Rakk on elusaine organiseerituse tase, iseseisev biosüsteem, millel on kõigi elusolendite põhiomadused. Seega võib see areneda, paljuneda, liikuda, kohaneda ja muutuda. Lisaks iseloomustab kõiki rakke ainevahetus, spetsiifiline struktuur, struktuuride ja funktsioonide korrapärasus.
Rakke uuriv teadus on tsütoloogia. Selle teemaks on ainult ühest rakust koosnevate mitmerakuliste loomade ja taimede, üherakuliste organismide – bakterite, algloomade ja vetikate – struktuuriüksused.
Kui rääkida elusorganismide struktuuriüksuste üldisest korraldusest, siis need koosnevad kestast ja tuumast koos tuumaga. Nende hulka kuuluvad ka rakuorganellid, tsütoplasma. Praeguseks on mitmesugused uurimismeetodid kõrgelt arenenud, kuid juhtpositsioonil on mikroskoopia, mis võimaldab uurida rakkude struktuuri ja uurida selle peamisi struktuurielemente.
Mis on organoid?
Organoidid (neid nimetatakse ka organellideks) on mis tahes raku püsivad koostisosad, mismuuta see täielikuks ja täita teatud funktsioone. Need on struktuurid, mis on selle käigushoidmiseks üliolulised.
Organoidide hulka kuuluvad tuum, lüsosoomid, endoplasmaatiline retikulum ja Golgi kompleks, vakuoolid ja vesiikulid, mitokondrid, ribosoomid ja rakukeskus (tsentrosoom). See hõlmab ka struktuure, mis moodustavad raku tsütoskeleti (mikrotuubulid ja mikrofilamendid), melanosoomid. Eraldi on vaja välja tuua liikumisorganellid. Need on ripsmed, lipud, müofibrillid ja pseudopoodid.
Kõik need struktuurid on omavahel seotud ja tagavad rakkude koordineeritud tegevuse. Seetõttu tekib küsimus: "Mis on organoid?" - võite vastata, et see on komponent, mida saab võrdsustada mitmerakulise organismi elundiga.
Organellide klassifikatsioon
Rakud erinevad nii suuruse ja kuju kui ka funktsioonide poolest, kuid samas on neil sarnane keemiline struktuur ja ühtne organiseerimispõhimõte. Samas on üsna vaieldav küsimus, mis on organoid ja millised struktuurid see on. Näiteks lüsosoome või vakuoole ei klassifitseerita mõnikord rakuorganellideks.
Kui rääkida nende rakukomponentide klassifikatsioonist, siis eristatakse mittemembraanseid ja membraaniorganelle. Mittemembraanne – see on rakukeskus ja ribosoomid. Liikumisorganellidel (mikrotuubulitel ja mikrofilamentidel) puuduvad samuti membraanid.
Membraanorganellide struktuur põhineb bioloogilise membraani olemasolul. Ühe- ja kahemembraansetel organellidel on ühe struktuuriga kest, mis koosnebkahekordne fosfolipiidide ja valgu molekulide kiht. See eraldab tsütoplasma väliskeskkonnast, aitab rakul oma kuju säilitada. Tasub meeles pidada, et taimerakkudes on lisaks membraanile ka välimine tselluloosmembraan, mida nimetatakse rakuseinaks. See täidab toetavat funktsiooni.
Membraani organellide hulka kuuluvad EPS, lüsosoomid ja mitokondrid, aga ka lüsosoomid ja plastiidid. Nende membraanid võivad erineda ainult valkude komplekti poolest.
Kui rääkida organellide funktsionaalsest võimekusest, siis mõned neist on võimelised sünteesima teatud aineid. Niisiis on olulised sünteesi organellid mitokondrid, milles moodustub ATP. Ribosoomid, plastiidid (kloroplastid) ja krobeline endoplasmaatiline retikulum vastutavad valkude sünteesi eest, sile ER vastutab lipiidide ja süsivesikute sünteesi eest.
Vaatleme organellide ehitust ja funktsioone üksikasjalikum alt.
Tuum
See organell on äärmiselt oluline, sest selle eemaldamisel lakkavad rakud toimimast ja surevad.
Tuumas on topeltmembraan, milles on palju poore. Nende abil on see tihed alt seotud endoplasmaatilise retikulumi ja tsütoplasmaga. See organell sisaldab kromatiini - kromosoome, mis on valkude ja DNA kompleks. Seda arvestades võime öelda, et just tuum on organell, mis vastutab genoomi põhiosa säilitamise eest.
