Rakubioloogia (5)

Keskkool - Bioloogia - Bioloogia

5 VÄGA HEA

Rakubioloogia
RAKUBIOLOOGIA

RAKUÕPETUSE KUJUNEMINE

I periood - algab mikroskoobi leiutamisega

Jannsenid, Mezius, Lippersheim, Galilei. Termin mikroskoop Faberi poolt 1625 a. (mikros – väike; skopea – vaatama). Algselt oli see läätsedest kombineeritud suurendusvahend.

Inglise matemaatik R. Hook kirjeldas I korda rakku. Kasutas oma konstrueeritud mikroskoopi. Kõigepealt kirjeldas taimeraku kesta ja 1665 andis korgirakkude esmakirjelduse raamatus “Micrographia”.
II kirjeldaja oli A. v. Leeuwenhoek . Ta oli täielik iseõppija. Oma läätsed lihvis ta kõik ise (tal oli piisavalt raha) ja ta oli piisavalt uudishimulik. Vaatas rakke ja mikroorganisme nende loomulikus keskkonnas (I korda)

Bakterite ja ainuraksete esmakirjeldaja (vaatas veetilgas);

Vaatas ka hambakaabet;

Avastas erütrotsoidid ja spermatosoidid .
Oma embrüoloogilistelt vaadetelt oli animalkulist s.t arvas , et organism on valmiskujul spermatosoidi peas olemas. 1676…1696 saatis Londoni Kuninglikule Akadeemiale, seal tõlgiti hollandi keelest ära ja 1696 ilmus raamat “Looduse saladused”.
II periood - üldistused organismide ehituse kohta.

Grew poolt võeti kasutusele koe mõiste.

Sveitši füsioloog Haller väitis, et kõik organismid on kiulise ehitusega ( taimeanatoomia mõju all)
Venemaa sakslane Wolff väitis, et kõik organismid on kärgja ehitusega.
Oken väitis, et üks suur organism on elementaarsete organismide summa.
XIX s Lamarck “ zooloogia filosoofias” väitis, et rakuline kude on igasuguse bioloogilise organismi taseme aluseks.
1834 a Gorjaninov “Looduse süsteemis” väitis, et maailm jaguneb kaheks riigiks: vormitu molekul ja kindla vormiga rakuline riik.

Oli tehtud küllaltki mitmeid avastusi, ka üldistusi, kuid ühtne süsteem puudus. Põhjuseks valgus-mikroskoobi kehv kvaliteet. Arusaamine nähtuist jäi küllaltki madalale tasandile . Klassikaline näide on rakutuuma avastamine.

1784 a avastas Fontana angerja naha rakkudes tuuma

Arvati, et raku puhul on kõige olulisemaks näitajaks rakukest .

1827 a Dolland täiustas läätsede ja valgustussüsteemi ja mikroskoop muutus uurimise vahendiks .
Taasavastati rakutuum (See oligi eelduseks rakuteooria tekkele):

1830 loomarakkudes Purkinje poolt

1831 taimerakus Browni poolt

RAKUTEOORIA TEKE

Kolm Saksa uurijat : Schwann, Schleiden ja Virchow. Kõige suurem roll oli Schwanni töödel. 1839 mikroskoopilised uurimused loomade ja taimede struktuuride vastavusest. Ta tõi esile 4 seisukohta:

Kõikide organismide koed koosnevad rakkudest;

Rakud tekivad ühesugusel viisil;

Rakk on autonoomne bioloogiline ühik ja üksus;

Hulkrakne organism on rakkude summa.

Rakud tekivad rakkude sees ja rakkude vahelisest ainest.??? (1846 väitis Zibold, et ainuraksed organismid on hulkraksetest vabanenud ja vabalt elavad hulkraksete rakud.)
1838 Schleiden “Uurimusi fülogeneesist”. Tal oli 2 põhiseisukohta:

Rakkude jagunemisel on keskne osa rakutuumal;

Uued rakud tekivad olemasolevate sees.
Schleiden töötas ühe aasta ka Tartu Ülikoolis.
1855 R. Virchov (Saksa patoanatoom) “cellulaarpatoloogia”. Oli 3 põhipostulaati:

Rakk on elementaarne morfoloogiline element;

Väljaspool rakku elu ei esine;

Rakk pärineb rakust.

