Raku ehitus ja talitlus (12)

Raku ehitus ja talitlus
3.1 Rakuteooria kujunemine
Tsütoloogia uurib rakkude ehitust ja talitlust. Epiteelkoe rakud paiknevad tihedalt üksteise kõrval. See moodustab naha pindmise osa ja ümbritseb siseorganeid. Ta kaitseb kudesid keskkonnamõjutuste eest. Lihaskoe rakud on pikliku kujuga ning on võimelised oma mõõtmeid muutma . Lihaskudesid on kolme tüüpi: vöötlihaskude (skeletilihased), silelihaskude (siseelundite ehitus), südamelihaskude. Sidekoe rakud asetsevad hajusalt, enamatsi ümbritseb neid palju rakuvaheainet. (luukude, rasvkude , veri ). Sidekude ühendab elundite koostisesse kuuluvad koed ühtseks tervikuks ja täidab ka kaitseülesannet. Närvikoe rakud ehk neuronid on varustatud pikkade jätketega, neist on moodustunud pea- ja seljaaju ning nendest lähtuvad närvid ja närvisõlmed. Omane on erutuvus ja erutuvuse juhtimine. Ülesandeks on organismi ühtseks tervikuks sidumine.
3.2 Rakkude mitmekesisus
Kogu eluslooduse võib jagada kaheks suureks rühmaks: üherakulisteks ja hulkrakseteks organismideks. Väikseim üherakuline organism on mükoplasma ja suurim jaanalinnu muna.
Üherakulistel organismidel toimub kogu aine-,energia- ja infovahetus ümbritseva keskkonnaga rakumembraani vahendusel. Oluline on raku välismembraani ja sisekeskkonna ruumala vaheline suhe. Mida suuem on rakk , seda väiksemaks see suhe jääb. Membraani liiga väikese suhtelise pindala korral häiruvad kõik nimetatud protsessid.
Suurem osa üherakulisi organisme on iseloomuliku väliskujuga. Hulkraksetes organismides sõltub rakkude kuju ja ehitus sellest, millisest koest nad pärinevad. Iga koe rakkude siseehitus ja väliskuju on kooskõlas nende talitlusega.
3.3 Päristuumne rakk
Vastavalt rakutuuma esinemisele jaotatakse kõik organismid kahte rühma: eeltuumsed – puudub membraaniga piiritletud tuum ning raku sisemuses on vähe erinevaid organelle ( bakterid ) ja päristuumsed ( protistid , taime-, seene- ja loomariik). Iga rakk on ümbritsetud rakumembraaniga. Eukarütoorse ehk päristuumse raku sisemus on täidetud poolvedela tsütoplasmaga, milles leidub arvukalt mitmesuguseid organelle. Enamikus rakkudes on üks tuum, mis reguleerib kogu raku elutegevust.
PÄRISTUUMNE RAKK
Raku sisemus on täidetud tsütoplasmaga, mille peamiseks koostisaineks on vesi (60%-90%). Seal on palju madalmolekulaarseid orgaanilisi ühendeid: aminihappeid, nukleotiide , mono- ja oligosahhariide, orgaanilisi happeid jne. Tsütoplasma on pidevas liikumises ja seob kõik rakuorganellid ühtseks tervikuks.
Raku tuuma ümbris koosneb kahest membraanist. Neis paiknevad poorid , mille kaudu toimub ainete liikumine sisse ja välja. Tuumasisest plasmat nimetatakse karüoplasmaks. See sisaldab DNA-d, valke, RNA-d ja mitmesuguseid madalmolekulaarseid ühendeid. Kromosoomid on tuuma kõige olulisemad osad. Tuumakeseks nimetatakse piirkonda, kus kromosoomidelt toimub intensiivne rRNA süntees ja ribosoomide moodustumine. Rakutuum reguleerib kõiki rakus toimuvaid protsesse.
