Esimene inimese rakk. Elusorganismide rakud. Vanematelt lastele tänu kromosoomidele

Rakk on ühtne elussüsteem, mis koosneb kahest lahutamatult seotud osast – tsütoplasmast ja tuumast (värvitabel XII).

Tsütoplasma- see on sisemine poolvedel keskkond, milles asuvad raku tuum ja kõik organellid. Sellel on peeneteraline struktuur, mida läbivad arvukad õhukesed niidid. See sisaldab vett, lahustunud sooli ja orgaanilist ainet. Tsütoplasma põhiülesanne on ühineda üheks ning tagada raku tuuma ja kõigi organellide koostoime.

Väline membraanümbritseb rakku õhukese kilega, mis koosneb kahest valgukihist, mille vahel on rasvakiht. See on läbi imbunud arvukate väikeste pooridega, mille kaudu toimub ioonide ja molekulide vahetus raku ja keskkonna vahel. Membraani paksus on 7,5-10 nm, pooride läbimõõt on 0,8-1 nm. Taimedel moodustub selle peale kiudmembraan. Välismembraani põhiülesanneteks on piirata raku sisekeskkonda, kaitsta seda kahjustuste eest, reguleerida ioonide ja molekulide voolu, eemaldada ainevahetusprodukte ja sünteesitud aineid (saladusi), ühendada rakke ja kudesid (väljakasvude ja voltide tõttu). ). Välismembraan tagab suurte osakeste tungimise rakku fagotsütoosi teel (vt jaotisi "Zooloogia" - "Algloomad", jaotises "Anatoomia" - "Veri"). Sarnaselt neelab rakk vedeliku tilgad - pinotsütoosi (kreeka keelest "pino" - jook).

Endoplasmaatiline retikulum(EPS) on keerukas kanalite ja õõnsuste süsteem, mis koosneb membraanidest, mis tungivad läbi kogu tsütoplasma. EPS-i on kahte tüüpi – granuleeritud (kare) ja sile. Granuleeritud võrgu membraanidel on palju pisikesi kehasid - ribosoome; sujuvas võrgus pole ühtegi. EPS-i põhifunktsiooniks on osalemine peamiste rakus toodetud orgaaniliste ainete sünteesis, akumuleerumises ja transportimises. Valk sünteesitakse granuleeritud EPS-is ning süsivesikud ja rasvad sünteesitakse sujuvas EPS-is.

Ribosoomid- väikesed kehad, läbimõõduga 15-20 nm, mis koosnevad kahest osakesest. Igas lahtris on neid sadu tuhandeid. Enamik ribosoome paikneb granuleeritud ER membraanidel ja mõned asuvad tsütoplasmas. Need koosnevad valkudest ja r-RNA-st. Ribosoomide põhiülesanne on valkude süntees.

Mitokondrid- need on väikesed kehad, suurusega 0,2–0,7 mikronit. Nende arv rakus ulatub mitme tuhandeni. Sageli muudavad nad kuju, suurust ja asukohta tsütoplasmas, liikudes oma kõige aktiivsemasse ossa. Mitokondrite väliskate koosneb kahest kolmekihilisest membraanist. Välismembraan on sile, sisemembraan moodustab arvukalt väljakasvu, millel paiknevad hingamisteede ensüümid. Mitokondrite sisemine õõnsus on täidetud vedelikuga, milles asuvad ribosoomid, DNA ja RNA. Uued mitokondrid tekivad vanade jagunemisel. Mitokondrite peamine ülesanne on ATP süntees. Nad sünteesivad väikeses koguses valke, DNA-d ja RNA-d.

Plastiidid iseloomulik ainult taimerakkudele. Plastiide on kolme tüüpi – kloroplastid, kromoplastid ja leukoplastid. Nad on võimelised vastastikuseks üleminekuks üksteiseks. Plastiidid paljunevad lõhustumise teel.

Kloroplastid(60) on rohelist värvi ja ovaalse kujuga. Nende suurus on 4-6 mikronit. Pinnalt on iga kloroplast piiratud kahe kolmekihilise membraaniga - välimine ja sisemine. Selle sees on täidetud vedelik, milles on mitukümmend erilist, omavahel ühendatud silindrilist struktuuri - grana, aga ka ribosoomid, DNA ja RNA. Iga grana koosneb mitmekümnest lamedast membraankottist, mis on üksteise peale asetatud. Ristlõikes on see ümar kuju, selle läbimõõt on 1 mikron. Kogu klorofüll on kontsentreeritud granaatides, neis toimub fotosünteesi protsess. Saadud süsivesikud kogunevad esmalt kloroplasti, seejärel sisenevad tsütoplasmasse ja sealt edasi teistesse taimeosadesse.

Kromoplastid määrata lillede, viljade ja sügislehtede punane, oranž ja kollane värv. Need on mitmetahuliste kristallide kujul, mis paiknevad raku tsütoplasmas.

Leukoplastid värvitu. Neid leidub taimede värvimata osades (varred, mugulad, juured) ja neil on ümmargune või vardakujuline kuju (suurused 5-6 mikronit). Neisse ladestuvad varuained.

Raku keskus leidub loomade ja madalamate taimede rakkudes. See koosneb kahest väikesest silindrist - tsentrioolidest (läbimõõduga umbes 1 μm), mis asuvad üksteisega risti. Nende seinad koosnevad lühikestest torudest, õõnsus on täidetud poolvedela ainega. Nende peamine roll on spindli moodustamine ja kromosoomide ühtlane jaotumine tütarrakkude vahel.

Golgi kompleks sai nime Itaalia teadlase järgi, kes selle esimest korda närvirakkudest avastas. Sellel on mitmekesine kuju ja see koosneb membraanidega piiratud õõnsustest, nendest väljaulatuvatest torudest ja nende otstes paiknevatest vesiikulitest. Peamine ülesanne on endoplasmaatilises retikulumis sünteesitud orgaaniliste ainete kogunemine ja väljutamine, lüsosoomide moodustamine.

Lüsosoomid- ümmargused kehad läbimõõduga umbes 1 mikron. Pinnal on lüsosoom piiratud kolmekihilise membraaniga, selle sees on ensüümide kompleks, mis on võimeline lagundama süsivesikuid, rasvu ja valke. Rakus on mitukümmend lüsosoomi. Golgi kompleksis moodustuvad uued lüsosoomid. Nende põhiülesanne on seedida fagotsütoosi teel rakku sattunud toitu ja eemaldada surnud organellid.

Liikumise organoidid- lipukesed ja ripsmed - on rakkude väljakasvud ja neil on loomadel ja taimedes sama struktuur (nende ühine päritolu). Mitmerakuliste loomade liikumine on tagatud lihaste kontraktsioonidega. Lihasraku peamine struktuuriüksus on müofibrillid - õhukesed, üle 1 cm pikkused, 1 mikroni läbimõõduga filamendid, mis paiknevad kimpudena piki lihaskiudu.

