Rakk on kõigi elusolendite põhielement, seetõttu on sellele omased kõik elusorganismide omadused: väga korrastatud struktuur, mis saab väljast energiat ja kasutab seda töö tegemiseks ja korra säilitamiseks, ainevahetus, aktiivne reaktsioon bioloogilise informatsiooni stimuleerimisele, kasvule, arengule, paljunemisele, paljunemisele ja järglastele edasiandmisele, taastumisele (kahjustatud struktuuride taastamisele), keskkonnaga kohanemisele.

Saksa teadlane T. Schwann lõi 19. sajandi keskel rakuteooria, mille põhisätted andsid tunnistust sellest, et kõik koed ja elundid koosnevad rakkudest; taime- ja loomarakud on oma olemuselt sarnased, kõik tekivad ühtemoodi; organismide aktiivsus on üksikute rakkude elutegevuse summa. Suur Saksa teadlane R. Virchow avaldas suurt mõju rakuteooria edasisele arengule ja üldse rakuteooriale. Ta mitte ainult ei toonud kokku kõik arvukad erinevad faktid, vaid näitas ka veenvalt, et rakud on pidev struktuur ja tekivad ainult paljunemise teel.

Rakuteooria kaasaegses tõlgenduses sisaldab järgmisi põhisätteid: rakk on elava universaalne elementaarüksus; kõigi organismide rakud on oma struktuurilt, funktsioonilt ja keemiliselt koostiselt põhimõtteliselt sarnased; rakud paljunevad ainult algse raku jagamisel; mitmerakulised organismid on keerulised rakusõlmed, mis moodustavad terviklikke süsteeme.

Tänu kaasaegsetele uurimismeetoditele kaks peamist tüüpi rakke: keerukamalt organiseeritud, tugevalt diferentseerunud eukarüootsed rakud (taimed, loomad ja mõned algloomad, vetikad, seened ja samblikud) ja vähem keerukalt organiseeritud prokarüootsed rakud (sinivetikad, aktinomütseedid, bakterid, spiroheedid, mükoplasmad, riketsiad, klamüüdia).

Erinevalt prokarüootsest rakust on eukarüootsel rakul tuum, mis on piiratud kahekordse tuumamembraaniga, ja suur hulk membraaniorganelle.

TÄHELEPANU!

Rakk on elusorganismide peamine struktuurne ja funktsionaalne üksus, mis teostab kasvu, arengut, ainevahetust ja energiat, säilitab, töötleb ja realiseerib geneetilist teavet. Morfoloogia seisukohalt on rakk kompleksne biopolümeeride süsteem, mis on väliskeskkonnast plasmamembraaniga (plasmolemma) eraldatud ning mis koosneb tuumast ja tsütoplasmast, milles paiknevad organellid ja inklusioonid (graanulid).

Milliseid rakke seal on?

Rakud on oma kuju, struktuuri, keemilise koostise ja ainevahetuse olemuse poolest mitmekesised.

Kõik rakud on homoloogsed, st. omavad mitmeid ühiseid struktuurseid tunnuseid, millest põhifunktsioonide täitmine sõltub. Rakke iseloomustab struktuuri, ainevahetuse (ainevahetus) ja keemilise koostise ühtsus.

Samal ajal on erinevatel rakkudel ka spetsiifiline struktuur. See on tingitud nende erifunktsioonide täitmisest.

Raku struktuur

Ultramikroskoopiline raku struktuur:

1 - tsütolemma (plasmamembraan); 2 - pinotsüütilised vesiikulid; 3 - tsentrosoomi rakukeskus (tsütokeskus); 4 - hüaloplasma; 5 - endoplasmaatiline retikulum: a - granulaarse retikulumi membraan; b - ribosoomid; 6 - perinukleaarse ruumi ühendus endoplasmaatilise retikulumi õõnsustega; 7 - südamik; 8 - tuumapoorid; 9 - mitteteraline (sile) endoplasmaatiline retikulum; 10 - nukleool; 11 - sisevõrgu aparaat (Golgi kompleks); 12 - sekretoorsed vakuoolid; 13 - mitokondrid; 14 - liposoomid; 15 - fagotsütoosi kolm järjestikust etappi; 16 - rakumembraani (tsütolemma) ühendus endoplasmaatilise retikulumi membraanidega.

Raku keemia

Rakk sisaldab enam kui 100 keemilist elementi, neist neli moodustavad umbes 98% massist, need on organogeenid: hapnik (65-75%), süsinik (15-18%), vesinik (8-10%) ja lämmastik. (1, 5-3,0%). Ülejäänud elemendid jagunevad kolme rühma: makrotoitained – nende sisaldus organismis ületab 0,01%; mikroelemendid (0,00001-0,01%) ja ultramikroelemendid (alla 0,00001).

Makrotoitainete hulka kuuluvad väävel, fosfor, kloor, kaalium, naatrium, magneesium, kaltsium.

Mikroelementidele - raud, tsink, vask, jood, fluor, alumiinium, vask, mangaan, koobalt jne.

Ultramikroelemendid - seleen, vanaadium, räni, nikkel, liitium, hõbe ja rohkem. Vaatamata väga madalale sisaldusele on mikroelementidel ja ultramikroelementidel väga oluline roll. Need mõjutavad peamiselt ainevahetust. Ilma nendeta on iga raku ja organismi kui terviku normaalne toimimine võimatu.

Rakk koosneb anorgaanilistest ja orgaanilistest ainetest. Anorgaaniliste hulgas on suurim kogus vett. Suhteline vee hulk puuris on 70–80%. Vesi on universaalne lahusti, selles toimuvad rakus kõik biokeemilised reaktsioonid. Vee osalusel toimub soojusregulatsioon. Vees lahustuvaid aineid (soolad, alused, happed, valgud, süsivesikud, alkoholid jne) nimetatakse hüdrofiilseteks. Hüdrofoobsed ained (rasvad ja rasvataolised) ei lahustu vees. Muud anorgaanilised ained (soolad, happed, alused, positiivsed ja negatiivsed ioonid) jäävad vahemikku 1,0–1,5%.

