Rakk on kõigi elusolendite põhielement, seetõttu on tal kõik elusorganismidele omased omadused: väga korrastatud struktuur, mis saab energiat väljast ja kasutab seda töö tegemiseks ja korra hoidmiseks, ainevahetus, aktiivne reaktsioon ärritustele, bioloogilise informatsiooni kasvamine, areng, paljunemine, paljundamine ja edasiandmine järglastele, regenereerimine (kahjustatud struktuuride taastamine), kohanemine keskkonnaga.
Saksa teadlane T. Schwann lõi 19. sajandi keskel rakuteooria, mille põhisätted näitasid, et kõik koed ja elundid koosnevad rakkudest; taimede ja loomade rakud on põhimõtteliselt sarnased, nad kõik tekivad ühtemoodi; organismide aktiivsus on üksikute rakkude elutegevuse summa. Suur mõju peal edasine areng Rakuteooriat ja rakkude teooriat üldiselt mõjutas suur saksa teadlane R. Virchow. Ta mitte ainult ei toonud kokku kõik arvukad erinevad faktid, vaid näitas ka veenvalt, et rakud on püsiv struktuur ja tekivad ainult paljunemise teel.
Rakuteooria oma kaasaegses tõlgenduses sisaldab järgmisi põhisätteid: rakk on elusolendite universaalne elementaarüksus; Kõikide organismide rakud on oma ehituselt, funktsioonilt ja olemuselt sarnased keemiline koostis; rakud paljunevad ainult algse raku jagamisel; mitmerakulised organismid on keerulised rakulised kooslused, mis moodustavad terviklikke süsteeme.
Tänu kaasaegsed meetodid uuringud on tuvastatud kaks peamist rakutüüpi: keerukamalt organiseeritud, tugevalt diferentseerunud eukarüootsed rakud (taimed, loomad ja mõned algloomad, vetikad, seened ja samblikud) ja vähem keerukalt organiseeritud prokarüootsed rakud (sinivetikad, aktinomütseedid, bakterid, spiroheedid, mükoplasmad, riketsia, klamüüdia).
Erinevalt prokarüootsest rakust on eukarüootsel rakul tuum, mis on piiratud topelt tuumamembraan, Ja suur hulk membraani organellid.
TÄHELEPANU!
Rakk on peamine struktuurne ja funktsionaalne üksus elusorganismid, mis teostavad kasvu, arengut, ainevahetust ja energiat, säilitavad, töötlevad ja rakendavad geneetilist informatsiooni. Morfoloogilisest vaatepunktist on rakk keeruline süsteem eraldatud biopolümeeridest väliskeskkond plasmamembraan (plasmolemma) ja koosneb tuumast ja tsütoplasmast, milles paiknevad organellid ja inklusioonid (graanulid).
Mis tüüpi rakke on olemas?
Rakud on oma kuju, struktuuri, keemilise koostise ja ainevahetuse olemuse poolest mitmekesised.
Kõik rakud on homoloogsed, st. omavad mitmeid ühiseid struktuurseid tunnuseid, millest põhifunktsioonide täitmine sõltub. Rakke iseloomustab struktuuri, ainevahetuse (ainevahetus) ja keemilise koostise ühtsus.
Samal ajal on erinevatel rakkudel ka spetsiifiline struktuur. See on tingitud nende erifunktsioonide täitmisest.
Raku struktuur
Ultramikroskoopiline raku struktuur:
1 - tsütolemma (plasmamembraan); 2 - pinotsütootilised vesiikulid; 3 - tsentrosoom, rakukeskus (tsütokeskus); 4 - hüaloplasma; 5 - endoplasmaatiline retikulum: a - granulaarse retikulumi membraan; b - ribosoomid; 6 - perinukleaarse ruumi ühendus endoplasmaatilise retikulumi õõnsustega; 7 - südamik; 8 - tuumapoorid; 9 - mittegranulaarne (sile) endoplasmaatiline retikulum; 10 - nukleool; 11 - sisemine retikulaarne aparaat (Golgi kompleks); 12 - sekretoorsed vakuoolid; 13 - mitokondrid; 14 - liposoomid; 15 - fagotsütoosi kolm järjestikust etappi; 16 - rakumembraani (tsütolemma) ühendus endoplasmaatilise retikulumi membraanidega.
Raku keemiline koostis
Lahtris on rohkem kui 100 keemilised elemendid, neli neist moodustavad umbes 98% massist, need on organogeenid: hapnik (65–75%), süsinik (15–18%), vesinik (8–10%) ja lämmastik (1,5–3,0%). Ülejäänud elemendid jagunevad kolme rühma: makroelemendid - nende sisaldus organismis ületab 0,01%; mikroelemendid (0,00001–0,01%) ja ultramikroelemendid (alla 0,00001).
Makroelementide hulka kuuluvad väävel, fosfor, kloor, kaalium, naatrium, magneesium, kaltsium.
Mikroelementide hulka kuuluvad raud, tsink, vask, jood, fluor, alumiinium, vask, mangaan, koobalt jne.
Ultramikroelementide hulka kuuluvad seleen, vanaadium, räni, nikkel, liitium, hõbe ja palju muud. Vaatamata väga väikesele sisaldusele on mikroelementidel ja ultramikroelementidel väga oluline roll. Need mõjutavad peamiselt ainevahetust. Ilma nendeta on iga raku ja organismi kui terviku normaalne toimimine võimatu.
Rakk koosneb anorgaanilistest ja orgaaniline aine. Anorgaaniliste hulgas suurim arv vesi. Vee suhteline kogus rakus on 70–80%. Vesi on universaalne lahusti, selles toimub kõik bioloogiline. keemilised reaktsioonid puuris. Vee osalusel viiakse läbi termoregulatsioon. Vees lahustuvaid aineid (soolad, alused, happed, valgud, süsivesikud, alkoholid jne) nimetatakse hüdrofiilseteks. Hüdrofoobsed ained (rasvad ja rasvataolised ained) ei lahustu vees. Muud anorgaanilised ained (soolad, happed, alused, positiivsed ja negatiivsed ioonid) moodustavad 1,0–1,5%.
