läbivad kergesti, samas kui suured või laetud molekulid peavad läbima spetsiaalse kanali membraanis, mis säilitab homöostaasi.

Lüsosoomid

Lüsosoomid on organellid, mis teostavad ainete lagunemist. Lüsosoom sisaldab umbes 40 ensüümi. Huvitav on see, et lüsosomaalsete ensüümide tsütoplasmasse tungimise korral on rakuline organism ise kaitstud lagunemise eest ning oma funktsioonid täitnud mitokondrid lagunevad. Pärast lõhenemist moodustuvad jääkkehad, primaarsed lüsosoomid muutuvad sekundaarseteks.

tsentriool

Tsentrioolid on tihedad kehad, mis asuvad tuuma lähedal. Tsentrioolide arv on erinev, enamasti on neid kaks. Tsentrioolid on ühendatud endoplasmaatilise sillaga.

Kuidas näeb välja loomarakk mikroskoobi all?

Tavalise optilise mikroskoobi all on põhikomponendid nähtavad. Kuna need on ühendatud pidevalt muutuvas, liikuvas organismis, võib üksikute organellide tuvastamine olla keeruline.

Järgmistes osades pole kahtlust:

• tuum;
• tsütoplasma;
• rakumembraan.

Mikroskoobi suur resolutsioon, hoolikalt ettevalmistatud preparaat ja mõningane praktika aitavad rakku täpsemalt uurida.

Tsentriooli funktsioonid

Tsentriooli täpsed funktsioonid on teadmata. Levinud on hüpotees, et jagamisprotsessis osalevad tsentrioolid, mis moodustavad jagunemisspindli ja määravad selle suuna, kuid teadusmaailmas pole kindlust.

Inimese raku struktuur – joonis koos pealdistega

Inimese rakukoe ühikul on keeruline struktuur. Joonisel on näidatud peamised struktuurid.

Igal komponendil on oma eesmärk, ainult konglomeraadis tagavad nad elusorganismi olulise osa toimimise.

Elusraku tunnused

Elusrakk on oma omadustelt sarnane elusolendile tervikuna. Ta hingab, toidab, areneb, jaguneb, tema struktuuris toimuvad mitmesugused protsessid. On selge, et loomulike protsesside hääbumine keha jaoks tähendab surma.

Taime- ja loomarakkude eristavad tunnused tabelis

Taime- ja loomarakkudel on nii sarnasusi kui ka erinevusi, mida on lühidalt kirjeldatud tabelis:

Põhikomponendid on sarnased nii taimsete kui ka loomsete osakeste puhul.

Järeldus

Loomarakk on keerukas toimiv organism, millel on iseloomulikud tunnused, funktsioonid ja eksisteerimise eesmärk. Kõik organellid ja organoidid aitavad kaasa selle mikroorganismi eluprotsessile.

Mõnda komponenti on teadlased uurinud, teiste funktsioone ja omadusi pole aga veel avastatud.

Rakud on mikroskoopilised eluselemendid, mis moodustavad inimkeha nagu telliskivihoone. Neid on palju – vastsündinu keha moodustamiseks on vaja umbes kahte triljonit rakku!

Rakke on erinevat tüüpi või tüüpi, näiteks närvirakud või maksarakud, kuid igaüks neist sisaldab teavet, mis on vajalik inimese keha tekkeks ja normaalseks toimimiseks.

Inimese raku struktuur

Inimkeha kõigi rakkude struktuur on peaaegu sama. Iga elusrakk koosneb kaitsvast kestast (seda nimetatakse membraaniks), mis ümbritseb želeetaolist massi – tsütoplasma. Raku väikesed elundid või komponendid - organellid - hõljuvad tsütoplasmas ja sisaldavad raku "käsupunkti" või "juhtimiskeskust" - selle tuuma. Just tuumas sisaldub raku normaalseks toimimiseks vajalik informatsioon ja tema töö aluseks olevad “juhised”.

raku pooldumine

Iga sekund inimkeha uueneb, miljonid rakud surevad ja sünnivad üksteist asendades. Näiteks vanade soolerakkude asendamine uutega toimub kiirusega miljon minutis. Iga uus rakk tekib olemasoleva jagamise tulemusena ja selle protsessi saab jagada kolmeks etapiks:
1. Enne jagunemise algust kopeerib rakk tuumas sisalduva informatsiooni;
2. Seejärel jaguneb raku tuum kaheks osaks ja seejärel tsütoplasmaks;
3. Jagunemise tulemusena saadakse kaks uut rakku, mis on emaraku täpsed koopiad.

Rakkude tüübid ja välimus inimkehas

Vaatamata samale struktuurile erinevad inimrakud kuju ja suuruse poolest, sõltuvalt nende funktsioonidest. Teadlased leidsid elektronmikroskoobi abil, et rakud võivad olla rööptahuka (näiteks epidermise rakud), palli (vererakud), tärnide ja isegi juhtmete (närvi) kujul ning neid on umbes 200 tüüpi.

Kamber on elusorganismide väikseim ja põhiline struktuuriüksus, mis on võimeline ise uuenema, isereguleeruma ja taastootma.

