Elusorganismide kehad võivad olla üksikrakk, nende rühm või tohutu kogum, mis sisaldab miljardeid selliseid elementaarstruktuure. Viimaste hulka kuulub enamik kõrgemaid taimi. Tsütoloogiaga tegeleb raku – elusorganismide ehituse ja funktsioonide põhielemendi – uurimine. See bioloogia haru hakkas kiiresti arenema pärast elektronmikroskoobi avastamist, kromatograafia ja teiste biokeemia meetodite täiustamist. Mõelge peamistele omadustele ja tunnustele, mille poolest taimerakk erineb bakterite, seente ja loomade struktuuri väikseimatest struktuuriüksustest.
Kambri avamine R. Hooke'i poolt
Kõigi elusolendite struktuuri pisikeste elementide teooria on läbinud arengutee, mõõdetuna sadade aastate jooksul. Taime rakumembraani struktuuri nägi oma mikroskoobis esmakordselt Briti teadlane R. Hooke. Rakuhüpoteesi üldsätted formuleerisid Schleiden ja Schwann, enne seda tegid teised teadlased sarnased järeldused.
Inglane R. Hooke uuris mikroskoobi all tammekorgiviilu ja esitas tulemused 13. aprillil 1663 Londonis Kuningliku Seltsi koosolekul (vastav altmuudest allikatest, juhtus sündmus aastal 1665). Selgus, et puu koor koosneb pisikestest rakkudest, mida Hooke nimetas "rakkudeks". Nende kambrite seinu, mis moodustasid kärjekujulise mustri, pidas teadlane elusaineks ja õõnsust tunnistati elutuks abistruktuuriks. Hiljem tõestati, et taimede ja loomade rakkude sees on aine, ilma milleta on võimatu nende olemasolu ja kogu organismi tegevus.
Rakuteooria
R. Hooke'i oluline avastus töötati välja teiste teadlaste töödes, kes uurisid looma- ja taimerakkude ehitust. Sarnaseid struktuurielemente täheldasid teadlased mitmerakuliste seente mikroskoopilistel lõikudel. Leiti, et elusorganismide struktuuriüksustel on jagunemisvõime. Uurimistööle tuginedes sõnastasid Saksamaa bioloogiateaduste esindajad M. Schleiden ja T. Schwann hüpoteesi, millest sai hiljem rakuteooria.
Taime- ja loomarakkude võrdlemine bakterite, vetikate ja seentega võimaldas Saksa teadlastel jõuda järgmisele järeldusele: R. Hooke'i avastatud "kambrid" on elementaarsed struktuuriüksused ja neis toimuvad protsessid on elu aluseks. enamikust organismidest Maal. Olulise täienduse tegi 1855. aastal R. Virkhov, märkides, et rakkude jagunemine on ainus viis nende paljunemiseks. Schleiden-Schwanni teooria koos täpsustustega on bioloogias muutunud üldtunnustatud.
Rakk on väikseim element taimede struktuuris ja elus
Schleideni ja Schwanni teoreetiliste seisukohtade kohaseltorgaaniline maailm on üks, mis tõestab loomade ja taimede sarnast mikroskoopilist struktuuri. Lisaks nendele kahele kuningriigile on raku olemasolu iseloomulik seentele, bakterid ja viirused puuduvad. Elusorganismide kasvu ja arengu tagab uute rakkude tekkimine olemasolevate jagunemise käigus.
Mitmerakuline organism ei ole pelg alt struktuurielementide kuhjumine. Väikesed struktuuriüksused interakteeruvad üksteisega, moodustades kudesid ja elundeid. Üherakulised organismid elavad isoleeritult, mis ei takista neil kolooniaid loomast. Lahtri peamised omadused:
- võime iseseisvaks eksisteerimiseks;
- oma ainevahetus;
- isepaljundamine;
- arendus.
Elu evolutsioonis oli üheks olulisemaks etapiks tuuma eraldamine tsütoplasmast kaitsva membraani abil. Seos on säilinud, sest need struktuurid ei saa eksisteerida eraldi. Praegu eksisteerib kaks superkuningriiki – mittetuuma- ja tuumaorganismid. Teise rühma moodustavad taimed, seened ja loomad, mida uurivad vastavad teadusharud ja bioloogia laiem alt. Taimerakul on tuum, tsütoplasma ja organellid, mida käsitletakse allpool.
Taimerakkude mitmekesisus
Küpse arbuusi, õuna või kartuli murdmisel näete palja silmaga vedelikuga täidetud struktuurseid "rakke". Need on loote parenhüümirakud läbimõõduga kuni 1 mm. Bastikiud on piklikud struktuurid, mille pikkus ületab oluliselt laiust. Näiteks,puuvilla-nimelise taime raku pikkus ulatub 65 mm-ni. Lina- ja kanepikiudude lineaarsed mõõtmed on 40–60 mm. Tüüpilised rakud on palju väiksemad -20–50 µm. Selliseid tillukesi struktuurielemente saab näha vaid mikroskoobi all. Taimeorganismi väikseimate struktuuriüksuste tunnused ei avaldu mitte ainult kuju ja suuruse erinevuses, vaid ka kudede koostises täidetavates funktsioonides.