Orgaanilistest ainetest on ülekaalus valgud (10–20%), rasvad ehk lipiidid (1–5%), süsivesikud (0,2–2,0%), nukleiinhapped (1–2%). Madala molekulmassiga ainete sisaldus ei ületa 0,5%.
Valgumolekul on polümeer, mis koosneb suurest hulgast korduvatest monomeeriühikutest. Aminohappevalgu monomeerid (neist 20) on omavahel seotud peptiidsidemed, moodustades polüpeptiidahela (valgu esmane struktuur). See keerdub spiraaliks, moodustades omakorda valgu sekundaarse struktuuri. Polüpeptiidahela spetsiifilise ruumilise orientatsiooni tõttu tekib valgu tertsiaarne struktuur, mis määrab valgu molekuli spetsiifilisuse ja bioloogilise aktiivsuse. Mitmed tertsiaarsed struktuurid ühinevad üksteisega, moodustades kvaternaarse struktuuri.
Valgud täidavad olulisi funktsioone. Ensüümid – bioloogilised katalüsaatorid, mis suurendavad keemiliste reaktsioonide kiirust rakus sadu tuhandeid miljoneid kordi, on valgud. Valgud, mis on osa kõigist rakustruktuuridest, täidavad plastilist (ehituslikku) funktsiooni. Rakkude liikumist teostavad ka valgud. Need tagavad ainete transpordi rakku, rakust välja ja raku sees. Valkude (antikehade) kaitsefunktsioon on oluline. Valgud on üheks energiaallikaks.Süsivesikud jagunevad monosahhariidideks ja polüsahhariidideks. Viimased on üles ehitatud monosahhariididest, mis, nagu aminohapped, on monomeerid. Rakus leiduvatest monosahhariididest on olulisemad glükoos, fruktoos (sisaldab kuut süsinikuaatomit) ja pentoos (viis süsinikuaatomit). Pentoosid on osa nukleiinhapetest. Monosahhariidid lahustuvad vees hästi. Polüsahhariidid lahustuvad vees halvasti (loomarakkudes glükogeen, taimerakkudes - tärklis ja tselluloos. Süsivesikud on energiaallikas, komplekssed süsivesikud, mis on seotud valkude (glükoproteiinide), rasvade (glükolipiididega), osalevad rakupindade moodustumisel ja rakkude vastasmõjus.
Lipiidide hulka kuuluvad rasvad ja rasvataolised ained. Rasvade molekulid on valmistatud glütseroolist ja rasvhapped. TO rasvataolised ained hulka kolesterool, mõned hormoonid, letsitiin. Lipiidid, mis on rakumembraanide põhikomponendid, täidavad seeläbi ehitusfunktsiooni. Lipiidid - kõige olulisemad allikad energiat. Niisiis, kui 1 g valgu või süsivesikute täielikul oksüdeerumisel vabaneb 17,6 kJ energiat, siis 1 g rasva täielikul oksüdeerumisel - 38,9 kJ. Lipiidid teostavad termoregulatsiooni ja kaitsevad elundeid (rasvakapslid).
DNA ja RNA
Nukleiinhapped on nukleotiidi monomeeridest moodustunud polümeerimolekulid. Nukleotiid koosneb puriin- või pürimidiinalusest, suhkrust (pentoosist) ja jäägist fosforhappe. Kõikides rakkudes on kahte tüüpi nukleiinhappeid: desoksüribonukleiinhape (DNA) ja ribonukleiinhape (RNA), mis erinevad aluste ja suhkrute koostise poolest.
Nukleiinhapete ruumiline struktuur:
(B. Albertsi jt järgi, modifikatsiooniga) I - RNA; II - DNA; paelad - suhkrufosfaadi selgroog; A, C, G, T, U on lämmastikalused, nendevahelised võred on vesiniksidemed.
DNA molekul
DNA molekul koosneb kahest polünukleotiidahelast, mis on topeltheeliksi kujul üksteise ümber keerdunud. Mõlema ahela lämmastikualused on omavahel ühendatud komplementaarsete vesiniksidemetega. Adeniin ühineb ainult tümiiniga ja tsütosiin - guaniiniga (A - T, G - C). DNA sisaldab geneetilist teavet, mis määrab rakus sünteesitavate valkude spetsiifilisuse ehk aminohapete järjestuse polüpeptiidahelas. DNA annab pärimise teel edasi kõik raku omadused. DNA-d leidub tuumas ja mitokondrites.
RNA molekul
RNA molekul moodustub ühest polünukleotiidahelast. Rakkudes on kolme tüüpi RNA-d. Informatiivne ehk messenger-RNA tRNA (inglise keelest Messenger - "vahemees"), mis edastab ribosoomidele teavet DNA nukleotiidjärjestuse kohta (vt allpool). Transfer RNA (tRNA), mis kannab aminohappeid ribosoomidesse. Ribosomaalne RNA (rRNA), mis osaleb ribosoomide moodustamises. RNA-d leidub tuumas, ribosoomides, tsütoplasmas, mitokondrites ja kloroplastides.
Nukleiinhapete koostis:
Loeng: Raku struktuur. Raku osade ja organellide struktuuri ja funktsioonide suhe on selle terviklikkuse aluseks
Rakk on kompleksne mitmekomponentne avatud süsteem, mis tähendab, et tal on pidev side väliskeskkonnaga läbi energia ja ainete vahetamise.
Raku organellid
Plasma membraan - See on kahekordne fosfolipiidide kiht, mis on läbi imbunud valgu molekulidega. Välimine kiht sisaldab glükolipiide ja glükoproteiine. Vedelikke selektiivselt läbilaskev. Funktsioonid - kaitsvad, samuti rakkude suhtlemine ja interaktsioon üksteisega.
