Rakud, mis moodustavad taimestiku ja loomastiku esindajate kudesid, erinevad oluliselt suuruse, kuju ja koostiselementide poolest. Kuid kõik need näitavad sarnasusi kasvu, ainevahetuse, elutegevuse, ärrituvuse, muutumisvõime ja arengu põhijoontes. Järgmisena vaatleme taimeraku ehitust lähem alt (peamiste komponentide tabel on toodud artikli lõpus).
Lühike ajalooline taust
Osmootse šoki abil said Grendel ja Gorter 1925. aastal tühjad erütrotsüütide kestad, nende niinimetatud "varjud". Need olid virnastatud hunnikusse, määrates nende pindala. Lipiidid eraldati atsetooni abil. Samuti määrati nende arv erütrotsüütide pindalaühiku kohta. Vaatamata vigadele arvutustes tuletati juhuslikult õige tulemus ja avastati lipiidide kaksikkiht.
Üldine teave
Bioloogia uurib taimestiku ja loomastiku esindajate koeelementide arengut ja kasvu. Taimeraku struktuur on kompleksnekolm lahutamatult seotud komponenti:
- Tuum. See on tsütoplasmast eraldatud poorse membraaniga. See sisaldab tuuma, tuumamahla ja kromatiini.
- Tsütoplasma ja spetsiaalsete struktuuride kompleks – organellid. Viimaste hulka kuuluvad eelkõige plastiidid, mitokondrid, lüsosoomid ja Golgi kompleks, rakukeskus. Organellid on alati olemas. Lisaks neile on olemas ka ajutised moodustised, mida nimetatakse inklusioonideks.
- Pinna moodustav struktuur on taimeraku kest.
Pinnaseadme omadused
Leukotsüütides ja ainuraksetes organismides tagab rakumembraan vee, ioonide ja muude ühendite väikeste molekulide läbitungimise. Protsessi, mille käigus toimub tahkete osakeste tungimine, nimetatakse fagotsütoosiks. Kui vedelate ühendite tilgad langevad, räägivad need pinotsütoosist.
Organoidid
Neid leidub eukarüootsetes rakkudes. Rakus toimuvad bioloogilised transformatsioonid on seotud organellidega. Neid katab topeltmembraan – plastiidid ja mitokondrid. Need sisaldavad oma DNA-d, samuti valke sünteesivat aparaati. Paljundamine toimub jagamise teel. Mitokondrites sünteesitakse lisaks ATP-le vähesel määral valku. Plastiidid esinevad taimerakkudes. Nende paljundamine toimub jagamise teel.
Membraan
On ekslik eeldada, et raku välimine kiht on tsütoplasma. Membraan on molekulaarne elastne struktuur. Raku välimist kihti nimetataksepinnaaparaat, mille kaudu toimub sisu eraldamine väliskeskkonnast. Rakumembraanil on erinevad funktsioonid. Üks peamisi ülesandeid on tagada kogu elemendi terviklikkus. Sees on ka struktuurid, mis jagavad raku nn sektsioonideks. Neid suletud tsoone nimetatakse organellideks või sektsioonideks. Nende sees järgitakse teatud tingimusi. Rakumembraani ülesanne on reguleerida vahetust keskkonna ja raku vahel.
Membraan
Milline on rakumembraani struktuur? Rakumembraan on lipiidide klassi molekulide kahekihiline (kahekordne). Enamik neist on kompleksset tüüpi lipiidid - fosfolipiidid. Molekulid sisaldavad hüdrofoobseid (saba) ja hüdrofiilseid (pea) osi. Kui rakuseina moodustub, pöörduvad sabad sissepoole ja pead vastupidises suunas. Membraanid on muutumatud struktuurid. Loomaraku kestal on palju sarnasusi taimestiku esindaja elemendiga. Membraani paksus on umbes 7-8 nm. Raku bioloogiline väliskiht sisaldab erinevaid valguühendeid: poolintegraalne (ühest otsast sukeldatud välimisse või sisemisse lipiidikihti), integraalne (läbi tungiv), pinnapealne (sisekülgede külgnev või väliskülg). Mitmed valgud on membraani ja tsütoskeleti ühenduspunktid rakus ja välisseinas (kui see on olemas). Mõned lahutamatud ühendid toimivad ioonikanalite, erinevate retseptorite ja transporteritena.