Kromosoomide arv ja kuju on ühe liigi piires enamasti muutumatu. Inimesel on näiteks 46 kromosoomi. Paarilisi kromosoome nimetatakse homoloogilisteks (sisaldavad samu pärilikke tunnuseid määravaid geene). Igas muna- ja seemnerakus on 23 kromosoomi. Enamikul organismidel ongi sugurakkdues kaks korda vähem kromosoome, kui keharakkudes, st igast paarist üks kromosoom.
Eukarüootsete rakkude kromosoomides on DNA seotud valkudega ( histoonid ). Need kaitsevad DNA-d ning aitavad kromosoome jagunemise ajal kokku pakkida . Nukleosoomse fibrilli moodustab DNA, mis on keerdunud ümber histoonide molekulidest koosnevate kerakeste.
3.4 Rakumembraan
Kõik rakud on ümbritsetud membraaniga. Membraan eraldab raku sisekeskkonda väliskeskkonnast, kaitseb seda kahjulike mõjutuste eest ja ühendab rakke omavahel. Rakumembraani vahendusel toimub aine-,energia- ja infovahetus raku ja väliskeskkonna vahel.
Rakumembraan koosneb põhiliselt fosfolipiididest ja valkudest, need moodustavad kaks kihti. Valgu molekulid paiknevad aga hajusalt kas nende peal või vahel. Loomaraku membraanid sisaldavad alati ka kolesterooli. Tsütoplasmat läbib membraanidest moodustunud kanalikeste süsteem. Neid mööda liiguvad ained raku ühest otsast teise. Membraanidega on ümbritsetud ka rakutuum ja mitmed organellid .
Ainete transpordis eristatakse aktiivset ja passiivset transporti. Aktiivseks ainete transpordiks kulutab rakk energiat, passiivseks seda vaja ei ole. Mõned ained läbivad membraani difusiooni või osmoosi teel, näiteks vesi, gaasid ja etanool (passiivne transport).
Osa membraani koostisesse kuuluvatest valkudest on varustatud kanalikestega, mille kaudu toimub väiksemate molekulide liikumine rakku ja sealt välja. Kui selleks ei kulutata täiendavat energiat, on see samuti passiivne transport. Membraani ehituses olevad transportvalgud osalevad ka ainete aktiivses trasnpordis. Need valgud juhivad vaid kindlaid aineid. Täiendavat energiat saadakse energiarikastest ühenditest. Suurem makroelemendid läivad rakumembraani fagotsütoosi teel. Membraanile jõudes sopistub ainosake sisse ja omastatav aine liigub membraaniga ümbritsetud põiekeses tsütoplasmasse. Siis lisanduvad põikesse ensüümid, mis lagundavad fagotsüteeritud ained. Sel moel toituvad näiteks mõned üherakulised organismid. Lisaks transportvalkudele esineb membraanis ka retseptorvalke. Need osalevad infovahetuses väliskeskkonnaga. Retseptorvalgud seovad rakku ümbritsevast keskkonnast erinevaid molekule ja vallandavad seejärel rakusiseseid biokeemilisi reaktsioone. Selle tulemusena muutub raku sisetalitlus vastavalt väliskeskkonna muutustele.
3.5 Rakuorganellid
Tsütoplasmavõrgustiku moodustab kanalite ja tisternikeste süsteem. Mööda kanalikesi toimub ainete rakusisene liikumine.
Eristatakse sileda - ja karedapinnalist tsütoplasmavõrgustikku. Karedapinnalisel paiknevad valke sünteesivad organellid – ribosoomid . Siledapinnalisel paikevad ensüümid, mis võtavad osa lipiidide ja sahhariidide süntseesist.
Iga ribosoom on kaheosaline, koosnedes ribosoomi-RNa-st ja valgu molekulidest. Ühes rakus on ribosoome tuhandeid. Ribosoomid pannakse kokku rakutuumas olevates tuumakestes. Sünteesijärgselt liiguvad nad läbi tuumamembraanide pooride tsütoplasmasse. Seal kinnitub osa neist tsütoplasmavõrgustikule. Ribosoomides toimub valkude süntees. Polüsoomideks nimetatakse ühe mRna molekuliga seotud ribosoomide koguminne.