II etapp - rakustruktuuri täpsem uurimine fikseeritud rakuga.

1866 a sakslane Haeckel väitis, et rakutuum vastutab raku pärilike omaduste säilitamise ja edasiandmise eest.

1866-1888 kirjeldati mitoosi, meioosi, raku kromosoome ja nende osa raku jagunemisel.
1880-1883 plastiidide avastamine ja kirjeldamine
1898 Golgi kompleksi kirjeldus

III etapp – raku ehituse ja talitluse uurimine

1/3-l tegeleti juba kirjeldatud rakudetailide täpsema uurimisega ( enamat ei võimaldanud valgusmikroskoop)
1930-ndatest võeti kasutusele elektronmikroskoop ja:

olemasolevate struktuuride peenehituse tuvastamine

uute ultrastruktuuirde avastamine ( ribosoomid , EV, raku tsütoskelett)

1950-60-ndatest algab tänapäeva rakubioloogia areng s.t rakubioloogia on muutunud kompleksteadusharuks. Raku tasandil uuritakse kõiki eluavaldusi (pärilikkus, päriliku info realiseerimist jne)

IV etapp – koostöö mikrobioloogia , molekulaarbioloogia, biokeemia jt-ga.
Tänapäevase rakuteooria põhiseisukohad:

Rakk on elussüsteemi elementaarüksus. Kõik organismid on üles ehitatud rakkudest ja nende elutegevuse produktidest;

Eri organismide rakud on oma ehituselt homoloogilised. Rakkude ehitus ja talitlus on vastavalt kooskõlas;

Rakkude paljunemine toimub jagunemise teel;

Hulkraksed organismid kujutavad endast üksikute rakkude integratsioonil ja diferentseerumisel rajanevaid üksusi;

Kõik eluavaldused põhinevad rakkude elutegevusel. Rakk on väikseim autonoomne elusüksus.

RAKUBIOLOOGIA UURIMISMEETODID

Mikroskoopia

Valgusmikroskoop – kasuliku suurenduse määrab ära tal lahutusvõime (vähim kaugus 2 punkti vahel, millal need punktid on eraldi nähtavad). Valgusmikroskoobi puhul määrab lahutusvõime ära nähtav valgus (400-700 nm). Lahutusvõime on pool kasutatava valguse lainepikkusest s.o 200-350 nm e 0,2-0,35µm. Seetõttu saab näidata ainult suuremaid struktuure ( plastiidid , mitokondrid ), taimerakkude üldkuju.
Preparaadi valmistamise põhimõtted:jagatakse ajutisteks (valmistatakse koheselt kasutamiseks ja ei säilitata) ja püsipreparaadid.
Uuritava materjali ettevalmistus:

Fikseerimine (katkestatakse elupuhused protsessid) – tavaliselt formaliiniga;

Veetustamine – tehakse materjali ülekanne erineva alkoholi sisaldusega lahustesse;

Värvimine – saab teha looduslike, sünteetiliste värvidega, ka olmevärvidega (tint & tušš). Aluselise reaktsiooni värvid värvivad tuuma, happelise reaktsiooniga aga tsütoplasma.

Tsentrifuugimine
Eesmärk on raku erinevate struktuuride laialijaotamine tihedusgradiendis. Uuritavate rakustruktuuride segu allutatakse raskusjõu kiirendusele. Mida suurem on struktuurmass, seda pikema tee nad selles gradiendis läbivad. Saab eraldada tuumade, plastiidide, mitokondrite, ribosoomide ja membraanide fraktsioone .

Radioautograafia
Radioaktiivsete isotoopide kasutamine eesmärgiga kindlaks teha teatud ainete sünteesi koht ja aktiivsus. Radioaktiivne isotoop viiakse elupuhusesse koekultuuri, võetakse proov, see fikseeritakse radioaktiivne isotoop tuvastatakse (kasutatakse kas fotoemulsioonmeetodit (AgCl) või spetsiaalseid radioaktiivseid loendureid.