Rakkude tüüpilised suurused: bakterirakud - 0,1-15 mikronit, teiste organismide rakud - 1-100 mikronit, mõnikord ulatudes 1-10 mm-ni; suurte lindude munad - kuni 10-20 cm, närvirakkude protsessid - kuni 1 m.

raku kuju väga mitmekesine: on sfäärilisi rakke (kokid), kett (streptokokk), piklik (vardad või batsillid), kõverdatud (vibrid), keeratud (spirilla), mitmetahuline, motoorsete flagelladega jne.

Rakutüübid: prokarüootsed(mittetuuma) ja eukarüootne (millel on formaliseeritud tuum).

eukarüootne rakud jagatakse edasi rakkudeks loomad, taimed ja seened.

Eukarüootse raku struktuurne korraldus

Protoplast on kogu raku elussisu. Kõigi eukarüootsete rakkude protoplast koosneb tsütoplasmast (koos kõigi organellidega) ja tuumast.

Tsütoplasma- see on raku sisemine sisu, välja arvatud tuum, mis koosneb hüaloplasmast, sellesse sukeldatud organellidest ja (mõne tüüpi raku puhul) rakusisestest inklusioonidest (varu toitained ja / või ainevahetuse lõpptooted).

Hüaloplasma- põhiplasma, tsütoplasma maatriks, põhiaine, mis on raku sisekeskkond ja on viskoosne värvitu kolloidne lahus (veesisaldus kuni 85%) erinevatest ainetest: valgud (10%), suhkrud, orgaanilised ja anorgaanilised happed, aminohapped, polüsahhariidid, RNA, lipiidid, mineraalsoolad jne.

■ Hüaloplasma on rakusiseste vahetusreaktsioonide keskkond ja ühenduslüli rakuorganellide vahel; see on võimeline pöörduvalt üleminekuks soolilt geelile, selle koostis määrab ära raku puhvri ja osmootsed omadused. Tsütoplasmas on tsütoskelett, mis koosneb mikrotuubulitest ja valgufilamentidest, mis on võimelised kokku tõmbuma.

■ Tsütoskelett määrab raku kuju ning osaleb organellide ja üksikute ainete rakusiseses liikumises. Tuum on eukarüootse raku suurim organell, mis sisaldab kromosoome, mis salvestavad kogu päriliku teabe (vt täpsemalt allpool).

Eukarüootse raku struktuurikomponendid:

■ plasmalemma (plasmamembraan),
■ rakusein (ainult taime- ja seenerakkudes),
■ bioloogilised (elementaarsed) membraanid,
■ tuum,
■ endoplasmaatiline retikulum (endoplasmaatiline retikulum),
■ mitokondrid,
■ Golgi kompleks,
■ kloroplastid (ainult taimerakkudes),
■ lüsosoomid, s
■ ribosoomid,
■ rakukeskus,
■ vakuoolid (ainult taime- ja seenerakkudes),
■ mikrotuubulid,
■ ripsmed, lipukesed.

Looma- ja taimerakkude struktuuriskeemid on toodud allpool:

Bioloogilised (elementaarsed) membraanid on aktiivsed molekulaarsed kompleksid, mis eraldavad rakusiseseid organelle ja rakke. Kõigil membraanidel on sarnane struktuur.

Membraanide struktuur ja koostis: paksus 6-10 nm; koosnevad peamiselt valkudest ja fosfolipiididest.

■Fosfolipiidid moodustavad kahekordse (bimolekulaarse) kihi, milles nende molekulid on suunatud nende hüdrofiilsete (veeslahustuvate) otstega väljapoole ja nende hüdrofoobsete (vees lahustumatute) otstega membraani sees.

■ valgu molekulid paikneb lipiidide kaksikkihi mõlemal pinnal perifeersed valgud), tungivad mõlemasse lipiidimolekulide kihti ( lahutamatu valgud, millest enamik on ensüümid) või ainult üks nende kihtidest (poolintegraalsed valgud).

Membraani omadused: plastilisus, asümmeetria(nii lipiidide kui ka valkude välise ja sisemise kihi koostis on erinev), polaarsus (välimine kiht on positiivselt laetud, sisemine negatiivne), isesulgumisvõime, selektiivne läbilaskvus (sel juhul läbivad hüdrofoobsed ained läbi topeltlipiidikihi ja hüdrofiilsed ained läbivad poore integraalsetes valkudes).

Membraani funktsioonid: barjäär (eraldab organoidi või raku sisu keskkonnast), struktuurne (annab organoidi või raku teatud kuju, suuruse ja stabiilsuse), transport (tagab ainete transporti organoidi või rakku ja sealt välja), katalüütiline (pakkub biokeemilisi protsesse membraani lähedal), reguleeriv (osaleb organoidi ehk raku ja väliskeskkonna vahelise ainevahetuse ja energia reguleerimises), osaleb energia muundamises ja transmembraanse elektripotentsiaali säilitamises.

Plasmamembraan (plasmalemma)

plasmamembraan e plasmalemma on bioloogiline membraan või bioloogiliste membraanide kompleks, mis on tihedalt üksteise kõrval ja katab rakku väljastpoolt.

