Rakuteooria, raku ehitus (0)

BIOLOOGIA
I PT.
Tähtsad isikud –
Karl Ernst von Baer – Eesti päritolu Tartu ülikooli teadlane – avastas imetaja munaraku (järeldas, et loomorganismi areng saab alguse munarakust), oli loomade embrüoloogia rajaja.
Matthias Schleiden – uuris taimi ja avastas nende rakulise ehituse.
Theodor Schwann – uuris loomkudesid ja avastas nende rakulise ehituse. – kõik organismid on rakulise ehitusega
Rakuteooria põhiseisukohad:

• kõik organismid on rakulise ehitusega
  
• iga uus rakk saab alguse olemasolevast rakust selle jagunemise teel ( rakud tekivad ainult olemasolevatest rakkudest – mitterakulisest 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 ( teatava talitlusega organite ja kudede rakkudel on neile iseloomulik kuju ja ehitus)
  

Embrüoloogia - on teadus, mis käsitleb põhiliselt loomade ontogeneesi ehk isendiarenemise varaseimat, embrüonaalset ehk lootelist järku, osaliselt ka sellele eelnevat ja järgnevat järku.
Tsütoloogia – ehk rakuteadus. Bioloogiateadus, mis uurib rakkude ehitust ja talitlust, samuti rakujagunemise mehhanisme organismide eri kudedes ja organites. Sünniks võib lugeda Robert Hooke’i poolt valgusmikroskoobi leiutamist (XVII sajandi keskpaik ).
Uurib:

• rakusiseste struktuuride ehitust, talitlust, koostööd,
  
• rakkude paljunemist, kasvu, eristumist, surma, muutumist, seoseid ümbritseva keskkonnaga.
  

Wikipedia ütleb:
Tsütoloogia ehk rakubioloogia ehk rakuõpetus on bioloogia haru, milles mikroskoobi ja molekulaarbioloogiliste meetodite abil uuritakse rakku, et mõista bioloogilisi protsesse rakutasandil.
Peatähelepanu pööratakse raku kompartmentide, organellide ja teiste tähtsate koostisosade, nagu plasmamembraani, taimerakukesta ja tsütosooli uurimisele. Teised huvivaldkonnad on raku jagunemine, apoptoos, diferentseerumine , rakkudevaheline "kommunikatsioon", raku motiilsus ning rakukontaktid eukarüootidel.
Tsütoloogia on tihedas kontaktis biokeemia , molekulaarbioloogia, füsioloogia, arengubioloogia, botaanika , zooloogia ja immunoloogiaga. Peale selle on tsütoloogia seotud praegu aktuaalse kloonimise teemaga .
Loomorganismide ehituses on 4 põhilist koetüüpi
Epiteelkude – epiteelkoe rakud paiknevad tihedalt üksteise kõrval, rakuvaheaine peaaegu puudub. Epiteelkude moodustab naha pindmise osa ja ümbritseb siseorganeid. Ta kaitseb teisi kudesid keskkonnamõjutuste eest. Limaskestade epiteelkude eritab lima (näiteks ninaõõnes)

• Kattekude ehk epiderm ehk epidermis on taimede teatud koeliik - Epidermi peamine ülesanne on taime kaitsmine väliskeskkonna kahjulike tegurite, näiteks kuivamise ja mehaaniliste vigastuste eest. Epidermis on enamasti ühekihiline ega sisalda kloroplaste. Kihi moodustavad rakud on sageli paksude rakukestadega ja võivad sisaldada peale tselluloosi ka muid ehituselemente, näiteks räni. Epidermis olevate õhulõhede kaudu toimub taime gaasivahetus .Epidermi peale eritab taim kutiini, millest moodustub kutiikula . Taime juure epidermi nimetatakse epibleemiks.
  