Rakkude kasvatamine koekultuuris
On kaks tasandit:

Taimerakkude puhul ilmneb organogenees, mis lõpeb taime väljakujunemisega;
Loomarakkude puhul rakkude biomassi saamisega . Eesmärk: rakkude saamine, uurimine muutuvates tingimustes. Oluline, et oleks kasvunõuetele vastav sööde (loomarakkudel keerulisem) ja kasvutingimused (tº, gaas , valgus jne).

Funktsionaalsed ja struktuurilised tunnused Kõiki rakke saab jaotada lähtudes nendest tunnustest:

Funktsionaalsed. Neid jaotatakse:

Reproduktiivne – põhineb molekulaarbioloogia põhipostulaatidel.
DNA
Replikatsioon - DNA süntees (kindlustab pärilikkusaine säilimise ja edasiandmise jagunemisel)
Transkriptsioon -RNA süntees (tagab päriliku info realiseerimise raku elutsükli vältel)
RNA
Translatsioon – valgusüntees
valk

Metaboolne (rakkude ainevahetus ) – mõistetakse raku ainevahetuseks vajalike ensüümide kordinatsiooni sünteesi ja talitlust. Avaldub peamiselt kas ensüümide valgu hulga regulatsiooniga rakus (transkriptsioon ja translatsioon) või olemas olevate ensüümide aktiivsuse regulatsioonil .

Piiristav - aluseks on biomembraanide olemas olu ning ainete valikuline liikumine läbi membraani. Tagab:

Raku sisekeskkonna biokeemilise individuaalsuse
Raku kui terviku reageerimise väliskeskkonnale

Need kolm süsteemi on omased kõikidele rakkudele!

Struktuurilised – 2 suurt rühma:

Prokarüoodid ( eeltuumsed )

Eukarüoodid (päristuumsed)
Ei saa tõmmata selget piiri, sest nt sinivetikad e tsüanobakterid on struktuurilt prokarüoodid, aga füsioloogilistelt põhiprotsessidelt (st FS) kuuluvad eukarüootide hulka. Nende FS-l eraldub vaba 02.

4. PÄRISTUUMNE RAKK

Vastavalt rakutüübile jagunevad elusorganismid prokarüootideks ja eukarüootideks.
Eukarüootne rakk on võrreldes prokarüootse rakuga tunduvalt suurem ning kompleksem. Lisaks tuumale, kus paikneb DNA, sisaldab ta erinevaid membraanseid ja mittemembraanseid rakuorganelle. Eukarüootsed organismid on enamasti multitsellulaarsed ning nende rakkude ehitus ja funktsioon on erinevates kudedes erinev. Raku üldstruktuur on kõigil juhtudel siiski sama.

Rakumembraan

Kõik biomembraanid rakus võib üldistatult jagada kahte rühma:

Välis- e piirdemembraan – plasmamembraan

Raku sisemembraanid
Nii sisemembraanid kui plasmamembraan on sarnase ehitusega, erinevus avaldub:

Membraani ehituskomponentide varieeruvuses (fosfolipiidide, valkude, oligisahhariidide, vitamiinide, kolesterooli vahekord on erinev);

Membraani ehituskomponentide spetsiifilisuses.
Elementaarmembraani ehitus:

Nad koosnevad fosfolipiidsest kaksikkihist, mis loob nii hüdrofiilse kui hüdrofoobse tsooni. Fosfolipiidi hüdrofoobse osa moodustavad 2 rasvhapete kõrvalahelat, hüdrofiilse osa moodustab aga laengut kandev pea.

Lipiididest esineb veel vähesel määral neutraalrasvu ja tsüklilisi lipiide (kolesterooli), mis loovad jäigad tasapinnalised alad. Kolesterooli leidub paljude rakkude membraanides. Eriti palju on teda imetaja rakkude membraanis kuid praktiliselt puudub prokarüootide membraanis. Taimeraku membraanides on 30- 50% lipiididest steroidid ( kolesterool ning teised

80% sisust ei kuvatud. Kogu dokumendi sisu näed kui laed faili alla