Lüsosoomid on ühekordse membraaniga ümbritsetud põiekesed, milles lõhustatakse mitmesuguseid aineid. Neis lagundatakse makromolekule ja otstarbe kaotanud rakustrukuure. Ühed lüsosoomid sisaldavad üksnes ensüümvalke, teised lagundatavaid aineid ja neis lõhustatavaid ensüüme. Tsütoplasmavõrgustikuga on seotud ka Golgi kompleks , mis koosneb üksteise kohal asetsevatest plaatjatest tsisternikestest, põiekestest ning neid ühendavatest kanalikestest. Kõik osad on ümbritsetud membraaniga. Golgi kompleksis jõuab lõpule valkude töötlemine ja nende pakkimine skreedipõiekestesse ja lüsosoomidesse. Kompleks osaleb ka rakumembraani uuendamises ja taimerakkudes ka rakukesta moodustamises.
Iga mitokonder on ümbritsetud kahe membraaniga. Sisemembraan moodustab arvukaid kurde ja sopistusi, mida nimetatakse harjakesteks. Sisemuses leidub DNA ja RNA molekule. Mitokondri DNA sisaldab geneetilist infot organellile vajalike RNA ja valkude sünteesiks. Mitokondrite põhiülesandeks on raku varustamine energiaga. Neis viiakse lõpule glükoosi jt ainete lagundamine.
3.6 Tsütoskelett
Tsütoskelett koosneb niitjatest valkudest, moodustades võrkja srutkuuri, mis ühendab omavahel rakumembraani, tuuma välismembraani, tsütoplasmavõrgustikku ja rakuorganelle. Tüstoskeletti võib lugeda raku tugi- ja liikumissüsteemiks. Eristatakse fibrille, mikrofilamente ja mikrotuubuleid. Muutused nende valkude struktuuris põhjustavad raku väliskuju ja organellide asukoha muutusi.
Tsentrosoom koosneb kahest teineteise suhtes risti paiknevast silindrilisest tsentrioolist. Kumbki tsentriool koosneb mikrotuubulitest. Raku jagunemisel lähutvad neist valgulised fibrillid – kääviniidid. Need osalevad kromosoomide jaotamises. Tsütoskeletti kuuluvad valgud võimaldavad rakkudel muuta oma kuju.
3.7 Taimerakk
Taimerakkude põhiliseks iseärasuseks on nendele ainuomaste organellide – plastiidide – esinemine. Taimerakkudes on ka vakuoolid ning nad on ümbritsetud tiheda rakukestaga.
Taimeraku kesta põhiline koostisaine on tselluloos . Noore taimeraku kest on suure veesisaldusega, suhteliselt õhuke ja elastne. See võimaldab rakul kasvada ja areneda. Kesta läbivad poorid, mis võimaldavad mitmetel ainetel kesta vabalt läbida. Raku vananedes kest pakseneb, selle veesisaldus väheneb ja poorid ahenevad .
Rakukest takistab taimeraku liikmist, on paljudele ainetele läbimatu ja paksenedes põhjustab raku sisemuse hävimise. Rakukesta üks põhilisi ülesandeid on raku ja kogu taime toestamine. Tugifunktsiooni täitmisel on oluline roll tugikoe rakkudel. Pljudel taimedel kuuluvad tugikoe rakud juhtkimpude ehitusse (sõnajalg-, paljasseemne- ja katteseemnetaimed). Juhtkimbud ulatuvad juurest varte ja lehtedeni, seega on terve taim toestatud. Rakukesta koostisesse kuuluvad tselluloos ja teised biopolümeerid, mis on vastupidavad mehaanilistele ja ka kliimateguriele – väljendub kaitsefunktsioon. Selle seisukohalt on oluline roll korkkoel. Selles puuduvad poorid ning seetõttu ei toimu ainevahetust. Selleks, et tüve sisemuses paiknevad koed saaksid osaleda gaasivahetuses, moodustuvad sptesiaalsed avad – lõved. Osadel taimelel moodustub veel ka teine kaitsekiht ehk korb . Juhtkoe osad – trahheed ja trahheiidid , on moodustunud rakukestadest. Ühinenud juhtkoe rakkude otsmised kestad lagunevad ja nii tekivad pikad torujad moodustused. Koos tugikoe rakkudega moodustunud juhtkimpude võrgustik ühendab taime kõiki organeid ja soodustab ainete liikumist. Rakukestad täidavad seega ka transportfunktsiooni.