Tuuma vedelat osa nimetatakse karüoplasmaks. See sisaldab tuuma struktuuride elutähtsa aktiivsuse saadusi. Kõige tihedam tsoon on tuum, kus asuvad ribosoomid, kompleksvalgud jaRNA, samuti kaalium-, magneesium-, tsink-, raud- ja k altsiumfosfaadid. Tuum kaob enne rakkude jagunemist ja moodustub uuesti selle protsessi viimastel etappidel.
Endoplasmaatiline retikulum (võrkkest)
EPS on ühemembraaniline organell. See võtab enda alla poole raku mahust ja koosneb tuubulitest ja tsisternidest, mis on omavahel ühendatud, samuti tsütoplasmaatilise membraani ja tuuma väliskestaga. Selle organoidi membraanil on sama struktuur kui plasmalemmal. See struktuur on lahutamatu ega avane tsütoplasmasse.
Endoplasmaatiline retikulum on sile ja teraline (kare). Ribosoomid paiknevad granuleeritud ER-i sisemisel kestal, milles toimub valgusüntees. Sileda endoplasmaatilise retikulumi pinnal ei ole ribosoome, kuid siin toimub süsivesikute ja rasvade süntees.
Kõik endoplasmaatilises retikulumis moodustuvad ained transporditakse läbi tuubulite ja tuubulite süsteemi sihtkohtadesse, kus need akumuleeruvad ja seejärel kasutatakse erinevates biokeemilistes protsessides.
Arvestades EPS-i sünteesivõimet, paikneb kare retikulum rakkudes, mille põhiülesanne on valkude moodustamine, ja sile retikulum rakkudes, mis sünteesivad süsivesikuid ja rasvu. Lisaks kogunevad siledasse võrkkesta k altsiumiioonid, mis on vajalikud rakkude või organismi kui terviku normaalseks funktsioneerimiseks.
Samuti tuleb märkida, et ER on Golgi aparaadi moodustumise koht.
Lüsosoomid, nende funktsioonid
Lüsosoomid on rakulised organellid,mida esindavad ühemembraanilised ümmargused kotikesed hüdrolüütiliste ja seedeensüümidega (proteaasid, lipaasid ja nukleaasid). Lüsosoomide sisaldust iseloomustab happeline keskkond. Nende moodustiste membraanid isoleerivad need tsütoplasmast, vältides rakkude teiste struktuurikomponentide hävimist. Lüsosoomi ensüümide tsütoplasmasse sattumisel rakk ise hävitab – autolüüs.
Tuleb märkida, et ensüümid sünteesitakse peamiselt krobelisel endoplasmaatilisel retikulumil, misjärel liiguvad nad Golgi aparaati. Siin nad läbivad modifikatsiooni, pakitakse membraani vesiikulitesse ja hakkavad eralduma, muutudes raku iseseisvateks komponentideks – lüsosoomideks, mis on primaarsed ja sekundaarsed.
Primaarsed lüsosoomid on struktuurid, mis eralduvad Golgi aparaadist, sekundaarsed (seedetrakti vakuoolid) aga need, mis tekivad primaarsete lüsosoomide ja endotsüütiliste vakuoolide ühinemise tulemusena.
Seda struktuuri ja korraldust arvestades saame eristada lüsosoomide põhifunktsioone:
- erinevate ainete seedimine rakus;
- vajalike rakustruktuuride hävitamine;
- osalemine rakkude ümberkorraldamise protsessides.
Vacuoolid
Vakuoolid on ühemembraanilised sfäärilised organellid, mis on vee ja selles lahustunud orgaaniliste ja anorgaaniliste ühendite reservuaarid. Golgi aparaat ja EPS osalevad nende struktuuride moodustamises.
Loomarakkude vakuoolidesVäike. Need on väikesed ja ei võta rohkem kui 5% mahust. Nende peamine ülesanne on tagada ainete transport kogu rakus.
Taimeraku vakuoolid on suured ja hõivavad kuni 90% mahust. Küpses rakus on ainult üks vakuool, mis asub kesksel kohal. Selle membraani nimetatakse tonoplastiks ja selle sisu rakumahlaks. Taimsete vakuoolide põhiülesanneteks on tagada rakumembraani pinge, erinevate ühendite ja raku jääkainete kogunemine. Lisaks varustavad need taimeraku organellid fotosünteesi protsessiks vajalikku vett.