Plasmalemma struktuur, omadused ja funktsioonid on põhimõtteliselt samad, mis elementaarsetel bioloogilistel membraanidel.

❖ Hoone omadused:

■ plasmalemma välispind sisaldab glükokalüksi – glükolipoid- ja glükoproteiinimolekulide polüsahhariidkihti, mis toimivad teatud kemikaalide "äratundmise" retseptoritena; loomarakkudes võib see olla kaetud lima või kitiiniga ning taimerakkudes tselluloosi või pektiinainetega;

■ Plasmalemmast moodustuvad tavaliselt väljakasvud, invaginatsioonid, voldid, mikrovillid jne, mis suurendavad raku pinda.

■ Lisafunktsioonid: retseptor (osaleb ainete "äratundmises" ja keskkonnast tulevate signaalide tajumises ja nende edastamises rakku), pakkudes sidet rakkude vahel mitmerakulise organismi kudedes, osaledes spetsiaalsete rakustruktuuride (lipukesed, ripsmed jne).

Rakusein (kest)

raku sein- See on jäik struktuur, mis asub väljaspool plasmalemma ja esindab raku väliskatet. Seda leidub prokarüootsetes rakkudes ning seente ja taimede rakkudes.

❖Rakuseina koostis: tselluloos taimerakkudes ja kitiin seenerakkudes (struktuurikomponendid), valgud, pektiinid (mis osalevad plaatide moodustumisel, mis hoiavad koos kahe naaberraku seinu), ligniin (mis kinnitab tselluloosikiud väga tugevasse raami), suberiin (ladestub kestale seestpoolt ja muudab selle praktiliselt vett ja lahuseid mitteläbilaskvaks) jne. Taimede epidermise rakkude rakuseina välispind sisaldab suures koguses kaltsiumkarbonaati ja ränidioksiidi (mineralisatsioon) ning on kaetud hüdrofoobsete ainete, vahade ja küünenahaga (tselluloosi ja pektiinide poolt läbistatud kutiinsa kiht).

❖ Rakuseina funktsioonid: toimib välise raamina, toetab raku turgorit, täidab kaitse- ja transpordifunktsioone.

raku organellid

Organellid (või organellid)- Need on püsivad kõrgelt spetsialiseerunud rakusisesed struktuurid, millel on kindel struktuur ja mis täidavad vastavaid funktsioone.

❖ Kokkuleppel Organellid jagunevad:
■ üldotstarbelised organellid (mitokondrid, Golgi kompleks, endoplasmaatiline retikulum, ribosoomid, tsentrioolid, lüsosoomid, plastiidid) ja
■ eriotstarbelised organellid (müofibrillid, lipud, ripsmed, vakuoolid).
❖ Membraani olemasolu tõttu Organellid jagunevad:
■ kahemembraaniline (mitokondrid, plastiidid, rakutuum),
■ ühemembraaniline (endoplasmaatiline retikulum, Golgi kompleks, lüsosoomid, vakuoolid) ja
■ mittemembraanne (ribosoomid, rakukeskus).
Membraanorganellide sisemine sisaldus erineb alati neid ümbritsevast hüaloplasmast.

Mitokondrid- eukarüootsete rakkude kahemembraanilised organellid, mis viivad läbi orgaaniliste ainete oksüdatsiooni lõpptoodeteks, vabastades ATP molekulides salvestatud energia.

■ Struktuur: vardakujulised, sfäärilised ja niitjad vormid, paksus 0,5-1 mikronit, pikkus 2-7 mikronit; kahemembraaniline, välimine membraan on sile ja suure läbilaskvusega, sisemine membraan moodustab voldid - cristae, millel on sfäärilised kehad - ATP-soomid. Membraanidevahelises ruumis kogunevad hapniku hingamises osalevad vesinikioonid 11.

■ Sisemine sisu (maatriks): ribosoomid, tsirkulaarne DNA, RNA, aminohapped, valgud, Krebsi tsükli ensüümid, kudede hingamise ensüümid (asuvad kristallidel).

■ Funktsioonid: ainete oksüdeerimine CO 2 ja H 2 O-ks; ATP ja spetsiifiliste valkude süntees; uute mitokondrite teke kaheks lõhustumise tulemusena.

plastiidid(saadaval ainult taimerakkudes ja autotroofsetes protistides).

■ Plastiidide tüübid: kloroplastid (roheline) leukoplastid (värvitu ümmargune kuju), kromoplastid (kollane või oranž); plastiidid võivad muutuda ühest liigist teise.

■Kloroplastide struktuur: need on kahemembraanilised, ümara või ovaalse kujuga, pikkusega 4-12 mikronit, paksusega 1-4 mikronit. Välimine membraan on sile, sisemine on tülakoidid - voldid, mis moodustavad kinniseid kettakujulisi eendeid, mille vahel on strooma (vt allpool). Kõrgemates taimedes on tülakoidid virnastatud (nagu mündisammas) terad mis on omavahel ühendatud lamellid (üksikud membraanid).

■ Kloroplastide koostis: tülakoidide ja klorofülli ja teiste pigmentide graanulite membraanides; sisemised sisud (strooma): valgud, lipiidid, ribosoomid, tsirkulaarne DNA, RNA, CO 2 fikseerimises osalevad ensüümid, varuained.

