Sisältö
Solut ovat elämän peruskiviä. Vähemmän runollisesti, ne ovat elävien esineiden pienimpiä yksiköitä, joilla säilytetään kaikki itse elämään liittyvät perusominaisuudet (esim. Proteiinisynteesi, polttoaineen kulutus ja geneettinen aine). Seurauksena on, että solujen pienestä koosta huolimatta, niiden on suoritettava monenlaisia toimintoja, sekä koordinoituja että riippumattomia. Tämä puolestaan tarkoittaa, että niiden on sisällettävä laaja valikoima erillisiä fyysisiä osia.
Suurin osa prokaryoottisista organismeista koostuu vain yhdestä solusta, kun taas itsesi kaltaiset eukaryoottien elimet sisältävät biljoonia. Eukaryoottisolut sisältävät erikoisrakenteita, joita kutsutaan organelleiksi, joihin kuuluu kalvo, joka on samanlainen kuin koko solua ympäröivä kalvo. Nämä organelit ovat solujen maajoukkoja, varmistaen jatkuvasti, että kaikki solujen hetkelliset tarpeet täytetään.
Solun osat
Kaikki solut sisältävät absoluuttisesti vähintään solumembraanin, geneettisen materiaalin ja sytoplasman, jota kutsutaan myös sytosoliksi. Tämä geneettinen materiaali on deoksiribonukleiinihappoa tai DNA: ta. Prokaryooteissa DNA on klusteroitunut sytoplasman yhteen osaan, mutta sitä ei sulje kalvo, koska vain eukaryooteilla on ydin. Kaikilla soluilla on solukalvo, joka koostuu fosfolipidikaksoiskerroksesta; prokaryoottisilla soluilla on soluseinä suoraan solumembraanin ulkopuolella lisätäkseen stabiilisuutta ja suojaa. Kasvisoluilla, jotka sienten ja eläinten ohella ovat eukaryootteja, on myös soluseinät.
Kaikissa soluissa on myös ribosomeja. Prokaryooteissa nämä kelluvat vapaasti sytoplasmassa; eukaryooteissa ne ovat tyypillisesti sitoutuneita endoplasmiseen retikulumiin. Ribosomit luokitellaan usein organellityypiksi, mutta joissakin järjestelmissä ne eivät ole sellaisia, koska niillä ei ole kalvoa. Jos ribosomien organelleja ei merkitä, "vain eukaryooteilla on organelles" -järjestelmä johdonmukainen. Näihin eukaryoottisiin organelleihin sisältyy endoplasmisen retikulumin lisäksi mitokondrioita (tai kasveissa, kloroplasteissa), Golgi-kappaleita, lysosomeja, tyhjiöitä ja sytoskeletonia.
Solukalvo
Solukalvo, jota kutsutaan myös plasmamembraaniksi, on fyysinen raja solujen sisäisen ympäristön ja ulkomaailman välillä. Älä kuitenkaan erehty tätä perusarviointia ehdotukselle, että solukalvojen rooli on vain suojaavaa tai että kalvo on vain jonkinlainen mielivaltainen ominaisuuslinja. Tämä kaikkien solujen, sekä prokaryoottisten että eukaryoottisten, ominaisuus on tulosta muutaman miljardin vuoden evoluutiosta, ja se on itse asiassa monitoiminen, dynaaminen ihme, joka toimii kiistatta enemmän kuin entiteetti, jolla on aito älykkyys kuin pelkkä este.
Solumembraani koostuu kuuluisasti fosfolipidikerroksesta, tarkoittaen, että se koostuu kahdesta identtisestä kerroksesta, jotka koostuvat fosfolipidimolekyyleistä (tai oikeammin fosforiglyserolipideistä). Jokainen yksittäinen kerros on epäsymmetrinen, koostuen yksittäisistä molekyyleistä, joilla on jotain suhdetta kalmariin tai ilmapalloihin, joissa on muutama tupsu. "Päät" ovat fosfaattiosia, joilla on sähkökemiallisen nettovarauksen epätasapaino ja joita pidetään siten polaarisina. Koska vesi on myös polaarista ja koska molekyyleillä, joilla on samanlaiset sähkökemialliset ominaisuudet, taipumus aggregoitua yhteen, tätä fosfolipidin osaa pidetään hydrofiilisenä. "Häntä" ovat lipidejä, erityisesti paria rasvahappoja. Toisin kuin fosfaatit, nämä ovat varaamattomia ja siten hydrofobisia. Fosfaatti kiinnittyy kolmen hiilen glyserolitähteen toiselle puolelle molekyylin keskellä, ja kaksi rasvahappoa yhdistetään toiselle puolelle.
Koska hydrofobiset lipidijäännökset assosioituvat spontaanisti toisiinsa liuoksessa, kaksikerros asetetaan siten, että kaksi fosfaattikerrosta osoittavat ulospäin ja kohti solun sisäosaa, kun taas kaksi lipidikerrosta sekoittuvat kaksikerroksen sisäpuolelle. Tämä tarkoittaa, että kaksoiskalvot on kohdistettu peilikuvina, kuten vartalon molemmat puolet.