• Kattekude ehk epiteelkude on loomade teatud koeliik. Epiteelkoe ülesandeks on katta teisi kudesid ja elundeid. Epiteelkoe rakud võivad olla väga mitmesuguse kujuga. Nende ühiseks omaduseks on paiknemine tihedalt üksteise kõrval ning rakuvaheainet on neis vähe. Kehapinda kattev epiteelkude kaitseb organismi väliskeskkonna kahjulike mõjutuste, ainete ja bakterite eest. Peale kehapinna vooderdab epiteelkude ka organismi sisekeskkonnas olevaid õõsi. Epiteelkude kuulub ka näärmete ehitusse. Epiteelkoe osa rakke on võimelised poolduma ja see tagab haavad suhteliselt kiire paranemise .
  

Sidekude – sidekoe rakud asetsevad hajusalt, enamasti ümbritseb neid palju rakuvaheainet. Siia alla kuuluvad näiteks luukude, rasvkude ja veri . Sidekude ühendab elundite koostisesse kuuluvad koed ühtseks tervikuks ja täidab ühtlasi ka kaitseülesannet.

• Veri on omapärane kude, sest tema rakuvaheaine on vedel. Veri koosneb vereplasmast ja vererakkudest. Vere põhiliseks ülesandeks on transportida toitaineid, hapnikku, süsihappegaasi ning lisaks ka teisi organismile vajalikke aineid. Verel on ka kaitsefunktsioon.
  

Lihaskude – lihaskoe rakud on pikliku kujuga ja sisaldavad valgulisi müofibrille. Viimased võimaldavad muuta rakkude mõõtmeid. Eristatakse skelettlihaste koostisesse kuuluvat vöötlihaskudet, siseelundite (näiteks soolestiku) ehituses olevat silelihaskudet ja südamelihaskudet. Närviimpulsi toimel lihasrakud lühenevad ning koos sellega tõmbuvad kokku ka nendest koosnevad lihased. Lihaskoe ülesandeks on tagada organismi enda liikumine ja ka organismi sees toimuvad liikumised.
Närvikude – närvikoe rakud ehk neuronid on varustatud pikkade jätketega. Närvikoest on moodustunud pea- ja seljaaju ning nendest lähtuvad närvid ja närvisõlmed (ganglionid). Närvikoele on omane erutuvus ja erutuse (närviimpulsi) juhtimine. Närvisüsteem ühendab neuraalse regulatsiooni teel organismi ühtseks tervikuks.
Tänapäeval binokulaarsed mikroskoobid (saab vaadata kahe silmaga), stereomikroskoobid, uuemad on elektronmikroskoobid (elektronvoog), mis võimaldavad avastada uusi rakustruktuure ja vaadelda nende siseehitust.
Mikrotoom - et lõigata võimalikult õhukesed lõigud.
II PT.
Üldise ehitusplaani alusel võime kogu eluslooduse jagada kaheks suureks rühmaks: üherakulisteks ja hulkrakseteks organismideks (erinevus rakkude arvus ja organismi suuruses). Üherakulistel organismidel toimub kogu aine- ja infovahetus ümbritseva keskkonnaga rakumembraani vahendusel. Kui membraani suhteline pindala jääb liiga väikeseks, häiruvad kõik nimetatud protsessid. Seetõttu ei saagi üherakulised organismid olla kuigi suured (amööb, kingloom , silmviburlane).
Hulkraksetes organismides sõltub rakkude kuju ja ehitus sellest, millisest koest nad pärinevad. Iga koe rakkude siseehitus ja väliskuju on kooskõlas nende talitlusega.
Taimerakkude korrapärane väliskuju tuleneb neid ümbritsevast jäigast rakukestast.
Loomarakus on olemas:
Mikrotuubulid – Päristuumses rakus esinevad valgulised torukesed, mis kuuluvad mõnede organellide (kääviniidid, vibur ) koostisesse.
Mitokonder – Kahemembraanne päristuumse raku organell , milles viiakse lõpuni glükoosi lagundamine. Varustab rakku ATP molekulidega. Väline membraan on sile ja omab kaitsefunktsiooni, sisemine membraan on kurruline, harjakestega, et suurendada mitokondri sisepinda (suurem reaktsioonipind hingamisreaktsioonideks).