■Plastiidide funktsioonid: fotosüntees (taimede rohelistes organites sisalduvad kloroplastid), spetsiifiliste valkude süntees ja varutoitainete kogunemine: tärklis, valgud, rasvad (leukoplastid), mis annavad taimekudedele värvi, et meelitada ligi tolmeldajaid ning viljade ja seemnete levitajaid. (kromoplastid).

Endoplasmaatiline retikulum (EPS), või endoplasmaatiline retikulum, mida leidub kõigis eukarüootsetes rakkudes.

■Struktuur: on omavahel ühendatud tuubulite, tuubulite, tsisternide ja erineva kuju ja suurusega õõnsuste süsteem, mille seinad moodustavad elementaarsed (üksikud) bioloogilised membraanid. EPS-i on kahte tüüpi: teraline (või kare), mis sisaldab ribosoome kanalite ja õõnsuste pinnal, ja agranulaarne (või sile), mis ei sisalda ribosoome.

■Funktsioonid: raku tsütoplasma jagunemine sektsioonideks, mis takistavad neis toimuvate keemiliste protsesside segunemist; töötlemata ER akumuleerub, isoleerub küpsemiseks ja transpordiks, selle pinnal ribosoomide poolt sünteesitud valgud, sünteesib rakumembraane; sile EPS sünteesib ja transpordib lipiide, liitsüsivesikuid ja steroidhormoone, eemaldab rakust mürgiseid aineid.

Golgi kompleks (või aparaat) - eukarüootse raku membraani organell, mis asub raku tuuma lähedal, mis on paakide ja vesiikulite süsteem ning osaleb ainete kogunemises, säilitamises ja transportimises, rakumembraani ehitamises ja lüsosoomide moodustamises.

■Struktuur: Kompleks on diktüosoom, membraaniga piiratud lamedate kettakujuliste kotikeste virn (tsistern), millest eralduvad vesiikulid, ja membraansete tuubulite süsteem, mis ühendab kompleksi sileda ER kanalite ja õõnsustega.

■Funktsioonid: taimeraku lüsosoomide, vakuoolide, plasmamembraani ja rakuseina teke (pärast selle jagunemist), mitmete komplekssete orgaaniliste ainete (taimedes pektiinid, tselluloos jne; glükoproteiinid, glükolipiidid, kollageen, loomadel piimavalgud, sapp, hulk hormoone jne); mööda ER-i transporditavate lipiidide akumuleerumine ja dehüdratsioon (siledast ER-st), valkude (granulaarsest ER-st ja tsütoplasma vabadest ribosoomidest) ja süsivesikute viimistlemine ja akumuleerumine ning ainete eemaldamine rakust.

Diktüosoomide küpsed tsisternad eraldavad vesiikulid (Golgi vakuoolid), täidetud saladusega, mida siis rakk ise kasutab või sealt välja võetakse.

❖ Lüsosoomid- rakuorganellid, mis tagavad orgaaniliste ainete kompleksmolekulide lagunemise; moodustuvad vesiikulitest, mis eralduvad Golgi kompleksist ehk siledast ER-st ja esinevad kõigis eukarüootsetes rakkudes.

■ Struktuur ja koostis: lüsosoomid on väikesed ühemembraanilised ümarad vesiikulid läbimõõduga 0,2-2 mikronit; täidetud hüdrolüütiliste (seedetrakti) ensüümidega (~40), mis on võimelised lagundama valke (aminohapeteks), lipiide (glütserooliks ja kõrgemateks karboksüülhapeteks), polüsahhariide (monosahhariidideks) ja nukleiinhappeid (nukleotiidideks).

Endotsüütiliste vesiikulitega ühinedes moodustavad lüsosoomid seedevakuooli (või sekundaarse lüsosoomi), kus lagunevad keerulised orgaanilised ained; tekkivad monomeerid sisenevad raku tsütoplasmasse läbi sekundaarse lüsosoomi membraani, seedimata (mittehüdrolüüsuvad) ained jäävad aga sekundaarsesse lüsosoomi ja seejärel väljuvad reeglina rakust välja.

■ Funktsioonid: heterofagia- rakku sisenenud võõrainete lõhenemine endotsütoosi teel, autofagia - rakule mittevajalike struktuuride hävitamine; autolüüs - raku enesehävitamine, mis toimub lüsosoomide sisu vabanemise tagajärjel rakusurma või taassünni ajal.

❖ Vakuoolid- suured vesiikulid või õõnsused tsütoplasmas, mis on moodustunud taimede, seente ja paljude rakkudes protistid ja piiratud elementaarse membraaniga – tonoplastiga.

■ Vakuoolid protistid jaguneb seedimist soodustavateks ja kontraktiilseteks (mille membraanides on elastsete kiudude kimbud ja mis on raku veetasakaalu osmootne reguleerimine).

■Vakuoolid taimerakud täidetud rakumahlaga – erinevate orgaaniliste ja anorgaaniliste ainete vesilahus. Need võivad sisaldada ka mürgiseid ja tanniine ning rakkude elutegevuse lõppprodukte.

