Sisältö
Solut ovat maapallon elämän perustavanlaatuisia, peruuttamattomia elementtejä. Jotkut elävät esineet, kuten bakteerit, koostuvat vain yhdestä solusta; itsesi kaltaisia eläimiä on biljoonia. Solut ovat itse mikroskooppisia, mutta suurin osa niistä sisältää hämmästyttävän joukon vielä pienempiä komponentteja, jotka kaikki edistävät perustoimintaa pitää solu - ja laajennettuna emo-organismi - elossa. Eläinsolut ovat yleisesti ottaen osa monimutkaisempia elämänmuotoja kuin bakteeri- tai kasvisolut; vastaavasti eläinsolut ovat monimutkaisempia ja yksityiskohtaisempia kuin niiden vastaavat mikrobimaailmassa ja kasvitieteellisessä maailmassa.
Ehkä helpoin tapa ajatella eläinsolua on toteutuskeskus tai iso, kiireinen varasto. Tärkeä näkökohta pidettävässä mielessä, ja se, joka kuvaa usein maailmaa yleensä, mutta jota voidaan soveltaa erinomaisesti erityisesti biologiaan, on "muoto sopii funktiolle". Toisin sanoen syy siihen, miksi eläinsolun osat, samoin kuin solu kokonaisuutena, ovat rakenteeltaan sellaisia, kuin ne ovat, hyvin läheisessä yhteydessä työhön, jonka nämä osat - nimeltään "organellit" - hoitavat.
Yleiskatsaus soluihin
Solut kuvattiin raakamikroskooppien hyvin varhaisina päivinä, 1600- ja 1700-luvulla. Jotkut lähteet tunnustavat Robert Hooken nimen luoneen, vaikka hän katsoi tuolloin mikroskoopin kautta korkkia.
Solu voidaan ajatella olevan elävän organismin pienin yksikkö, jolla on kaikki elämän ominaisuudet, kuten metabolinen aktiivisuus ja homeostaasi. Kaikilla soluilla, riippumatta niiden erikoistuneesta toiminnasta tai organismista, jota ne palvelevat, on kolme perusosaa: solumembraani, jota kutsutaan myös plasmamembraaniksi, ulkorajana; geneettisen materiaalin (DNA tai deoksiribonukleiinihappo) agglomeroituminen kohti keskustaa; ja sytoplasma (joskus kutsutaan sytosoliksi), puoli nestemäinen aine, jossa tapahtuu reaktioita ja muita aktiivisuuksia.
Elävät asiat voidaan jakaa prokaryoottiset organismit, jotka ovat yksisoluisia ja sisältävät bakteereja, ja eukaryoottisia organismit, joihin kuuluvat kasvit, eläimet ja sienet. Eukaryoottien solut sisältävät membraanin geneettisen materiaalin ympärille, muodostaen ytimen; prokaryooteilla ei ole sellaista kalvoa. Prokaryoottien sytoplasma ei myöskään sisällä organelleja, joilla eukaryoottisoluilla on runsaasti ylpeyttä.
Eläinsolukalvo
solukalvo, jota kutsutaan myös plasmamembraaniksi, muodostaa eläinsolujen ulkorajan. (Kasvisoluissa on soluseinät suoraan solukalvon ulkopuolella lisäsuojaa ja kiinteyttä varten.) Kalvo on enemmän kuin yksinkertainen fyysinen este tai varastossa organelleille ja DNA: lle; sen sijaan se on dynaaminen, erittäin selektiivisillä kanavilla, jotka säätelevät huolellisesti molekyylien tuloa ja poistumista solusta ja solusta.
Solumembraani koostuu a fosfolipidi kaksikerros, tai lipidikaksoiskerros. Tämä kaksikerros koostuu pohjimmiltaan kahdesta erilaisesta fosfolipidimolekyylien "levystä", molekyylien lipidiosien ollessa eri kerroksissa koskettaen ja fosfaattiosien osoittaessa vastakkaisiin suuntiin. Ymmärtääksesi miksi näin tapahtuu, ota huomioon lipidien ja fosfaattien sähkökemialliset ominaisuudet erikseen. Fosfaatit ovat polaarisia molekyylejä, mikä tarkoittaa, että niiden sähkökemialliset varaukset jakautuvat epätasaisesti molekyylin yli. Vesi (H2O) on myös polaarinen, ja polaarisilla aineilla on taipumus sekoittua, joten fosfaatit kuuluvat aineisiin, jotka on merkitty hydrofiilisiksi (ts. Veden vetämiin).
Fosfolipidin lipidiosa sisältää kaksi rasvahappoa, jotka ovat hiilivetyjen pitkiä ketjuja, joilla on erityyppiset sidokset, jotka jättävät koko molekyylin ilman varausgradienttia. Itse asiassa lipidit ovat määritelmänsä mukaan polaarisia. Koska ne reagoivat vastakkaisella tavalla kuin polaariset molekyylit toimivat veden läsnä ollessa, niitä kutsutaan hydrofobisiksi. Saatat siis ajatella koko fosfolipidimolekyylin olevan "kalmarimainen", fosfaattiosan ollessa pää ja vartalo ja lipidi lonkeroparina. Kuvittele lisäksi kaksi suurta "kalvoa" kalmaria, jotka on koottu niiden lonkeroiden sekoittuessa ja päänsä osoittaen vastakkaisiin suuntiin.