• Varustab rakku energiaga (rakuhingamine)
  
• Sisaldab tuumast eraldiseisvat DNAd (võime sõltumatult paljuneda) ja ribosoome (võime valke sünteesida)
  
• Rakuga endosümbioos
  

Mitokondrite arv suureneb treenides ning väheneb vananedes . Kõige rohkem on mitokondreid lihasrakkudes ja maksarakkudes , vähe on mitokondreid rasvkoe rakkudes.
Tsentrosoom - Asub loomaraku tuuma läheduses, üksik organell. Koosneb kahest risti paiknevast silindrilisest tsentrioolist.

• Osaleb kääviniitide moodustumises, tagades kromosoomide lahknemise rakujagunemisel
  

Tsentriool – Loomaraku tsentrosoomi osa, mis kooseb 27-st valgulisest mikrotuubulist.
Rakumembraan – Ümbritseb kõiki rakke ja annab rakule kuju. Rakumembraan koosneb päristuumsetel rakkudel fosfolipiidsest kaksikkihist ja valkudest. Loomarakkude membraan sisaldab alati ka kolesterooli.

• Kaitseb rakku
  
• Seob organellid tervikuks
  
• Ühendab rakud kudedeks
  
• Reguleerib ainete transporti rakku ja rakust välja
  

Tsütoplasmavõrgustik - ehk endoplasmaatiline retiikulum (ER) on päristuumse raku tsütoplasmat läbiv membraanse ehitusega kanalikeste ja tsisternikeste süsteem, kus toimub ainete rakusisene liikumine. Eristatakse karedapinnalist- ning siledapinnalist tsütoplasmavõrgustikku.
Karedapinnaline tsütoplasmavõrgustik – ER pinnal paiknevad ribosoomid , kus toimub valgusüntees.
Siledapinnaline tsütoplasmavõrgustik – ER pinnal paiknevad ensüümid, mille abil toimub varuainete ( lipiidid , sahhariidid ) ja hormoonide süntees.
Golgi kompleks – Üksteise kohal asuvatest plaatjatest tsisternidest, põiekestest ja neid ühendavatest kanalitest, mis on membraaniga ümbritsetud koosnev päristuumse raku organell.

• Valkude töötlemise lõpetamine, pakkimine sekreedipõiekestesse ja lüsosoomidesse(valkude)
  
• Lüsosoomide moodustumine
  
• Membraani- ja kesta moodustumine
  

Tsütoplasma – Poolvedel raku sisaldis , mis koosneb peamiselt veest ja vees lahustunud ainetest (orgaanilised ühendid: aminohapped , nukleotiidid , mono -ja oligosahhariidid, org. happed ; biopolümeerid.). Pidevas liikumises.

• Seob organelle ja kindlustab nende koostöö, liidab nad ühtseks tervikuks
  
• Sisaldab varuaineid, pigmente
  

Lüsosoom - Ühekordse membraaniga ümbritsetud põiekesed.

• Surnud ja mittevajalike organellide ja ainete (makromolekulide, fagotsüteeritud aineosakeste, otstarbe kaotanud rakustruktuuride) lagundamine
  
• Rakusisene seedimine
  

Lüsosoomid tagavad ka emaka taandarengu sünnitusejärgselt. Metabolismi nälgides. Kudede ümberkujundamine moondega arengu korral.
Tuum
Rakutuum - Tuum paikneb raku keskosas ja on ümbritsetud kahekordse poorse membraaniga.

• Juhib raku elutegevust
  
• Säilitab päriliku informatsiooni ( kromosoomid - enne raku jagunemist, kromatiin - kui kromosoomid on lahti keerdunud ).
  