Tuum. Funktsionaalselt salvestab see DNA-d. Piiratud kahekordse poorse membraaniga, mis on EPS-i kaudu ühendatud raku välismembraaniga. Tuuma sees on tuumamahl ja paiknevad kromosoomid.
Tsütoplasma. See on raku geelitaoline poolvedel sisemine sisu. Funktsionaalselt tagab see organellide omavahelise ühenduse ja on nende eksisteerimise keskkond.
Nucleolus. Need on kokku pandud ribosoomide osad. Ümmargune, väga väike keha, mis asub südamiku lähedal. Funktsioon: rRNA süntees.
Mitokondrid. Kahekordne membraanorganell. Sisemembraan on kokku pandud voldikuteks, mida nimetatakse cristae'deks, nende peal paiknevad oksüdatiivsetes fosforüülimisreaktsioonides, st ATP sünteesis osalevad ensüümid, mis on põhifunktsioon.
Ribosoomid. Need koosnevad suurematest ja väiksematest allüksustest ning neil ei ole membraane. Funktsionaalselt osalevad nad valgumolekulide kokkupanemises.
Endoplasmaatiline retikulum (ER). Ühemembraaniline struktuur kogu tsütoplasma mahu ulatuses, mis koosneb keeruka geomeetriaga õõnsustest. Granuleeritud ER sisaldab ribosoome ja sile ER sisaldab ensüüme rasvade sünteesiks.
Golgi aparaat. Need on lamestatud paagikujulised membraanstruktuuriga õõnsused. Nendest saab eraldada ainevahetuseks vajalikke aineid sisaldavad mullid. Funktsioonid – lipiidide ja valkude akumuleerumine, transformatsioon, sorteerimine, lüsosoomide moodustamine.
Mobiilsidekeskus. See on tsütoplasma piirkond, mis sisaldab tsentriole - mikrotuubuleid. Nende ülesanne on geneetilise materjali õige jaotumine mitoosi ajal ja mitootilise spindli moodustumine.
Lüsosoomid.Ühemembraanilised vesiikulid, mille ensüümid osalevad makromolekulide seedimises. Funktsionaalselt lahustavad nad suuri molekule ja hävitavad rakus olevaid vanu struktuure.
Raku sein. See on tihe tselluloosist kest ja täidab taimedes luustiku funktsiooni.
Plastiidid. Membraani organellid. Neid on 3 tüüpi: kloroplastid, kus toimub fotosüntees, kromoplastid, mis sisaldavad värvaineid, ja leukoplastid, mis säilitavad tärklist.
Vacuoolid. Mullid, mis taimerakkudes võivad hõivata kuni 90% raku mahust ja sisaldavad toitaineid. Loomadel - seedetrakti vakuoolid, keeruline struktuur, väikesed. Nad vastutavad ka mittevajalike ainete väliskeskkonda sattumise eest.
Mikrofilamendid (mikrotuubulid). Valgu mittemembraansed struktuurid, mis vastutavad organellide ja tsütoplasma liikumise eest rakus, lipu väljanägemise eest.
Raku komponendid on omavahel ruumiliselt, keemiliselt ja füüsikaliselt seotud ning on üksteisega pidevas interaktsioonis. 
1. Rakuteooria alused
2. Prokarüootse raku ehituse üldplaan
3. Eukarüootse raku ehituse üldplaan
1. Rakuteooria alused
Raku avastas ja kirjeldas esmakordselt R. Hooke (1665). 19. sajandil alused pandi T. Schwanni ja M. Schleideni töödesse rakuteooria organismide struktuur. Kaasaegset rakuteooriat saab väljendada järgmistes sätetes: kõik organismid koosnevad rakkudest; Rakk on elusolendite elementaarne struktuurne, geneetiline ja funktsionaalne üksus. Kõigi organismide areng algab ühest rakust, seetõttu on see kõigi organismide arengu elementaarne üksus. Mitmerakulistes organismides on rakud spetsialiseerunud teatud funktsioonide täitmisele.
Sõltuvalt struktuurilisest korraldusest on olemas järgmised vormid elu: rakueelne (viirused) ja rakuline. Rakuliste vormide hulgas eristatakse rakulise päriliku materjali organisatsiooni omaduste põhjal pro- ja eukarüootseid rakke.
Viirused- need on organismid, mille suurus on väga väike (20–3000 nm). Nende elutegevust saab läbi viia ainult peremeesorganismi rakus. Viiruse keha moodustab nukleiinhape (DNA või RNA), mis sisaldub valgukestas - kapsiidis, mõnikord on kapsiid kaetud membraaniga.
2. Prokarüootse raku ehituse üldplaan
Prokarüootse raku põhikomponendid: membraan, tsütoplasma. Membraan koosneb plasmalemmast ja pinnastruktuuridest (rakusein, kapsel, limaskest, flagellad, villid).
Plasmalemma on paksusega 7,5 nm ja selle välisosa moodustab valgumolekulide kiht, mille all on kaks kihti fosfolipiidimolekule ja seejärel uus valgumolekulide kiht. Plasmalemmas on valgumolekulidega vooderdatud kanalid, mille kaudu transporditakse erinevaid aineid nii rakku kui ka sealt välja.
Peamine komponent raku sein– mureiin. Sellesse saab sisse ehitada polüsahhariide, valke (antigeensed omadused) ja lipiide. Annab rakule kuju, hoiab ära selle osmootse turse ja rebenemise. Vesi, ioonid ja väikesed molekulid tungivad kergesti läbi pooride.
Prokarüootse raku tsütoplasma täidab raku sisekeskkonna funktsiooni, sisaldab ribosoome, mesosoome, inklusioone ja DNA molekuli.
Ribosoomid– oakujulised organellid, mis koosnevad valgust ja RNA-st, väiksemad (70S-ribosoomid) kui eukarüootidel. Funktsioon: valkude süntees.
Mesosoomid- intratsellulaarsete membraanide süsteem, mis moodustab volditud invaginatsioone ja sisaldab hingamisahela ensüüme (ATP süntees).
