Raku ehitus (0)

Rakuteooria kujunemine
Tsütoloogia e. rakuteaduse sünniks loetakse 17. sajandi keskpaika ( Hook ),

• 1665.a leiutas Robert Hook valgusmikroskoobi. Edasine areng seondub eelkõige mikroskoobi täiustamisega. Võttis kasutusele mõiste „ rakk ”-cell-tühjus.
  
• 17.saj teisel poolel tegeles ka Anton van Leeuwenhoek mikroskoopide valmistamisega ja tema oli esimene, kes on joonistanud ja kirjeldanud baktereid.
  
• 1826.a. avastas loomade embrüoloogia rajaja Karl Ernst von Baer imetaja munaraku ja järeldas, et loomorganismi areng saab alguse munarakust.
  
• 1838.a. jõudis taimede kudede ehitust uurinud Matthias Schleiden järelduseni, et kõik taimed on rakulise ehitusega.
  
• 1839.a. leidis Theodor Schwann , kes oli tegelenud loomakudede uurimisega, et ka loomad on rakulise ehitusega ja sõnastas rakuteooria põhiteesi, mille kohaselt nii taimed, kui ka loomad on rakulise ehitusega !
  
• 1858.a. sõnastas Rudolf Virchow rakuteooria ühe põhiseisukoha: “Iga uus rakk saab alguse üksnes olemasolevast rakust selle jagunemise teel.” Selles väites avalduvad kolm olulist seisukohta: rakud tekivad ainult rakkudest (mitterakulises ainest uusi rakke ei moodustu), uued rakud tekivad üksnes jagunemise teel ja kolmandaks , et organismide kasv ja areng põhinevad rakkude jagunemisel.
  
• 1884.a. avastati mitokondrid.
  
• 1898 .a. avastati Golgi kompleks itaalia anatoomi Golgi poolt.
  
• 1931 .a. leiutati elektronmikroskoop sakslaste Knolli ja Ruska poolt ja avastati rakutuum .
  
• 1951.a. avastati lüsosoomid.
  
• 1953.a. avastati ribosoomid .
  

Rakuteooria põhiseisukohad

• Kõik organismid on rakulise ehitusega
  
• Iga uus rakk saab alguse üksnes olemasolevast rakust selle jagunemise teel.
  
  • Rakud tekivad ainult rakkudest (mitterakulises ainest uusi rakke ei moodustu)
    
  • Uued rakud tekivad üksnes jagunemise teel
    
  • organismide kasv ja areng põhinevad rakkude jagunemisel.
    

• Rakkude ehitus ja talitlus on omavahel kooskõlas. (nt. Rakkude kuju on kooskõlas nende ülesandega- kattekude tihe=mitte aineid läbi lasta)
  
• Rakud on sarnased ehituse, keemiliselt koostise ja ainevahetuse poolest.
  

Rakubioloogia uurimismeetodid
*Valgusmikroskoobi maksimaalne suurendus on 1300 korda, elektronmikroskoobiga saame suurendada 200 000 - 300 000 korda

• Erinevad mikroskoobid
  
  • Binokulaarsed mikroskoobid- võimalik vaadelda preparaati kahe silmaga.(valgusmikroskoobid)
    
  • Stereomikroskoop - suuremate objektide uurimiseks. (5-60 kordne suurendus, üldiselt 2 okulaari )
    
  • Elektronmikroskoop - valguskiirt asendab seal elektronvoog. (2 okulaari)
    

-Transmissioon-tasapinnaline
-Skanneeriv-
ruumiline

• Mikrotoom - uuritavast objektist, milles koed on kõvastatud asendades vee parafiiniga , lõigatakse mikrotoomiga klaasi, terase või teemanditeraga üliõhuke lõik, et mingi kindel organismi piirkond oleks mikroskoobis hästi nähtav.
  
• Radioaktiivsed isotoobid -viiakse mõne keemilise ühendi koostisesse ning jälgitakse radioaktiivse märke rakusisest liikumist
  
• Tsentrifuugimine -erinevate tihedustega komponendid jäävad tänu raskuste erinevustele erinevatesse fraktsioonidesse.( väiksemate rakustruktuuride ja makromolekulide eraldamiseks)
  
• Värvimine-väiksemate rakustruktuuride ja makromolekulide eraldamine erinevaid värve kasutades, et pilti selgendada.
  