Orgaanilistest ainetest on ülekaalus valgud (10–20%), rasvad või lipiidid (1–5%), süsivesikud (0,2–2,0%), nukleiinhapped (1–2%). Madala molekulmassiga ainete sisaldus ei ületa 0,5%.

Valgumolekul on polümeer, mis koosneb suurest hulgast korduvatest monomeeriühikutest. Aminohappevalgu monomeerid (neist 20) on omavahel seotud peptiidsidemetega, moodustades polüpeptiidahela (valkude esmane struktuur). See keerdub spiraaliks, moodustades omakorda valgu sekundaarse struktuuri. Polüpeptiidahela teatud ruumilise orientatsiooni tõttu tekib valgu tertsiaarne struktuur, mis määrab valgu molekuli spetsiifilisuse ja bioloogilise aktiivsuse. Mitmed tertsiaarsed struktuurid ühinevad üksteisega, moodustades kvaternaarse struktuuri.

Valgud täidavad olulisi funktsioone. Ensüümid – bioloogilised katalüsaatorid, mis suurendavad keemiliste reaktsioonide kiirust rakus sadu tuhandeid kordi, on valgud. Valgud, mis on osa kõigist rakustruktuuridest, täidavad plastilist (ehituslikku) funktsiooni. Valgud teostavad ka rakkude liikumist. Need tagavad ainete transpordi rakku, rakust ja raku sees. Valkude (antikehade) kaitsefunktsioon on oluline. Valgud on üks energiaallikatest.Süsivesikud liigitatakse monosahhariidideks ja polüsahhariidideks. Viimased on üles ehitatud monosahhariididest, mis nagu aminohappedki on monomeerid. Rakus leiduvatest monosahhariididest on olulisemad glükoos, fruktoos (sisaldab kuut süsinikuaatomit) ja pentoos (viis süsinikuaatomit). Pentoosid on osa nukleiinhapetest. Monosahhariidid lahustuvad vees hästi. Polüsahhariidid lahustuvad vees halvasti (loomarakkudes glükogeen, taimerakkudes tärklis ja tselluloos. Süsivesikud on energiaallikas, komplekssüsivesikud kombineerituna valkudega (glükoproteiinid), rasvad (glükolipiidid), osalevad rakupindade moodustamises ja rakkude vastasmõjus. .

Lipiidide hulka kuuluvad rasvad ja rasvataolised ained. Rasvade molekulid on üles ehitatud glütseroolist ja rasvhapetest. Rasvalaadsete ainete hulka kuuluvad kolesterool, mõned hormoonid, letsitiin. Lipiidid, mis on rakumembraanide põhikomponendid, täidavad seeläbi ehitusfunktsiooni. Lipiidid on kõige olulisemad energiaallikad. Niisiis, kui 1 g valgu või süsivesikute täielikul oksüdatsioonil vabaneb 17,6 kJ energiat, siis 1 g rasva täielikul oksüdeerumisel - 38,9 kJ. Lipiidid teostavad termoregulatsiooni, kaitsevad elundeid (rasvakapslid).

DNA ja RNA

Nukleiinhapped on nukleotiidide monomeeridest moodustunud polümeersed molekulid. Nukleotiid koosneb puriin- või pürimidiinalusest, suhkrust (pentoosist) ja fosforhappe jäägist. Kõigis rakkudes on kahte tüüpi nukleiinhappeid: desoksüribonuleiinhape (DNA) ja ribonukleiinhape (RNA), mis erinevad aluste ja suhkrute koostise poolest.

Nukleiinhapete ruumiline struktuur:

(vastavalt B. Albertsi et al., muudetud kujul) I - RNA; II - DNA; lindid - suhkru-fosfaadi selgroog; A, C, G, T, U - lämmastikku sisaldavad alused, nendevahelised võred - vesiniksidemed.

DNA molekul

DNA molekul koosneb kahest polünukleotiidahelast, mis on topeltheeliksi kujul üksteise ümber keerdunud. Mõlema ahela lämmastikualused on omavahel ühendatud komplementaarsete vesiniksidemetega. Adeniin ühineb ainult tümiiniga ja tsütosiin guaniiniga (A - T, G - C). DNA sisaldab geneetilist teavet, mis määrab rakus sünteesitud valkude spetsiifilisuse ehk aminohapete järjestuse polüpeptiidahelas. DNA pärib kõik raku omadused. DNA-d leidub tuumas ja mitokondrites.

RNA molekul

RNA molekul moodustub ühest polünukleotiidahelast. Rakkudes on kolme tüüpi RNA-d. Informatiivne ehk messenger RNA tRNA (inglise keelest messenger - "mediaator"), mis edastab informatsiooni DNA nukleotiidjärjestuse kohta ribosoomidesse (vt allpool). Transpordi RNA (tRNA), mis kannab aminohappeid ribosoomi. Ribosomaalne RNA (rRNA), mis osaleb ribosoomide moodustamises. RNA sisaldub tuumas, ribosoomides, tsütoplasmas, mitokondrites, kloroplastides.

Nukleiinhappe koostis.

Kamber

A. Lehningeri järgi elavate süsteemide mõiste seisukohalt.

Elusrakk on isotermiline süsteem orgaanilistest molekulidest, mis on võimelised isereguleeruma ja isepaljunema, ammutades keskkonnast energiat ja ressursse.

Rakus toimub suur hulk järjestikuseid reaktsioone, mille kiirust reguleerib rakk ise.

Rakk hoiab end statsionaarses dünaamilises olekus, mis pole kaugel keskkonnaga tasakaalust.

Rakud toimivad komponentide ja protsesside minimaalse tarbimise põhimõttel.

See. rakk on elementaarne elav avatud süsteem, mis on võimeline iseseisvalt eksisteerima, paljunema ja arenema. See on kõigi elusorganismide elementaarne struktuurne ja funktsionaalne üksus.