Taimerakk: põhilised struktuuriomadused
Tuum ja tsütoplasma on omavahel tihed alt seotud ja suhtlevad üksteisega, mida kinnitavad ka teadlaste uuringud. Need on eukarüootse raku peamised osad, neist sõltuvad kõik muud struktuurielemendid. Tuum salvestab ja edastab valgusünteesiks vajalikku geneetilist teavet.
Briti teadlane R. Brown märkas 1831. aastal esmakordselt orhideede perekonda kuuluva taime rakus erilist keha (tuuma). See oli tuum, mida ümbritses poolvedel tsütoplasma. Selle aine nimi tähendab kreeka keelest tõlkes "raku esmast massi". See võib olla vedelam või viskoossem, kuid see on tingimata kaetud membraaniga. Raku väliskest koosneb peamiselt tselluloosist, ligniinist ja vahast. Üks omadus, mis eristab taime- ja loomarakke, on selle tugeva tselluloosseina olemasolu.
Tsütoplasma struktuur
Taimeraku sisemine osa on täidetud hüaloplasmaga, milles on hõljuvad väikesed graanulid. Kestale lähemal läheb nn endoplasm viskoossemaks eksoplasmiks. Täpselt niineed ained, millega taimerakk on täidetud, toimivad kohana biokeemiliste reaktsioonide kulgemiseks ja ühendite transpordiks, organellide ja inklusioonide paigutamiseks.
Umbes 70-85% tsütoplasmast on vesi, 10-20% valgud, muud keemilised komponendid - süsivesikud, lipiidid, mineraalsed ühendid. Taimerakkudel on tsütoplasma, milles sünteesi lõpp-produktide hulgas on funktsioonide bioregulaatorid ja varuained (vitamiinid, ensüümid, õlid, tärklis).
Tuum
Taime- ja loomarakkude võrdlus näitab, et neil on sarnane tuuma struktuur, mis paikneb tsütoplasmas ja võtab enda alla kuni 20% selle mahust. Inglane R. Brown, kes esm alt uuris seda kõigi eukarüootide kõige olulisemat ja püsivamat komponenti mikroskoobi all, andis sellele nime ladinakeelsest sõnast nucleus. Tuumade välimus korreleerub tavaliselt rakkude kuju ja suurusega, kuid mõnikord erineb neist. Struktuuri kohustuslikud elemendid on membraan, karüolümf, nukleool ja kromatiin.
Membraanil on poorid, mis eraldavad tuuma tsütoplasmast. Nad transpordivad aineid tuumast tsütoplasmasse ja vastupidi. Karüolümf on vedel või viskoosne tuumasisaldus kromatiinipiirkondadega. Nukleool sisaldab ribonukleiinhapet (RNA), mis siseneb tsütoplasma ribosoomidesse, et osaleda valkude sünteesis. Suurtes kogustes esineb ka teist nukleiinhapet, desoksüribonukleiinhapet (DNA). DNA ja RNA avastati esmakordselt loomarakkudes 1869. aastal ja seejärel leiti need taimedes. Tuum on keskpunktrakusiseste protsesside juhtimine”, koht kogu organismi pärilike omaduste kohta teabe salvestamiseks.
Endoplasmaatiline retikulum (ER)
Looma- ja taimerakkude struktuuril on märkimisväärne sarnasus. Tsütoplasmas on tingimata sisemised tuubulid, mis on täidetud erineva päritolu ja koostisega ainetega. Granuleeritud EPS-i tüüp erineb agranulaarsest ribosoomide olemasolu poolest membraani pinnal. Esimene osaleb valkude sünteesis, teine mängib rolli süsivesikute ja lipiidide moodustumisel. Teadlased on kindlaks teinud, et kanalid mitte ainult ei tungi tsütoplasmasse, vaid on seotud elusraku iga organelliga. Seetõttu on EPS väärtus kõrgelt hinnatud ainevahetuses osalejana, keskkonnaga suhtlemise süsteemina.
Ribosoom
Taime- või loomaraku struktuuri on raske ette kujutada ilma nende väikeste osakesteta. Ribosoomid on väga väikesed ja neid saab näha ainult elektronmikroskoobiga. Kehade koostises on ülekaalus valgud ja ribonukleiinhapete molekulid, vähesel määral on k altsiumi ja magneesiumi ioone. Peaaegu kogu raku RNA on koondunud ribosoomidesse, need tagavad valkude sünteesi, "kokku pannes" valke aminohapetest. Seejärel sisenevad valgud ER-kanalitesse ja kanduvad võrgustik läbi kogu raku ning tungivad tuuma.
