Terve mineviku silmapaistvate teadlaste galaktika – Robert Hooke, Anthony van Leeuwenhoek, Theodor Schwann, Mathias Schleiden sillutasid oma avastustega loodusuuringute vallas teed maailma kõige olulisema haru kujunemisele. kaasaegne bioloogiateadus – tsütoloogia. See uurib raku struktuuri ja omadusi, mis on Maal elu elementaarne kandja. Rakuteaduse arengu tulemusena omandatud fundamentaalsed teadmised on inspireerinud teadlasi looma selliseid distsipliine nagu geneetika, molekulaarbioloogia ja biokeemia.
Neis tehtud teaduslikud avastused muutsid täielikult planeedi palet ja viisid kloonide, geneetiliselt muundatud organismide ja tehisintellekti tekkeni. Meie artikkel aitab teil mõista tsütoloogiliste katsete põhimeetodeid ning välja selgitada rakkude struktuuri ja funktsioonid.
Kuidas rakku uuritakse
Nagu 500 aastat tagasi, on valgusmikroskoop peamine instrument, mis aitab uurida raku struktuuri ja omadusi. Muidugi selle välimus ja optikaomadusi ei saa võrrelda esimeste mikroskoopidega, mille lõid isa ja poeg Janssens või Robert Hooke 16. sajandi keskel. Kaasaegsete valgusmikroskoopide lahutusvõime suurendab rakustruktuuride suurust 3000 korda. Rasterskannerid suudavad jäädvustada submikroskoopiliste objektide, näiteks bakterite või viiruste pilte, viimased on nii väikesed, et need pole isegi rakud. Tsütoloogias kasutatakse aktiivselt märgistatud aatomite meetodit, aga ka rakkude in vivo uurimist, tänu millele saavad selgeks rakuprotsesside tunnused.
Tsentrifuugimine
Rakkude sisu eraldamiseks fraktsioonideks ning raku omaduste ja funktsioonide uurimiseks kasutab tsütoloogia tsentrifuugi. See töötab samal põhimõttel nagu pesumasinate samanimeline osa. Luues tsentrifugaalkiirenduse, kiirendab seade raku suspensiooni ja kuna organellid on erineva tihedusega, settivad need kihtidena. Põhjas on suured osad, nagu tuumad, mitokondrid või plastiidid, ja tsentrifuugi destilleerimisresti ülemistes düüsides paiknevad tsütoskeleti mikrokiud, ribosoomid ja peroksisoomid. Saadud kihid eraldatakse, seega on mugavam uurida organellide biokeemilise koostise tunnuseid.
Taimede rakustruktuur
Taimeraku omadused on paljuski sarnased loomarakkude funktsioonidega. Kuid isegi koolipoiss, kes uurib mikroskoobi okulaari kaudu taime-, looma- või inimrakkude fikseeritud preparaate, leiab erinevusi. See on geomeetrilineõiged kontuurid, taimerakkudele iseloomulik tiheda tselluloosmembraani ja suurte vakuoolide olemasolu. Ja veel üks erinevus, mis eristab taimi autotroofsete organismide rühmas täielikult, on selgelt nähtavate ovaalsete roheliste kehade olemasolu tsütoplasmas. Need on kloroplastid - taimede visiitkaart. Lõppude lõpuks suudavad nad valgusenergiat püüda, muuta selle ATP makroergiliste sidemete energiaks ja moodustada ka orgaanilisi ühendeid: tärklist, valke ja rasvu. Fotosüntees määrab seega taimeraku autotroofsed omadused.
Troofiliste ainete sõltumatu süntees
Pealeme protsessil, mille tõttu silmapaistva vene teadlase K. A. Timirjazevi sõnul mängivad taimed evolutsioonis kosmilist rolli. Maal on umbes 350 tuhat taimeliiki, alates üherakulistest vetikatest nagu klorella või klamüdomonas kuni hiiglaslike puudeni - sekvoiadeni, mille kõrgus ulatub 115 meetrini. Kõik nad neelavad süsinikdioksiidi, muutes selle glükoosiks, aminohapeteks, glütserooliks ja rasvhapeteks. Need ained ei ole toiduks mitte ainult taimele endale, vaid neid kasutavad ka organismid, mida nimetatakse heterotroofideks: seened, loomad ja inimesed. Sellised taimerakkude omadused nagu võime sünteesida orgaanilisi ühendeid ja moodustada elutähtsat ainet - hapnikku, kinnitavad fakti, et autotroofid on ainuõigeks eluks Maal.