Rakulised kandmised- süsivesikud, rasvad ja valgud - kuuluvad raku mittepüsivate komponentide hulka. Neid sünteesitakse perioodiliselt, akumuleeruvad tsütoplasmas varuainetena ja neid kasutatakse keha elutähtsa aktiivsuse protsessis.

Süsivesikud on kontsentreeritud tärkliseterades (taimedes) ja glükogeenis (loomadel). Neid leidub palju maksarakkudes, kartulimugulates ja teistes organites. Rasvad kogunevad tilkade kujul taimeseemnetesse, nahaaluskoesse, sidekoesse jne. Valgud ladestuvad teradena loomamunadesse, taimeseemnetesse ja muudesse organitesse.

Tuum- raku üks tähtsamaid organelle. See on tsütoplasmast eraldatud tuumaümbrisega, mis koosneb kahest kolmekihilisest membraanist, mille vahel on kitsas poolvedela aine riba. Tuumamembraani pooride kaudu toimub ainete vahetus tuuma ja tsütoplasma vahel. Tuuma õõnsus on täidetud tuumamahlaga. See sisaldab tuuma (üks või mitu), kromosoome, DNA-d, RNA-d, valke ja süsivesikuid. Tuum on ümmargune keha, mille suurus on 1 kuni 10 mikronit või rohkem; see sünteesib RNA-d. Kromosoomid on nähtavad ainult jagunevates rakkudes. Interfaasis (mittejagunevas) tuumas esinevad nad õhukeste pikkade kromatiini ahelate kujul (DNA-valgu ühendused). Need sisaldavad pärilikku teavet. Iga looma- ja taimeliigi kromosoomide arv ja kuju on rangelt määratletud. Somaatilised rakud, mis moodustavad kõik elundid ja koed, sisaldavad diploidset (topelt) kromosoomide komplekti (2 n); sugurakud (sugurakud) - haploidne (üksik) kromosoomide komplekt (n). Somaatilise raku tuumas olev diploidne kromosoomide komplekt luuakse paarilisest (identsest) homoloogsed kromosoomid. Erinevate paaride kromosoomid (mittehomoloogne) erinevad üksteisest kuju, asukoha poolest tsentromeerid Ja sekundaarsed kitsendused.

Prokarüootid- need on organismid, millel on väikesed primitiivselt paigutatud rakud, ilma selgelt määratletud tuumata. Nende hulka kuuluvad sinivetikad, bakterid, faagid ja viirused. Viirused on DNA või RNA molekulid, mis on kaetud valgukattega. Need on nii väikesed, et neid saab näha ainult elektronmikroskoobiga. Neil puuduvad tsütoplasma, mitokondrid ja ribosoomid, mistõttu nad ei ole võimelised sünteesima oma eluks vajalikku valku ja energiat. Olles elusrakku sattunud ja kasutades võõraid orgaanilisi aineid ja energiat, arenevad nad normaalselt.

Eukarüootid- organismid suuremate tüüpiliste rakkudega, mis sisaldavad kõiki peamisi organelle: tuum, endoplasmaatiline retikulum, mitokondrid, ribosoomid, Golgi kompleks, lüsosoomid jt. Eukarüootide hulka kuuluvad kõik muud taime- ja loomaorganismid. Nende rakkudel on sarnane struktuur, mis tõestab veenvalt nende päritolu ühtsust.

Plaan

1. Rakk, selle ehitus ja funktsioonid

2. Vesi raku elus

3. Ainevahetus ja energia rakus

4. Rakkude toitumine. Fotosüntees ja kemosüntees

5. Geneetiline kood. Valkude süntees rakus

6. Transkriptsiooni ja translatsiooni reguleerimine rakus ja kehas

Bibliograafia

1. Rakk, selle ehitus ja funktsioonid

Rakud asuvad rakkudevahelises aines, mis tagab nende mehaanilise tugevuse, toitumise ja hingamise. Mis tahes raku peamised osad on tsütoplasma ja tuum.

Rakk on kaetud mitmest molekulikihist koosneva membraaniga, tagades ainete selektiivse läbilaskvuse. Tsütoplasma sisaldab pisikesi struktuure, mida nimetatakse organellideks. Rakuorganellide hulka kuuluvad: endoplasmaatiline retikulum, ribosoomid, mitokondrid, lüsosoomid, Golgi kompleks, rakukeskus.

Rakk koosneb: pinnaaparaadist, tsütoplasmast, tuumast.

Loomaraku struktuur

Väline või plasmamembraan– piiritleb raku sisu keskkonnast (teised rakud, rakkudevaheline aine), koosneb lipiidi- ja valgu molekulidest, tagab rakkudevahelise suhtluse, ainete transpordi rakku (pinotsütoos, fagotsütoos) ja rakust välja.

Tsütoplasma- raku sisemine poolvedel keskkond, mis tagab side tuuma ja selles paiknevate organellide vahel. Põhilised eluprotsessid toimuvad tsütoplasmas.

Raku organellid:

1) endoplasmaatiline retikulum (ER)– hargnevate tuubulite süsteem, osaleb valkude, lipiidide ja süsivesikute sünteesis, ainete transpordis, rakus;

2) ribosoomid– rRNA-d sisaldavad kehad paiknevad ER-l ja tsütoplasmas ning osalevad valkude sünteesis. EPS ja ribosoomid on valkude sünteesiks ja transpordiks üks aparaat;

3) mitokondrid– raku „elektrijaamad”, mis on tsütoplasmast piiritletud kahe membraaniga. Sisemine moodustab cristae (voldid), suurendades selle pinda. Kristallidel olevad ensüümid kiirendavad orgaaniliste ainete oksüdatsiooni ja energiarikaste ATP molekulide sünteesi;

4) Golgi kompleks- tsütoplasmast membraaniga piiritletud õõnsuste rühm, mis on täidetud valkude, rasvade ja süsivesikutega, mida kasutatakse kas elutähtsates protsessides või eemaldatakse rakust. Kompleksi membraanid teostavad rasvade ja süsivesikute sünteesi;

5) lüsosoomid– ensüümidega täidetud kehad kiirendavad valkude lagunemist aminohapeteks, lipiidide glütserooliks ja rasvhapeteks, polüsahhariidide lagunemist monosahhariidideks. Lüsosoomides hävivad raku surnud osad, terved rakud.

Rakulised kandmised– varutoitainete kogunemine: valgud, rasvad ja süsivesikud.

Tuum- raku kõige olulisem osa.

See on kaetud kahemembraanilise pooridega kestaga, mille kaudu osad ained tungivad tuuma, teised aga tsütoplasmasse.

Kromosoomid on tuuma peamised struktuurid, päriliku teabe kandjad organismi omaduste kohta. See kandub edasi emaraku jagunemisel tütarrakkudele ja sugurakkudega tütarorganismidele.

Tuum on DNA, mRNA ja rRNA sünteesi koht.