• Arvutid-andmete töötlemine, modelleerimine , aparaatide juhtimine.
  

Rakkude mitmekesisus
Rakkude suurus

• Väikseimad 0.1 - 0.3 mikromeetrit (mükoplasma ( bakter ))
  
• Keskmine suurus on 10 – 30 mikromeetrit
  
• Suurimad on lindude munarakud (munarebu) ( jaanalinnumuna on keskmiselt 1,5 kg ja läbimõõt 15 cm, millest rebu moodustab kolmandiku.)
  
• Lihasrakud on pikimad u. 30mikromeetrit, kuid kuna neil on väike läbimõõt ei ole nad ikkagi palja silmaga nähtavad.
  

Rakkude kuju:

• Ümarad
  
• Pulkjad
  
• Kruvikeerajakujulised
  
• Viburite või ripsmetega
  
• Limakapsliga
  

Rakkude jagunemine:

• Prokarüoodid ( tuuma kui piiritletud pärilikkusainet sisaldavat raku osa pole välja arenenud, puudub tuumamembraan , DNA on, aga see on lahtiselt terve raku ulatuses)
  
  • Arhed -ekstreembakterid, kes suudavad elada seal, kus meie mõistes elu pole.
    
  • Bakterid- kõige väiksemad (mikroskoopilised) üherakulised eeltuumsed organismid, kes suudavad iseseisvalt paljuneda ja kasvada.
    
• Eukarüoodid- geneetiline informatsioon asub (kromosoomidena) rakutuumas , mis on membraaniga ümbritsetud.
  

• Loomad
  
• Seened
  
• Taimed
  
• Protistid-ei kuulu eelnevaltnimetatute hulka, enamasti üherakulised organismid (amööbid, ripsloomad, viburloomad)
  

Organell , tunnus
Prokarüoodid
Eukarüoodid
Tuum
-
+
RNA ja valk
Paikneb vabalt
Vabalt + tuumas
DNA
Paikneb vabalt
Tuumas
Kromosoom
1 rõngaskromosoom
>1, tavaliselt paarisarv
Golgi kompleks
-
+
Mitokonder ja plastiidid
-
+
Endoplasmaatiline retiikulum
(tsütoplasma võrgustik)
-
+
Ribosoomid
+
+
Mitoos (raku jagunemisviis)
-
+
Prokarüootidel puuduvad sisemised membraansüsteemid.
Eukarüoodid
RAKU ÜMBRIS – koosneb membraanist (keskmine paksus 0,01mikromeetrit ja nähtamatu valgusmikroskoobiga) ja sellel paiknevast süsivesinikkihist.

• Membraan koosneb valkudest, fosfolipiididest, mis paiknevad kaherealiselt, mille hüdrofiilsed glütserooli sisaldavad pead on väljaspool ja hüdrofoobsed rasvhappejäägid seeespool,( oligosahhariididest ning) kolesteroolist mis on vaid loomsetel rakkudel. Valgud ja kolesterool on hajusalt fosfolipiidide vahel, ( oligosahhariidid aga välispinnal (retseptoorne funktsioon)). Osa rakumembraani koostisesse kuuluvatest valkudest on varustatud kanalikesega, mille kaudu toimub väiksemate molekulide liikumine rakku ja sealt välja.
  
• Süsivesinikkiht on taimedel paksem moodustades kesta, tänu millele taimerakk ei saa oma kuju muuta oluliselt ja neil on korrapärasem väliskuju, ja see kest moodustub enamasti polüsahhariid tselluloosist, surnud rakkudel lisandub ka ligniin. Loomarakkudel on hõredam oligosahhariidide kiht-glükokaalüks.
  

* Osmoos -ainete liikumine läbi poolläbilaskva membraani kõrgema konsentratsiooni suunas- tagab turgori e. raku siserõhu.
Taimeraku kesta ülesanded:
Kuigi rakukest takistab taimeraku liikumist, on paljudele ainetele läbimatu ja paksenedes põhjustab raku sisemuse hävimise on tal ka kindlad funktsioonid.

• Tugifunktsioon -taime toestamine
  
• Kaitsefunktsioon-koostisesse kuuluvad tselluloos ja teised bipolümeerid on väga vastupidavad nii mehhaanilistele, kui kliimateguritele. (tugevalt paksenenud kestadega korgikiht lõvedega gaasivahetuse säilitamiseks ja surnud rakkudest koosnev korp, mis järk-järgult tüve pinnalt lahti tuleb.)
  