Ribosoomid – Nii eel- kui ka päristuumse raku tsütoplasmas esinev organell, mis on kaheosaline – mõlemad koosnevad rRNA ja valgu molekulidest. Ribosoomides toimub valgusüntees. Ribosoomid pannakse kokku tuumakestes. Siis liiguvad tsütoplasmasse ja kinnituvad tsütoplasmavõrgustikku. Ribosoomide kogumik – polüsoom. (sisaldub ka mitokondrites, kloroplastides).
Tsütoskelett - Valgulistest fibrillidest võrk, mis läbib päristuumse raku tsütoplasmat. Raku tugi- ja liikumissüsteem, mis osaleb rakkude kuju püsimises või muutumises, nende liikumises ja organellide ümberpaiknemises. Ühendab omavahel rakumembraani, tuuma välismembraani, tsütoplasmavõrgustikku ja enamiku rakuorganelle.
III PT.
Rakutuuma olemasolu alusel jaotatakse elusorganismid :

• prokarüoodid (eeltuumsed) – bakterid – arhebakterid, mükoplasmad, purpurbakterid, tsüanobakterid; erütrotsüüdid (küpsetes)
  
• eukarüoodid (päristuumsed) - algloomad (protistid), taimed, seened, loomad. Raku sisemus on täidetud poolvedela tsütoplasmaga,milles leidub mitmesuguseid organelle. Rakkude kromosoomides on DNA seotud valkudega (peamiseks histoonid – kaitsevad DNA-d, aitavad kromosoome rakujagunemise ajal kokku pakkida). DNA, mis on keerdunud ümber histoonide molekulidest koosnevate kerakeste, moodustab nendega nukleosoomse fibrilli. Ühe kromosoomi moodustab histoonide ja teiste valkudega seotud üks DNA molekul . Üks kromosoom koosneb
  

Prokarüootide ja eukarüootide sarnasused

• sisaldavad DNAd ja ribosoome
  
• ümbritsetud membraaniga
  
• sisaldavad tsütoplasmat
  
• elus
  

Prokarüootide ja eukarüootide erinevused

• prokarüootidel puudub rakutuum
  
• prokarüootidel puuduvad membraansed organellid, mis eukarüootidel esinevad
  
• prokarüoodid koosnevad ühest rakust, eukarüoodid võivad olla nii ainu- kui ka hulkraksed
  