Kaasamised: lipiidid, glükogeen, polüfosfaadid, valgud, säilitusained
DNA molekul.Üks haploidne ümmargune kaheahelaline superkondenseeritud DNA molekul. Tagab geneetilise teabe salvestamise, edastamise ja raku aktiivsuse reguleerimise.
3. Eukarüootse raku ehituse üldplaan
Tüüpiline eukarüootne rakk koosneb kolmest komponendist – membraanist, tsütoplasmast ja tuumast. Alus rakumembraan koosneb plasmalemmast (rakumembraanist) ja süsivesikute-valgu pinnastruktuurist.
1. Plasmalemma Eukarüootid erinevad prokarüootidest selle poolest, et neil on vähem valke.
2. Süsivesikute-valgu pinnastruktuur. Loomarakkudel on väike valgukiht (glükokalüks). Taimedel on raku pinnastruktuur raku sein koosneb tselluloosist (kiudainest).
Rakumembraani funktsioonid: hoiab raku kuju ja annab mehaanilist tugevust, kaitseb rakku, tunneb ära molekulaarsed signaalid, reguleerib ainevahetust raku ja keskkonna vahel ning teostab rakkudevahelist interaktsiooni.
Tsütoplasma koosneb hüaloplasmast (tsütoplasma põhiainest), organellidest ja inklusioonidest. Hüaloplasma sisaldab kolme tüüpi organelle:
topeltmembraan (mitokondrid, plastiidid);
ühemembraaniline (endoplasmaatiline retikulum (ER), Golgi aparaat, vakuoolid, lüsosoomid);
mittemembraansed (rakukeskus, mikrotuubulid, mikrofilamendid, ribosoomid, inklusioonid).
1. Hüaloplasma esindab kolloidne lahus orgaanilised ja anorgaanilised ühendid. Hüaloplasma on võimeline liikuma raku sees - tsüklos. Hüaloplasma põhifunktsioonid: keskkond organellide ja inklusioonide paiknemiseks, keskkond biokeemiliste ja füsioloogiliste protsesside toimumiseks, ühendab kõik rakustruktuurid ühtseks tervikuks.
2. Mitokondrid("rakkude energiajaamad"). Välimine membraan on sile, sisemine on voldid - cristae. Välimise ja sisemise membraani vahel on maatriks. Mitokondriaalne maatriks sisaldab DNA molekule, väikseid ribosoome ja erinevaid aineid.
3. Plastiidid iseloomulik taimerakud. Plastiide on kolme tüüpi : kloroplastid, kromoplastid ja leukoplastid.
I. Kloroplastid– rohelised plastiidid, milles toimub fotosüntees. Kloroplastil on topeltmembraan. Kloroplasti keha koosneb värvitust valgu-lipiidsest stroomast, mida läbistab sisemembraani moodustatud lamedate kotikeste (tülakoidide) süsteem.Tülakoidid moodustavad grana. Strooma sisaldab ribosoome, tärkliseterasid ja DNA molekule.
II. Kromoplastid annavad värvi erinevatele taimeorganitele.
III. Leukoplastid säilitada toitaineid. Leukoplastidest saab moodustada kromoplaste ja kloroplaste.
4. Endoplasmaatiline retikulum on torude, kanalite ja õõnsuste hargnenud süsteem. On mittegranuleeritud (sile) ja granuleeritud (kare) EPS. Mittegranuleeritud EPS sisaldab rasvade ja süsivesikute ainevahetuse ensüüme (toimub rasvade ja süsivesikute süntees). Supragranulaarne ER sisaldab ribosoome, mis teostavad valkude biosünteesi. EPS-i funktsioonid: mehaanilised ja kuju kujundavad funktsioonid; transport; keskendumine ja vabastamine.
5. Golgi aparaat koosneb lamedatest membraanikottidest ja vesiikulitest. Loomarakkudes täidab Golgi aparaat sekretoorset funktsiooni. Taimedes on see polüsahhariidide sünteesi keskus.
6. Vakuoolid täidetud taimeraku mahlaga. Vakuoolide funktsioonid: toitainete ja vee säilitamine, turgorurõhu säilitamine rakus.
7 . Lüsosoomid– väikesed sfäärilised organellid, mis on moodustatud membraanist, mille sees on valke, nukleiinhappeid, süsivesikuid ja rasvu hüdrolüüsivaid ensüüme.
8. Rakukeskus. Rakukeskuse ülesanne on kontrollida raku jagunemise protsessi.
9. Mikrotuubulid ja mikrokiud koos moodustavad loomarakkude rakulise skeleti.
10. Ribosoomid eukarüootid on suuremad (80S).
11. Lisandid– varuained ja eritised – ainult taimerakkudes.
Tuum- eukarüootse raku kõige olulisem osa. See koosneb tuumamembraanist, karüoplasmast, nukleoolidest ja kromatiinist.
1. Tuumaümbris struktuurilt sarnane rakumembraaniga, sisaldab poore. Tuumamembraan kaitseb geneetilist aparaati tsütoplasmaatiliste ainete mõju eest. Kontrollib ainete transporti.
2. Karüoplasma on kolloidne lahus, mis sisaldab valke, süsivesikuid, sooli ja muid orgaanilisi ja anorgaanilisi aineid. Karioplasma sisaldab kõiki nukleiinhappeid: peaaegu kogu DNA-d, messenger-, transpordi- ja ribosomaalseid RNA-sid.
3. Nucleolus – kerakujuline, sisaldab erinevaid valke, nukleoproteiine, lipoproteiine, fosfoproteiine. Nukleoolide ülesanne on ribosoomi embrüote süntees.
4. Kromatiin (kromosoomid). Püsiseisundis (jagunemistevaheline aeg) jaotub DNA karioplasmas ühtlaselt kromatiini kujul. Jagunemisel muundatakse kromatiin kromosoomideks.