Raku keemiline koostis

Rakk on Maa elu elementaarne üksus. Sellel on kõik elusorganismile omased omadused: ta kasvab, paljuneb, vahetab keskkonnaga aineid ja energiat ning reageerib välistele stiimulitele. Bioloogilise evolutsiooni algust seostatakse rakuliste eluvormide ilmumisega Maale. Üherakulised organismid on rakud, mis eksisteerivad üksteisest eraldi. Kõikide hulkrakseliste organismide – loomade ja taimede – keha on üles ehitatud suuremast või väiksemast arvust rakkudest, mis on omamoodi plokid, mis moodustavad keerulise organismi. Sõltumata sellest, kas rakk on terviklik elussüsteem – eraldiseisev organism või moodustab sellest ainult osa, on tal terve rida omadusi ja omadusi, mis on ühised kõikidele rakkudele.

Rakkudest leiti umbes 60 Mendelejevi perioodilisuse tabeli elementi, mida leidub ka elutus looduses. See on üks tõendeid elava ja eluta looduse ühisusest. Elusorganismides leidub kõige rohkem vesinikku, hapnikku, süsinikku ja lämmastikku, mis moodustavad umbes 98% raku massist. Selle põhjuseks on vesiniku, hapniku, süsiniku ja lämmastiku omapärased keemilised omadused, mille tulemusena osutusid need kõige sobivamateks bioloogilisi funktsioone täitvate molekulide moodustamiseks. Need neli elementi on võimelised moodustama väga tugevaid kovalentseid sidemeid, sidudes kahele aatomile kuuluvaid elektrone. Kovalentselt seotud süsinikuaatomid võivad moodustada lugematu arvu erinevate orgaaniliste molekulide raamistikke. Kuna süsinikuaatomid moodustavad kergesti kovalentseid sidemeid hapniku, vesiniku, lämmastiku ja väävliga, saavutavad orgaanilised molekulid erakordse keerukuse ja struktuurilise mitmekesisuse.

Lisaks neljale põhielemendile sisaldab rakk märgatavas koguses (10. ja 100. protsenti) rauda, ​​kaaliumi, naatriumi, kaltsiumi, magneesiumi, kloori, fosforit ja väävlit. Kõiki teisi elemente (tsink, vask, jood, fluor, koobalt, mangaan jne) leidub 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, süsivesikud, rasvad (lipiidid) ja lipoidid. Lisaks hapnikule, vesinikule, süsinikule ja lämmastikule võivad need sisaldada muid elemente. Mõned valgud sisaldavad väävlit. Fosfor on nukleiinhapete komponent. Hemoglobiini molekul sisaldab rauda, ​​magneesium osaleb klorofülli molekuli ehituses. Mikroelemendid, vaatamata nende ülimadalale sisaldusele elusorganismides, mängivad olulist rolli eluprotsessides. Jood on osa kilpnäärmehormoonist - türoksiinist, koobalt on osa vitamiinist B 12, kõhunäärme saarekese osa hormoon - insuliin - sisaldab tsinki.

Orgaaniline rakuaine

Oravad.

Raku orgaanilistest ainetest on esikohal valgud nii koguseliselt (10–12% raku kogumassist) kui ka tähtsuselt. Valgud on kõrgmolekulaarsed 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, vabastades veemolekuli. Sidet ühe aminohappe aminorühma ja teise karboksüülrühma vahel nimetatakse peptiidsidemeks.

Valgud on polüpeptiidid, mis sisaldavad kümneid ja sadu aminohappeid. Erinevate valkude molekulid erinevad üksteisest molekulmassi, arvu, aminohapete koostise ja nende paiknemise järjestuse poolest polüpeptiidahelas. Seetõttu on selge, et valgud on äärmiselt mitmekesised, nende arvukus igat tüüpi elusorganismides on hinnanguliselt 1010–1012.

Konkreetses järjestuses peptiidsidemetega kovalentselt ühendatud aminohappeühikute ahelat nimetatakse valgu primaarseks struktuuriks.

Rakkudes näevad valgud välja nagu spiraalselt keerdunud kiud või kuulid (gloobulid). See on seletatav asjaoluga, et looduslikus valguses on polüpeptiidahel paigutatud rangelt määratletud viisil, sõltuvalt selle koostises olevate aminohapete keemilisest struktuurist.

Esiteks volditakse polüpeptiidahel spiraaliks. Tõmbejõud toimub naaberpöörete aatomite vahel ja vesiniksidemed moodustuvad eelkõige külgnevatel pööretel asuvate NH ja CO rühmade vahel. Spiraali kujul keerdunud aminohapete ahel moodustab valgu sekundaarse struktuuri. 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). Hüdrofoobsete radikaalide ja tsüsteiiniga aminohapete arv, 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 kasvõi ühe aminohappe asendamine polüpeptiidahelas kaasa tuua valgu konfiguratsiooni muutumise ja selle bioloogilise aktiivsuse vähenemise või kadumise.

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.Sellised agregaadid esindavad valgu kvaternaarset struktuuri. Valgud jagunevad koostise järgi kahte põhiklassi – lihtsad ja keerulised. Lihtvalgud koosnevad ainult aminohapetest, nukleiinhapetest (nukleotiididest), lipiididest (lipoproteiinidest), Me (metalloproteiinidest), P-st (fosfoproteiinidest).

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 rakus toimuvaid keemilisi reaktsioone 10 ja 100 miljonit korda. Motoorse funktsiooni tagavad spetsiaalsed kontraktiilsed valgud. Need valgud osalevad igasugustes liikumistes, milleks rakud ja organismid on võimelised: ripsmete virvendamine ja viburite löömine algloomadel, lihaste kokkutõmbumine loomadel, lehtede liikumine taimedes jne.

Valkude transpordifunktsioon on siduda keemilisi elemente (näiteks hemoglobiin lisab O) või bioloogiliselt aktiivseid aineid (hormoone) ning transportida 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 poolitamisega 1g. Valke vabaneb 17,6 kJ (~4,2 kcal). rakumembraani kromosoom

Süsivesikud.

Süsivesikud ehk sahhariidid on orgaanilised ained üldvalemiga (CH2O)n. Enamikus süsivesikutes on H-aatomite arv kaks korda suurem kui O-aatomite arv, nagu veemolekulides. Sellepärast hakati neid aineid nimetama süsivesikuteks. Elusrakus leidub süsivesikuid koguses, mis ei ületa 1-2, mõnikord 5% (maksas, lihastes). Süsivesikute poolest on kõige rikkamad taimerakud, kus nende sisaldus ulatub kohati 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 – heksoosidest – on olulisemad glükoos, fruktoos ja galaktoos. Veres sisaldub glükoos (0,1-0,12%). Pentoosid riboos ja desoksüriboos sisalduvad nukleiinhapetes ja ATP-s. Kui kaks monosahhariidi on ühendatud ühes molekulis, nimetatakse ühendit disahhariidiks. Roost või suhkrupeedist saadav lauasuhkur koosneb ühest glükoosi ja ühest fruktoosi molekulist, piimasuhkur - glükoosist ja galaktoosist.