• prokarüoodid on primitiivsemad ja väiksemad kui eukarüoodid
  

Suurim rakk on jaanalinnu munarakk . Väikseim rakk on bakter mükoplasma. Väga pikad rakud on vöötlihasrakud ja närvirakud.
Viirused ei kuulu kumbagi rühma, sest ei ole rakulise ehitusega.
Karüoplasma – tuumasisene plasma , mis sisaldab DNA-d, valke, RNA-d, jt. madalmolekulaarseid ühendeid)
Paarilised kromosoomid ehk homoloogilised kromosoomid – sisaldavad samu pärilikke tunnuseid määravaid geene. (erandi moodustavad mehe sugukromosoomid X ja Y)
Sugurakkudes on igast paarist 1 kromosoom
IV PT.
Iga rakk on ümbritsetud rakumembraaniga.
Membraan eraldab raku sisekeskkonda väliskeskkonnast, kaitseb seda kahjulike mõjutuste eest ja ühendab rakke omavahel. Selle vahendusel toimub aine-, energia- ja infovahetus raku ja väliskeskkonna vahel.
Passiivne transport – ei nõua energiakulu. Võimalusteks on difusioon (aine või energia ülekandumist kõrge kontsentratsiooniga piirkonnast madala kontsentratsiooniga piirkonda. Difusiooniprotsess toimub kõikide agregaatolekutega keskkondades – tahkistes, vedelikes, gaasides ja plasmas; difundeerub hapnik verre ja süsihappegaas verest välja; taimede puhul toimub enamasti vastupidine protsess) ja osmoos . Osa rakumembraani koostisesse kuuluvatest valkudest on varustatud kanalikestega, mille kaudu toimub väiksemate molekulide liikumine rakku ja sealt välja. Kui protsessiks ei kulutata täiendavat energiat, siis on see molekulide passiivse transpordi üks vormidest .
Aktiivseks transpordiks vajatakse täiendavat energiat. Seda saadakse energiarikastest ühenditest. Võimalusteks on fagotsütoos ja kanalite avamise/ sulgemine transportvalkude poolt. Transportvalgud juhivad läbi membraani kindlaid ühendeid.
Retseptorvalgud osalevad raku infovahetuses väliskeskkonnaga, seovad rakku ümbritsevast keskkonnast eri molekule (nt. hormoone) ja vallandavad seejärel mitmesuguseid rakusiseseid biokeemilisi rektsioone.
VII PT.
Taimeraku ehitus:
Mitokonder
Lüsosoom
Golgi kompleks
Rakutuum
Tuumake
Tsütoplasmavõrgustik
Ribosoomid
Rakumembraan
Rakukest – põhiline koostisosa on tselluloos (jt. biopolümeerid). Kesta läbivad arvukad poorid . Tugifunktsioon , millel on eriti oluline roll tugikoe rakkudel. Sõnajalg- paljasseemne- ja katteseemnetaimedel kuuluvad tugikoe rakud juhtkimpude ehitusse, kus nad moodustavad puidu- ja niinekiudusid. Kuna juhtkimbud ulatuvad juurtest kuni varreni ja lehtedeni, toestavad nad sellega kogu taime. Kest loob nii vastupidava süsteemi, et kõge suuremate mõõtmetega elusorganismide esindajad ongi taimeriigist.
Kaitsefunktsioon, sest rakukesta koostisesse kuuluvad tselluloos jt. biopolümeerid on väga vastupidavad kliima- ja mehhaanilistele teguritele. Puitunud varte välispinnale moodustub kaitsefunktsiooniks korkkude – kest on sedavõrd paksenenud, et tsütoplasma on koos organellidega hävinud. Puuduvad poorid, nende asemel (gaasivahetuseks) lõved, mis asendavad õhulõhesid. Ka korp koosneb surnud rakkudest.
Transpordifunktsiooni täidavad lagunenud juhtkoe kestadest tekkinud pikad torujad moodustised, mis koos juhtkimpudega soodustab ainete liikumist. (alt-üles liiguvad min. Ained, kiire liikumine puiduosas; ülevalt-alla liiguvad org. Ained, liikumine toimub niineosas elastsete rakkude sõeltorudes, aeglane)
Tsentraalvakuool – Membraaniga ümbritsetud põiekesed ehk väikesed vakuoolid, mis moodustuvad Golgi kompleksi põiekestest või tsütoplasmavõrgustikust. Väikestest vakuoolidest ajapikku moodustub kokku suur tsentraalvakuool. See on rakumahlamahuti, mis võib sisaldada erinevaid varu-, toit- ja jääkaineid. Sisaldavad pigmente, andotsüaane, millest õied võivad saada lilla- roosa -sinise värvuse. Lahuse konsentratsioon on kõrgem, kui ümbritsevas keskkonnas, seetõttu on osmootne rõhk, siserõhk ehk turgor .
Plastiidid – kloroplastid (rohelised, sisaldavad klorofülli, mis on vajalik fotosünteesiks – suhkrute moodustumine süsihappegaasist ja veest valgusenergia abil; lehtedes); kromoplastid (sisaldavad karotinoide , põhjustab erinevaid värvusi, punane, kollane, oranž – meelitusfunktsioon; viljades, kroonlehtedes); leukoplastid (valged varuainete, tärklise tõttu – säsi, semned, maa-alused organid )
Kloroplast – ehituselt sarnane mitokondriga – ümbritsetud 2 membraaniga, sisemembraanil sopistused, nendest lamellid, DNA, RNA ja valgu molekulid; endosümbioos