Solukalvojen avulla tietyt aineet voivat tulla ja mennä. Tämä tapahtuu monella tavalla, mukaan lukien diffuusio, helpotettu diffuusio, osmoosi ja aktiivinen kuljetus. Joillakin organelleilla, kuten mitokondrioilla, on omat sisäiset kalvonsa, jotka koostuvat samoista materiaaleista kuin itse plasmakalvo.
Ydin
tuma on käytännössä eläinsolun ohjaus- ja komentokeskus. Se sisältää DNA: n, joka useimmissa eläimissä on järjestetty erillisiin kromosomeihin (näitä on 23 paria), jotka on jaettu pieniin osiin, joita kutsutaan geeneiksi. Geenit ovat yksinkertaisesti DNA: n pituuksia, jotka sisältävät tietyn proteiinituotteen koodin, jonka DNA toimittaa solujen proteiinikokoonpanokoneistoon RNA: n (ribonukleiinihappo) kautta.
Ydin sisältää erilaisia osia. Mikroskooppisessa tutkimuksessa tumma piste nimeltään nucleolus ilmestyy ytimen keskelle; ydinosa osallistuu ribosomien valmistukseen. Ydintä ympäröi ydinmembraani, kaksois myöhemmin analoginen solumembraanin kanssa. Tässä vuorauksessa, jota kutsutaan myös ydinkuoreksi, on sisäkerrokseen kiinnittyneitä rihmaisia proteiineja, jotka ulottuvat sisäänpäin ja auttavat pitämään DNA: ta järjestäytyneenä ja paikallaan.
Solujen lisääntymisen ja jakautumisen aikana itse ytimen pilkkoutumista kahdeksi tytärytimeksi kutsutaan sytokiiniksi. Ytimen pitäminen erillään muusta solusta on hyödyllistä pitää DNA eristettynä muista soluaktiivisuuksista minimoimalla mahdollisuus, että se voi vaurioitua. Tämä mahdollistaa myös välittömän soluympäristön hienon hallinnan, joka voi olla erillinen solun sytoplasmasta kokonaisuutena.
ribosomit
Nämä organelit, joita löytyy myös muista kuin eläimistä, ovat vastuussa proteiinisynteesistä, jota tapahtuu sytoplasmassa.Proteiinisynteesi käynnistyy, kun ytimen DNA käy läpi prosessin, jota kutsutaan transkriptioksi, eli RNA: n valmistamiseksi kemiallisella koodilla, joka vastaa tarkkaa DNA-nauhaa, josta se on valmistettu (lähetti RNA tai mRNA:). DNA ja RNA koostuvat kumpikin nukleotidien monomeereistä (yksittäisistä toistuvista yksiköistä), jotka sisältävät sokeria, fosfaattiryhmää ja osan, jota kutsutaan typpipohjaiseksi emäkseksi. DNA sisältää neljä erilaista emästä (adeniini, guaniini, sytosiini ja tymiini), ja niiden sekvenssi pitkässä DNA-kaistaleessa on koodi tuotteelle, joka lopulta syntetisoidaan ribosomeihin.
Kun vastavalmistettu mRNA siirtyy ytimestä sytoplasman ribosomeihin, proteiinisynteesi voi alkaa. Itse ribosomit on tehty sellaisesta RNA: sta, jota kutsutaan ribosomaaliseksi RNA: ksi (rRNA). Ribosomit koostuvat kahdesta proteiini-alayksiköstä, joista toinen on noin 50 prosenttia massiivisempi kuin toinen. mRNA sitoutuu tiettyyn kohtaan ribosomissa, ja molekyylin kolmen emäksen pituudet kerrallaan "luetaan" ja niitä käytetään yhden valmistamiseksi noin 20 erityyppisestä aminohaposta, jotka ovat proteiinien emäsrakenteita. Nämä aminohapot siirretään ribosomeihin kolmannen tyyppisellä RNA: lla, jota kutsutaan siirto-RNA: ksi (tRNA).
Mitokondria
mitokondriot ovat kiehtovia organelleja, joilla on erityisen tärkeä rooli eläinten aineenvaihdunnassa ja eukaryooteissa kokonaisuutena. Ne, kuten ydin, on suljettu kaksoiskalvolla. Niillä on yksi perustoiminto: toimittaa mahdollisimman paljon energiaa hiilihydraattipolttoaineiden lähteillä riittävissä happea käytettäessä.