■ Taimerakkude vakuoolid võivad ühineda tsentraalseks vakuooliks, mis võtab enda alla kuni 70-90% raku mahust ja millesse võivad tungida tsütoplasma ahelad.

Funktsioonid: varuainete ja eritumiseks mõeldud ainete kogunemine ja eraldamine; turgorirõhu säilitamine; venitamisest tingitud rakkude kasvu tagamine; raku veetasakaalu reguleerimine.

♦Ribosoom- rakuorganellid, mis esinevad kõigis rakkudes (koguses mitukümmend tuhat), mis paiknevad granulaarse EPS membraanidel, mitokondrites, kloroplastides, tsütoplasmas ja tuuma välismembraanis ning teostavad valkude biosünteesi; Ribosoomi subühikud moodustuvad tuumas.

■ Struktuur ja koostis: ribosoomid - väikseimad (15-35 nm) ümmargused ja seenekujulised mittemembraanilised graanulid; neil on kaks aktiivset tsentrit (aminoatsüül ja peptidüül); koosnevad kahest ebavõrdsest subühikust - suurest (kolme eendi ja kanaliga poolkera kujul), mis sisaldab kolme RNA molekuli ja valku, ja väikesest (sisaldab ühte RNA molekuli ja valku); subühikud on omavahel seotud Mg+ iooniga.

■ Funktsioon: valkude süntees aminohapetest.

❖ Rakukeskus- enamiku loomarakkude, mõnede seente, vetikate, sammalde ja sõnajalgade organell, mis asub (vahefaasis) raku keskel tuuma lähedal ja toimib koosnemise initsiatsioonikeskusena mikrotuubulid .

■ Struktuur: Rakukeskus koosneb kahest tsentrioolist ja tsentrosfäärist. Iga tsentriool (joonis 1.12) näeb välja nagu 0,3–0,5 µm pikkune ja 0,15 µm läbimõõduga silinder, mille seinad moodustavad üheksa mikrotuubulite kolmikut ja mille keskosa on täidetud homogeense ainega. Tsentrioolid paiknevad üksteisega risti ja neid ümbritseb tihe tsütoplasma kiht radiaalselt lahknevate mikrotuubulitega, mis moodustavad kiirgava tsentrosfääri. Rakkude jagunemise käigus tsentrioolid lahknevad pooluste suunas.

■ Põhifunktsioonid: jagunemisspindli (või mitootilise spindli) raku jagunemispooluste ja akromaatiliste filamentide moodustamine, mis tagab geneetilise materjali võrdse jaotumise tütarrakkude vahel; interfaasis juhib organellide liikumist tsütoplasmas.

Tsütotsüsti rakud on süsteem mikrokiud ja mikrotuubulid raku tsütoplasmasse tungimine, mis on seotud välimise tsütoplasmaatilise membraani ja tuumamembraaniga ning säilitab raku kuju.

■mikroleek– õhukesed, mis on võimelised kokku tõmbama 5–10 nm paksuseid filamente ja koosnevad valkudest ( aktiin, müosiin ja jne). Neid leidub kõigi rakkude tsütoplasmas ja liikuvate rakkude pseudopoodides.

Funktsioonid: mikroleegid tagavad hüaloplasma motoorse aktiivsuse, on otseselt seotud raku kuju muutmisega protistirakkude levimise ja amööbide liikumise ajal ning osalevad ahenemise tekkes loomarakkude jagunemisel; raku tsütoskeleti üks peamisi elemente.

■ mikrotuubulid- õhukesed õõnsad silindrid (läbimõõt 25 nm), mis koosnevad eukarüootsete rakkude tsütoplasmas spiraalselt või sirgete ridadena paiknevatest tubuliinivalgu molekulidest.

Funktsioonid: mikrotuubulid moodustavad spindli kiude, on osa tsentrioolidest, ripsmetest, lipudest, osalevad rakusiseses transpordis; raku tsütoskeleti üks peamisi elemente.

Liikumisorganellid — lipukesed ja ripsmed , esinevad paljudes rakkudes, kuid levinumad üherakulistes organismides.

■ Cilia- arvukad tsütoplasmaatilised lühikesed (5-20 mikroni pikkused) väljakasvud plasmalemma pinnal. Neid leidub erinevat tüüpi looma- ja mõnede taimerakkude pinnal.

■ Flagella- üksikud tsütoplasmaatilised väljakasvud paljude protistide, zoospooride ja spermatosoidide rakupinnal; ~10 korda pikem kui ripsmed; teenindavad transpordiks.

■ Struktuur: ripsmed ja lipukesed (joon. 1.14) koosnevad neist mikrotuubulid paigutatud 9 × 2 + 2 süsteemi (üheksa topeltmikrotuubulit - dubletid moodustavad seina, kaks üksikut mikrotuubulit asuvad keskel). Topeltid on võimelised üksteise suhtes libisema, mis viib tsiliumi või flagellumi paindumiseni. Lipu ja ripsmete põhjas on basaalkehad, mis on struktuurilt identsed tsentrioolidega.

■ Funktsioonid: ripsmed ja lipukesed tagavad rakkude endi või neid ümbritseva vedeliku ja selles hõljuvate osakeste liikumise.