Mitokondrid
Neid raku organelle peetakse selle energiajaamadeks, need on tavalises valgusmikroskoobis suurendatuna nähtavad. Mitokondrite arv varieerub väga laias vahemikus, neid võib olla ühikuid või tuhandeid. Organoidi struktuur ei ole väga keeruline, neid on kaksmembraanid ja maatriks sees. Mitokondrid koosnevad valgulipiididest, DNA-st ja RNA-st, vastutavad ATP - adenosiintrifosforhappe biosünteesi eest. Seda taime- või loomaraku ainet iseloomustab kolme fosfaadi olemasolu. Neist igaühe lõhenemine annab rakus endas ja kogu kehas kõigi eluprotsesside jaoks vajaliku energia. Vastupidi, fosforhappejääkide lisamine võimaldab salvestada energiat ja kanda seda sellisel kujul üle kogu rakus.
Mõelge alloleval joonisel olevatele rakuorganellidele ja nimetage need, mida te juba teate. Pange tähele suuri vesiikuleid (vacuole) ja rohelisi plastiide (kloroplastid). Räägime neist hiljem.
Golgi kompleks
Keeruline rakuorganoid koosneb graanulitest, membraanidest ja vakuoolidest. Kompleks avati 1898. aastal ja sai nime Itaalia bioloogi järgi. Taimerakkude tunnused on Golgi osakeste ühtlane jaotumine kogu tsütoplasmas. Teadlased usuvad, et kompleks on vajalik vee ja jääkainete sisalduse reguleerimiseks, liigsete ainete eemaldamiseks.
Plastids
Ainult taimekoerakud sisaldavad rohelisi organelle. Lisaks on värvituid, kollaseid ja oranže plastiide. Nende struktuur ja funktsioonid peegeldavad taimede toitumise tüüpi ning nad on võimelised keemiliste reaktsioonide tõttu värvi muutma. Peamised plastiidide tüübid:
- oranžid ja kollased kromoplastid, mille moodustavad karoteen ja ksantofüll;
- kloroplastid, mis sisaldavad klorofülli terasid -roheline pigment;
- leukoplastid on värvitud plastiidid.
Taimeraku ehitus on seotud keemiliste reaktsioonidega, mis tekivad süsihappegaasist ja veest valgusenergia abil sünteesimisel orgaanilise aine sünteesil. Selle hämmastava ja väga keerulise protsessi nimi on fotosüntees. Reaktsioonid toimuvad tänu klorofüllile, just see aine suudab hõivata valguskiire energiat. Rohelise pigmendi olemasolu selgitab lehtede, rohtsete varte ja küpsete viljade iseloomulikku värvi. Klorofüll on struktuurilt sarnane loomade ja inimeste veres leiduva hemoglobiiniga.
Erinevate taimeorganite punane, kollane ja oranž värvus on tingitud kromoplastide olemasolust rakkudes. Need põhinevad suurel hulgal karotenoide, mis mängivad olulist rolli ainevahetuses. Leukoplastid vastutavad tärklise sünteesi ja kogunemise eest. Plastiidid kasvavad ja paljunevad tsütoplasmas, liikudes koos sellega mööda taimeraku sisemist membraani. Need on rikkad ensüümide, ioonide ja muude bioloogiliselt aktiivsete ühendite poolest.
Elusorganismide põhirühmade mikroskoopilise struktuuri erinevused
Enamik rakke meenutab pisikest kotikest, mis on täidetud lima, kehade, graanulite ja vesiikulitega. Sageli leidub mitmesuguseid kandmisi mineraalide tahkete kristallide, õlitilkade, tärkliseterade kujul. Rakud on taimekudede koostises tihedas kontaktis, elu tervikuna sõltub nende väikseimate struktuuriüksuste tegevusest, mis moodustavad terviku.
Mitmerakulise struktuuriga on olemasspetsialiseerumine, mis väljendub mikroskoopiliste struktuurielementide erinevates füsioloogilistes ülesannetes ja funktsioonides. Need määratakse peamiselt kudede asukoha järgi taime lehtedes, juurtes, vartes või generatiivsetes organites.
Toome välja taimeraku ja teiste elusorganismide elementaarsete struktuuriüksuste võrdlemise põhielemendid:
- Ainult taimedele iseloomuliku tiheda kesta moodustavad kiud (tselluloos). Seente puhul koosneb membraan vastupidavast kitiinist (spetsiaalne valk).
- Taimede ja seente rakkude värvus on erinev plastiidide olemasolu või puudumise tõttu. Sellised kehad nagu kloroplastid, kromoplastid ja leukoplastid esinevad ainult taime tsütoplasmas.
- Seal on organoid, mis eristab loomi – see on tsentriool (rakukeskus).
- Ainult taimerakus on suur vedela sisuga täidetud keskvakuool. Tavaliselt on see rakumahl värvitud erinevat värvi pigmentidega.
- Taimeorganismi peamine varuühend on tärklis. Seened ja loomad koguvad oma rakkudesse glükogeeni.
Vetikate hulgas on teada palju üksikuid vab alt elavaid rakke. Näiteks selline iseseisev organism on chlamydomonas. Kuigi taimed erinevad loomadest tselluloosi rakuseina olemasolu poolest, kuid sugurakkudel puudub nii tihe kest – see on järjekordne tõend orgaanilise maailma ühtsusest.