Tuuma funktsioonid: tuum sisaldab teavet organismi pärilike omaduste kohta (informatiivne funktsioon); kromosoomid edastavad organismi tunnuseid vanematelt järglastele (pärimisfunktsioon); tuum koordineerib ja reguleerib rakus toimuvaid protsesse (regulatsioonifunktsioon).
Kõik elusolendid koosnevad rakkudest – väikestest, membraaniga ümbritsetud õõnsustest, mis on täidetud kontsentreeritud ainetega vesilahus keemilised ained. Kamber- kõigi elusorganismide (välja arvatud viirused, mida sageli nimetatakse mitterakulisteks eluvormideks) struktuuri ja elutegevuse elementaarne üksus, millel on oma ainevahetus ja mis on võimeline iseseisvaks eksisteerimiseks, isepaljunemiseks ja arenguks. Kõik elusorganismid, nagu mitmerakulised loomad, taimed ja seened, koosnevad paljudest rakkudest või, nagu paljud algloomad ja bakterid, on üherakulised organismid. Bioloogia haru, mis uurib rakkude ehitust ja talitlust, nimetatakse tsütoloogiaks. Arvatakse, et kõik organismid ja kõik nende koostises olevad rakud arenesid ühisest DNA-eelsest rakust.
Raku ligikaudne ajalugu
Esialgu erinevate mõju all looduslikud tegurid(soe, ultraviolettkiirgust, elektrilahendused) ilmusid esimest korda orgaanilised ühendid, mis oli materjalina elusrakkude ehitamisel.
Võtmehetk elu arengu ajaloos oli ilmselt esimeste replikaatormolekulide ilmumine. Replikaator on teatud tüüpi molekul, mis on oma koopiate või maatriksite sünteesi katalüsaator, mis on loomamaailmas paljunemise primitiivne analoog. Praegu levinuimatest molekulidest on replikaatorid DNA ja RNA. Näiteks klaasi asetatud DNA molekul koos vajalikud komponendid, hakkab spontaanselt looma oma koopiaid (ehkki palju aeglasemalt kui rakus spetsiaalsete ensüümide mõjul).
Replikaatormolekulide ilmumine käivitas keemilise (eelbioloogilise) evolutsiooni mehhanismi. Esimesed evolutsiooni subjektid olid suure tõenäosusega primitiivsed RNA molekulid, mis koosnesid vaid mõnest nukleotiidist. Seda etappi iseloomustavad (ehkki väga primitiivsel kujul) kõik bioloogilise evolutsiooni põhijooned: paljunemine, mutatsioon, surm, olelusvõitlus ja looduslik valik.
Keemilist evolutsiooni soodustas asjaolu, et RNA on universaalne molekul. Lisaks sellele, et ta on replikaator (st kandja pärilikku teavet), võib see täita ensüümide funktsioone (näiteks ensüümid, mis kiirendavad replikatsiooni või ensüümid, mis lagundavad konkureerivaid molekule).
Mingil evolutsiooni hetkel tekkisid RNA ensüümid, mis katalüüsivad lipiidimolekulide (st rasvade) sünteesi. Lipiidimolekulidel on üks tähelepanuväärne omadus: nad on polaarsed ja lineaarse struktuuriga, kusjuures molekuli ühe otsa paksus on suurem kui teise oma. Seetõttu kogunevad suspensioonis olevad lipiidimolekulid spontaanselt kestadeks, mis on kuju poolest sfäärilistele lähedased. Seega suutsid lipiide sünteesivad RNA-d ümbritseda end lipiidkestaga, mis parandas oluliselt RNA vastupanuvõimet välisteguritele.
RNA pikkuse järkjärguline suurenemine tõi kaasa multifunktsionaalsete RNA-de ilmumise, mille üksikud fragmendid täitsid erinevaid funktsioone.
Esimesed rakkude jagunemised toimusid ilmselt mõjul välised tegurid. Lipiidide süntees rakus tõi kaasa selle suuruse suurenemise ja tugevuse vähenemise, nii et suur amorfne membraan jagunes mehaanilise pinge mõjul osadeks. Seejärel tekkis ensüüm, mis seda protsessi reguleeris.
Raku struktuurKõik maakera rakulised eluvormid võib neid moodustavate rakkude struktuuri alusel jagada kaheks superkuningriigiks – prokarüootid (eeltuumad) ja eukarüootid (tuuma). Prokarüootsed rakud on struktuurilt lihtsamad, ilmselt tekkisid nad evolutsiooni käigus varem. Eukarüootsed rakud on keerulisemad ja tekkisid hiljem. Inimkeha moodustavad rakud on eukarüootsed. Vaatamata vormide mitmekesisusele allub kõigi elusorganismide rakkude korraldus ühistele struktuuripõhimõtetele.
Raku elussisu - protoplast - eraldatakse keskkond plasmamembraan ehk plasmalemma. Raku sees on täidetud tsütoplasma, milles asuvad erinevad organellid ja rakulised inklusioonid, samuti geneetiline materjal DNA molekuli kujul. Iga rakuorganell täidab oma erifunktsiooni ja kõik koos määravad raku kui terviku elutegevuse.
Prokarüootne rakk
Prokarüootid(ladina keelest pro - enne, enne ja kreeka keelest κάρῠον - tuum, pähkel) - organismid, millel pole erinevalt eukarüootidest moodustunud rakutuum ja muud sisemembraani organellid (välja arvatud näiteks fotosünteetiliste liikide lamedad mahutid tsüanobakterid). Ainus suur ringikujuline (mõnedel liikidel lineaarne) kaheahelaline DNA molekul, mis sisaldab põhiosa raku geneetilisest materjalist (nn nukleoid), ei moodusta kompleksi histooni valkudega (nn kromatiin). ). Prokarüootide hulka kuuluvad bakterid, sealhulgas sinivetikad (sinivetikad) ja arheed. Prokarüootsete rakkude järglased on eukarüootsete rakkude organellid – mitokondrid ja plastiidid.