Rakkude keemiline koostis.

Mendelejevi perioodilise süsteemi 110 elemendist leidub inimkehas pidevalt 86. Neist 25 on normaalseks eluks vajalikud ja 18 neist on hädavajalikud ja 7 on kasulikud. Vastavalt protsendile rakus jagatakse keemilised elemendid kolme rühma:

Makrotoitained Peamised elemendid (orgaanilised ained) on vesinik, süsinik, hapnik, lämmastik. Kontsentratsioon: 98 - 99,9%. Need on raku orgaaniliste ühendite universaalsed komponendid.

Mikroelemendid - naatrium, magneesium, fosfor, väävel, kloor, kaalium, kaltsium, raud. Nende kontsentratsioon on 0,1%.

Ultramikroelemendid - boor, räni, vanaadium, mangaan, koobalt, vask, tsink, molübdeen, seleen, jood, broom, fluor. Need mõjutavad ainevahetust. Nende puudumine on haiguste põhjuseks (tsink - suhkurtõbi, jood - endeemiline struuma, raud - kahjulik aneemia jne).

Kaasaegne meditsiin teab vitamiinide ja mineraalide negatiivse koostoime fakte:

Tsink vähendab vase imendumist ja konkureerib imendumise eest raua ja kaltsiumiga; (ja tsingipuudus põhjustab immuunsüsteemi nõrgenemist, mitmeid sisesekretsiooninäärmete patoloogilisi seisundeid).

Kaltsium ja raud vähendavad mangaani imendumist;

E-vitamiin on halvasti ühendatud rauaga ja C-vitamiin B-vitamiinidega.

Positiivne vastastikune mõju:

E-vitamiin ja seleen, samuti kaltsium ja K-vitamiin toimivad sünergiliselt;

D-vitamiin on vajalik kaltsiumi imendumiseks;

Vask soodustab imendumist ja suurendab raua kasutamise efektiivsust organismis.

Raku anorgaanilised komponendid.

Vesi- raku kõige olulisem komponent, elusaine universaalne dispersioonikeskkond. Maapealsete organismide aktiivsed rakud on 60–95% vett. Puhkerakkudes ja kudedes (seemned, eosed) on vett 10 - 20%. Vesi rakus on kahel kujul – vaba ja seotud rakuliste kolloididega. Vaba vesi on protoplasma kolloidsüsteemi lahusti ja dispersioonikeskkond. Selle 95%. Seotud vesi (4–5%) kogu rakuveest moodustab valkudega hapraid vesinik- ja hüdroksüülsidemeid.

Vee omadused:

Vesi on mineraalioonide ja muude ainete looduslik lahusti.

Vesi on protoplasma kolloidsüsteemi hajutatud faas.

Vesi on rakkude ainevahetuse reaktsioonide keskkond, sest füsioloogilised protsessid toimuvad eranditult veekeskkonnas. Tagab hüdrolüüsi, hüdratatsiooni, turse reaktsioonid.

Osaleb paljudes raku ensümaatilistes reaktsioonides ja moodustub ainevahetuse protsessis.

Vesi on taimede fotosünteesi käigus vesinikioonide allikas.

Vee bioloogiline tähtsus:

Enamik biokeemilisi reaktsioone toimub ainult vesilahuses, paljud ained sisenevad ja eemaldatakse rakkudest lahustunud kujul. See iseloomustab vee transpordifunktsiooni.

Vesi tagab hüdrolüüsireaktsioonid - valkude, rasvade, süsivesikute lagunemise vee toimel.

Tänu suurele aurustumissoojusele jahutatakse keha. Näiteks higistamine inimestel või transpiratsioon taimedes.

Vee kõrge soojusmahtuvus ja soojusjuhtivus aitavad kaasa soojuse ühtlasele jaotumisele rakus.

Tänu haardumisjõududele (vesi - pinnas) ja sidususjõududele (vesi - vesi) on veelel kapillaarsuse omadus.

Vee kokkusurumatus määrab ümarusside rakuseinte (turgori) pingeseisundi, hüdrostaatilise skeleti.

Kamber- elu elementaarne ühik Maal. Sellel on kõik elusorganismile omased omadused: ta kasvab, paljuneb, vahetab keskkonnaga aineid ja energiat ning reageerib välistele stiimulitele. Bioloogilise evolutsiooni algust seostatakse rakuliste eluvormide tekkega Maal. Üherakulised organismid on rakud, mis eksisteerivad üksteisest eraldi. Kõikide hulkrakseliste organismide – loomade ja taimede – keha on üles ehitatud enam-vähem rakkudest, mis on omamoodi ehitusplokid, mis moodustavad keeruka organismi. Sõltumata sellest, kas rakk on terviklik elussüsteem – eraldiseisev organism või ainult osa sellest, on see varustatud kõikidele rakkudele ühiste tunnuste ja omadustega.

Raku keemia

Rakkudest leiti umbes 60 elutust loodusest leitud Mendelejevi perioodilise süsteemi elementi. See on üks tõendeid elava ja eluta looduse ühisusest. Elusorganismides kõige levinum vesinik, hapnikku, süsinik ja lämmastik, mis moodustavad umbes 98% raku massist. Selle põhjuseks on vesiniku, hapniku, süsiniku ja lämmastiku keemiliste omaduste iseärasused, mille tulemusena osutusid need kõige sobivamateks bioloogilisi funktsioone täitvate molekulide moodustamiseks. Need neli elementi on võimelised moodustama väga tugevaid kovalentseid sidemeid kahele aatomile kuuluvate elektronide sidumise kaudu. Kovalentselt seotud süsinikuaatomid võivad moodustada lugematu arvu erinevate orgaaniliste molekulide raamistikke. Kuna süsinikuaatomid moodustavad kergesti kovalentseid sidemeid hapniku, vesiniku, lämmastiku ja ka väävliga, saavutavad orgaanilised molekulid erakordse keerukuse ja struktuurilise mitmekesisuse.