• Siserõhu e. turgori tagamine osmoosi teel
  
• Ainevahetuse tagamine.
  

Loomaraku membraani ülesanded:

• Eraldab raku sisekeskkonda väliskeskkonnast
  
• Kaitseb kahjulike mõjude eest
  
• Toimub aine ja energiavahetus läbi membraani
  
• Toimub infovahetus
  
• (liikumine amööbil osmoosi abil muutes membraani kuju)
  

Rakud on omavahel liitunud kudedeks desmosoomide ehk plasmodesmide abil.
Ainete transportviisid:

• Passiivne (väiksed molekulid liiguvad kanalitega varustatud valkudest rakku ja sealt välja ilma lisaks kuluva energiata)
  
  • Osmoos- lahusti molekulid liiguvad madalamalt kontsentratsioonilt kõrgema kontsentratsiooni suunas.(väiksed molekulid)
    
  • Difusioon- kõrgemalt madalama suunas (vesi ja gaas ) läbi valguliste kanalite kas kandjaga või ilma
    
  • Läbi valguliste kanalite kas kandjatega või ilma
    
• Aktiivne (toimub läbi valguliste kanalite ja vajab selleks lisaenergiat mille võtab makroergilistest ühenditest e. ATP-( adenosiinfosfaat ühenditest))
  

• Transportvalgud juhivad läbi membraani( vaid üksnes kindlaid) aineid. Toimub valgukanali konfiguratsiooni muutus spetsiifilisemate suurte molekulide rakku juhtimiseks, mis aga nõuab ATP energiat, et avada kanaleid .
  
• Fagotsütoos-omane osadele loomsetele rakkudele ja toimub tahkete ainete transport rakku. (amööb ja teatud valged verelbled-õgirakud)
  
  • Esimene osa endotsünoos e.nö. sissesöömine (sisse süües osakese moodustab ta fagotsütoosi põiekese, fagotsütoosi kanal on sulgumata põieke, haaramas osakest)
    
  • Teine osa eksotsünoos e.jääkainete eritamine rakkudest
    

• Pinotsütoos-vedeliku omadamine fagotsütoosi põhimõttel. Pinotsütoosi suudavad teostada nii looma kui taimerakud . Golgi kompleksist pärit lüsosoom liitub fagotsütoosi põiekesele,ja tekib sekundaarne lüsosoom, mis sisaldab jääke ja ensüüme.
  

* Kõik rakusisesed membraansüsteemid on ehituselt välismembraanile sarnased.
TSÜTOPLASMAVÕRGUSTIK e. endoplasmaatiline retiikulum läbib kogu rakku. ER moodustab kanalite süsteemi rakus, see on omavahel ühendatud rakus ja selle ülesandeks on transportida aineid ning osaleda ainevahetuses.

• Karedapinnalise ER-i pinnal paiknevad ribosoomid (iga ribosoom koosneb kahest osast-rRNA ja valgu molekulist), mille ülesanne ( seega ka karedapinnalise tsütoplasmavõrgustiku ülesanne) on valkude süntees ja transport. (valke ei toodeta lõplikult valmis)
  
• Siledapinnalises võrgustikus toodetakse Lipiide ja sahhariide mis suunatakse sealt võrgustikku. Võrgustik membraanidel paiknevad ensüümid, mis võtavad osa lippiidide ja sahhariidide sünteesist.
  

RIBOSOOMid koosnevad kahest osast - suuremast ja väiksemast. Mõlemad osad koosnevad rRNA ja valgu molekulidest. Ühes rakus ulatub nende arv tuhandeteni. Nad ei sisalda membraani. Ribosoomid pannakse kokku rakutuumas oloevates tuumakestes. Sünteesijärgselt liiguvad nad läbi tuumamembraanide pooride tsütoplasmasse. Seal kinnitub osa neist tsütoplasmavõrgustikule, osa jääb vabalt tsütoplasmasse ja neid leidub ka mitokondrites ja kloroplastides.
Väljaspool ribosoome valkude sünteesi ei toimu.
* Polüsoom-ühe mRNA molekuliga seotud ribosoomide kogum, mis sünteesivad sama aminohappelise järjekorraga valke.
GOLGI KOMPLEKS- membraansüsteem, mis meenutab põiekeste ja kanalite kogumit. Koosneb üksteise kohal paiknevatest kanalitest ja nendest eralduvatest põiekestest. Kõik osad on ümbritsetud kanalikestega. Golgi komplekse on loomarakkudes kuni kümmekond, taimerakkudes võib arv ulatuda kuni mõnesajani.
Ülesanneteks:

• Valkude lõplik töötlemine ja pakkimine
  
• Lüsosoomide teke
  
• Rakumembraani teke.
  