Prokarüootsetel rakkudel on tsütoplasmaatiline membraan, nagu eukarüootsetel rakkudel. Bakteritel on kahekihiline membraan (lipiidne kaksikkiht), samas kui arheel on sageli ühekihiline membraan. Arheaalne membraan koosneb ainetest, mis erinevad bakterimembraani moodustavatest ainetest. Rakkude pind võib olla kaetud kapsli, ümbrise või limaga. Neil võivad olla lipud ja villid.
Joonis 1. Tüüpilise prokarüootse raku struktuur
Prokarüootidel puudub rakutuum, nagu eukarüootidel. DNA leidub raku sees, voldituna korralikult ja seda toetavad valgud. Seda DNA-valgu kompleksi nimetatakse nukleoidiks. Eubakterites erinevad DNA-d toetavad valgud histoonidest, mis moodustavad nukleosoome (eukarüootides). Kuid arhibakteritel on histoonid ja sel viisil on nad sarnased eukarüootidega. Prokarüootides toimuvad energiaprotsessid tsütoplasmas ja spetsiaalsetel struktuuridel - mesosoomidel (rakumembraani väljakasvud, mis on keerdunud spiraaliks, et suurendada pindala, millel toimub ATP süntees). Raku sees võib olla gaasimulle, varuaineid polüfosfaadi graanulite, süsivesikute graanulite ja rasvatilkade kujul. Võib esineda väävli lisandeid (tekinud näiteks anoksilise fotosünteesi tulemusena). Fotosünteetilistel bakteritel on volditud struktuurid, mida nimetatakse tülakoidideks, millel toimub fotosüntees. Seega on prokarüootidel põhimõtteliselt samad elemendid, kuid ilma vaheseinteta, ilma sisemised membraanid. Need vaheseinad, mis on olemas, on rakumembraani väljakasvud.
Prokarüootsete rakkude kuju ei ole nii mitmekesine. Ümmargusi rakke nimetatakse kokkideks. Selline vorm võib olla nii arheel kui ka eubakteritel. Streptokokid on ahelas piklikud kokid. Stafülokokid on kokkide "klastrid", diplokokid on kookid, mis on ühendatud kaheks rakuks, tetrade on neli ja sarkiinid kaheksa. Vardakujulisi baktereid nimetatakse batsillideks. Kaks pulka - diplobatsillid, piklikud ahelas - streptobatsillid. Teiste liikide hulka kuuluvad korüneformsed bakterid (otstes nuiataolise pikendusega), spirillad (pikk kõverdunud rakud), vibrioonid (lühikesed kõverad rakud) ja spiroheedid (kõverduvad erinevalt spirillast). Kõik ülaltoodud on illustreeritud allpool ja toodud kaks arhebakterite esindajat. Kuigi nii arheed kui ka bakterid on prokarüootsed (tuumavabad) organismid, on nende rakkude struktuuris mõned olulised erinevused. Nagu eespool märgitud, on bakteritel lipiidide kaksikkiht (kui hüdrofoobsed otsad on membraani sukeldatud ja laetud pead jäävad mõlemalt poolt välja) ja arheel võib olla ühekihiline membraan (laetud pead on mõlemal küljel ja selle sees on üks tervikmolekul; see struktuur võib olla jäigem kui kahekihiline). Allpool on arhebakteri rakumembraani struktuur.
Eukarüootid(eukarüootid) (kreeka keelest ευ - hea, täielikult ja κάρῠον - tuum, pähkel) - organismid, millel on erinevalt prokarüootidest moodustunud rakutuum, mis on tsütoplasmast piiritletud tuumamembraaniga. Geneetiline materjal sisaldub mitmes lineaarses kaheahelalises DNA molekulis (olenevalt organismi tüübist võib nende arv tuuma kohta varieeruda kahest kuni mitmesajani), mis on seestpoolt kinnitunud raku tuuma membraanile ja moodustuvad laialdaselt. enamus (välja arvatud dinoflagellaadid) on kompleks histooni valkudega, mida nimetatakse kromatiiniks. Eukarüootsetel rakkudel on sisemembraanide süsteem, mis lisaks tuumale moodustab ka mitmeid teisi organelle (endoplasmaatiline retikulum, Golgi aparaat jne). Lisaks on valdaval enamusel püsivad intratsellulaarsed sümbiontid – prokarüootid – mitokondrid ning ka vetikatel ja taimedel on plastiidid.
loomarakk
Loomaraku struktuur põhineb kolmel põhikomponendil – tuum, tsütoplasma ja rakumembraan. Koos tuumaga moodustab tsütoplasma protoplasma. Rakumembraan on bioloogiline membraan (vahesein), mis eraldab raku väliskeskkonnast, toimib raku organellide ja tuuma kestana ning moodustab tsütoplasmaatilisi sektsioone. Kui asetate preparaadi mikroskoobi alla, siis struktuur loomarakk saab kergesti näha. Rakumembraan sisaldab kolme kihti. Välimine ja sisemine kiht on valk ja vahekiht on lipiid. Sel juhul jagatakse lipiidikiht veel kaheks kihiks – hüdrofoobsete molekulide kihiks ja hüdrofiilsete molekulide kihiks, mis on paigutatud kindlas järjekorras. Rakumembraani pinnal on spetsiaalne struktuur - glükokalüks, mis tagab membraani selektiivse võime. Kest laseb vajalikel ainetel läbi ja hoiab neid, mis kahjustavad.
Joonis 2. Loomaraku struktuur
Loomaraku struktuur on suunatud kaitsefunktsiooni tagamisele juba sellel tasemel. Ainete tungimine läbi membraani toimub tsütoplasmaatilise membraani otsesel osalusel. Selle membraani pind on painde, väljakasvu, voltide ja villi tõttu üsna märkimisväärne. Tsütoplasmaatiline membraan võimaldab läbida nii väikseid kui ka suuremaid osakesi. Loomaraku struktuuri iseloomustab enamasti veest koosneva tsütoplasma olemasolu. Tsütoplasma on anum organellide ja inklusioonide jaoks.