Paljudest monosahhariididest moodustunud kompleksseid süsivesikuid nimetatakse polüsahhariidideks. 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 eksoskeleti peamise struktuurikomponendina. Kitiin täidab ka seentes ehitusfunktsiooni.

Süsivesikud mängivad rakus peamise energiaallika rolli. 1 g süsivesikute oksüdeerumisel 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, üle kanda ja pärida tütarrakkudele informatsiooni valgu molekulide struktuuri kohta, mis sünteesitakse igas koes indiviidi teatud arenguetapis.

Kuna enamiku rakkude omadustest ja omadustest määravad ära 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 paigutatud topeltheeliksiks. 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. Skemaatiliselt võib nukleotiidide paigutust DNA molekulis kujutada järgmiselt:

Joonis 1. Nukleotiidide asukoht DNA molekulis

Jooniselt 1. on selge, et nukleotiidid on omavahel seotud mitte juhuslikult, vaid valikuliselt. Adeniini ja tümiini ning guaniini ja tsütosiini selektiivse interaktsiooni võimet nimetatakse komplementaarsuseks. Teatud nukleotiidide komplementaarne interaktsioon on seletatav aatomite ruumilise paigutuse iseärasustega nende molekulides, mis võimaldavad neil läheneda ja moodustada H-sidemeid.

Polünukleotiidahelas on naabernukleotiidid omavahel 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 neis sisalduva süsivesiku struktuuri poolest (desoksüriboosi asemel riboos).

RNA ahelas ühendatakse nukleotiidid kovalentsete sidemete moodustumisega ühe nukleotiidi riboosi ja teise nukleotiidi fosforhappejäägi vahel. Kaheahelalise RNA struktuur on erinev. Kaheahelalised RNA-d on mitmete viiruste geneetilise informatsiooni hoidjad, s.t. Nad täidavad kromosoomide funktsioone. Üheahelaline RNA edastab informatsiooni valkude struktuuri kohta kromosoomist nende sünteesikohta ja osaleb valkude sünteesis.

Üheahelalist RNA-d on mitut tüüpi. Nende nimed määratakse nende funktsiooni või asukoha järgi lahtris. Suurem osa tsütoplasmas olevast RNA-st (kuni 80-90%) on ribosoomi RNA (rRNA), mis sisaldub ribosoomides. rRNA molekulid on suhteliselt väikesed ja koosnevad keskmiselt 10 nukleotiidist.

Teist tüüpi RNA (mRNA), mis kannab teavet aminohapete järjestuse kohta valkudes, mis tuleb sünteesida ribosoomideks. Nende RNA-de suurus sõltub DNA piirkonna pikkusest, millest need sünteesiti.

Transfer RNA-d täidavad mitmeid funktsioone. Nad viivad aminohapped valgusünteesi piirkonda, "tunnevad ära" (komplementaarsuse põhimõttel) ülekantud aminohappele vastava tripleti ja RNA ning viivad läbi aminohappe täpse orientatsiooni ribosoomil.

Rasvad ja lipoidid.

Rasvad on kõrgmolekulaarsete rasvhapete ja kolmehüdroksüülse alkoholglütserooli ühendid. Rasvad ei lahustu vees – need on hüdrofoobsed.

Alati leidub rakus ka teisi kompleksseid hüdrofoobseid rasvataolisi aineid, mida nimetatakse lipoidideks. Rasvade üks peamisi funktsioone on energia. 1 g rasvade lagunemisel CO 2 -ks ja H 2O -ks eraldub suur hulk energiat - 38,9 kJ (~ 9,3 kcal).

Rasvade peamine ülesanne loomade (ja osaliselt ka taimsete) maailmas on ladustamine.

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.

Kamber- kõigi elusorganismide (välja arvatud viirused, mida sageli nimetatakse mitterakulisteks eluvormideks) struktuuri ja elutegevuse elementaarne üksus, millel on oma ainevahetus ja mis on võimeline iseseisvaks eksisteerimiseks, isepaljunemiseks ja arenguks. Kõik elusorganismid, nagu mitmerakulised loomad, taimed ja seened, koosnevad paljudest rakkudest või, nagu paljud algloomad ja bakterid, on üherakulised organismid. Bioloogia haru, mis uurib rakkude ehitust ja talitlust, nimetatakse tsütoloogiaks. Viimasel ajal on levinud ka rääkimine rakubioloogiast ehk rakubioloogiast.

Raku struktuur Kõik maakera rakulised eluvormid võib neid moodustavate rakkude struktuuri alusel jagada kaheks superkuningriigiks – prokarüootid (eeltuumad) ja eukarüootid (tuuma). Prokarüootsed rakud on struktuurilt lihtsamad, ilmselt tekkisid nad evolutsiooni käigus varem. Eukarüootsed rakud on keerulisemad ja tekkisid hiljem. Inimkeha moodustavad rakud on eukarüootsed. Vaatamata vormide mitmekesisusele allub kõigi elusorganismide rakkude korraldus ühistele struktuuripõhimõtetele. Raku elussisu – protoplast – eraldatakse keskkonnast plasmamembraani ehk plasmalemma abil. Raku sees on täidetud tsütoplasma, milles paiknevad erinevad organellid ja rakulised inklusioonid, samuti geneetiline materjal DNA molekuli kujul. Iga rakuorganell täidab oma erifunktsiooni ja kõik koos määravad raku kui terviku elutegevuse.

Prokarüootne rakk

Prokarüootid(ladina keelest pro - enne, enne ja kreeka keelest κάρῠον - tuum, pähkel) - organismid, millel pole erinevalt eukarüootidest moodustunud rakutuum ja muud sisemembraani organellid (välja arvatud näiteks fotosünteetiliste liikide lamedad mahutid tsüanobakterid). Ainus suur ringikujuline (mõnedel liikidel lineaarne) kaheahelaline DNA molekul, mis sisaldab põhiosa raku geneetilisest materjalist (nn nukleoid), ei moodusta kompleksi histooni valkudega (nn kromatiin). ). Prokarüootide hulka kuuluvad bakterid, sealhulgas sinivetikad (sinivetikad) ja arheed. Prokarüootsete rakkude järglased on eukarüootsete rakkude organellid – mitokondrid ja plastiidid.