Lisaks neljale põhielemendile sisaldab rakk märgatavates kogustes (10. ja 100. protsendi murdosa) raud, kaalium, naatrium, kaltsium, magneesium, kloor, fosforit ja väävel... Kõik muud elemendid ( tsink, vask, jood, fluor, koobalt, mangaan ja teised) on rakus väga väikestes kogustes ja seetõttu nimetatakse neid mikroelementideks.

Keemilised elemendid on osa anorgaanilistest ja orgaanilistest ühenditest. Anorgaaniliste ühendite hulka kuuluvad vesi, mineraalsoolad, süsinikdioksiid, happed ja alused. Orgaanilised ühendid on valgud, nukleiinhapped, süsivesikuid, rasvad( lipiidid) ja lipoidid.

Mõned valgud sisaldavad väävel... Nukleiinhapete lahutamatu osa on fosforit... Hemoglobiini molekul sisaldab raud, magneesium osaleb molekuli ehituses klorofüll... Vaatamata ülimadalale sisaldusele elusorganismides mängivad mikroelemendid olulist rolli elutähtsates protsessides. Jood osa kilpnäärme hormoonist - türoksiinist, koobalt- vitamiini B 12 koostises sisaldab kõhunäärme saarekeste hormooni - insuliini tsink... Mõnes kalas asendab vask hapnikku kandvates pigmendimolekulides raua.

Anorgaanilised ained

Vesi

H 2 O on elusorganismides kõige levinum ühend. Selle sisaldus erinevates rakkudes varieerub üsna suures ulatuses: 10%-st hammaste emailis kuni 98%-ni meduuside kehas, kuid keskmiselt moodustab see umbes 80% kehamassist. Vee ülimalt oluline roll elutähtsate protsesside tagamisel tuleneb selle füüsikalis-keemilistest omadustest. Molekulide polaarsus ja vesiniksidemete moodustamise võime muudavad vee hea lahusti väga paljudele ainetele. Enamik rakus toimuvatest keemilistest reaktsioonidest saab toimuda ainult vesilahuses. Vesi osaleb ka paljudes keemilistes muundumistes.

Vesimolekulide vaheliste vesiniksidemete koguarv varieerub t-ga °. Kell t ° sulav jää hävitab umbes 15% vesiniksidemetest, temperatuuril t ° 40 ° C - pool. Gaasilisse olekusse minnes hävivad kõik vesiniksidemed. See seletab vee suurt erisoojusmahtuvust. Kui väliskeskkonna temperatuur muutub, neelab või eraldab vesi soojust purunemise või vesiniksidemete uue moodustumise tõttu. Nii on rakusisesed temperatuurikõikumised väiksemad kui keskkonnas. Kõrge aurustumissoojus on taimede ja loomade tõhusa soojusülekandemehhanismi aluseks.

Vesi kui lahusti osaleb osmoosi nähtustes, mis mängib olulist rolli keharaku elutegevuses. Osmoos on lahusti molekulide tungimine läbi poolläbilaskva membraani aine lahusesse. Poolläbilaskvad membraanid on need, mis lasevad lahusti molekulidel läbi, kuid ei lase lahustunud aine molekulidel (või ioonidel) läbi. Järelikult on osmoos veemolekulide ühesuunaline difusioon lahuse suunas.

Mineraalsoolad

Enamik anorgaanilisi rakke on dissotsieerunud või tahkes olekus soolade kujul. Katioonide ja anioonide kontsentratsioon rakus ja selle keskkonnas ei ole sama. Rakk sisaldab üsna palju K-d ja palju Na-d. Rakuvälises keskkonnas, näiteks vereplasmas, merevees, vastupidi, on palju naatriumi ja vähe kaaliumi. Raku ärrituvus oleneb Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+ ioonide kontsentratsioonide suhtest. Mitmerakuliste loomade kudedes on K mitmerakulise aine osa, mis tagab rakkude sidususe ja nende korrastatud paigutuse. Osmootne rõhk rakus ja selle puhverdavad omadused sõltuvad suuresti soolade kontsentratsioonist. Puhverdamine on raku võime säilitada oma sisu kergelt aluseline reaktsioon konstantsel tasemel. Rakusisese puhverduse tagavad peamiselt ioonid H 2 PO 4 ja HPO 4 2-. Rakuvälistes vedelikes ja veres mängivad H 2 CO 3 ja HCO 3 puhvri rolli. Anioonid seovad H ioone ja hüdroksiidioone (OH -), mille tõttu rakuväliste vedelike rakusisene reaktsioon praktiliselt ei muutu. Lahustumatud mineraalsoolad (näiteks kaltsiumfosfaat) annavad selgroogsete ja molluskite kestade luukoele tugevuse.

Raku orgaaniline aine

Valk

Raku orgaaniliste ainete hulgas on valgud esikohal nii koguse (10–12% raku kogumassist) kui ka väärtuse poolest. Valgud on suure molekulmassiga polümeerid (molekulmassiga 6000 kuni 1 miljon ja rohkem), mille monomeerideks on aminohapped. Elusorganismid kasutavad 20 aminohapet, kuigi neid on palju rohkem. Iga aminohape sisaldab aminorühma (-NH2), millel on aluselised omadused, ja karboksüülrühma (-COOH), millel on happelised omadused. Kaks aminohapet ühendatakse üheks molekuliks, luues HN-CO sideme koos veemolekuli vabanemisega. Sidet ühe aminohappe aminorühma ja teise aminohappe karboksüülrühma vahel nimetatakse peptiidsidemeks. Valgud on polüpeptiidid, mis sisaldavad kümneid või sadu aminohappeid. Erinevate valkude molekulid erinevad üksteisest molekulmassi, arvu, aminohapete koostise ja nende paigutuse järjestuse poolest polüpeptiidahelas. Seetõttu on arusaadav, et valke on tohutult erinevaid, nende arvukus igat tüüpi elusorganismides on hinnanguliselt 10 10–10 12.