Kui me räägime rakumahla koostisest, siis see sisaldab järgmisi aineid:
- reserv - orgaanilised happed, süsivesikud ja valgud, üksikud aminohapped;
- ühendid, mis tekivad rakkude eluea jooksul ja akumuleeruvad neisse (alkaloidid, tanniinid ja fenoolid);
- fütontsiidid ja fütohormoonid;
- pigmendid, mille tõttu on viljad, juured ja õie kroonlehed värvitud vastavasse värvi.
Golgi kompleks
Golgi aparaadiks nimetatud organoidide struktuur on üsna lihtne. Taimerakkudes näevad nad välja nagu eraldiseisvad membraaniga kehad, loomarakkudes esindavad neid tsisternid, torukesed ja põied. Golgi kompleksi struktuuriüksus on diktüosoom, mida esindab 4-6 "paagist" koosnev virn ja väikesed vesiikulid, mis eralduvad neist ja on rakusisene transpordisüsteem ning mis võib olla ka lüsosoomide allikas. Diktüosoomide arv võib varieeruda ühest mitmenisadu.
Golgi kompleks asub tavaliselt tuuma lähedal. Loomarakkudes - rakukeskuse lähedal. Nende organellide põhifunktsioonid on järgmised:
- valkude, lipiidide ja sahhariidide sekretsioon ja akumuleerumine;
- Golgi kompleksi sisenevate orgaaniliste ühendite muutmine;
- see organoid on lüsosoomide moodustumise koht.
Tuleb märkida, et ER, lüsosoomid, vakuoolid ja Golgi aparaat moodustavad koos torukujulise vakuolaarse süsteemi, mis jagab raku eraldi sektsioonideks, millel on vastavad funktsioonid. Lisaks tagab see süsteem membraanide pideva uuenemise.
Mitokondrid on raku energiajaamad
Mitokondrid on kahe membraaniga vardakujulised, sfäärilised või filamentsed organellid, mis sünteesivad ATP-d. Neil on sile välispind ja sisemine membraan, millel on arvuk alt volte, mida nimetatakse cristaeks. Tuleb märkida, et cristae arv mitokondrites võib varieeruda sõltuv alt raku energiavajadusest. Just sisemembraanile on kontsentreeritud arvukad ensüümikompleksid, mis sünteesivad adenosiintrifosfaati. Siin muudetakse keemiliste sidemete energia ATP makroergilisteks sidemeteks. Lisaks lagundavad mitokondrid rasvhappeid ja süsivesikuid energia vabanemisega, mis koguneb ja kasutatakse kasvuks ja sünteesiks.
Nende organellide sisekeskkonda nimetatakse maatriksiks. Ta onsisaldab ringikujulist DNA-d ja RNA-d, väikseid ribosoome. Huvitav on see, et mitokondrid on poolautonoomsed organellid, kuna need sõltuvad raku toimimisest, kuid samal ajal võivad nad säilitada teatud sõltumatuse. Seega on nad võimelised sünteesima oma valke ja ensüüme ning ka ise paljunema.
Arvatakse, et mitokondrid tekkisid aeroobsete prokarüootsete organismide sisenemisel peremeesrakku, mis viis spetsiifilise sümbiootilise kompleksi moodustumiseni. Seega on mitokondriaalsel DNA-l sama struktuur kui tänapäevaste bakterite DNA-l ja samad antibiootikumid inhibeerivad valkude sünteesi nii mitokondrites kui ka bakterites.
Plastiidid – taimeraku organellid
Plastiidid on üsna suured organellid. Need esinevad ainult taimerakkudes ja moodustuvad lähteainetest – proplastiididest, sisaldavad DNA-d. Need organellid mängivad olulist rolli ainevahetuses ja on tsütoplasmast eraldatud topeltmembraaniga. Lisaks võivad need moodustada järjestatud sisemembraanide süsteemi.
Plastiide on kolme tüüpi:
- Kloroplastid on kõige arvukamad plastiidid, mis vastutavad fotosünteesi eest, mis toodab orgaanilisi ühendeid ja vaba hapnikku. Nendel struktuuridel on keeruline struktuur ja nad on võimelised tsütoplasmas valgusallika suunas liikuma. Peamine kloroplastides sisalduv aine on klorofüll, millega taimed saavad kasutada päikeseenergiat. Tuleb märkida, et kloroplastid, nagu ka mitokondrid, on poolautonoomsed struktuurid, kuna nad on võimelisedoma valkude sõltumatu jagunemine ja süntees.