LÜSOSOOMID on ühekordse membraaniga ümbritsetud ensüümpõiekesed, milles lõhustatakse mitmesuguseid aineid(makromolekulid ja oma otstarbe kaotanud struktuure).
Lüsosoomid eralduvad Golgi kompleksi otstest ja on eraldatud membraaniga-primaarsed lüsosoomid. Primaarne lüsosoom ühineb toiduosakesega ja moodustub sekundaarne lüsosoom. Sekundaarne lüsosoom lagundab aine ja viib jäägid pinnale.
MITOKONDER asub ainult eukarüootsetes rakkudes ja tavaliselt jääb nende arv rakus tuhande piiresse. Muidugi sõltub arv vastavalt raku aktiivususele. Kõige rohkem leidub neid maksa ja lihasrakkudes. Kahekordse membraaniga ja sisemine membraan on suurem, kui välimine. Sisemembraan moodustad kurde ja sopistusi, mida nimetatakse harjakesteks e. kristadeks. Poolvedelat sisekeskkonda kutsutakse maatriksiks . Tal on oma DNA, RNA ja ribosoomid. Pooldub ja paljuneb rakust sõltumata, läbimõõduks 0.2-5 mikromeetrit.
Ülesandeks raku varustamine energiaga e. ATP süntees. Energia talletamine ATP kujul.
Mitokondrite teke on seotud endosümbioosi hüpoteesiga. Selle kohaselt on ürgne eukarüootne rakk all neelanud saakorganismi, kuid mingil põhjusel seda ei seeditud, vaid see säilis uues peremeesorganismis kui endosümbiont, mis edasise evolutsiooni käigus muutus rakuorganelliks.
PLASTIIDID on taimedele omased 4-6 mikromeetri suurused ovaalsed organellid, mis vastavalt pigmentidele annavad taimede eri osadele erineva värvuse

• Kloroplastid -klorofüll annab rohelise värvuse
  
• Kromoplastid - karotinoididest vastavalt kollasest kuni punakaspruunini värvuvad
  
• Leukoplastid-neil pole värvipigmente
  

*Kui klorofüll saab külma, siis ta laguneb ja teised pigmendid avalduvad =>punakas kromoplast
*Kromoplast saab ka kloroplastiks muutuda keemiliste tegurite (päikesekiirguse) toimel, kui kaovad karotinoidid ja tekivad klorofülli sisaldavad kromoplastid
*Plastiidid saavad üksteiseks üle minna!
Leukoplast tärklisega = amüloplast. Kartulis asuv amüloplast + päike –> mürgine solaniin ( idud , mugulad)
KLOROPLASTID asuvad raku membraani ääres. Neil on kahekordne membraan (sisemine, välimine) ja neid samuti seostatakse endosümbioosi hüpoteesiga. Paljunevad iseseisvalt, oma DNA ja RNA. Sisemuses paiknevad membraanidest moodustunud lamellid e. tülakoidid. Lamellikogumikud moodustavad graanid , mis on omavahel seotud klorofülli sisaldavate stroomatülakoididega. Strooma ise on neid ümbritsev vedel sisekeskkond.
Ülesandeks fotosüntees
VAKUOOLID on rakumahla mahutid ( membraaniga ümbritsetud põikesed, mis sisaldavad mitmesuguseid varu ja jääkaineid. Vakuoolid moodustuvad Golgi kompleksi põiekestest või tsütoplasmavõrgustikust ja liitudes moodustavad tsentraalvakuooli.
Ülesanded:

• Vee ja rakumahla säilitamine
  
• Turgori e. siserõhu tagamine
  

TSÜTOSKELETT Raku tugi- ja liikumissüsteem, mis on omapärane kõigile rakkudele.
Valgulised fibrillid, mis ühendavad kõiki osi. ( niitjad valgud-tugi ja liikumissüsteem) jaotus vastavalt valgulise kiu läbimõõdust.

