Raku ehituse konspekt (2)

Rakuteooria kujunemine
Rakud on mikroskoopiliste mõõtmetega. Tsütoloogia sünniks loetakse mikroskoobi sündi. Esimese mikroskoobi leiutas Robert Hook (valgusmikroskoop). Edasine tsütoloogia areng on võrdelises seoses mikroskoobi täienemisega. 1831. aastal jõuti arusaamani, et igas rakus on tuum ja see on raku oluline koostisosa .
Rakkude mitmekesisus
Üldise ehitusplaani alusel jaotatakse kogu elusloodus kaheks:

• Üherakulised
  
• Hulkraksed
  

Kõige väiksem üherakuline organism on mükoplasma (0,1 – 0,3 m). ta on nii väike, et teda valgusmikroskoobis näha ei õnnestu. Üherakulised rakud on nii väikesed, sest neil toimub aine-, energia- ja infovahetus keskkonnaga rakumembraani vahendusel. Selle juures on oluline membraani pindala ja sisekeskkonna vaheline suhe. Kui rakk on suur jääb ka suhe väiksemaks. Kui vahe on liiga suur, siis ei saa need protsessid korralikult toimuda. Suurimad rakud on lindude munarakud ehk munarebud. (Jaanalinnu munaraku läbimõõt on keskmiselt 5cm ja kaal 0,5 kg). Rakud võivad olla ümmargused, niitjad ja kruvi kujulised. Mõnel on ripsmed , mõnel on viburid , mõni on sile, mõni on ümbritsetud limaskestaga. Üherakulised on iseloomuliku väliskujuga, nii et mikroskoobi all on kerge ära tunda, kellega on tegu. Üherakuliste alla kuuluvad bakterid, algloomad ja pärmseened. Hulkraksetel sõltub kuju sellest, millisest koest on nad pärit. Hulkraksete kuju on kooskõlas nende talitlusega. Hulkraksete alla kuuluvad inimesed, loomad jne.
NB! Taime rakkudel on kindel korrapärane kuju sellepärast, et neid hoiab koos jäik rakukest.
Päristuumnerakk
Rakutuuma ehituse alusel jaotatakse rakud:

• Eeltuumsed ehk prokarüoodid – neil puudub piiritletud tuum. Esineb vähem organelle ja membraanseid struktuure. Nende suurus on 0,1 – 25 mikromeetrit. Sinna alla kuuluvad bakterid, sinikud , tsüaanobakterid ja aktinomütseedid.
  
• Päristuumsed ehk eukarüoodid – neil on tuum olemas. Need on ainuraksed ja hulkraksed organismid. Rakkude kuju on väga erinev. Suurus on 10 – 20
  