Kaasamised

Kaasamised- raku tsütoplasma mittepüsivad (ajutiselt eksisteerivad) komponendid, mille sisaldus varieerub sõltuvalt raku funktsionaalsest seisundist. On troofilisi, sekretoorseid ja ekskretoorseid lisandeid.

■ Troofilised kandmised- need on toitainete varud (rasv, tärklis ja valgu terad, glükogeen).

■ Sekretoorsed kandmised- Need on sise- ja välissekretsiooni näärmete jääkproduktid (hormoonid, ensüümid).

■ ekskretoorsed lisandid on ainevahetusproduktid rakus, mis tuleb rakust eemaldada.

tuum ja kromosoomid

Tuum- suurim organell on kõigi eukarüootsete rakkude oluline komponent (välja arvatud kõrgemate taimede floeemi sõelatoru rakud ja imetajate küpsed erütrotsüüdid). Enamikul rakkudel on üks tuum, kuid on ka kahe- ja mitmetuumalisi rakke. Tuumal on kaks olekut: interfaas ja lõhustuv

Interfaasiline tuum sisaldab tuumaümbris(tuuma sisemise sisu eraldamine tsütoplasmast), tuumamaatriksist (karüoplasmast), kromatiinist ja tuumadest. Tuuma kuju ja suurus sõltuvad organismi tüübist, tüübist, vanusest ja raku funktsionaalsest seisundist. Sellel on kõrge DNA (15-30%) ja RNA (12%) sisaldus.

■ Kerneli funktsioonid: päriliku teabe säilitamine ja edastamine muutumatu DNA struktuuri kujul; kõigi rakkude elutähtsa aktiivsuse protsesside reguleerimine (valgusünteesi süsteemi kaudu).

❖ tuumaümbris(ehk karüolemma) koosneb välimisest ja sisemisest bioloogilisest membraanist, mille vahel on perinukleaarne ruum. Sisemembraanil on valguplaat, mis annab tuumale kuju. Välismembraan on ühendatud ER-ga ja kannab ribosoome. Membraan on läbi imbunud tuumapooridest, mille kaudu toimub ainete vahetus tuuma ja tsütoplasma vahel. Pooride arv ei ole konstantne ja sõltub tuuma suurusest ja selle funktsionaalsest aktiivsusest.

■ Tuumaümbrise funktsioonid: see eraldab tuuma raku tsütoplasmast, reguleerib ainete transporti tuumast tsütoplasmasse (RNA, ribosoomi subühikud) ja tsütoplasmast tuuma (valgud, rasvad, süsivesikud, ATP, vesi, ioonid).

❖ Kromosoom- tuuma tähtsaim organell, mis sisaldab ühte DNA molekuli koos spetsiifiliste valkude, histoonide ja mõnede muude ainetega, millest suurem osa paikneb kromosoomi pinnal.

Sõltuvalt raku elutsükli faasist võivad kromosoomid olla kaks osariiki — despiraliseeritud ja spiraliseeritud.

» Despiraliseeritud olekus on kromosoomid perioodis interfaas rakutsükkel, moodustades optilises mikroskoobis nähtamatud niidid, mis moodustavad aluse kromatiin .

■ Protsessi käigus toimub spiraliseerumine, millega kaasneb DNA ahelate lühenemine ja tihendamine (100–500 korda). raku pooldumine ; samas kui kromosoomid võtavad kompaktse kuju. ja muutuvad nähtavaks optilises mikroskoobis.

Kromatiin- üks tuumaaine komponente faasidevahelisel perioodil, mis põhineb kerimata kromosoomid pikkade õhukeste DNA molekulide ahelate võrgustikuna koos histoonide ja muude ainetega (RNA, DNA polümeraas, lipiidid, mineraalid jne); hästi värvitud histoloogilises praktikas kasutatavate värvainetega.

■ Kromatiinis keerlevad DNA molekuli lõigud ümber histoonide, moodustades nukleosoome (need näevad välja nagu helmed).

kromatiidid- see on kromosoomi struktuurielement, mis on valkude, histoonide ja muude ainetega kompleksis DNA molekuli niit, mis on korduvalt volditud nagu superspiraal ja pakitud vardakujuliseks kehaks.

■ Spiraliseerimise ja pakendamise ajal sobivad DNA üksikud lõigud korrapäraselt nii, et kromatiididele tekivad vahelduvad põikiribad.

❖ Kromosoomi ehitus (joon. 1.16). Spiraalses olekus on kromosoom umbes 0,2–20 µm suurune vardakujuline struktuur, mis koosneb kahest kromatiidist ja on jagatud kaheks haruks esmase kitsendusega, mida nimetatakse tsentromeeriks. Kromosoomidel võib olla sekundaarne kitsendus, mis eraldab piirkonna, mida nimetatakse satelliidiks. Mõnel kromosoomil on piirkond ( tuumaorganisaator ), mis kodeerib ribosomaalse RNA (rRNA) struktuuri.

Kromosoomide tüübid sõltuvalt nende kujust: võrdsed käed , ebavõrdsus (Tsentromeer on kromosoomi keskelt nihutatud) vardakujuline (tsentromeer on kromosoomi lõpu lähedal).