Eukarüootne rakk

Eukarüootid(eukarüootid) (kreeka keelest ευ - hea, täielikult ja κάρῠον - tuum, pähkel) - organismid, millel on erinevalt prokarüootidest moodustunud rakutuum, mis on tsütoplasmast piiritletud tuumamembraaniga. Geneetiline materjal sisaldub mitmes lineaarses kaheahelalises DNA molekulis (olenevalt organismi tüübist võib nende arv tuuma kohta varieeruda kahest kuni mitmesajani), mis on seestpoolt kinnitunud raku tuuma membraanile ja moodustuvad laialdaselt. enamus (välja arvatud dinoflagellaadid) on kompleks histooni valkudega, mida nimetatakse kromatiiniks. Eukarüootsetel rakkudel on sisemembraanide süsteem, mis lisaks tuumale moodustab ka mitmeid teisi organelle (endoplasmaatiline retikulum, Golgi aparaat jne). Lisaks on valdaval enamusel püsivad intratsellulaarsed prokarüootsed sümbiondid – mitokondrid ning ka vetikatel ja taimedel on plastiidid.

Rakumembraan Rakumembraan on raku väga oluline osa. See hoiab kõiki rakukomponente koos ja piiritleb sise- ja väliskeskkonna. Lisaks moodustavad rakumembraani modifitseeritud voldid paljusid raku organelle. Rakumembraan on kahekordne molekulide kiht (bimolekulaarne kiht või kahekihiline kiht). Need on peamiselt fosfolipiidide molekulid ja muud nendega seotud ained. Lipiidimolekulidel on kahesugune olemus, mis väljendub selles, kuidas nad käituvad vee suhtes. Molekulide pead on hüdrofiilsed, st. neil on afiinsus vee suhtes ja nende süsivesiniku sabad on hüdrofoobsed. Seetõttu moodustavad lipiidid veega segamisel selle pinnale õlikilega sarnase kile; Pealegi on kõik nende molekulid orienteeritud ühtemoodi: molekulide pead on vees ja süsivesinike sabad on selle pinna kohal. Rakumembraanis on kaks sellist kihti ja kummaski neist on molekulide pead suunatud väljapoole ja sabad membraani sisse, üks teise poole, seega ei puutu kokku veega. Sellise membraani paksus on u. 7 nm. Lisaks peamistele lipiidikomponentidele sisaldab see suuri valgumolekule, mis on võimelised lipiidide kaksikkihis "hõljuma" ja on paigutatud nii, et üks külg on suunatud raku sisemusse ja teine ​​on kontaktis väliskeskkonnaga. Mõned valgud asuvad ainult membraani välis- või sisepinnal või on ainult osaliselt sukeldatud lipiidide kaksikkihti.

Peamine rakumembraani funktsioon on reguleerida ainete liikumist rakku ja sealt välja. Kuna membraan on füüsikaliselt mõnevõrra sarnane õliga, läbivad ained, mis lahustuvad õlis või orgaanilistes lahustites, nagu eeter, kergesti. Sama kehtib selliste gaaside kohta nagu hapnik ja süsinikdioksiid. Samal ajal on membraan enamiku vees lahustuvate ainete, eriti suhkrute ja soolade suhtes praktiliselt läbimatu. Tänu nendele omadustele suudab ta säilitada raku sees välisest erineva keemilise keskkonna. Näiteks veres on naatriumiioonide kontsentratsioon kõrge ja kaaliumiioonide sisaldus madal, samas kui rakusiseses vedelikus on neid ioone vastupidises vahekorras. Sarnane olukord on tüüpiline paljudele teistele keemilistele ühenditele. On ilmne, et rakku ei saa aga täielikult keskkonnast eraldada, kuna ta peab saama ainevahetuseks vajalikud ained ja vabanema oma lõpptoodetest. Lisaks ei ole lipiidide kaksikkiht täielikult läbitungimatu isegi vees lahustuvatele ainetele ja sinna tungivatele nn. Kanaleid moodustavad valgud loovad poorid ehk kanalid, mis võivad avaneda ja sulguda (olenevalt valgu konformatsiooni muutustest) ning avatuna juhtida teatud ioone (Na+, K+, Ca2+) mööda kontsentratsioonigradienti. Järelikult ei saa säilitada kontsentratsioonide erinevust rakus ja väljaspool ainult membraani vähese läbilaskvuse tõttu. Tegelikult sisaldab see valke, mis täidavad molekulaarse "pumba" funktsiooni: transpordivad teatud aineid nii rakku kui ka sealt välja, töötades kontsentratsioonigradienti vastu. Selle tulemusena, kui näiteks aminohapete kontsentratsioon rakusisene on kõrge ja väljas madal, võivad aminohapped sellegipoolest voolata väliskeskkonnast sisemisse. Seda ülekannet nimetatakse aktiivseks transpordiks ja see kasutab ainevahetuse kaudu saadavat energiat. Membraanpumbad on väga spetsiifilised: igaüks neist on võimeline transportima ainult teatud metalli ioone või aminohapet või suhkrut. Spetsiifilised on ka membraani ioonikanalid. Selline selektiivne läbilaskvus on füsioloogiliselt väga oluline ja selle puudumine on esimene tõend rakusurma kohta. Seda on lihtne peedi näitel illustreerida. Kui elav peedijuur kastetakse külma vette, säilib see pigment; kui peet keeta, rakud surevad, muutuvad kergesti läbilaskvaks ja kaotavad pigmendi, mis muudab vee punaseks. Rakk võib "alla neelata" suuri molekule, näiteks valke. Teatud valkude mõjul, kui need on rakku ümbritsevas vedelikus, tekib rakumembraanis invaginatsioon, mis seejärel sulgub, moodustades vesiikuli – väikese vaakumi, mis sisaldab vett ja valgu molekule; Pärast seda puruneb vakuooli ümbritsev membraan ja sisu siseneb rakku. Seda protsessi nimetatakse pinotsütoosiks (sõna otseses mõttes "raku joomiseks") või endotsütoosiks. Suuremad osakesed, näiteks toiduosakesed, võivad sarnaselt imenduda nn. fagotsütoos. Tavaliselt on fagotsütoosi käigus tekkinud vakuool suurem ja toit seeditakse vakuooli sees lüsosomaalsete ensüümide toimel enne ümbritseva membraani purunemist. Seda tüüpi toitumine on tüüpiline algloomadele, näiteks amööbidele, kes söövad baktereid. Fagotsütoosivõime on aga iseloomulik nii madalamate loomade soolerakkudele kui ka fagotsüütidele, mis on üks selgroogsete valgete vereliblede (leukotsüütide) tüüpidest. Viimasel juhul ei seisne selle protsessi tähendus mitte fagotsüütide endi toitumises, vaid bakterite, viiruste ja muude organismile kahjulike võõrkehade hävitamises. Vakuoolide funktsioonid võivad olla erinevad. Näiteks magevees elavad algloomad kogevad pidevat osmootset vee sissevoolu, kuna soolade kontsentratsioon rakus on palju suurem kui väljaspool. Nad on võimelised eritama vett spetsiaalsesse ekskretoorsesse (kontraktiilsesse) vakuooli, mis ajab selle sisu perioodiliselt välja. Taimerakkudel on sageli üks suur keskvakuool, mis hõivab peaaegu kogu raku; tsütoplasma moodustab ainult väga õhukese kihi rakuseina ja vakuooli vahele. Sellise vakuooli üheks funktsiooniks on vee kogunemine, mis võimaldab rakul kiiresti oma suurust suurendada. See võime on eriti vajalik perioodil, mil taimekoed kasvavad ja moodustavad kiulisi struktuure. Kudedes, kohtades, kus rakud on tihedalt seotud, sisaldavad nende membraanid arvukalt poore, mille moodustavad membraani tungivad valgud – nn. ühendused. Kõrvuti asetsevate rakkude poorid paiknevad üksteise vastas, nii et madalmolekulaarsed ained pääsevad rakust rakku – see keemiline sidesüsteem koordineerib nende elutegevust. Sellise koordineerimise üheks näiteks on paljudes kudedes täheldatud naaberrakkude enam-vähem sünkroonne jagunemine.