- Leukoplastid on värvitud plastiidid, mis muutuvad valguse käes kloroplastideks. Need rakukomponendid sisaldavad ensüüme. Nende abil muundatakse ja akumuleerub glükoos tärklise teradena. Mõnedes taimedes on need plastiidid võimelised akumuleerima lipiide või valke kristallide ja amorfsete kehade kujul. Suurim hulk leukoplaste on koondunud taimede maa-aluste organite rakkudesse.
- Kromoplastid on kahte teist tüüpi plastiidide derivaadid. Nad moodustavad karotenoide (klorofülli hävitamise ajal), mis on punased, kollased või oranžid. Kromoplastid on plastiidi transformatsiooni viimane etapp. Enamik neist on viljades, kroonlehtedes ja sügislehtedes.
Ribosoom
Mis on organell, mida nimetatakse ribosoomiks? Ribosoome nimetatakse mittemembraanseteks organellideks, mis koosnevad kahest fragmendist (väikesest ja suurest subühikust). Nende läbimõõt on umbes 20 nm. Neid leidub igat tüüpi rakkudes. Need on looma- ja taimerakkude organellid, bakterid. Need struktuurid moodustuvad tuumas, misjärel nad lähevad tsütoplasmasse, kus need asetsevad vab alt või kinnituvad EPS-i külge. Sõltuv alt sünteesimisomadustest toimivad ribosoomid üksinda või ühinevad kompleksideks, moodustades polüribosoome. Sel juhul on need mittemembraansed organellid seotud RNA sõnumimolekuliga.
Ribosoom sisaldab 4 rRNA molekuli, mis moodustavad selle raamistiku, ja ka erinevaid valke. Selle organoidi põhiülesanne on polüpeptiidahela kokkupanek, mis on valgusünteesi esimene samm. Neid valke, mis moodustuvad endoplasmaatilise retikulumi ribosoomidest, saab kasutada kogu organism. Üksiku raku vajadustele vastavaid valke sünteesivad ribosoomid, mis asuvad tsütoplasmas. Tuleb märkida, et ribosoome leidub ka mitokondrites ja plastiidides.
Raku tsütoskelett
Raku tsütoskelett moodustub mikrotuubulitest ja mikrofilamentidest. Mikrotuubulid on silindrilised moodustised, mille läbimõõt on 24 nm. Nende pikkus on 100 µm-1 mm. Peamine komponent on valk, mida nimetatakse tubuliiniks. See ei ole võimeline kokku tõmbuma ja kolhitsiin võib selle hävitada. Mikrotuubulid asuvad hüaloplasmas ja täidavad järgmisi funktsioone:
- loo puuri elastne, kuid samas tugev raam, mis võimaldab hoida oma kuju;
- võta osa rakukromosoomide jaotumise protsessist;
- pakkuma organellide liikumist;
- sisaldub rakukeskuses, samuti lipudes ja ripsmetes.
Mikrofilamendid on niidid, mis paiknevad plasmamembraani all ja koosnevad valgust aktiinist või müosiinist. Need võivad kokku tõmbuda, mille tulemuseks on tsütoplasma liikumine või rakumembraani väljaulatuvus. Lisaks osalevad need komponendid rakkude jagunemise ajal ahenemise tekkes.
Rakukeskus (tsentrosoom)
See organell koosneb kahest tsentrioolist ja tsentrosfäärist. Silindriline tsentriool. Selle seinad moodustavad kolm mikrotuubulit, mis ühinevad omavahel ristsidemete kaudu. Tsentrioolid on paigutatud paarikaupa üksteise suhtes täisnurga all. Tuleb märkida, et kõrgemate taimede rakkudes puuduvad need organellid.
Rakukeskuse põhiülesanne on tagada kromosoomide ühtlane jaotus raku jagunemise ajal. See on ka tsütoskeleti organiseerimise keskus.