Pärast mitoosi anafaasi ja II meioosi anafaasi koosnevad kromosoomid ühest kromitiidist ning pärast DNA replikatsiooni (kahekordistumist) sünteetilise (S) interfaasi staadiumis kahest õdekromitiidist, mis on omavahel ühendatud tsentromeeri piirkonnas. Rakkude jagunemise käigus kinnituvad tsentromeeri külge spindli mikrotuubulid.

❖ Kromosoomide funktsioonid:
■ sisaldama geneetiline materjal - DNA molekulid;
■ läbi viia DNA süntees (kromosoomide kahekordistumisega rakutsükli S-perioodil) ja i-RNA;
■ reguleerida valgusünteesi;
■ kontrollida raku aktiivsust.

homoloogsed kromosoomid- samasse paari kuuluvad kromosoomid, mis on kuju, suuruse, tsentromeeride asukoha poolest identsed, kannavad samu geene ja määravad samade tunnuste arengu. Homoloogsed kromosoomid võivad erineda neis sisalduvate geenide alleelide poolest ja meioosi ajal (ristumisel) piirkondi vahetada.

autosoomid kromosoomid kahekojaliste organismide rakkudes, samad sama liigi isas- ja emasloomad (need on kõik raku kromosoomid, välja arvatud sugukromosoomid).

sugukromosoomid(või heterokromosoomid ) on kromosoomid, mis kannavad elusorganismi soo määravaid geene.

diploidne komplekt(tähistatud 2p) - kromosoomikomplekt somaatiline rakud, milles igas kromosoomis on selle paaris homoloogne kromosoom . Organism saab diploidse komplekti ühe kromosoomi isalt, teise emalt.

■ Diploidne komplekt inimene koosneb 46 kromosoomist (millest 22 paari homoloogseid kromosoome ja kaks sugukromosoomi: naistel on kaks X-kromosoomi, meestel kummalgi üks X- ja üks Y-kromosoom).

haploidne komplekt(tähistatud 1l) - vallaline kromosoomide komplekt seksuaalne rakud ( sugurakud ), milles kromosoomid neil ei ole paaris homoloogseid kromosoome . Haploidne komplekt tekib sugurakkude moodustumisel meioosi tagajärjel, kui igast homoloogsete kromosoomide paarist siseneb sugurakku vaid üks.

Karüotüüp- see on teatud liigi organismide somaatiliste rakkude kromosoomidele iseloomulike konstantsete kvantitatiivsete ja kvalitatiivsete morfoloogiliste tunnuste kogum (nende arv, suurus ja kuju), mille abil saab üheselt tuvastada kromosoomide diploidset komplekti.

nucleolus- ümar, tugevalt tihendatud, mitte piiratud

membraankorpus suurusega 1-2 mikronit. Tuum sisaldab ühte või mitut tuuma. Tuum moodustub mitme kromosoomi nukleolaarsete organisaatorite ümber, mis on üksteise külge tõmbunud. Tuumade jagunemise käigus tuumad hävivad ja jagunemise lõpus moodustuvad uuesti.

■ Koostis: valk 70-80%, RNA 10-15%, DNA 2-10%.
■ Funktsioonid: r-RNA ja t-RNA süntees; ribosoomi subühikute kokkupanek.

Karüoplasma (või nukleoplasm, karüolümf, tuumamahl ) on struktuurita mass, mis täidab tuuma struktuuride vahelist ruumi, millesse on sukeldatud kromatiin, nukleoolid ja erinevad tuumasisesed graanulid. Sisaldab vett, nukleotiide, aminohappeid, ATP-d, RNA-d ja ensüümvalke.

Funktsioonid: tagab tuumastruktuuride vastastikused ühendused; osaleb ainete transpordis tuumast tsütoplasmasse ja tsütoplasmast tuuma; reguleerib DNA sünteesi replikatsiooni ajal, i-RNA sünteesi transkriptsiooni ajal.

Eukarüootsete rakkude võrdlevad omadused

Prokarüootsete ja eukarüootsete rakkude struktuuri tunnused

Ainete transport

Ainete transport- see on vajalike ainete ülekandmine kogu kehas, rakkudesse, raku sees ja raku sees, samuti jääkainete eemaldamine rakust ja kehast.

Ainete rakusisese transpordi tagab hüaloplasma ja (eukarüootsetes rakkudes) endoplasmaatiline retikulum (ER), Golgi kompleks ja mikrotuubulid. Ainete transporti kirjeldatakse sellel saidil hiljem.

Ainete transpordimeetodid läbi bioloogiliste membraanide:

■ passiivne transport (osmoos, difusioon, passiivne difusioon),
■ aktiivne transport,
■ endotsütoos,
■ eksotsütoos.

Passiivne transport ei nõua energiat ja tekib mööda gradienti kontsentratsioon, tihedus või elektrokeemiline potentsiaal.

Osmoos- see on vee (või mõne muu lahusti) tungimine läbi poolläbilaskva membraani vähem kontsentreeritud lahusest rohkem kontsentreeritud lahusesse.