Konkreetses järjestuses kovalentsete peptiidsidemetega ühendatud aminohapete ahelat nimetatakse valgu primaarseks struktuuriks. Rakkudes on valgud spiraalselt keerdunud kiudude või kuulide (gloobulite) kujul. See on tingitud asjaolust, et looduslikus valguses on polüpeptiidahel paigutatud rangelt määratletud viisil, sõltuvalt selle koostises olevate aminohapete keemilisest struktuurist.

Esialgu polüpeptiidahela mähised. Tõmbejõud tekib naaberahelate aatomite vahel ja vesiniksidemed tekivad eelkõige külgnevatel silmustel paiknevate NH- ja CO-rühmade vahel. Spiraalis keerdunud aminohapete ahel moodustab valgu sekundaarstruktuuri. Heeliksi edasise voltimise tulemusena tekib igale valgule omane konfiguratsioon, mida nimetatakse tertsiaarseks struktuuriks. Tertsiaarne struktuur on tingitud ühtekuuluvusjõudude toimest mõnes aminohappes esinevate hüdrofoobsete radikaalide vahel ja kovalentsetest sidemetest aminohappe tsüsteiini SH-rühmade vahel (S-S sidemed). Aminohapete arv hüdrofoobsete radikaalide ja tsüsteiini poolt, samuti nende paigutuse järjekord polüpeptiidahelas on iga valgu jaoks spetsiifiline. Järelikult määrab valgu tertsiaarse struktuuri tunnused selle esmane struktuur. Valk avaldab bioloogilist aktiivsust ainult tertsiaarse struktuuri kujul. Seetõttu võib polüpeptiidahelas isegi ühe aminohappe asendamine viia valgu konfiguratsiooni muutumiseni ja selle bioloogilise aktiivsuse vähenemiseni või kadumiseni.

Mõnel juhul ühinevad valgumolekulid üksteisega ja saavad oma funktsiooni täita ainult komplekside kujul. Seega on hemoglobiin neljast molekulist koosnev kompleks ja ainult sellisel kujul on ta võimeline hapnikku siduma ja transportima Sarnased agregaadid esindavad valgu kvaternaarset struktuuri. Oma koostise järgi jagunevad valgud kahte põhiklassi - lihtsad ja keerulised. Lihtvalgud koosnevad ainult aminohapetest nukleiinhapped (nukleotiidid), lipiidid (lipoproteiinid), Me (metalloproteiinid), P (fosfoproteiinid).

Valkude funktsioonid rakus on äärmiselt mitmekesised. Üks olulisemaid on ehitusfunktsioon: valgud osalevad kõigi rakumembraanide ja rakuorganellide, aga ka rakusiseste struktuuride moodustamises. Valkude ensümaatiline (katalüütiline) roll on äärmiselt oluline. Ensüümid kiirendavad keemilisi reaktsioone rakus 10 ki ja 100 mitte miljon korda. Motoorse funktsiooni tagavad spetsiaalsed kontraktiilsed valgud. Need valgud osalevad igasugustes liikumistes, milleks rakud ja organismid on võimelised: ripsmete vilkumine ja vippude löömine algloomadel, lihaste kokkutõmbumine loomadel, lehtede liikumine taimedes jne. Valkude transpordifunktsioon on keemiliste elementide kinnitamine. (näiteks hemoglobiin seob O) või bioloogiliselt aktiivseid aineid (hormoone) ja kannab need organismi kudedesse ja organitesse. Kaitsefunktsioon väljendub spetsiaalsete valkude, mida nimetatakse antikehadeks, tootmises vastusena võõrvalkude või rakkude tungimisele organismi. Antikehad seovad ja neutraliseerivad võõrkehi. Valgud mängivad olulist rolli energiaallikana. Täieliku lõhenemisega, 1g. valke vabaneb 17,6 kJ (~ 4,2 kcal).

Süsivesikud

Süsivesikud ehk sahhariidid – orgaanilised ained üldvalemiga (CH 2 O) n. Enamikus süsivesikutes on kaks korda rohkem H-aatomeid kui veemolekulides. Seetõttu nimetati neid aineid süsivesikuteks. Elusrakus leidub süsivesikuid koguses, mis ei ületa 1-2, mõnikord 5% (maksas, lihastes). Taimerakud on kõige rikkamad süsivesikute poolest, kus nende sisaldus ulatub mõnel juhul 90%-ni kuivaine massist (seemned, kartulimugulad jne).

Süsivesikud on lihtsad ja keerulised. Lihtsaid süsivesikuid nimetatakse monosahhariidideks. Sõltuvalt süsivesikute aatomite arvust molekulis nimetatakse monosahhariide trioosideks, tetroosideks, pentoosideks või heksoosideks. Kuuest süsinikmonosahhariidist – heksoosist – on olulisemad glükoos, fruktoos ja galaktoos. Glükoosi leidub veres (0,1-0,12%). Riboosi ja desoksüriboosi pentoosid on osa nukleiinhapetest ja ATP-st. Kui kaks monosahhariidi on ühendatud ühes molekulis, nimetatakse sellist ühendit disahhariidiks. Roost või suhkrupeedist saadav toidusuhkur koosneb ühest glükoosi molekulist ja ühest fruktoosi molekulist, piimasuhkur koosneb glükoosist ja galaktoosist.

Paljude monosahhariidide poolt moodustatud komplekssüsivesikuid nimetatakse polüsahhariidideks. Selliste polüsahhariidide nagu tärklis, glükogeen, tselluloos monomeer on glükoos. Süsivesikud täidavad kahte peamist funktsiooni: ehitus ja energia. Tselluloos moodustab taimerakkude seinad. Kompleksne polüsahhariid kitiin toimib lülijalgsete välise skeleti peamise struktuurikomponendina. Kitiin täidab ka seentes ehitusfunktsiooni. Süsivesikud mängivad rakus peamise energiaallika rolli. 1 g süsivesikute oksüdatsiooni käigus vabaneb 17,6 kJ (~ 4,2 kcal). Taimedes sisalduv tärklis ja loomadel glükogeen ladestuvad rakkudesse ja toimivad energiavaruna.