• fibrillid
  
• Mikroflamendid
  
• tuubulid
  

Tsentrioolid täidavat rakus kaht eri funktsiooni:
1) tsentrosoomi koosseius on nad mikrotuubulite organisatsiooni tsentriks ,
2) viburite vōi ripsmetega varustatud rakus on nad aga basaalkehaks, kust vastavad moodustised välja kasvavad.
Vibur
* tsütoskeleti üks osa, moodustuvad mikrotuubulitest ( torujad , moodustavad spiraalse moodustise).
*vibur koosneb 9 paarist ringjalt paiknevatest tuubulitest ja kümnes paar on keskel.
* vibur kinnitub raku sisse basaalkeha abil, mille ehitus sarnaneb tsentrosoomi tsentriooliga.
Tsentrosoom -koosneb kahest tsentrioolist, mis paiknevad teineteise suhtes risti ja mille ülesandeks on kääviniitide (Kui rakk alustab mitootilist jagunemist, siis tsütoplasmas olevad tuubulid lagunevad laiali ning agregeeruvad uuesti, moodustades kääviniidistiku.) moodustamine raku jagunemise ajal. See organell on omane vaid loomrakkudel. Tsentriool koosneb 27 mikrotuubulist, mis paiknevad 9 kolmikuna.
RAKUTUUM Raku tuuma ümbritseb kahekihiline membraan, milles on poorid, mille kaudu toimub ainevahetus. Raku tuum on nähtav ainult interfaasi ajal.
Interfaas - periood kahe mitoosi (e. raku jagunemise) vahel. Aktiivselt tegutsemise aeg.
Mitoos-jagunemine
Interfaasi ajal on tuumas eristatav lahtikeerdunud kromosoomidest kromatiinaine, mis aub karüloplasmas. Karüloplasma sisaldab DNA-d, valke, RNA-d.
tuumakesed (≥1) – piirkond tuumas, kus toimub DNAlt RNA tootmine
Interfaasi lõpus toimub kromosoomide kahekordistumine ja kokkupakkimine. Muututvad valgusmikroskoobis nähtavaks.
KROMOSOOMID Igal liigil on kindel arv kromosoome.
DNA ja valgu ( histoonid ) molekulide kompleks, milles sisalduvad geenid määravad pärilikkuse tunnused.

• Koosneb kromotiididest – sisaldab ühte DNA molekuli => ühest DNA molekulist koosneb kromosoom
  

• kromatiin - lahti keerdunud kromosoomid, asuvad raku tuumas
  

• igal liigil on kindel arv kromosoome (inimesel 46 kromosoomi, mis jagatakse 23 paariks; paarilised kromosoomid = homoloogilised ), kromosoomide arv ja organismi arengutase pole seotud
  

• homoloogilised kromosoomid:
  1) sarnase ehituse ja suurusega kromosoomide paar, mis sisaldab samu pärilikke tunnuseid ja määravaid gene
  

2) mehe sugukromosoomid X ja Y pole homoloogilised, info on erinev, sest
üks kromosoom tuleb ühelt vanemalt, teine kromosoom aga teiselt .

• haploidne kromosoomistik – kõik kromosoomid ühes korduses, tähis n, nt sugurakud (23 kromosoomi)
  

• diploidne kromosoomistik – kõik kromosoomid kaheses korduses, tähis 2n, nt
  

kõik homoloogilised kromosoomid

• enamikul organismidel on sugurakkudes 2x vähem kromosoome kui keharakkudes (igas inimese muna/ seemnerakus on 23 kromosoomi)
  

• histoonid on peamised kromosoomivalgud päristuumsetes (DNA on kromosoomides seotud valkudega), nende ülesanded:
  
  • kaitsevad DNAd.
    
  • pakivad kromosoome raku jagunemise ajal kokku.
    

• Nukleosoomne fibrill – moodustub DNAst , mis on keerdunud ümber histoonide molekulidest koosnevate kerakeste (1 kromosoom koosneb 1 nuklesoomsest fibrillist)
  

• karüotüüp – isendile omane kromosoomide komplekt, milles on oluline kromosoomide arv, suurus ja struktuur
  

karüogramm – paariliste kromosoomide piltkujutis