Lisaks on tsütoplasmas ka tsütoskelett – valguniidid, mis osalevad rakkude pooldumise protsessis, piiritlevad rakusisese ruumi ning säilitavad raku kuju ja kokkutõmbumisvõime. Tsütoplasma oluline komponent on hüaloplasma, mis määrab rakustruktuuri viskoossuse ja elastsuse. Sõltuvalt välistest ja sisemised tegurid hüaloplasma võib muuta oma viskoossust – muutuda vedelaks või geelitaoliseks. Loomaraku ehitust uurides ei saa jätta tähelepanu pööramata rakuaparaadile - rakus paiknevatele organellidele. Kõigil organellidel on oma spetsiifiline struktuur, mille määravad kindlaks nende ülesanded.
Tuum on keskne rakuüksus, mis sisaldab pärilikku informatsiooni ja osaleb ainevahetuses rakus endas. Rakuorganellide hulka kuuluvad endoplasmaatiline retikulum, rakukeskus, mitokondrid, ribosoomid, Golgi kompleks, plastiidid, lüsosoomid, vakuoolid. Sarnaseid organelle leidub igas rakus, kuid olenevalt funktsioonist võib loomaraku struktuur erineda spetsiifiliste struktuuride olemasolul.
Raku organellide funktsioonid: - mitokondrid oksüdeerivad orgaanilisi ühendeid ja akumuleerivad keemilist energiat; - endoplasmaatiline retikulum sünteesib spetsiaalsete ensüümide olemasolu tõttu rasvu ja süsivesikuid, selle kanalid hõlbustavad ainete transporti rakus; - ribosoomid sünteesivad valke; - Golgi kompleks kontsentreerib valke, tihendab sünteesitud rasvu, polüsahhariide, moodustab lüsosoome ja valmistab ette ained nende eemaldamiseks rakust või otseseks kasutamiseks selle sees; - lüsosoomid lagundavad süsivesikuid, valke, nukleiinhappeid ja rasvu, seedides sisuliselt rakku sisenevad toitained; - rakukeskus osaleb rakkude jagunemise protsessis; - vakuoolid säilitavad rakumahla sisalduse tõttu raku turgorit (siserõhku).
Elusraku ehitus on äärmiselt keeruline – paljud protsessid toimuvad rakutasandil. biokeemilised protsessid, mis koos tagavad organismi elutähtsad funktsioonid.
Rakud jagunevad prokarüootseteks ja eukarüootseteks. Esimesed on vetikad ja bakterid, mis sisaldavad geneetilist teavet ühes organellis, kromosoomis, samas kui eukarüootsetel rakkudel, mis moodustavad keerulisemaid organisme nagu inimkeha, on selgelt eristuv tuum, mis sisaldab mitut kromosoomi koos geneetilise materjaliga.
Eukarüootne rakk
Prokarüootne rakk
Struktuur
Raku- või tsütoplasmaatiline membraan
Tsütoplasmaatiline membraan (ümbris) on peen struktuur, mis eraldab raku sisu keskkonnast. See koosneb kahekordsest lipiidikihist, mille valgumolekulid on ligikaudu 75 angströmi paksused.
Rakumembraan on tahke, kuid sellel on arvukalt volte, keerdusi ja poore, mis võimaldab teil reguleerida ainete läbimist sellest.
Rakud, koed, elundid, süsteemid ja seadmed
Rakud, Inimkeha- elementide komponent, mis toimivad harmooniliselt kõigi elutähtsate funktsioonide tõhusaks täitmiseks.
Tekstiil- need on sama kuju ja struktuuriga rakud, mis on spetsialiseerunud täitma sama funktsiooni. Erinevad koed ühinevad, moodustades elundeid, millest igaüks täidab elusorganismis teatud funktsiooni. Lisaks on elundid rühmitatud ka teatud funktsiooni täitmiseks süsteemi.
Kangad:
Epiteel- kaitseb ja katab keha pinda ja sisepinnad elundid.
Ühenduv- rasv, kõhred ja luud. Täidab erinevaid funktsioone.
Lihaseline- sile lihasesse, vöötlihaskoe. Tõmbab kokku ja lõdvestab lihaseid.
Närviline- neuronid. Genereerib ja edastab ja võtab vastu impulsse.
Raku suurus
Rakkude suurus on väga erinev, kuigi üldiselt on need vahemikus 5 kuni 6 mikronit (1 mikron = 0,001 mm). See seletab tõsiasja, et paljusid rakke ei olnud võimalik näha enne elektronmikroskoobi leiutamist, mille eraldusvõime jääb vahemikku 2 kuni 2000 angströmi (1 angstrom = 0,000 000 1 mm).Mõnede mikroorganismide suurus on alla 5 mikroni, kuid on ka hiidrakke. Tuntuim on linnumunade munakollane, umbes 20 mm suurune munarakk.
On veelgi markantsemaid näiteid: üherakulise merevetika acetabularia rakk ulatub 100 mm-ni ja rohttaim ramjee 220 mm - rohkem kui peopesal.
Vanematelt lastele tänu kromosoomidele
Rakutuum läbib erinevaid muudatusi kui rakk hakkab jagunema: membraan ja tuumad kaovad; Sel ajal muutub kromatiin tihedamaks, moodustades lõpuks paksud niidid - kromosoomid. Kromosoom koosneb kahest poolest – kromatiididest, mis on ühendatud ahenemispunktis (tsentromeetris).
Meie rakud, nagu kõik looma- ja taimerakud, järgivad nn arvulise püsivuse seadust, mille kohaselt kromosoomide arv teatud tüüpi pidevalt.
Lisaks on kromosoomid jaotatud paarikaupa, mis on üksteisega identsed.
Iga meie keha rakk sisaldab 23 paari kromosoome, mis on mitmed piklikud DNA molekulid. DNA molekul on kaksikheeliksi kuju, mis koosneb kahest suhkrufosfaatrühmast, millest väljuvad keerdtrepi astmetena lämmastikualused (puriinid ja püramidiinid).