Nukleiinhapped

Nukleiinhapete tähtsus rakus on väga suur. Nende keemilise struktuuri iseärasused annavad võimaluse talletada, edastada ja edastada teavet igas koes sünteesitud valgu molekulide struktuuri kohta teatud individuaalse arengu staadiumis tütarrakkudele pärimise teel. Kuna enamiku rakkude omadustest ja omadustest määravad valgud, on selge, et nukleiinhapete stabiilsus on rakkude ja tervete organismide normaalse funktsioneerimise kõige olulisem tingimus. Igasugused muutused rakkude struktuuris või neis toimuvate füsioloogiliste protsesside aktiivsuses, mõjutades seega elutegevust. Nukleiinhapete ehituse uurimine on äärmiselt oluline, et mõista organismide tunnuste pärandumist ja nii üksikute rakkude kui ka rakusüsteemide – kudede ja elundite – talitlusmustreid.

Nukleiinhappeid on kahte tüüpi - DNA ja RNA. DNA on polümeer, mis koosneb kahest nukleotiidheeliksist, mis on suletud nii, et moodustub topeltheeliks. DNA molekulide monomeerid on nukleotiidid, mis koosnevad lämmastiku alusest (adeniin, tümiin, guaniin või tsütosiin), süsivesikutest (desoksüriboos) ja fosforhappe jäägist. DNA molekulis olevad lämmastikualused on omavahel seotud ebavõrdse arvu H-sidemetega ja paiknevad paarikaupa: adeniin (A) on alati tümiini (T), guaniin (G) tsütosiini (C) vastu.

Nukleotiidid on omavahel seotud mitte juhuslikult, vaid valikuliselt. Võimalust selektiivselt interakteeruda adeniini tümiiniga ja guaniini tsütosiiniga nimetatakse komplementaarsuseks. Teatud nukleotiidide komplementaarne interaktsioon on seletatav aatomite ruumilise paigutuse iseärasustega nende molekulides, mis võimaldavad neil üksteisele läheneda ja H-sidemeid moodustada. Polünukleotiidahelas on külgnevad nukleotiidid seotud suhkru (desoksüriboosi) ja fosforhappejäägi kaudu. RNA, nagu DNA, on polümeer, mille monomeerideks on nukleotiidid. Kolme nukleotiidi lämmastikualused on samad, mis moodustavad DNA (A, G, C); neljas – uratsiil (U) – esineb RNA molekulis tümiini asemel. RNA nukleotiidid erinevad DNA nukleotiididest ja nende koostises oleva süsivesiku (disoksüriboosi asemel riboos) struktuuri poolest.

RNA ahelas on nukleotiidid seotud kovalentsete sidemete moodustumisega ühe nukleotiidi riboosi ja teise nukleotiidi fosforhappejäägi vahel. Kahe ahelaga RNA-d erinevad struktuurilt. Kaheahelalised RNA-d on mitmete viiruste geneetilise informatsiooni hoidjad, s.t. nad täidavad kromosoomide funktsioone. Üheahelalised RNA-d edastavad teavet valkude struktuuri kohta kromosoomist nende sünteesikohta ja osalevad valkude sünteesis.

Üheahelalist RNA-d on mitut tüüpi. Nende nimed tulenevad täidetavast funktsioonist või asukohast lahtris. Suurem osa tsütoplasma RNA-st (kuni 80-90%) on ribosoomides sisalduv ribosomaalne RNA (rRNA). RRNA molekulid on suhteliselt väikesed ja koosnevad keskmiselt 10 nukleotiidist. Teist tüüpi RNA (mRNA), mis kannab teavet ribosoomidesse sünteesitavate valkude aminohapete järjestuse kohta. Nende RNA-de suurus sõltub DNA segmendi pikkusest, milles need sünteesiti. Transpordi RNA-d täidavad mitmeid funktsioone. Nad toimetavad aminohapped valgusünteesi kohta, "tunnevad ära" (vastavalt komplementaarsuse põhimõttele) ülekantud aminohappele vastava tripleti ja RNA ning teostavad aminohappe täpse orientatsiooni ribosoomil.

Rasvad ja lipiidid

Rasvad on suure molekulmassiga rasvhapete ja glütserooli kolmehüdroksüülse alkoholi ühendid. Rasvad ei lahustu vees – need on hüdrofoobsed. Rakk sisaldab alati muid kompleksseid hüdrofoobseid rasvataolisi aineid, mida nimetatakse lipoidideks. Rasvade üks peamisi funktsioone on energia. 1 g rasvade jagamisel CO 2 -ks ja H 2 O-ks vabaneb suur hulk energiat - 38,9 kJ (~ 9,3 kcal). Raku rasvasisaldus jääb vahemikku 5-15% kuivaine massist. Eluskoe rakkudes suureneb rasva hulk 90% -ni. Rasvade peamine ülesanne loomade (ja osaliselt ka taimsete) maailmas on ladustamine.

1 g rasva täielikul oksüdeerumisel (süsinikdioksiidiks ja veeks) vabaneb umbes 9 kcal energiat. (1 kcal = 1000 cal; kalor (cal, cal) on mittesüsteemne töö ja energia ühik, mis on võrdne soojushulgaga, mis on vajalik 1 ml vee soojendamiseks 1 ° C kohta standardse atmosfäärirõhul 101,325 kPa; 1 kcal = 4,19 kJ) ... Oksüdatsiooni käigus (kehas) vabaneb 1 g valke või süsivesikuid ainult umbes 4 kcal / g. Paljudes veeorganismides – alates üherakulistest ränivetikatest kuni hiiglaslike haideni – hõljub rasv, vähendades keha keskmist tihedust. Loomsete rasvade tihedus on umbes 0,91–0,95 g / cm³. Selgroogsete luutihedus on 1,7–1,8 g / cm³ ja enamiku teiste kudede keskmine tihedus on 1 g / cm³ lähedal. On selge, et raske luustiku "tasakaalustamiseks" on vaja palju rasva.