mikromeetrit. Päristuumsete alla kuuluvad looma-, taime-, seene- ja protisti rakud.
Millise koostisega on tsütoplasma?
Tsütoplasma on raku sees olev poolvedel aine. Selle peamiseks koostisosaks on vesi (60% - 90%). Vees lahustuvas paljud orgaanilised ja anorgaanilised ained. Enamus anorgaanilised ained katioonide ja anioonide kujul dissotsieerunud. Anorgaanilised ained osalevad paljudes keemilistes reaktsioonides ja tagavad raku sisekeskkonna püsiva pH. Tsütoplasmas on palju orgaanilisi ühendeid – aminohapped , nukleotiidid, sahhariidid ja orgaanilised happed . Tsütoplasmas on ka kõik biopolümeerid – valgud , nukleiinhapped. Peale selle on veel ainevahetuse produkte, pigmente, regulaatoreid ja gaase . Tsütoplasma on pidevas liikumises on seob rakuorganellid ühtseks tervikuks.
Milline on rakutuuma ehitus ja ülesanne?
Tuuma ümbris koosneb kahest membraanist. Membraanide sees on poorid , mille kaudu
toimub ainevahetus rakku ja rakust välja. Tuumamembraanid on sarnased teiste rakkude
membraanidega. Tuuma sisest plasmat nimetatakse karüoplasmaks ja see sisaldab DNA-d, valke, RNA-d jne. kromosoomid on raku olulisimad osad. Enamasti neid ei näe, sest nad on peeneteks niitideks lahti harutatud. Neid on näha ainult rakujagunemise ajal, sest siis pakitakse nad niivõrd kokku, et neid on võimalik eraldada. Tuumas on tuumakesed, kus toimub aktiivne rRNA süntees ja ribosoomide moodustamine. Rakutuum reguleerib kõiki rakus toimuvaid protsesse. Kui rakust eraldada tuum, siis raku ainevahetus aeglustub ja kaotab paljunemisvõime, mõne aja pärast rakk aga hukkub. Rakutuum puudub näiteks inimese küpsetes erütrotsüütides. Enamasti on rakus ainult üks tuum. Aga näiteks kaks tuuma on kingloomal ja vöötlihasrakk on hulktuumne.
Kui palju on rakkudes kromosoome ja milline on nende ehitus?
Kromosoomide arv ja kuju on ühe liigi piires muutumatu. Inimese igas keha rakutuumas on 46 kromosoomi, mida saab pärilikust määravate tunnuste geenide alusel jagada 23 paariks. Paarilisi nimetatakse homoloogideks. Mehesugukromosoomid ei ole homoloogilised , sest nad erinevad suuruse ja ei sisalda samu pärilikkuse geene. Kui inimese keharakkudes on 46 kromosoomi, siis muna- ja seemnerakkudes ainult 23 (nii on enamikel organismidel).
Rakumembraan
Membraan eraldab raku sisekeskkonna väliskeskkonnast, kaitseb teda kahjulike mõjutuste eest ja ühendab rakke omavahel.
Millise ehitusega on rakumembraan?
Rakumembraan koosneb fosfolipiiditest ja valkudest. Fosfolipiidid moodustavad kaks kihti ja valgud asetsevad hajutatult nende peal ja vahel, fosfolipiidide peal asetsevad oligosahhariidid . NB! LOOMARAKKUDEL ON KA FOSFOLIPPDIDE VAHEL KOLESTEROOLI. Massilt on valgud ja fosfolipiidid võrdsed. Päristuumsete rakkude sees on palju membraanseid struktuure. Nt. tsütoplasmat läbib membraanidest moodustunud kanalid, mis kokku moodustavad tsütoplasma võrgustiku (neid kanaleid pidi liiguvad ained raku ühest otsast teise). Peale selle õmbritseb membraan rakutuuma ja raku organelle.
Kuidas toimub ainete transport läbi rakumembraani?
Läbi raku membraani liiguvad ained (aktiivselt ja pasiivselt). Aktiivseks transpordiks on vaja energiat, passiivseks ei ole.

• Passiivne transport – toimud osmoosi, difusiooni või valkude abil. Osmoosi abil liiguvad vedelad ained. Nt vesi koos mineraalainetega taime juurtesse. Difusiooni abil liiguvad gaasid. Nt O2 ja CO2 difundeeruvad läbi õhulõhede. Valkude kanalite kaudu liiguvad muud väiksemad molekulid. Nt aminohapped. Joonis 3.20 lk57
  
• Aktiivne transport – toimub transport valkude abil, energiat saadakse makroergilistest ühenditest. (Joonis 3.20 lk 57). Peale selle on membraani ehituses retseptorvalgud , mis seovad raku väliskeskkonna molekulid ja selle tagajärjel toimub raku see keemiline reaktsioon. Nende valkude abil muutub raku talitus vastavalt välismõjutustele.
  