Difusioon- tungimine ained läbi membraani mööda gradienti kontsentratsioon (aine suurema kontsentratsiooniga alalt madalama kontsentratsiooniga piirkonda).

Difusioon vesi ja ioonid viiakse läbi pooride (kanalitega) integraalsete membraanivalkude osalusel, rasvlahustuvate ainete difusioon toimub membraani lipiidfaasi osalusel.

Hõlbustatud difusioon läbi membraani toimub spetsiaalsete membraani kandevalkude abil, vt pilti.

aktiivne transport nõuab ATP lagunemisel vabaneva energia kulutamist ja on ainete (ioonid, monosahhariidid, aminohapped, nukleotiidid) transportimiseks. vs gradient nende kontsentratsioon või elektrokeemiline potentsiaal. Seda teostavad spetsiaalsed kandevalgud permüaasid millel on ioonkanalid ja moodustuvad ioonpumbad .

Endotsütoos- makromolekulide (valgud, nukleiinhapped jne) ja mikroskoopiliste tahkete toiduosakeste kinnipüüdmine ja ümbritsemine rakumembraaniga ( fagotsütoos ) või vedeliku tilgad koos selles lahustunud ainetega ( pinotsütoos ) ja sulgedes need membraanivakuooli, mis tõmmatakse rakku. Seejärel sulandub vakuool lüsosoomiga, mille ensüümid lõhustavad kinni jäänud aine molekulid monomeerideks.

Eksotsütoos on endotsütoosi pöördprotsess. Eksotsütoosi kaudu eemaldab rakk rakusisesed tooted või seedimata jäägid, mis on suletud vakuoolidesse või vesiikulitesse.

Sa mõtlesid ise välja, millisesse kehaehitusse sa kuulud ja kuidas on paigutatud inimese lihased. On aeg "lihasesse vaadata"...

Alustuseks pidage meeles (kes unustas) või mõistke (kes ei teadnud), et meie kehas on kolme tüüpi lihaskude: südame-, sile- (siseorganite lihased) ja skeletilihased.

Just skeletilihaseid käsitleme selle saidi materjali raames, sest. skeletilihaseid ja moodustab sportlase kuvandi.

Lihaskude on rakuline struktuur ja just rakku kui lihaskiudude ühikut peame praegu arvestama.

Kõigepealt peate mõistma mis tahes inimraku struktuuri:

Nagu jooniselt näha, on igal inimese rakul väga keeruline struktuur. Allpool annan üldised määratlused, mis leiate selle saidi lehtedelt. Lihaskoe pealiskaudseks uurimiseks raku tasandil piisab:

Tuum- raku "süda", mis sisaldab kogu pärilikku teavet DNA molekulide kujul. DNA molekul on polümeer, millel on kaksikheeliksi kuju. Heeliksid on omakorda nelja tüüpi nukleotiidide (monomeeride) kogum. Kõik meie keha valgud on kodeeritud nende nukleotiidide järjestusega.

Tsütoplasma (sarkoplasma)- lihasrakus) - võib öelda, et keskkond, kus tuum asub. Tsütoplasma on rakuvedelik (tsütosool), mis sisaldab lüsosoome, mitokondreid, ribosoome ja muid organelle.

Mitokondrid- organellid, mis tagavad raku energiaprotsessid, nagu rasvhapete ja süsivesikute oksüdatsioon. Oksüdatsiooni käigus vabaneb energia. See energia on suunatud ühendamisele adenosiindifosfaat (ADP) ja kolmas fosfaatrühm, mille tulemusena moodustub Adensiintrifosfaat (ATP)- rakusisene energiaallikas, mis toetab kõiki rakus toimuvaid protsesse (veel). Pöördreaktsiooni käigus moodustub uuesti ADP ja vabaneb energia.

Ensüümid- spetsiifilised valgulised ained, mis toimivad keemiliste reaktsioonide katalüsaatoritena (kiirendajatena), suurendades seeläbi märkimisväärselt keemiliste protsesside kiirust meie kehas.

Lüsosoomid- mingi ümara kujuga kestad, mis sisaldavad ensüüme (umbes 50). Lüsosoomide ülesanne on rakusiseste struktuuride lõhustamine ensüümide ja kõige selle abil, mida rakk väljastpoolt omastab.

Ribosoomid- kõige olulisemad rakukomponendid, mis moodustavad aminohapetest valgumolekuli. Valkude moodustumise määrab raku geneetiline informatsioon.

Rakusein (membraan)– tagab raku terviklikkuse ja suudab reguleerida rakusisest tasakaalu. Membraan on võimeline kontrollima vahetust keskkonnaga, st. selle üheks funktsiooniks on teatud ainete blokeerimine ja teiste transportimine. Seega jääb rakusisese keskkonna seisund muutumatuks.

Lihasrakk, nagu iga rakk meie kehas, sisaldab samuti kõiki ülalkirjeldatud komponente, kuid on äärmiselt oluline, et mõistaksite konkreetse lihaskiu üldist struktuuri, mida artiklis kirjeldatakse.

Selle artikli materjalid on kaitstud autoriõiguse seadusega. Kopeerimine ilma allika linki määramata ja autorit teavitamata on KEELATUD!