Tsütoplasma

Tsütoplasma sisaldab sisemembraane, mis on sarnased välismembraaniga ja moodustavad erinevat tüüpi organelle. Neid membraane võib pidada välismembraani voldikuteks; mõnikord on sisemised membraanid välimise membraaniga lahutamatud, kuid sageli on sisemine volt pitsimata ja kontakt välismembraaniga katkeb. Kuid isegi kui kontakt säilib, ei ole sisemine ja välimine membraan alati keemiliselt identsed. Eelkõige erineb membraanivalkude koostis erinevates rakulistes organellides.

Tsütoplasmaatiline struktuur

Tsütoplasma vedelat komponenti nimetatakse ka tsütosooliks. Valgusmikroskoobis tundus, et rakk oli täidetud vedela plasma või sooliga, milles tuum ja muud organellid “hõljusid”. Tegelikult pole see tõsi. Eukarüootse raku siseruum on rangelt korrastatud. Organellide liikumist koordineeritakse spetsiaalsete transpordisüsteemide, nn mikrotuubulite, mis toimivad rakusiseste "teedena", ja spetsiaalsete valkude düneiinide ja kinesiinide abil, mis täidavad "mootorite" rolli. Üksikud valgumolekulid ei difundeeru ka vabalt kogu rakusiseses ruumis, vaid suunatakse nende pinnal olevate spetsiaalsete signaalide abil vajalikesse sektsioonidesse, mille tunnevad ära raku transpordisüsteemid.

Endoplasmaatiline retikulum

Eukarüootses rakus eksisteerib üksteisesse läbivate membraaniosade (torude ja tsisternide) süsteem, mida nimetatakse endoplasmaatiliseks retikulumiks (või endoplasmaatiliseks retikulumiks, ER või EPS). Seda osa ER-st, mille membraanidele on kinnitatud ribosoomid, nimetatakse granulaarseks (või karedaks) endoplasmaatiliseks retikulumiks; selle membraanidel toimub valkude süntees. Need sektsioonid, mille seintel ei ole ribosoome, klassifitseeritakse siledateks (või agranulaarseteks) ER-deks, mis osalevad lipiidide sünteesis. Sileda ja granuleeritud ER siseruumid ei ole isoleeritud, vaid lähevad üksteisesse ja suhtlevad tuumaümbrise valendikuga.

Golgi aparaat

Golgi aparaat on lamedate membraaniga tsisternide virn, mis on servadele lähemale laienenud. Golgi aparaadi mahutites küpsevad mõned granuleeritud ER-i membraanidel sünteesitud valgud, mis on mõeldud sekretsiooniks või lüsosoomide moodustamiseks. Golgi aparaat on asümmeetriline – raku tuumale lähemal asuvad tsisternid (cis-Golgi) sisaldavad kõige vähem küpseid valke, nende tsisternide külge kinnituvad pidevalt membraanvesiikulid – endoplasmaatilisest retikulumist tärkavad vesiikulid. Ilmselt toimub samade vesiikulite abil küpsevate valkude edasine liikumine ühest paagist teise. Lõpuks tärkavad täielikult küpseid valke sisaldavad vesiikulid organelli vastasotsast (trans-Golgi).

Tuum

Tuum on ümbritsetud topeltmembraaniga. Väga kitsast (umbes 40 nm) ruumi kahe membraani vahel nimetatakse perinukleaarseks. Tuumamembraanid lähevad endoplasmaatilise retikulumi membraanidesse ja perinukleaarne ruum avaneb retikulaarruumi. Tavaliselt on tuumamembraanil väga kitsad poorid. Ilmselt transporditakse nende kaudu suuri molekule, näiteks messenger-RNA-d, mis sünteesitakse DNA-l ja sisenevad seejärel tsütoplasmasse. Suurem osa geneetilisest materjalist asub raku tuuma kromosoomides. Kromosoomid koosnevad kaheahelalise DNA pikkadest ahelatest, mille külge on kinnitatud aluselised (st leeliselised) valgud. Mõnikord on kromosoomidel mitu identset DNA ahelat, mis asuvad üksteise kõrval – selliseid kromosoome nimetatakse polüteenideks (mitmeahelalised). Kromosoomide arv on liikide lõikes erinev. Inimkeha diploidsed rakud sisaldavad 46 kromosoomi ehk 23 paari. Mittejagunevas rakus on kromosoomid kinnitunud ühes või mitmes punktis tuumamembraani külge. Tavalises kerimata olekus on kromosoomid nii õhukesed, et neid pole valgusmikroskoobi all näha. Ühe või mitme kromosoomi teatud lookustes (lõikudes) moodustub tihe keha, mis esineb enamiku rakkude tuumades – nn. nucleolus. Tuumades toimub ribosoomide ehitamiseks kasutatava RNA, aga ka mõnede teiste RNA tüüpide süntees ja akumuleerumine.

Lüsosoomid

Lüsosoomid on väikesed vesiikulid, mida ümbritseb üks membraan. Nad punguvad Golgi aparaadist ja võib-olla ka endoplasmaatilisest retikulumist. Lüsosoomid sisaldavad mitmesuguseid ensüüme, mis lagundavad suuri molekule, eelkõige valke. Nende hävitava toime tõttu on need ensüümid justkui "lukustatud" lüsosoomidesse ja vabanevad ainult vajaduse korral. Seega eralduvad rakusisese seedimise käigus ensüümid lüsosoomidest seedevakuoolidesse. Lüsosoomid on vajalikud ka rakkude hävitamiseks; näiteks kullese muutumisel täiskasvanud konnaks tagab lüsosomaalsete ensüümide vabanemine sabarakkude hävimise. Sel juhul on see normaalne ja organismile kasulik, kuid mõnikord on selline rakkude hävitamine patoloogiline. Näiteks asbestitolmu sissehingamisel võib see tungida kopsurakkudesse ja seejärel lüsosoomid purunevad, rakud hävivad ja areneb kopsuhaigus.