Plastiidide klassifikatsioon
Raske on jääda ükskõikseks, mõeldes õitsvate rooside või sügisese metsa ekstravagantsele värvile. Taimede värvus on tingitud spetsiaalsetest organellidest - plastiididest, mis on iseloomulikud ainult taimerakkudele. Võib väita, et spetsiaalsete pigmentide olemasolu nende koostises mõjutab kloroplastide, kromoplastide ja leukoplastide funktsioone ainevahetuses. Rohelist pigmenti klorofülli sisaldavad organellid määravad raku olulised omadused ja vastutavad fotosünteesi protsessi eest. Samuti võivad nad muutuda kromoplastideks. Seda nähtust täheldame näiteks sügisel, kui puude rohelised lehed muutuvad kuldseks, lillaks või karmiinpunaseks. Leukoplastid võivad muutuda kromoplastideks, näiteks piimjas tomatid küpsevad oranžiks või punaseks. Nad on võimelised minema ka kloroplastidesse, näiteks tekib roheline värvus kartulimugulate koorele, kui neid pikka aega valguse käes hoida.
Taimekoe moodustumise mehhanism
Üks kõrgemate taimerakkude eristavaid tunnuseid on kõva ja tugeva kesta olemasolu. Tavaliselt sisaldab see tselluloosi, ligniini või pektiini makromolekule. Stabiilsus ja vastupidavus survele ja muudele mehaanilistele deformatsioonidele eristavad taimekuded kõige jäigemate looduslike struktuuride rühma, mis taluvad suuri koormusi (meenutagem näiteks puidu omadusi). Selle rakkude vahel tekib palju tsütoplasmaatilisi ahelaid, mis läbivad membraanides olevaid auke, mis nagu elastsed niidid need kokku õmblevad.omavahel. Seetõttu on taimeorganismi raku peamised omadused tugevus ja kõvadus.
Plasmolüüs ja deplasmolüüs
Plasmolüüsi nähtuse tõttu võib tuvastada vee, mineraalsoolade ja fütohormoonide liikumise eest vastutavate perforeeritud seinte olemasolu. Asetage taimerakk hüpertoonilisse soolalahusesse. Selle tsütoplasmast pärit vesi hajub väljapoole ja mikroskoobi all näeme hüaloplasma parietaalse kihi koorimisprotsessi. Rakk kahaneb, selle maht väheneb, st. toimub plasmolüüs. Algse vormi saate tagastada, lisades klaasklaasile paar tilka vett ja luues lahuse kontsentratsiooni, mis on madalam kui raku tsütoplasmas. H2O molekulid sisenevad kesta pooride kaudu sisemusse, suureneb raku maht ja rakusisene rõhk. Seda protsessi nimetati deplasmolüüsiks.
Loomarakkude spetsiifiline struktuur ja funktsioonid
Kloroplastide puudumine tsütoplasmas, õhukesed membraanid, millel puudub välimine kest, väikesed vakuoolid, mis täidavad peamiselt seede- või eritusfunktsioone – kõik see kehtib loomade ja inimeste rakkude kohta. Veel üks eristav tunnus on nende mitmekesine välimus ja heterotroofsed toitumisharjumused.
Paljud rakud, mis on eraldiseisvad organismid või on osa kudedest, on võimelised aktiivselt liikuma. Need on imetajate fagotsüüdid ja spermatosoidid, amööb, infusoria-shoe jne. Loomarakud liidetakse kudedeks tänu supramembraansele kompleksile – glükokalüksile. Takoosneb glükolipiididest ja süsivesikutega seotud valkudest ning soodustab adhesiooni – rakumembraanide omavahelist adhesiooni, mis viib koe moodustumiseni. Ekstratsellulaarne seedimine toimub ka glükokalüksis. Heterotroofne toitumisviis määrab rakkudes terve seedeensüümide arsenali olemasolu, mis on koondunud spetsiaalsetesse organellidesse - lüsosoomidesse, mis moodustuvad Golgi aparaadis - tsütoplasma kohustuslikus ühemembraanilises struktuuris.
Loomarakkudes esindab seda organelli ühine kanalite ja tsisternide võrgustik, samas kui taimedes näeb see välja mitmete erinevate struktuuriüksustena. Nii taimede kui ka loomade somaatilised rakud jagunevad mitoosi teel, sugurakud aga meioosi teel.
Niisiis oleme kindlaks teinud, et erinevate elusorganismide rühmade rakkude omadused sõltuvad organellide mikroskoopilise struktuuri omadustest ja funktsioonidest.