Plastiidid on taimedele omased ovaalsed organellid, mis annavad taime eri osadele värvuse. Vastavalt pigmentidele eristatakse kloroplaste, kromoplaste ja leukoplaste. Kloroplastid sisaldavad rohelist pigmenti klorofülli, mis on oluline fotosünteesiprotsessis. Nad paiknevad enamasti lehtede rakkudes. Kromplastide pigmendid karotinoidid annavad taimedele kollase, oranži või punase värvuse. Neid leidub kroonlehtedes. Leukoplastides pigmendid puuduvad ning nemad sisaldavad mitmesuguseid varuaineid.
Kloroplast on oma ehituselt sarnane mitokondriga. Ta on ümbritsetud kahe membraaniga. Lamellid on kloroplastides paiknevad membraanidest moodustunud kotjad moodustised. Lamellide membraanides on klorofülli molekulid. Kloroplasti sisemuses on ka DNA, RNA ja valgu molekule. Kloroplastides sisaldub ka ribosoome, mis sünteesivad sellele organellile vajalikke valke. Kloroplastides toimub fotosüntees – suhrute moodustumine süsihappegaasist ja veest valgusenergia abil.
Vakuool on membraaniga ümbritetud põieke, mis sisaldab enamasti varu- ja jääkaineid. Ta moodustub Golgi kompleksi põiekestest või tsütoplasmavõrgustikust. Noortes rakkudes võib olla mitu vakuooli , ent vananedes nad ühinevad ja moodustavad tsentraalvakuooli. Vakuoolid täidavad rakus mitmeid ülesandeid. Nad on veemahutid, sisaldades ka mitmeid varuaineid. Vakuoolidesse võivad koguneda ka ainevahetuse jääkproduktid. Vakuoolides tekib ostmootne rõhk, mis avaldab survet tsütoplasmale ja rakumembraanile. Turgor ongi taime siserõhk. Veepuudusel kasutab taim ära vakuoolis olema vee, turgor langeb ning taim närbub.
3.8 Seened
Vaatamata seente mitmekesisusele on nad kõik heterotroofid ja kasutavad seetõttu elutegevuseks vajaliku energia saamiseks teiste organismide poolt sünteesitud orgaanilist ainet.
Enamik seeni on hulkraksed organismid, kelle keha koosneb seeneniitidest ehk hüüfidest (moodustunud pikkadest silindrikujulistest rakkudest). Mütseel on seeneniidikestest omavahel läbipõimunud niidistik. Seened paljunevad enamasti eoste abil. Need moodustuvad nii sugulisel kui ka mittesugulisel teel. Osal seeneliikidel arenevad eosed viljakehades. Põhiliselt kasutakakse söögiks kandseete hõimkonda kuuluvaid puravikke, riisikaid, pilvikuid ja šampinjone. Nende seente viljakeha osad on kübar ja jalg. Eosed valmivad kübara alaküljel paiknevate eoslehtede pindadel. Hallikud on toiduainete riknemist põhjustavad seened. Neist tuntum on kottseente hulka kuuluv pintselhallik, millest eraldati antibiootikum penitsiliin. Selle seene liike kasutatakse ka valge- ja sinihallitusjuustu valmistamisel. Hallitanud toit on enamikule loomadele mürgine, sest ta sisaldab hallikute poolt eritatud mükotoksiine. Lisaks hulkraksetele leidub ka mitmeid üherakulisi seeni, näiteks pärmseeni, kelle esindajat – pagaripärmi, kasutatakse taigna kergitamiseks . Samuti kasutatakse neid lahjade alkohoolsete jookide valmistamisel. Pagaripärm on ümara kujuga kottseen, mis paljuneb pungumise teel. Pärmseened võivad moodustada ka hüüfe.