Kaitseülesanne
Rakumembraani struktuur määrab suuresti selle aktiivsuse. Eelkõige on membraanil selektiivne läbilaskvus. See tähendab, et molekulide membraani läbilaskvuse määr sõltub nende suurusest, keemilistest omadustest ja elektrilaengust. Peamist funktsiooni, mida raku välimine kiht täidab, nimetatakse barjääriks. Tänu sellele on tagatud selektiivne, reguleeritud, aktiivne ja passiivne ühendite vahetus keskkonnaga. Näiteks kaitseb peroksisoomide membraan tsütoplasmat ohtlike peroksiidide eest.
Transport
Raku väliskihi kaudu toimub ainete üleminek. Transpordi tõttu on tagatud toitekomponentide kohaletoimetamine, ainevahetusprotsessi lõpp-produktide elimineerimine, erinevate ainete eritumine, ioonsete koostisosade moodustumine. Lisaks hoitakse rakus optimaalne pH ja ensüümide toimimiseks vajalik ioonide kontsentratsioon. Kui vajalikud osakesed ei saa mingil põhjusel näiteks hüdrofiilsete omaduste tõttu fosfolipiidide kaksikkihti läbida, kuna membraan on seest hüdrofoobne või oma suure suuruse tõttu, võivad nad läbida membraani spetsiaalsete transporterite (kandjavalkude) kaudu, endotsütoosi või valgukanalite kaudu. Passiivse transpordi käigus läbivad ühendid raku väliskihi ilma energiakuludeta difusiooni teel piki kontsentratsioonigradienti. Kerget rakendamist peetakse selle protsessi üheks võimaluseks. Sel juhul aitab konkreetne molekul ainel läbida raku väliskihi. Ta saabon kanal, mis suudab läbida ainult 1. tüüpi aineid. Aktiivne transport nõuab energiat. See on tingitud asjaolust, et liikumine toimub sel juhul kontsentratsioonigradiendiga pöördvõrdeliselt. Sel juhul sisaldab membraan spetsiaalseid pumbavalke, sealhulgas ATPaasi, mis pumpab üsna aktiivselt kaaliumiioone rakku ja pumpab välja naatriumioone.
Muud ülesanded
Raku välimine kiht täidab maatriksfunktsiooni. See tagab membraanivalguühendite teatud vastastikuse paigutuse ja orientatsiooni, samuti nende optimaalse interaktsiooni. Tänu mehaanilisele funktsioonile on tagatud raku ja sisestruktuuride autonoomia ning ühendus teiste rakkudega. Sel juhul on konstruktsioonide seintel taimestiku esindajate jaoks suur tähtsus. Loomadel sõltub mehaanilise funktsiooni tagamine rakkudevahelisest ainest. Membraanid täidavad ka energiaülesandeid. Fotosünteesi käigus kloroplastides ja rakuhingamise protsessis mitokondrites aktiveeruvad nende seintes energiaülekandesüsteemid. Neis, nagu paljudel muudel juhtudel, osalevad valgud. Üks olulisemaid on retseptori funktsioon. Mõned membraanis leiduvad valgud on retseptorid. Tänu nendele molekulidele suudab rakk teatud signaale tajuda. Näiteks vereringes ringlevad steroidid mõjutavad ainult neid sihtrakke, millel on teatud hormoonidele vastavad retseptorid. Samuti on olemas neurotransmitterid. Need kemikaalidühendused tagavad impulsi edastamise. Neil on ka seos spetsiifiliste sihtvalkudega. Membraani komponendid on sageli ensüümid. Sellest ka rakumembraani ensümaatiline funktsioon. Seedimist soodustavad ühendid esinevad sooleepiteeli elementide plasmamembraanides. Biopotentsiaalid genereeritakse ja juhitakse raku väliskihis.
Ioonide kontsentratsioon
Membraani abil hoitakse K+ iooni sisemine sisaldus kõrgemal tasemel kui väljaspool. Samal ajal on Na+ kontsentratsioon oluliselt madalam kui väliselt. See on eriti oluline, kuna see annab potentsiaalse erinevuse seina ulatuses ja närviimpulsi tekitamise.
Märgistus
Membraanil on antigeenid, mis toimivad mingisuguste "siltidena". Märgistus võimaldab lahtrit tuvastada. Glükoproteiinid – valgud, mille külge on kinnitatud oligosahhariidsed hargnenud külgahelad – mängivad "antennide" rolli. Kuna külgahelate konfiguratsioone on lugematu arv, on võimalik teha iga rakkude rühma jaoks marker. Nende abil tunnevad mõned elemendid ära teised, mis omakorda võimaldab neil koos tegutseda. See juhtub näiteks kudede ja elundite moodustumise ajal. Sama mehhanismi järgi tunneb immuunsüsteem ära võõrantigeenid.