Igas kromosoomis on geenid, mis vastutavad pärilikkuse eest, geneetiliste omaduste ülekandmise eest vanematelt lastele. Need määravad silmade värvi, naha, nina kuju jne.
Mitokondrid
Mitokondrid on ümmargused või piklikud organellid, mis on jaotunud kogu tsütoplasmas ja sisaldavad ensüümide vesilahust, mis on võimelised läbi viima arvukalt keemilisi reaktsioone, näiteks rakuhingamist.
Selle protsessi käigus vabaneb energia, mida rakk vajab oma elutähtsate funktsioonide täitmiseks. Mitokondreid leidub peamiselt elusorganismide kõige aktiivsemates rakkudes: kõhunäärme ja maksa rakkudes.
Raku tuum
Tuum, üks igas inimese rakus, on selle põhikomponent, kuna see on raku funktsioone kontrolliv organism ja pärilike tunnuste kandja, mis tõestab selle tähtsust paljunemisel ja bioloogilise pärilikkuse edasikandmisel.
Südamikus, mille suurus on vahemikus 5 kuni 30 mikronit, saab eristada järgmisi elemente:
- Tuumaümbris. See on kahekordne ja laseb oma poorse struktuuri tõttu läbida aineid tuuma ja tsütoplasma vahel.
- Tuumaplasma. Kerge viskoosne vedelik, millesse on sukeldatud ülejäänud tuumastruktuurid.
- Nucleolus. Sfääriline keha, isoleeritud või rühmadena, osaleb ribosoomide moodustamises.
- Kromatiin. Aine, mis võib omandada erinevaid värve, koosneb pikkadest DNA ahelatest (desoksüribonukleiinhape). Niidid on osakesed, geenid, millest igaüks sisaldab teavet konkreetse raku funktsiooni kohta.
Tüüpilise raku tuum
Naharakud elavad keskmiselt ühe nädala. Punased verelibled elavad 4 kuud ja luurakud- 10 kuni 30 aastat.
tsentrosoom
Tsentrosoom asub tavaliselt tuuma lähedal ja mängib oluline roll mitoosi või rakkude jagunemise korral.
See koosneb 3 elemendist:
- Diplosoom. See koosneb kahest tsentrioolist - risti asetsevast silindrilisest struktuurist.
- tsentrosfäär. Läbipaistev aine, millesse diplosoom on sukeldatud.
- Aster. Sentosfäärist väljuv kiirgav filamentide moodustis, millel on oluline mitoosi jaoks.
Golgi kompleks, lüsosoomid
Golgi kompleks koosneb 5-10 lamedast kettast (plaadist), milles eristatakse põhielementi - paaki ja mitut diktüosoomi ehk tankide kobarat. Need diktüosoomid eraldatakse ja jaotuvad ühtlaselt mitoosi ehk rakkude jagunemise ajal.
Lüsosoomid, raku "magu", moodustuvad Golgi kompleksi vesiikulitest: need sisaldavad seedeensüümid, mis võimaldavad neil seedida tsütoplasmasse sisenevat toitu. Nende sisemine osa e mycus on vooderdatud paksu polüsahhariidide kihiga, mis ei lase neil ensüümidel oma rakulist materjali lagundada.
Ribosoomid
Ribosoomid on umbes 150 angströmi läbimõõduga rakulised organellid, mis kinnituvad endoplasmaatilise retikulumi membraanidele või paiknevad vabalt tsütoplasmas.
Need koosnevad kahest allüksusest:
- suur subühik koosneb 45 valgu molekulist ja 3 RNA-st (ribonukleiinhape);
- väiksem subühik koosneb 33 valgumolekulist ja 1 RNA-st.
Ribosoomid ühendatakse RNA molekuli abil polüsoomideks ja sünteesitakse aminohappe molekulidest valke.
Tsütoplasma
Tsütoplasma on orgaaniline mass, mis asub tsütoplasmaatilise membraani ja tuumaümbrise vahel. Sisaldab sisekeskkond- hüaloplasma - viskoosne vedelik, mis koosneb suurest kogusest veest ja sisaldab lahustunud kujul valke, monosahhariide ja rasvu.
See on osa elutähtsa aktiivsusega rakust, kuna selle sees liiguvad erinevad raku organellid ja toimuvad biokeemilised reaktsioonid. Organellid täidavad rakus sama rolli kui elundid Inimkeha: toota elutähtsaid aineid, genereerida energiat, täita orgaaniliste ainete seedimise ja väljutamise funktsioone jne.
Umbes kolmandiku tsütoplasmast moodustab vesi.
Lisaks sisaldab tsütoplasma 30% orgaanilisi aineid (süsivesikud, rasvad, valgud) ja 2-3% anorgaanilisi aineid.
Endoplasmaatiline retikulum
Endoplasmaatiline retikulum on võrgutaoline struktuur, mis moodustub tsütoplasmaatilise ümbrise voltimisel iseendasse.
Arvatakse, et see protsess, mida tuntakse intussusseptsioonina, on viinud keerukamate olendite tekkeni. suured vajadused valkudes.
Sõltuvalt ribosoomide olemasolust või puudumisest membraanides eristatakse kahte tüüpi võrke:
1. Endoplasmaatiline retikulum on volditud. Tuumamembraaniga omavahel ühendatud ja sellega suhtlevate lamedate struktuuride komplekt. Selle külge on kinnitunud suur hulk ribosoome, mistõttu selle ülesanne on akumuleerida ja vabastada ribosoomides sünteesitud valke.
2. Endoplasmaatiline retikulum on sile. Lamedate ja torukujuliste elementide võrgustik, mis suhtleb volditud endoplasmaatilise retikulumiga. Sünteesib, eritab ja transpordib rasvu kogu rakus koos volditud retikulumi valkudega.
Kui soovid lugeda kõike kõige huvitavamat ilu ja tervise kohta, telli uudiskiri!