Seeneraku tsütoplasmas on samad organellid, mis loomaraku ehituseski. Seened on heterotroofse toitumisega ning plastiidid neis puuduvad. Samuti ei esine neis vakuoole. Üherakulised pärmseened on ümarad, kuid hulkraksete seente hüüfe moodustavad rakud on pikad ja silindrikujulised. Nende otstes on avad, mille kaudu liiguvad tsütoplasma, selles paiknevad organellid ja rakutuumad ühest rakust teise. Mõnede seeneliikide rakkudel otsmised rakuvaheseinad puuduvad.
Seenerakk on ümbritsetud rakumembraaniga. Sellest väljapoole jääb rakukest, mis koosneb kitiinist ning on õhem ja elastsem kui taimeraku oma. See kaitseb ja toestab seenerakku nind annab talle kindla kuju. Enamik seeni toitub kogu keha pinnaga ning vesi jt ained liiguvad tsütoplasmasse osmoosi teel. Seeneraku keskosas asub rakutuum, millest väljpoole jäävad mitokondrid , tsütoplasmavõrgustik, Golgi kompleks, lüsosoomid ja ribosoomid.
Seened on ühed peamised surnud organismide lagundajad. Suur osa seeni hangib aga oma elutegevuseks vajalikke aineid teistest elusorganismidest. Sellega põhjustavad nad mitmesuguseid seenhaigusi. Seened suudavad lõhustada ka selliseid keemilisi ühendeid, mis teistele organismidele toiduks ei kõlba, kasutades näiteks tselluloosi ja ligniini ning põhjustades seeläbi mitmeid taimehaigusi. Seened kahjustavad ka puitu, põhjustavad nahahaigusi. Seentega seonduvaid protsesse rakendatakse toiduainete- ja farmaatsiatöstuses, meditsiinis, loomakasvatuses, keskkonnakaitses jm.
3.9 Bakterid
Bakteritel puudub membraaniga piiritletud rakutuum ja seetõttu moodustavad nad omaette eeltuumsete ehk prokarüootide rühma.
Enamik baktereid on ümbritsetud ühe rakumembraaniga. See koosneb valkudest ja lipiididest . Sellest väljapoole jääb kest, mis koosneb polüsahhariididest ja täidab peamiselt kaitseülesannet. Mõningatel bakteritel on kest kaetud karvakeste või viburitega. Nende abil kinnituvad bakterid kasvuks sobivatele pindadele ja seostuvad üksteisega. Vibureid kasutatakse peamiselt liikumiseks. Limakapsel on tarvis kaitseks ja liikumise hõlbustamiseks. Mitmed bakterid on ohtlikud, põhjustades tervisehäireid – patogeensed bakterid. Nende tõvestav toime tuleneb bakteritoksiinidest, mis on valdavalt valgulise ehitusega ja kaitsevad baktereid teiste organismide eest.
Bakteritel ei ole rakutuuma. Seda asendab tuumapiirkond, milles paikneb rõngjas kromosoom, mis koosneb ühest DNA molekulist, millel vabu otsi ei ole. Mistahes liiki bakteritel on vaid üks kormosoom . Plasmiid on väike DNA rõngas, mis sisaldab geene, mis on vajalikud bakteri kasvukeskkonna eripärast tulenevate ensüümide sünteesiks. Nad aitavad lagundada orgaanilisi aineid.