Rasvad ja lipiidid täidavad ka ehitusfunktsiooni: need on osa rakumembraanidest. Halva soojusjuhtivuse tõttu on rasv võimeline täitma kaitsefunktsiooni. Osadel loomadel (hülged, vaalad) ladestub see nahaalusesse rasvkoesse, moodustades kuni 1 m paksuse kihi.Mõne lipoidide teke eelneb mitmete hormoonide sünteesile. Järelikult on neil ainetel ka ainevahetusprotsesse reguleeriv funktsioon.

Raku bioloogia on üldiselt kõigile kooli õppekavadele teada. Kutsume teid meenutama, mida olete kunagi õppinud, ja avastama tema kohta midagi uut. Nime "puur" pakkus välja juba 1665. aastal inglane R. Hooke. Seda hakati aga süstemaatiliselt uurima alles 19. sajandil. Teadlasi huvitas muu hulgas raku roll organismis. Need võivad olla paljude erinevate organite ja organismide koostises (munad, bakterid, närvid, erütrotsüüdid) või olla iseseisvad organismid (algloomad). Vaatamata nende mitmekesisusele on nende funktsioonides ja struktuuris palju ühist.

Raku funktsioonid

Need on kõik erineva vormi ja sageli ka funktsiooni poolest. Sama organismi kudede ja elundite rakud võivad üsna tugevalt erineda. Rakubioloogia eristab aga funktsioone, mis on omased kõikidele nende sortidele. Siin toimub alati valkude süntees. Seda protsessi juhitakse.Rakk, mis valke ei sünteesi, on sisuliselt surnud. Elav rakk on selline, mille komponendid muutuvad pidevalt. Põhilised ainete klassid jäävad siiski muutumatuks.

Kõik protsessid rakus toimuvad energia abil. Need on toitumine, hingamine, paljunemine, ainevahetus. Seetõttu iseloomustab elavat rakku see, et selles toimub kogu aeg energiavahetus. Igaühel neist on ühine kõige olulisem omadus – võime salvestada energiat ja seda kulutada. Muud funktsioonid hõlmavad jagunemist ja ärrituvust.

Kõik elusrakud võivad reageerida keemilistele või füüsikalistele muutustele oma keskkonnas. Seda omadust nimetatakse erutuvuseks või ärrituvuseks. Rakkudes muutuvad ergastamisel ainete lagunemise ja biosünteesi kiirus, temperatuur ja hapnikutarbimine. Selles olekus täidavad nad neile omaseid funktsioone.

Raku struktuur

Selle struktuur on üsna keeruline, kuigi seda peetakse sellises teaduses nagu bioloogia lihtsaimaks eluvormiks. Rakud asuvad rakkudevahelises aines. See tagab neile hingamise, toitumise ja mehaanilise tugevuse. Tuum ja tsütoplasma on iga raku peamised ehitusplokid. Igaüks neist on kaetud membraaniga, mille ehituselemendiks on molekul. Bioloogia on kindlaks teinud, et membraan koosneb paljudest molekulidest. Need on paigutatud mitmesse kihti. Tänu membraanile tungivad ained valikuliselt sisse. Tsütoplasmas on organellid - väikseimad struktuurid. Need on endoplasmaatiline retikulum, mitokondrid, ribosoomid, rakukeskus, Golgi kompleks, lüsosoomid. Selles artiklis esitatud pilte uurides saate paremini aru, kuidas rakud välja näevad.

Membraan

Endoplasmaatiline retikulum

Seda organoidi nimetati nii, kuna see asub tsütoplasma keskosas (kreeka keelest tõlgitakse sõna "endon" kui "sees"). EPS on väga hargnenud süsteem vesiikulitest, tuubulitest, erineva kuju ja suurusega tuubulitest. Need on membraanidest piiritletud.

EPS-i on kahte tüüpi. Esimene on graanul, mis koosneb tsisternidest ja tuubulitest, mille pind on täpiline graanulitega (teradega). Teist tüüpi EPS on agranulaarne, st sile. Granad on ribosoomid. On uudishimulik, et loomade embrüote rakkudes täheldatakse peamiselt granuleeritud EPS-i, samas kui täiskasvanud vormides on see tavaliselt agranulaarne. Nagu teate, on ribosoomid tsütoplasmas valgusünteesi koht. Selle põhjal võib oletada, et granulaarne EPS esineb valdavalt rakkudes, kus toimub aktiivne valgusüntees. Arvatakse, et agranulaarne võrgustik on esindatud peamiselt nendes rakkudes, kus toimub aktiivne lipiidide ehk rasvade ja erinevate rasvataoliste ainete süntees.

Mõlemat tüüpi EPS-id ei osale mitte ainult orgaaniliste ainete sünteesis. Siin need ained kogunevad ja transporditakse ka vajalikesse kohtadesse. EPS reguleerib ka ainevahetust, mis toimub keskkonna ja raku vahel.

Ribosoomid

Mitokondrid

Energiaorganellide hulka kuuluvad mitokondrid (ülal pildil) ja kloroplastid. Mitokondrid on omamoodi energiajaamad igas rakus. Just nendes ammutatakse toitainetest energiat. Mitokondrid on erineva kujuga, kuid enamasti on need graanulid või niidid. Nende arv ja suurus ei ole püsivad. See sõltub sellest, milline on konkreetse raku funktsionaalne aktiivsus.

Kui vaatate elektronmikrograafi, näete, et mitokondritel on kaks membraani: sisemine ja välimine. Sisemine moodustab ensüümidega kaetud väljakasvu (cristae). Cristae olemasolu tõttu suureneb mitokondrite kogupind. See on oluline ensüümide aktiivseks aktiivsuseks.

Mitokondrites on teadlased leidnud spetsiifilised ribosoomid ja DNA. See võimaldab neil organellidel rakkude jagunemise ajal iseseisvalt paljuneda.