Ensimmäinen vaihe eläinsolujen aineenvaihdunnassa on soluun tulevan glukoosin hajoaminen aineeksi, jota kutsutaan pyruvaatiksi. Tätä kutsutaan Glykolyysivaiheen ja tapahtuu riippumatta siitä, onko happea vai ei. Kun happea ei ole riittävästi, pyruvaatti käy fermentaatioon laktaatiksi, mikä aikaansaa lyhytaikaisen solun energian purskeen. Muutoin pyruvaatti tulee mitokondrioihin ja suoritetaan aerobinen hengitys.
Aerobinen hengitys sisältää kaksi prosessia omilla vaiheillaan. Ensimmäinen tapahtuu mitokondriaalimatriisissa (samanlainen kuin solujen oma sytoplasma) ja sitä kutsutaan Krebs-sykliksi, trikarboksyylihapposykliin (TCA) tai sitruunahapposykliin. Tämä sykli tuottaa korkean energian elektronikantoaaltoja seuraavalle prosessille, elektronien kuljetusketjuun. Elektroninkuljetusketjureaktiot tapahtuvat mitokondriokalvolla, pikemminkin matriisissa, jossa Krebs-sykli toimii. Tämä tehtävien fyysinen erottelu, vaikka se ei aina olekaan tehokkainta ulkoa katsottuna, auttaa varmistamaan entsyymien aiheuttamien virheiden vähäisen määrän hengitysteissä, aivan kuten tavaratalon eri osien pitäminen minimoi mahdollisuudet päättyä väärään ostaa, vaikka joudutkin vaeltelemaan myymälään melko monilla tavoilla päästä siihen.
Koska aerobinen aineenvaihdunta tuottaa paljon enemmän energiaa ATP: n (adenosiinitrifosfaatin) lähteessä glukoosimolekyyliä kohden kuin käyminen, se on aina "edullinen" reitti ja on evoluution voitto.
Mitokondrioiden uskotaan olleen itsenäisesti esiintyviä prokaryoottisia organismeja kerralla, miljoonia ja miljoonia vuosia sitten, ennen kuin ne liittyivät nykyisiin eukaryoottisoluihin. Tätä kutsutaan endosymbiontiteoriaksi, joka menee pitkälle kohti selittää monia mitokondrioiden ominaisuuksia, jotka muuten saattavat olla vaikeasti saavutettavissa molekyylibiologille. Se, että käytännössä eukaryootit näyttävät kaapanneen kokonaisen energiantuottajan, sen sijaan, että joutuisi kehittymään pienemmistä komponenteista, on ehkä tärkein tekijä eläimissä ja muissa eukaryooteissa, jotka pystyvät menestymään niin kauan kuin heillä on.
Muut eläinsoluorganelit
Golgin laite: Kutsutaan myös Golgi elimet, Golgin laite on muualla solussa valmistettujen proteiinien ja lipidien käsittely-, pakkaus- ja lajittelukeskus. Näillä on yleensä "pino pannukakkuja". Nämä ovat rakkuloita tai pieniä membraaniin sitoutuneita säkkejä, jotka irtoavat levyjen ulkoreunoista Golgin rungossa, kun niiden sisältö on valmis toimitettavaksi solun muihin osiin. On hyödyllistä kuvitella Golgin rungot postitoimistoiksi tai postin lajittelu- ja jakelukeskuksiksi, jolloin jokainen vesikkeli irtautuu päärakennuksesta ja muodostaa oman suljetun kapselin, joka muistuttaa toimitusautoa tai rautatievaunua.
Golgi-elimet tuottavat lysosomeja, jotka sisältävät voimakkaita entsyymejä, jotka voivat hajottaa vanhoja ja kuluneita solukomponentteja tai hajoavia molekyylejä, joiden ei pitäisi olla solussa.
Endoplasminen Reticulum: endoplasminen reticulum (ER) on kokoelma katkeilevia putkia ja litistettyjä rakkuloita. Tämä verkko alkaa ytimestä ja ulottuu koko sytoplasman läpi solukalvoon. Näitä käytetään, kuten olet jo jo koonnut niiden paikasta ja rakenteesta, aineiden kuljettamiseen solun osasta toiseen; tarkemmin sanottuna, ne toimivat kanavana, jossa tämä kuljetus voi tapahtua.
ER-tyyppejä on kahta tyyppiä, erottelee siitä, onko niihin kiinnitetty ribosomeja vai ei. Karkea ER koostuu pinottuista vesikkeleistä, joihin kiinnittyy paljon ribosomeja. Karkeassa ER: ssä oligosakkaridiryhmät (suhteellisen lyhyet sokerit) kiinnittyvät pieniin proteiineihin, kun ne kulkevat matkalla toisiin organelleihin tai eritystä rakkuloihin. Sileässä ER: ssä sen sijaan ei ole ribosomeja. Sileä ER aiheuttaa vesikkeleitä, jotka kuljettavat proteiineja ja lipidejä, ja se pystyy myös imeyttämään ja inaktivoimaan haitalliset kemikaalit, suorittaen siten eräänlaisen tuhoajan-taloudenhoitajan turvatoiminnon ja samalla kuljetuskanavan.