Tsütoskelett

Tsütoskeleti elementide hulka kuuluvad raku tsütoplasmas paiknevad valgufibrillaarsed struktuurid: mikrotuubulid, aktiin ja vahefilamendid. Mikrotuubulid osalevad organellide transpordis, on osa flagelladest ja mitootiline spindel on ehitatud mikrotuubulitest. Aktiinfilamendid on raku kuju ja pseudopodiaalsete reaktsioonide säilitamiseks hädavajalikud. Vahefilamentide roll näib olevat ka rakustruktuuri säilitamine. Tsütoskeleti valgud moodustavad mitukümmend protsenti raku valgu massist.

Tsentrioolid

Tsentrioolid on silindrilised valgustruktuurid, mis asuvad loomarakkude tuuma lähedal (taimedel tsentrioolid puuduvad). Tsentriool on silinder, mille külgpinna moodustavad üheksa mikrotuubulite komplekti. Mikrotuubulite arv komplektis võib erinevate organismide puhul varieeruda 1 kuni 3. Tsentrioolide ümber on nn tsütoskeleti organiseerumise keskus, piirkond, kuhu on rühmitatud raku mikrotuubulite miinusotsad. Enne jagunemist sisaldab rakk kahte tsentriooli, mis asuvad üksteise suhtes täisnurga all. Mitoosi ajal liiguvad nad raku erinevatesse otstesse, moodustades spindli poolused. Pärast tsütokineesi saab iga tütarrakk ühe tsentriooli, mis kahekordistub järgmiseks jagunemiseks. Tsentrioolide dubleerimine ei toimu mitte jagunemise teel, vaid uue struktuuri sünteesil, mis on risti olemasolevaga. Tsentrioolid on ilmselt homoloogsed lipu ja ripsmete basaalkehadega.

Mitokondrid

Mitokondrid on spetsiaalsed rakuorganellid, mille põhiülesanne on universaalse energiakandja ATP süntees. Hingamine (hapniku neeldumine ja süsinikdioksiidi vabanemine) toimub ka mitokondrite ensümaatiliste süsteemide tõttu. Mitokondrite sisemine luumen, mida nimetatakse maatriksiks, on tsütoplasmast piiritletud kahe välise ja sisemise membraaniga, mille vahel on membraanidevaheline ruum. Mitokondrite sisemembraan moodustab voldid, nn cristae. Maatriks sisaldab erinevaid ensüüme, mis osalevad hingamises ja ATP sünteesis. Sisemise mitokondriaalse membraani vesiniku potentsiaal on ATP sünteesi jaoks keskse tähtsusega. Mitokondritel on oma DNA genoom ja prokarüootsed ribosoomid, mis kindlasti viitab nende organellide sümbiootilisele päritolule. Kõik mitokondriaalsed valgud ei ole mitokondriaalses DNA-s kodeeritud, suurem osa mitokondriaalsete valkude geene paikneb tuumagenoomis ning vastavad produktid sünteesitakse tsütoplasmas ja transporditakse seejärel mitokondritesse. Mitokondri genoomid on erineva suurusega: näiteks inimese mitokondri genoom sisaldab vaid 13 geeni. Uuritud organismidest on kõige rohkem mitokondriaalseid geene (97) algloom Reclinomonas americana.

Raku keemiline koostis

Tavaliselt moodustab 70-80% raku massist vesi, milles on lahustunud erinevad soolad ja madala molekulmassiga orgaanilised ühendid. Raku kõige iseloomulikumad komponendid on valgud ja nukleiinhapped. Mõned valgud on raku struktuurikomponendid, teised on ensüümid, s.t. katalüsaatorid, mis määravad rakkudes toimuvate keemiliste reaktsioonide kiiruse ja suuna. Nukleiinhapped toimivad päriliku teabe kandjatena, mis realiseeruvad rakusisese valgusünteesi protsessis. Sageli sisaldavad rakud teatud koguses säilitusaineid, mis toimivad toiduvaruna. Taimerakud säilitavad peamiselt tärklist, süsivesikute polümeerset vormi. Teine süsivesikute polümeer, glükogeen, talletatakse maksa- ja lihasrakkudes. Sageli säilitatavad toidud sisaldavad ka rasvu, kuigi mõned rasvad täidavad teistsugust funktsiooni, nimelt on need olulised struktuurikomponendid. Rakkudes olevaid valke (välja arvatud seemnerakud) tavaliselt ei säilitata. Raku tüüpilist koostist ei ole võimalik kirjeldada eelkõige seetõttu, et säilitatava toidu ja vee kogustes on suured erinevused. Maksarakud sisaldavad näiteks 70% vett, 17% valke, 5% rasvu, 2% süsivesikuid ja 0,1% nukleiinhappeid; ülejäänud 6% pärineb sooladest ja madala molekulmassiga orgaanilistest ühenditest, eelkõige aminohapetest. Taimerakud sisaldavad tavaliselt vähem valku, oluliselt rohkem süsivesikuid ja mõnevõrra rohkem vett; erandiks on rakud, mis on puhkeseisundis. Embrüole toitainete allikaks oleva nisutera puhkerakk sisaldab u. 12% valku (peamiselt ladestunud valku), 2% rasva ja 72% süsivesikuid. Vee hulk saavutab normaalse taseme (70-80%) alles terade idanemise alguses.

Rakkude uurimise meetodid

Valgusmikroskoop.

Rakkude vormi ja struktuuri uurimisel oli esimene tööriist valgusmikroskoop. Selle eraldusvõimet piiravad valguse lainepikkusega võrreldavad mõõtmed (nähtava valguse puhul 0,4-0,7 μm). Paljud rakustruktuuri elemendid on aga palju väiksema suurusega. Teine raskus seisneb selles, et enamik rakukomponente on läbipaistvad ja nende murdumisnäitaja on peaaegu sama kui veel. Nähtavuse parandamiseks kasutatakse sageli värvaineid, millel on erinev afiinsus erinevate rakuliste komponentide suhtes. Värvimist kasutatakse ka rakukeemia uurimiseks. Näiteks seostuvad mõned värvained eelistatult nukleiinhapetega ja paljastavad seeläbi nende lokaliseerumise rakus. Väikest osa värvainetest - neid nimetatakse intravitaalseteks - saab kasutada elusrakkude värvimiseks, kuid tavaliselt tuleb rakud esmalt fikseerida (kasutades valke koaguleerivaid aineid) ja alles seejärel värvida. Enne testimist sisestatakse rakud või koetükid tavaliselt parafiini või plasti ja lõigatakse seejärel mikrotoomi abil väga õhukesteks osadeks. Seda meetodit kasutatakse laialdaselt kliinilistes laborites kasvajarakkude tuvastamiseks. Lisaks tavapärasele valgusmikroskoopiale on rakkude uurimiseks välja töötatud ka teisi optilisi meetodeid: fluorestsentsmikroskoopia, faasikontrastmikroskoopia, spektroskoopia ja röntgendifraktsioonanalüüs.

Elektronmikroskoop.