Rakuorganellid
Lisaks transpordile on raku tsütoplasmavõrgustik seotud mitmete ainevahtusprotsessidega.
Missuguste omadustega on tsütoplasmavõrgustik?
Eristatakse siledapinnalist- ja karedapinnalist tsütoplasmavõrgustikku. Siledapinnalisel tsütoplasmavõrgustiku membraanil asuvad ensüümid, mis sünteesivad lipiide ja sahhariide . (mille tulemusena moodustunud aine liiguvad mööda võrgustikku rakuosadesse. Karedapinnalisel tsütoplasmavõrgustikul asuvad ribosoomid , mis sünteesivad valke.
Milline on ribosoomide ehitus ja ülesanne?
Iga ribosoom koosneb kahest osast ja iga osa koosneb rRNAst ja valgu molekulist. (suurus 18-23 nm). Ühes rakus neid tuhandeid. Ribosoomid pannakse kokku tuumakeses, kust liiguvad läbi membraani pooride tsütoplasmasse ja kinnituvad seal tsütoplasmavõrgustikule. Ribosoomid sünteesivad valke. (valke sünteesitakse ainult ribosoomides). Ribosoomide hulk, mis seotud ühe mRNA molekuliga nim. polüsoomiks. (ribosoome sisaldavad ka suuremad raku organellid – mitokonder ja kloroplast. Seal sünteesitakse ainult nendele organellidele vajalikke valke.
Milline on lüsosoomide ehitus ja ülesanne?
Lüsosoomid on ühekordse membraaniga põiekesed, milles lõhustatakse aineid – makromolekule ja oma otstarbekaotanud rakustruktuure. Ühed lüsosoomid sisaldavad ensüüme, teised aga lagundatavaid aineid ja neid lõhustavaid ensüüme. Mõõtmed on lüsosoomidel erinevad, kuid jäävad tavaliselt mõne mikromeetri pikkusesse.
Milline on Golgi kompleksi ehitus ja ülesanne?
Golgi kompleks koosneb üksteise peal asetsevatest põiekestest ja neid ühendavatest kanalitest. Golgi kompleksi kõik osad on ümbritsetud membraaniga. ( loomarakkudes kümmekond, taime rakkudes paarsada). Golgi kompleksi satuvad ained läbi tsütoplasmavõrgustiku. Golgi kompleksis jõuab lõpule valku töötlemine ja nende pakkimine põiekestesse ja lüsosoomidesse. Lisaks osaleb Golgi kompleks rakumembraani uuendamises ja taimeraku rakukesta moodustamises.
Milline on mitokondrite ehitus ja ülesanne?
Mitokonder on ümar või pulkjas ja diameeter 0,2 – 5 m. mitokonder on ümbritsetud kahe membraaniga, sisemembraan moodustab kurde ja soppe, mida nimetatakse harjakesteks. Mitokondri sisemuses on DNA ja RNA molekule. DNA sisaldab geneetilist infot, mis vajalik RNA ja valkude sünteesiks. Mitokondris sünteesivad valke ribosoomid. Mitokondrite ülesanne on varustada rakku energiaga. Selleks viiakse mitokondris lõpule glüloosi ja teiste ainete lagundamine hapniku kaasabil. Selle protsessi käigus eraldub süsihappegaas ja saadud energiat kasutatakse makroergiliste ühendite (ATP) sünteesiks. Mitokondrite arv sõltub raku aktiivsusest, tavaliselt on neid rakus tuhat .
Tsütoskelett
Tsütoskelett osaleb raku kuju püsimises või muutumises, liikumises ja organellide ümberpaiknemises.
Missuguse ehitusega on tsütoskelett ja kuidas see talitleb ?
Tsütoskelett koosneb niitjatest valkudest – fibrillid , mikrofilamendid ja mikrotuubulid . Muutused nende valkude struktuuris põhjustab raku väliskuju ja organellide asukoha muutusi. Et raku kuju muutuks peavad valgud, kas lühenema või pikenema – see on keerukas ja vajab lisa energiat. Tsütoskelett moodustab tsütoplasmas võrkja struktuuri, mis on ühendatud rakumembraani, tuuma välismembraani, tsütoplasmavõrgustiku ja organellide vahel. Tsütoskeletti võib lugeda ka raku toe- ja liikumissüsteemiks.
Millised organellid seostuvad tsütoskeletiga?
Mikrotuubulid moodustavad tsentriooli. Kaks risti paiknevat tsentriooli moodustavad tsentrosoomi. Tsentrosoome on loomarakkudes ainult üks ja ta asub raku tuuma ligidal. Tsentrosoom on oluline raku jagunemisel, kuna temast lähtuvad kääviniidid (fibrillid). Kääviniidid osalevad kromosoomide jaotamisel tütarrakkude vahel. Bakteritel ja taimedel tsenrosoom puudub. Tsütoskeleti koostisesse kuuluvad valgud võimaldavad rakkudel muuta oma kuju.
Taimerakk
Päristuumsete organismide rakud saab jagada ehituse ja talituse alusel kolme rühma: looma-, taime- ja seenerakud . Kõiki neid ühendab tuuma olemasolu ja sarnased rakustruktuurid. Taimerakkude peamiseks erinevuseks on plastiidide ja suurte vakuoolide olemasolu. Peale selle on enamik rakumembraane ümbritsetud tiheda rakukestaga.
Missugune on rakukesta ehitus?
Taimeraku kesta põhiline koostisosa on tselluloos, lisaks sellele on kestas veel teisi biopolümeere (ligniin ja pektiin ) ja muid orgaanilisi ühendeid. Noore taimeraku kest on õhuke ja elastne, see võimaldab rakul kasvada ja areneda, kesta läbivad arvukas poorid. Vesi, mineraalid, gaasid ja madalmolekulaarsed ühendid sisenevad rakku osmoosi ja difusiooni teel. Kui rakk vananeb muutub kest paksemaks, vee sisaldus langeb ja poorid ahenevad , selle tulemusena muutub ainete ligipääs rakule järjest raksemaks ja mõne ajapärast rakk hävineb.
Mis tähtsus on raku kestal?
Rakukest piirab raku liikumist, paljude ainete kättesaamist ja põhjustab raku hävinemist. Ometigi on tal ka palju positiivseid omadusi:

• Tugifunktsioon – selle täitmisel on oluline osa tugikoe rakkudel. Tugikoe rakud moodustavad juhtkimbu (puidu-, niinekiud). Et juhtkimbud ulatuvad juurtest nii varte , kui lehtede otsteni, siis toetavad nad sellega kogu taime.
  
• Kaitsefunktsioon – puitunud varte peale tekib korkkude . Korkkoes paiknevad rakud tihedalt üksteise kõrval ja peal. Korkkoe kest on sedavõrd paksenenud, et täiskasvanud rakk on selle all hävinud, et korkkoel puuduvad poorid, siis saab taim vett ja gaase korkkoe sisse tekkinud lõhede kaudu. Lisaks korkkoele on ka korpkude. Põhimõte on sama.
  
• Transportfunktsioon – et taimedel vereringe puudub asendab seda juhtkude ( trahheed ja trahheiidid) – moodustunud rakukestadest. Omavahel ühinenud juhtkoe rakkude otsmised kestad lagunevad ja tekivad torujad moodustised. Tekkinud võrgustik ühendab taime organeid ja soodustab nende vahelist liikumist.
  

Milline plastiidide ehitus ja ülesanne?
Plastiidid on ovaalse kujuga taime organellid, mis annavad taimele värvuse vastavalt sisalduvale pigmendile. Eristatakse kolme:

• Kloroplaste – sisaldavad rohelist pigmenti klorofülli, on oluline fotosünteesis. Sellest tulenevalt asetsevad fotosünteesi organite rakkudes (lehed).
  
• Kromoplaste – annavad taimele kollase, oranzi või punase värvuse. Neid leidub ka lillede õites. Erk värv on teiste organismide ligi meelitamiseks. Nt. aitavad linnud kirsse süües hävitada seemneid.
  
• Leukoplaste – ei anna värvi, vaid on varuaine. Nt. kartulimugulate leukoplastidesse koguneb tärklis.
  

Missugune on kloroplasti ehitus?
Kloroplast on sarnane mitokondriga. Teda ümbritseb samuti membraan ja sisemuses moodustuvad kurrud ja sopid – lamellid . Lamellide membraanides on klorofülli molekulid, lisaks sellele on veel DNA, RNA ja valgu molekule. DNA sisaldab pärilikkuse infot kloroplastile omase RNA ja valkude sünteesiks. Kloroplastid sisaldavad ribosoome, mis sünteesivad talle vajalikke valke.
Mis ülesanne on vakuoolidel?
Vakuoolid on membraaniga ümbritsetud põiekesed, mis sisaldavad varu- ja jääkaineid. Vakuoolid moodustuvad Golgi kompleksi põiekestest või tsütoplasma võrgustikust – seetõttu lüsosoomide sarnased. Noortes taime rakkudes on mitu väikest vakuooli, raku vananedes need liituvad ja tekib üks suur – tsentraalvakuool . Vakuoolid on eelkõige taimeraku veemahutid, mis võivad sisaldada ka varuaineid. Mõnede taimede vakuoolides on loomi ligimeelitavaid aineid – suhkruid ja orgaanilisi happeid. Vakuoolidesse võivad koguneda ka ainevahetusjääproduktid, mis on taimetoidulistele loomadele ebameeldiva maitsega või isegi mürgised – kaitsekohastumus . Rohtsete vartega taimedel oluline osa siserõhul, et vakuoolides on lahustunud ainete kontsentratsioon kõrgem, kui ümbritsevas keskkonnas, siis tekib osmootne rõhk, mis avaldab survet, nii tsütoplasmale, kui ka rakumembraanile. Taime siserõhk – turgor . Veepuudusel kasutab taim ära osaliselt vakuoolides oleva vee, turgor langeb ja taim närbub. Kui taime kasta või vette panna, siis liigub vesi osmoosi teel uuesti vakuoolidesse ja turgot taastub .