Kalvo ei vain pidä haitallisia aineita pääsemästä sisätiloihin. Se on selektiivisesti läpäisevä ja sallii elintärkeitä aineita, mutta estää muita, kuten pomppija trendikkäässä yökerhossa. Se mahdollistaa myös selektiivisesti jätetuotteiden poiston. Jotkut kalvoon upotetut proteiinit toimivat ionipumppuina ylläpitämään tasapainoa (kemiallista tasapainoa) solussa.
Sytoplasma
Solusytoplasma, jota vaihtoehtoisesti kutsutaan sytosoliksi, edustaa muhennosta, jossa solun eri komponentit "uivat". Kaikilla soluilla, prokaryoottisilla ja eukaryoottisilla, on sytoplasma, ilman mitä solulla ei voisi olla enemmän rakenteellista eheyttä kuin tyhjä ilmapallo voisi.
Jos olet koskaan nähnyt gelatiinijälkiruokaa, jonka sisälle on upotettu hedelmäpaloja, saatat ajatella itse gelatiinia sytoplasmana, hedelmiä organelleina ja astiaa, joka pitää gelatiinia solumembraanina tai soluseinämänä. Sytoplasman konsistenssi on vetistä, ja sitä kutsutaan myös matriisiksi. Riippumatta kyseisestä solutyypistä, sytoplasma sisältää paljon korkeamman proteiinitiheyden ja molekyyliset "koneet" kuin merivesi tai mikä tahansa elinkelpoinen ympäristö, mikä on osoitus työstä, jonka solukalvo tekee homeostaasin ylläpitämisessä (toinen sana "tasapaino" elävissä olosuhteissa) solujen sisällä.
Ydin
Prokaryooteissa solujen geneettinen materiaali, DNA, jota se käyttää lisääntymään samoin kuin ohjaamaan loput solut tuottamaan proteiinituotteita elävälle organismille, löytyy sytoplasmasta. Eukaryooteissa se on suljettu rakenteeseen, jota kutsutaan ytimeksi.
Ydin erotetaan sytoplasmasta ydinkuorella, joka on fyysisesti samanlainen kuin solujen plasmamembraani. Ydinvaippa sisältää ydinhuokosia, jotka mahdollistavat tiettyjen molekyylien virtauksen ja ulospääsyn. Tämä organeli on kaikkien solujen suurin, sen osuus on jopa 10 prosenttia solun tilavuudesta, ja se on helposti nähtävissä millä tahansa mikroskoopilla, joka on riittävän tehokas paljastamaan solut itse. Tutkijat ovat tienneet ytimen olemassaolosta 1830-luvulta lähtien.
Ytimen sisällä on kromatiini, DNA-muodon nimi vie, kun solu ei valmista jakautumista: kelattu, mutta ei eroteltu kromosomeiksi, jotka näyttävät erillisiltä mikroskopialla. Nukleoli on osa ytimestä, joka sisältää rekombinantti-DNA: ta (rDNA), DNA, joka on omistettu ribosomaalisen RNA: n (rRNA) synteesille. Lopuksi, nukleoplasma on vesipitoinen aine ydinkuoren sisällä, joka on analoginen varsinaisen solun sytoplasman kanssa.
Geneettisen materiaalin varastoinnin lisäksi ydin määrittelee, milloin solu jakautuu ja lisääntyy.
mitokondriot
Mitokondrioita löytyy eläinten eukaryooteista ja ne edustavat solujen "voimalaitoksia", koska näissä pitkänomaisissa organelleissa aerobinen hengitys tapahtuu. Aerobinen hengitys tuottaa 36–38 ATP-molekyyliä tai adenosiinitrifosfaattia (solujen pääenergian lähde) jokaiselle glukoosimolekyylille (bodien lopullinen polttovaluutta), jota se kuluttaa; glykolyysi, toisaalta, joka ei vaadi hapen etenemistä, tuottaa vain noin kymmenesosan tästä paljon energiaa (4 ATP / glukoosimolekyyli). Bakteerit voivat päästä yksin glykolyysiin, mutta eukaryootit eivät voi.
Aerobinen hengitys tapahtuu kahdessa vaiheessa kahdessa eri paikassa mitokondrioissa. Ensimmäinen askel on Krebs-sykli, sarja reaktioita, jotka tapahtuvat mitokondriomaisessa matriisissa, mikä muistuttaa nukleoplasmaa tai sytoplasmaa muualla. Krebs-syklissä - jota kutsutaan myös sitruunahapposykliksi tai trikarboksyylihapposykliksi - kaksi pyruvaattimolekyyliä, glykolyysiin muodostuvaa kolmen hiilen molekyyliä, pääsevät matriisiin jokaiselle kuluneelle kuuden hiilen glukoosimolekyylle. Siellä pyruvaatti käy läpi reaktiosyklin, joka tuottaa materiaalia Krebsin jaksoille edelleen, ja mikä vielä tärkeämpää, korkeaenergiset elektronikantoaallot seuraavaa aerobisen aineenvaihdunnan vaihetta varten, elektronin kuljetusketju. Nämä reaktiot tapahtuvat mitokondriokalvolla ja ovat keino, jolla ATP-molekyylit vapautuvat aerobisen hengityksen aikana.