Elektronmikroskoobi eraldusvõime on u. 1-2 nm. Sellest piisab suurte valgumolekulide uurimiseks. Tavaliselt on vaja objekti värvida ja kontrastida metallisoolade või metallidega. Sel põhjusel ja ka seetõttu, et objekte uuritakse vaakumis, saab elektronmikroskoobiga uurida ainult hukkunud rakke.

Kui söötmele lisatakse radioaktiivne isotoop, mida rakud neelavad ainevahetuse käigus, saab selle rakusisest lokaliseerumist tuvastada autoradiograafia abil. Selle meetodi abil asetatakse õhukesed rakkude osad kilele. Kile tumeneb nende kohtade all, kus asuvad radioaktiivsed isotoobid.

Tsentrifuugimine.

Rakukomponentide biokeemiliseks uurimiseks tuleb rakud hävitada – mehaaniliselt, keemiliselt või ultraheliga. Vabanenud komponendid suspendeeritakse vedelikus ning neid saab eraldada ja puhastada tsentrifuugimisega (enamasti tihedusgradiendis). Tavaliselt säilitavad sellised puhastatud komponendid kõrge biokeemilise aktiivsuse.

Rakukultuurid.

Mõned koed saab jagada üksikuteks rakkudeks, nii et rakud jäävad ellu ja on sageli võimelised paljunema. See fakt kinnitab lõplikult ideed rakust kui elavast üksusest. Käsna, ürgse mitmerakulise organismi, saab rakkudeks eraldada, hõõrudes seda läbi sõela. Mõne aja pärast ühendavad need rakud uuesti ja moodustavad käsna. Loomade embrüonaalseid kudesid saab dissotsieeruda, kasutades ensüüme või muid vahendeid, mis nõrgendavad rakkudevahelisi sidemeid. Ameerika embrüoloog R. Harrison (1879-1959) näitas esimesena, et embrüonaalsed ja isegi mõned küpsed rakud võivad kasvada ja paljuneda väljaspool keha sobivas keskkonnas. Seda tehnikat, mida nimetatakse rakukultuuriks, täiustas prantsuse bioloog A. Carrel (1873-1959). Taimerakke saab kasvatada ka kultuuris, kuid võrreldes loomarakkudega moodustavad nad suuremaid tükke ja on üksteisega tugevamalt kinni, mistõttu tekivad kultuuri kasvades kuded, mitte üksikud rakud. Rakukultuuris saab ühest rakust kasvatada terve täiskasvanud taime, näiteks porgandi.

Mikrokirurgia.

Mikromanipulaatori abil saab raku üksikuid osi eemaldada, lisada või mingil viisil muuta. Suure amööba raku saab jagada kolmeks põhikomponendiks – rakumembraaniks, tsütoplasmaks ja tuumaks ning seejärel saab need komponendid uuesti kokku panna, et moodustada elusrakk. Nii on võimalik saada erinevat tüüpi amööbide komponentidest koosnevaid tehisrakke. Kui võtta arvesse, et mõne rakulise komponendi kunstlik sünteesimine näib olevat võimalik, siis tehisrakkude kokkupanemise katsed võivad olla esimene samm uute eluvormide loomisel laboris. Kuna iga organism areneb ühest rakust, võimaldab tehisrakkude tootmise meetod põhimõtteliselt konstrueerida teatud tüüpi organisme, kui samal ajal kasutada olemasolevates rakkudes leiduvatest veidi erinevaid komponente. Tegelikkuses ei ole aga kõigi rakukomponentide täielik süntees vajalik. Enamiku, kui mitte kõigi rakukomponentide struktuuri määravad nukleiinhapped. Seega taandub uute organismide loomise probleem uut tüüpi nukleiinhapete sünteesile ja nende looduslike nukleiinhapete asendamisele teatud rakkudes.

Rakkude liitmine.

Teist tüüpi tehisrakke saab saada sama või erineva liigi rakkude liitmisel. Liitumise saavutamiseks puutuvad rakud kokku viiruse ensüümidega; sel juhul liimitakse kahe raku välispinnad kokku ja nendevaheline membraan hävib ning moodustub rakk, milles kaks komplekti kromosoome on ümbritsetud ühte tuuma. Võimalik on sulandada erinevat tüüpi või jagunemise eri etappides olevaid rakke. Seda meetodit kasutades oli võimalik saada hiire ja kana, inimese ja hiire ning inimese ja kärnkonna hübriidrakke. Sellised rakud on ainult algselt hübriidsed ja pärast arvukaid rakkude jagunemist kaotavad nad enamiku kas ühte või teist tüüpi kromosoomidest. Lõppsaaduseks saab näiteks sisuliselt hiirerakk, kus inimese geene ei ole või leidub neid vaid vähesel määral. Eriti huvitav on normaalsete ja pahaloomuliste rakkude ühinemine. Mõnel juhul muutuvad hübriidid pahaloomuliseks, mõnel juhul mitte, s.t. mõlemad omadused võivad avalduda nii domineeriva kui ka retsessiivsena. See tulemus pole ootamatu, kuna pahaloomulist kasvajat võivad põhjustada mitmesugused tegurid ja sellel on keeruline mehhanism.

Ajaloolised avastused

1609 – valmistati esimene mikroskoop (G. Galileo)

1665 – avastati korkkoe rakuline struktuur (R. Hooke)

1674 – avastati bakterid ja algloomad (A. Leeuwenhoek)

1676 – kirjeldatakse plastiide ja kromatofoore (A. Leeuwenhoek)

1831 – avastati rakutuum (R. Brown)

1839 – formuleeriti rakuteooria (T. Schwann, M. Schleiden)

1858 – sõnastati väide “Iga rakk on rakust” (R. Virchow)

1873 – avastati kromosoomid (F. Schneider)

1892 – avastati viirused (D.I. Ivanovsky)

1931 – projekteeriti elektronmikroskoop (E. Ruske, M. Knol)

1945 – avastati endoplasmaatiline retikulum (K. Porter)

1955 – avastati ribosoomid (J. Pallade)

1. Kõik taime- ja loomaorganismid koosnevad rakkudest
   
2. iga rakk toimib teistest sõltumatult, kuid koos kõigiga
3. Kõik rakud tekivad elutu aine struktuurita ainest.

1. rakuline organisatsioon tekkis elu koidikul ja läbis pika evolutsioonitee prokarüootidest eukarüootideni, rakueelsetest organismidest ühe- ja mitmerakuliste organismideni.
2. uued rakud tekivad juba olemasolevatest jagunemisel
   
3. rakk on mikroskoopilineelussüsteem, mis koosneb tsütoplasmast ja membraaniga ümbritsetud tuumast (välja arvatud prokarüootid)
4. lahtris viiakse läbi:
   

• ainevahetus - ainevahetus;
• pöörduvad füsioloogilised protsessid - hingamine, ainete sissevõtmine ja vabastamine, ärrituvus, liikumine;
• pöördumatud protsessid – kasv ja areng.

Prokarüootsete ja eukarüootsete rakkude struktuuri tunnused.