Liikumise organellid
Liikumise organellide hulka kuuluvad ripsmed ja lipud. Need on väikesed väljakasvud karvade kujul. Lipu sisaldab 20 mikrotuubulit. Selle alus asub tsütoplasmas ja seda nimetatakse basaalkehaks. Lipu pikkus on 100 µm või rohkem. Ainult 10-20 mikroni suuruseid lippe nimetatakse ripsmeteks. Kui mikrotuubulid libisevad, on ripsmed ja lipukesed võimelised võnkuma, põhjustades raku enda liikumist. Tsütoplasma võib sisaldada kontraktiilseid fibrille, mida nimetatakse müofibrilliks – need on loomaraku organellid. Müofibrillid asuvad reeglina müotsüütides - lihaskoe rakkudes, samuti südamerakkudes. Need koosnevad väiksematest kiududest (protofibrillid).
Tuleb märkida, et müofibrillide kimbud koosnevad tumedatest kiududest - need on anisotroopsed kettad, aga ka heledad alad - need on isotroopsed kettad. Müofibrillide struktuuriüksus on sarkomeer. See on anisotroopse ja isotroopse ketta vaheline ala, millel on aktiini ja müosiini filamendid. Kui need libisevad, tõmbub sarkomeer kokku, mis viib kogu lihaskiu liikumiseni. Kellsee kasutab ATP ja k altsiumiioonide energiat.
Loomade algloomad ja spermatosoidid liiguvad vippude abil. Ripsmed on ripsmete-kingade liikumisorganid. Loomadel ja inimestel katavad need hingamisteed ja aitavad vabaneda väikestest tahketest osakestest, näiteks tolmust. Lisaks on olemas ka pseudopoodid, mis tagavad amööbide liikumise ja on paljude ainuraksete ja loomarakkude (näiteks leukotsüütide) elemendid.
Enamik taimi ei saa ruumis liikuda. Nende liikumised on kasv, lehtede liikumine ja muutused rakkude tsütoplasma voolus.
Järeldus
Vaatamata rakkude mitmekesisusele on neil kõigil sarnane struktuur ja korraldus. Organellide ehitust ja talitlust iseloomustavad identsed omadused, tagades nii üksiku raku kui ka kogu organismi normaalse funktsioneerimise.
Seda mustrit saab väljendada järgmiselt.
Tabel "Eukarüootsete rakkude organoidid"
Organoid |
Taimerakk |
Loomade puur |
Põhifunktsioonid |
| core | on | on | DNA säilitamine, RNA transkriptsioon ja valkude süntees |
| endoplasmaatiline retikulum | on | on | valkude, lipiidide ja süsivesikute süntees, k altsiumiioonide akumuleerumine, Golgi kompleksi moodustumine |
| mitokondrid | on | on | ATP, oma ensüümide ja valkude süntees |
| plastids | on | ei | fotosünteesis osalemine, tärklise, lipiidide, valkude, karotenoidide kogunemine |
| ribosoomid | on | on | polüpeptiidahela kogumine (valgu süntees) |
| mikrotuubulid ja mikrokiud | on | on | võimaldavad rakul säilitada teatud kuju, on rakukeskuse, ripsmete ja lipuliste lahutamatu osa, tagavad organellide liikumise |
| lüsosoomid | on | on | raku sees olevate ainete seedimine, selle mittevajalike struktuuride hävitamine, osalemine rakkude ümberkorraldamises, autolüüsi põhjus |
| suur keskvakuool | on | ei | kinnitab rakumembraani pinget, akumuleerib raku toitaineid ja jääkaineid, fütontsiide ja fütohormoone, aga ka pigmente, on veehoidla |
| Golgi kompleks | on | on | sekreteerib ja akumuleerib valke, lipiide ja süsivesikuid, muudab rakku sisenevaid toitaineid,vastutab lüsosoomide moodustumise eest |
| rakukeskus | on, välja arvatud kõrgemad taimed | on | on tsütoskeleti korralduse keskus, tagab kromosoomide ühtlase lahknemise rakkude jagunemise ajal |
| müofibrillid | ei | on | taga lihaste kokkutõmbumine |
Kui teha järeldused, võib öelda, et looma- ja taimeraku vahel on väikesed erinevused. Samal ajal on organellide funktsionaalsetel omadustel ja struktuuril (seda kinnitab ül altoodud tabel) üldine organiseerituse põhimõte. Rakk toimib harmoonilise ja tervikliku süsteemina. Samal ajal on organellide funktsioonid omavahel seotud ja suunatud raku elutegevuse optimaalsele toimimisele ja säilitamisele.