Kompositsioon ja struktuur
Nagu eespool mainitud, koosnevad rakumembraanid fosfolipiididest. Kuid lisaks neile sisaldab struktuurkolesterool ja glükolipiidid. Viimased on lipiidid, millele on lisatud süsivesikuid. Peamiselt rakumembraane moodustavad glüko- ja fosfolipiidid koosnevad 2 pikast hüdrofoobsest süsivesikute "sabast". Neid seostatakse hüdrofiilse laetud "peaga". Kolesterooli olemasolu tõttu on membraanil vajalik jäikus. Ühend hõivab vaba ruumi lipiidide hüdrofoobsete sabade vahel, vältides seega nende paindumist. Sellega seoses on need membraanid, milles on vähem kolesterooli, paindlikumad ja pehmemad ning seal, kus seda on rohkem, on seinte jäikus ja haprus, vastupidi, rohkem. Lisaks toimib ühend tõkkena, mis takistab polaarsete molekulide liikumist rakust rakku. Eriti olulised on valgud, mis tungivad läbi membraani ja vastutavad selle erinevate omaduste eest. Ühel või teisel taimeraku kestal on koostise ja orientatsiooniga määratletud valgud.
Rõngakujulised lipiidid
Neid ühendeid leidub valkude kõrval. Rõngakujulised lipiidid on aga järjestatumad ja vähem liikuvad. Need sisaldavad suurema küllastusega rasvhappeid. Lipiidid lahkuvad membraanidelt koos valguühendiga. Ilma rõngakujuliste elementideta membraanivalgud ei tööta. Sageli on kestad asümmeetrilised. Teisisõnu tähendab see, et kihtidel on erinev lipiidide koostis. Väline sisaldab peamiselt glükolipiide, sfingomüeliine, fosfatidüülkoliini, fosfatidüülnositooli. Sisemine kiht sisaldab fosfatidüülnositooli,fosfatidüületanoolamiin ja fosfatidüülseriin. Üleminek ühelt tasemelt teisele konkreetsele molekulile on mõnevõrra keeruline. Siiski võib see juhtuda spontaanselt. See juhtub umbes kord kuue kuu jooksul. Üleminekut saab läbi viia ka flipaasi ja scramblase valkude abil. Kui väliskihti ilmub fosfatidüülserüül, võtavad makrofaagid kaitsepositsiooni ja suunavad oma tegevuse rakku hävitama.
Organellid
Need alad võivad olla üksikud ja suletud või üksteisega ühendatud, eraldatud hüaloplasmast membraanidega. Periksisoome, vakuoole, lüsosoome, Golgi aparaati ja endoplasmaatilist retikulumit peetakse ühemembraanilisteks organellideks. Topeltmembraanide hulka kuuluvad plastiidid, mitokondrid ja tuum. Mis puutub membraanide struktuuri, siis erinevate organellide seinad erinevad valkude ja lipiidide koostise poolest.
Selektiivne läbilaskvus
Läbi rakumembraanide hajutavad aeglaselt rasv- ja aminohapped, ioonid ja glütserool, glükoos. Samal ajal reguleerivad seinad ise seda protsessi aktiivselt, läbides mõned ja säilitades teisi aineid. Ühendi rakku sisenemiseks on neli peamist mehhanismi. Nende hulka kuuluvad endo- või eksotsütoos, aktiivne transport, osmoos ja difusioon. Kaks viimast on oma olemuselt passiivsed ega vaja energiakulusid. Kuid kaks esimest on aktiivsed. Nad vajavad energiat. Passiivse transpordi korral määravad selektiivse läbilaskvuse integraalsed valgud - spetsiaalsed kanalid. Membraan on läbi nende imbunud. Need kanalid moodustavad omamoodi läbipääsu. Elementide jaoks on olemas oma valgudCl, Na, K. Mis puutub kontsentratsioonigradienti, siis sellest liiguvad elementide molekulid rakku. Ärrituse taustal avanevad naatriumioonikanalid. Nad omakorda hakkavad järsult rakku sisenema. Sellega kaasneb membraanipotentsiaali tasakaalustamatus. Pärast seda ta aga taastub. Kaaliumikanalid jäävad alati avatuks. Ioonid sisenevad nende kaudu rakku aeglaselt.
Kokkuvõtteks
Allpool on lühid alt ära toodud taimeraku ülesanded ja struktuur. Tabel sisaldab ka teavet bioloogilise elemendi koostise kohta.
| Elementide tüübid | Koostis ja funktsioonid |
| Taimerakud | Valmistatud kiust. Pakub tellinguid ja kaitset. |
| Bioelemendid | Väga õhuke ja elastne kiht – glükokalüks sisaldab valke ja polüsahhariide. Pakub kaitset. |