Kloroplastid

Mis puutub kloroplastidesse, siis kuju poolest on see kahekordse kestaga (sisemine ja välimine) ketas või kera. Selle organoidi sees on ka ribosoomid, DNA ja grana - spetsiaalsed membraanmoodustised, mis on seotud nii sisemembraaniga kui ka omavahel. Klorofülli leidub täpselt granmembraanides. Tänu sellele muudetakse päikesevalguse energia keemiliseks energiaks adenosiintrifosfaadiks (ATP). Kloroplastides kasutatakse seda süsivesikute (moodustunud veest ja süsinikdioksiidist) sünteesiks.

Nõus, ülaltoodud teavet peate teadma mitte ainult bioloogiaeksami sooritamiseks. Rakk on ehitusmaterjal, millest meie keha koosneb. Ja kogu elusloodus on keeruline rakkude kogum. Nagu näete, on neis palju komponente, mis eristuvad. Esmapilgul võib tunduda, et raku ehituse uurimine pole lihtne ülesanne. Kui aga vaadata, siis see teema polegi nii raske. Seda on vaja teada, et olla hästi kursis sellises teaduses nagu bioloogia. Raku koostis on üks selle põhiteemasid.

Nagu kõik elusolendid, koosneb ka inimkeha rakkudest. Keha rakulise struktuuri tõttu on võimalik selle kasv, paljunemine, kahjustatud elundite ja kudede taastamine ning muud tegevusvormid. Rakkude kuju ja suurus on erinevad ning sõltuvad nende ülesannetest.

Igas rakus eristatakse kahte põhiosa - tsütoplasma ja tuum, tsütoplasma omakorda sisaldab organelle - väikseimaid rakustruktuure, mis tagavad selle elutähtsa aktiivsuse (mitokondrid, ribosoomid, rakukeskus jne). Tuumas moodustuvad enne rakkude jagunemist spetsiaalsed niidilaadsed kehad - kromosoomid. Raku väliskülg on kaetud membraaniga, mis eraldab ühe raku teisest. Rakkudevaheline ruum on täidetud vedela rakkudevahelise ainega. Membraani põhiülesanne on see, et see tagab erinevate ainete selektiivse sisenemise rakku ja ainevahetusproduktide eemaldamise sellest.

Inimkeha rakud koosnevad mitmesugustest anorgaanilistest (vesi, mineraalsoolad) ja orgaanilistest ainetest (süsivesikud, rasvad, valgud ja nukleiinhapped).

Süsivesikud koosnevad süsinikust, vesinikust ja hapnikust; paljud neist lahustuvad vees hästi ja on peamised energiaallikad elutähtsate protsesside läbiviimisel.

Rasvad moodustuvad samadest keemilistest elementidest nagu süsivesikud; nad on vees lahustumatud. Rasvad on osa rakumembraanidest ja toimivad ka kehas olulise energiaallikana.

Valgud on rakkude peamised ehitusplokid. Valkude struktuur on keerukas: valgumolekul on suur ja on ahel, mis koosneb kümnetest ja sadadest lihtsamatest ühenditest – aminohapetest. Paljud valgud toimivad ensüümidena, mis kiirendavad biokeemiliste protsesside kulgu rakus.

Raku tuumas toodetud nukleiinhapped koosnevad süsinikust, hapnikust, vesinikust ja fosforist. Nukleiinhappeid on kahte tüüpi:

1) desoksüribonukleiinsed (DNA) paiknevad kromosoomides ja määravad rakuvalkude koostise ning pärilike tunnuste ja omaduste ülekandumise vanematelt järglastele;

2) ribonukleiinhape (RNA) - seotud sellele rakule iseloomulike valkude moodustumisega.

RAKU FÜSIOLOOGIA

Elusal rakul on hulk omadusi: ainevahetus- ja paljunemisvõime, ärrituvus, kasvamine ja liikuvus, mille alusel toimuvad kogu organismi funktsioonid.

Tsütoplasma ja rakutuum koosnevad ainetest, mis sisenevad organismi seedesüsteemi kaudu. Seedimise käigus toimub keeruliste orgaaniliste ainete keemiline lagunemine koos lihtsamate ühendite moodustumisega, mis viiakse rakku koos verega. Keemilise lagunemise käigus vabanevat energiat kasutatakse rakkude elulise aktiivsuse säilitamiseks. Biosünteesi käigus töödeldakse rakku sisenevad lihtsad ained selles keerulisteks orgaanilisteks ühenditeks. Jääkproduktid – süsihappegaas, vesi ja muud ühendid – kandub veri rakust välja neerudesse, kopsudesse ja nahka, mis viivad need väliskeskkonda. Sellise ainevahetuse tulemusena uueneb pidevalt rakkude koostis: osad ained tekivad neis, teised hävivad.

Rakul kui elussüsteemi elementaarüksusel on ärrituvus, see tähendab võime reageerida välistele ja sisemistele mõjudele.

Enamik inimkeha rakke korrutatakse kaudse jagunemise teel. Enne jagunemist täiendatakse iga kromosoomi tuumas olevate ainetega ja see muutub kahekordseks.

Kaudne lõhustumise protsess koosneb mitmest etapist.

1. Südamiku mahu suurendamine; iga paari kromosoomide eraldamine üksteisest ja nende hajutamine kogu rakus; teket jagunemisspindli rakukeskmest.

2. Kromosoomide joondamine üksteise vastu rakuekvaatori tasapinnal ja spindli keermete kinnitamine neile.

3. Paaritud kromosoomide lahknemine raku keskpunktist vastaspoolustele.

4. Eraldunud kromosoomidest kahe tuuma moodustumine, ahenemise ja seejärel vaheseina tekkimine rakukehal.

Selle jagunemise tulemusena on tagatud kromosoomide – organismi pärilike tunnuste ja omaduste kandjate – täpne jaotus kahe tütarraku vahel.

Rakud võivad kasvada mahu suurenemise tõttu ja mõnedel on võime liikuda.