kloroplastissa
Eläimet, kasvit ja sienet ovat huomattavia eukaryootteja, jotka tällä hetkellä asuvat Maassa. Vaikka eläimet käyttävät glukoosia ja happea polttoaineen, veden ja hiilidioksidin tuottamiseen, kasvit käyttävät vettä, hiilidioksidia ja auringon energiaa hapen ja glukoosin tuotannon tehostamiseen. Jos tämä järjestely ei näytä sattumalta, niin ei ole; prosessikasveja, jotka käyttävät metabolisia tarpeitaan, kutsutaan fotosynteesiksi, ja se on pääosin aerobista hengitystä, joka suoritetaan tarkalleen vastakkaiseen suuntaan.
Koska kasvisolut eivät hajotta glukoosin sivutuotteita happea käyttämällä, niillä ei ole tai tarvitsevat mitokondrioita. Sen sijaan kasveilla on kloroplastit, jotka käytännössä muuntavat valon energian kemialliseksi energiaksi. Jokaisessa kasvisolussa on missä tahansa 15 tai 20 - noin 100 kloroplastia, joiden, kuten eläinsolujen mitokondrioissa, uskotaan olleen kerran olemassa itsenäisinä bakteereina päivinä ennen eukaryoottien kehittymistä sen jälkeen kun ne ovat ilmeisesti juurtuneet näihin pienempiin organismeihin ja sisällyttäneet nämä bakteerit metabolisiksi. koneet omaksi.
ribosomit
Jos mitokondriat ovat solujen voimalaitoksia, ribosomit ovat tehtaita. Kalvot eivät sido ribosomeja, eivätkä ne siten ole teknisesti organelleja, mutta mukavuuden vuoksi ne on usein ryhmitelty todellisiin organelleihin.
Ribosomeja löytyy prokaryoottien ja eukaryoottien sytoplasmasta, mutta jälkimmäisissä ne ovat usein kiinnittyneet endoplasmiseen retikulumiin. Ne sisältävät noin 60 prosenttia proteiinia ja noin 40 prosenttia rRNA: ta. rRNA on nukleiinihappo, kuten DNA, lähetti-RNA (mRNA) ja siirto-RNA (tRNA).
Ribosomit ovat olemassa yksinkertaisesta syystä: proteiinien valmistukseen. He tekevät tämän translaatioprosessin kautta, joka on rRNA: han koodattujen geneettisten ohjeiden muuttaminen DNA: n kautta proteiinituotteiksi. Ribosomit kokoavat proteiineja kehon 20 aminohappotyypistä, joista kukin siirtyy ribosomiin tietyn tyyppisellä tRNA: lla. Järjestys, jossa nämä aminohapot lisätään, määritetään mRNA: lla, joka kukin sisältää yksittäisestä DNA-geenistä peräisin olevan informaation - ts. DNA: n pituuden, joka toimii sinisenä yksittäiselle proteiinituotteelle, olipa se entsyymi , hormoni tai silmäpigmentti.
Translaatiota pidetään pienimuotoisen biologian ns. Keskitetyn dogman kolmantena ja viimeisenä osana: DNA tekee mRNA: sta, ja mRNA tekee tai ainakin kuljettaa ohjeita proteiineille. Suurkaaviossa ribosomi on ainoa osa solua, joka luottaa samanaikaisesti kaikkiin kolmeen tyyppiseen RNA: han (mRNA, rRNA ja tRNA) toimimaan.
Golgin rungot ja muut organelit
Suurin osa jäljelle jäävistä organelleista on jonkin tyyppisiä vesikkeleitä tai biologisia "säkkejä". Golgin rungot, joilla on ominainen "pannukakku-pino" -järjestely mikroskooppisessa tutkimuksessa, sisältävät vasta syntetisoituja proteiineja; Golgin rungot vapauttavat nämä pienissä rakkuloissa puristamalla ne irti, jolloin näillä pienillä kappaleilla on oma suljettu kalvo. Suurin osa näistä pienistä rakkuloista etenee endoplasmisessa retikulumissa, joka on kuin moottoritie- tai rautatiejärjestelmä koko solulle. Joissakin endoplasmisissa tyypeissä on monia ribosomeja, jotka antavat niille "karkean" ulkonäön mikroskoopin alla; vastaavasti nämä organelles kulkevat nimellä karkea endoplasminen reticulum tai RER. Sitä vastoin ribosomittomia endoplasmisia retikulumeita kutsutaan sileiksi endoplasmisiksi reticulumiksi (SER).
Solut sisältävät myös lysosomeja, vesikkeleitä, jotka sisältävät voimakkaita entsyymejä, jotka hajottavat jätteet tai ei-toivotut vierailijat. Nämä ovat kuin matkapuhelimen vastaus siivoushenkilöstölle.