Anatomia ja fysiologia I

Solut ovat elämän perusta – elävien olentojen rakenteellinen perusyksikkö. Molekyylit, kuten vesi ja aminohapot, eivät ole eläviä, mutta solut ovat! Kaikki elämä koostuu jonkinlaisista soluista.

Yksi elävien järjestelmien tunnusmerkeistä on kyky ylläpitää homeostaasia eli suhteellisen pysyvää sisäistä tilaa. Solu on ensimmäinen monimutkaisuuden taso, joka kykenee ylläpitämään homeostaasia, ja solun ainutlaatuinen rakenne mahdollistaa tämän kriittisen toiminnon.

Kurssin tässä osiossa tutustut soluun ja kaikkiin osiin, jotka tekevät siitä toimivan. Keskityt myös solukalvoon, joka on rakenne, joka ympäröi solua ja erottaa sen sisäisen ympäristön ulkoisesta ympäristöstä. Se on kriittinen osa, koska se ohjaa sitä, mitä soluun pääsee sisään ja ulos. Tässä osiossa kuvataan myös, miten solut lisääntyvät ylläpitääkseen homeostaasia.

Nykyaikaisen soluteorian mukaan:

1. Kaikki tunnetut elävät olennot koostuvat yhdestä tai useammasta solusta.
2. Kaikki uudet solut syntyvät, kun jo olemassa olevat solut jakaantuvat kahtia.
3. Solu on rakenteeltaan ja toiminnaltaan perustavanlaatuisin yksikkö kaikissa elävissä organismeissa.

Nykyaikaiset soluteoreetikot väittävät, että kaikki elämälle olennaiset toiminnot tapahtuvat solun sisällä; ja että solu sisältää solun jakaantuessa solun toiminnan johtamiseen ja säätelyyn tarvittavan informaation ja siirtää sen seuraavalle sukupolvelle.

Aloitetaan solun tutkiminen tutkimalla eläinsolun perusanatomiaa. Jokainen solu koostuu yllä olevassa kuvassa esitetyistä kolmesta osasta.

1. Solukalvo, joka ympäröi ja suojaa solua
2. Sytoplasma, joka on solun vesipitoinen sisus, joka sisältää ioneja, proteiineja ja organelleja
3. Organellit, jotka suorittavat kaikki toiminnot, jotka ovat välttämättömiä solun elämälle, kasvulle ja lisääntymiselle

Solut edustavat elimistössämme organisoitumisen tasoa orgaanisten solujen ja kudosten välissä. Organellit puolestaan koostuvat erikoistuneista makromolekyyleistä ja kudokset ovat erikoistuneiden solujen kokoelmia. Aivo-, munuais-, maksa-, lihas- ja keuhkokudokset eroavat toisistaan niiden muodostavien solujen rakenteen ja toiminnan vuoksi. Kunkin kudostyypin muodostavat solut vaihtelevat siis muodoltaan, kooltaan ja sisäiseltä rakenteeltaan, jotta ne voivat suorittaa tietyn fysiologisen tehtävänsä kudoksessa.Anatomiaa ja fysiologiaa opiskellessasi yksi tärkeä käsite on, että rakenne määrää toiminnan. Kun tarkastelet solun muotoa, se antaa sinulle vihjeen sen toiminnasta.

Huomioi alla olevia soluja ja mieti, miten muoto on välttämätön sen tehtävän kannalta. Katso, pystytkö yhdistämään solun sen tehtävään.

Organellit

Jokainen solun prosessi suoritetaan tietyssä paikassa solussa, joka sijaitsee usein organellissa tai sen ympärillä. Ajattele organellia organisaatiotasona makromolekyylien ja solun välissä. Organellit suorittavat solun sisällä erikoistuneita tehtäviä ja paikallistavat sellaiset toiminnot kuin monistuminen, energiantuotanto, proteiinisynteesi sekä ruoan ja jätteiden käsittely. Eri solut eroavat toisistaan organellien sijoittelun ja lukumäärän sekä rakenteen suhteen, minkä vuoksi elimistössä esiintyy satoja solutyyppejä.

Tässä osiossa keskitytään ymmärtämään solun organelleja, niiden vuorovaikutusta toistensa kanssa ja niiden toimintaa kuljetuksen, kasvun ja jakautumisen aikana solussa. Opit solun ylläpitämästä kontrolloidusta kemiallisesta ympäristöstä ja siitä, millaisia rajoituksia tämä asettaa sille, millaisia kemiallisia reaktioita solu voi suorittaa. Tämä tausta on elintärkeää, jotta voit ymmärtää keskeisiä prosesseja, kuten sitä, miten solu vapauttaa energiaa glukoosista, valmistaa ja taittaa proteiineja ja käy läpi kasvua ja solunjakautumista.

Ajattele kaupunkia ja sen eri työpaikkoja. Solu on samankaltainen, sillä jokainen organelli palvelee tiettyä tarkoitusta. On olemassa organelleja, joiden tehtävänä on antaa solulle muoto ja rakenne, aivan kuten kaupungin kaduilla ja silloilla. Näihin proteiinipitoisiin organelleihin kuuluvat välifilamentit, mikrotubulukset ja mikrofilamentit. Jotkin näistä itse asiassa liikuttavat muita organelleja solun ympärillä tai muuttavat solun muotoa. Kun lihassolu supistuu tai lyhenee, se tekee sen proteiineista aktiinista ja myosiinista koostuvien mikrofilamenttien avulla. Yksi erityinen mikrotubuluksista koostuva organelli sijaitsee tuman lähellä olevalla alueella, sentrosomissa. Sentrosomi sisältää parin mikrotubuluskimppuja, joita kutsutaan sentrioleiksi. Sentriolit ovat tärkeitä, koska ne siirtävät kromosomeja solun vastakkaisiin päihin solun monistumisen eli mitoosin aikana. Neuroneilla ei ole sentrioleja, eivätkä ne pysty monistumaan.

Muut organellit auttavat syntetisoimaan solun tarvitsemia proteiineja. Näitä proteiinitehtaita kutsutaan ribosomeiksi. Ne voivat olla hajallaan solun sisällä tai kiinnittyneinä kalvokanavajärjestelmään, jota kutsutaan endoplasmiseksi retikulumiksi eli ER:ksi. Kun ER:ään on kiinnittynyt ribosomeja, sitä kutsutaan karkeaksi ER:ksi (ribosomit antavat sille karkean tai rakeisen ulkonäön). Kun ER:stä puuttuvat ribosomit, sitä kutsutaan sileäksi ER:ksi, ja se toimii lipidisynteesiä ja toksiinien varastointia varten. Kun proteiinia valmistetaan, se on taitettava tiettyyn muotoon toimiakseen. Usein siihen on liitettävä ylimääräisiä hiilihydraattien sivuketjuja. Proteiini prosessoidaan karkeassa ER:ssä. Kun se on muodostunut, se siirtyy Golgin laitteeseen, joka on solun jakelulaitos. Se viimeistelee proteiinin käsittelyn ja pakkaa sen sitten vesikkeliin kuljetettavaksi määränpäähänsä. Joitakin proteiineja tarvitaan solukalvolla, ja vesikkelit varmistavat, että ne pääsevät kalvolle. Golgin laitteisto valmistaa myös erityyppisen vesikkelin, jota kutsutaan lysosomiksi. Lysosomi on solun roskakone. Se ottaa vastaan solujätteitä ja jätteitä ja tuhoaa ne. Lysosomi sisältää erittäin voimakkaita hydrolyyttisiä entsyymejä tätä varten. On hyvin tärkeää, että entsyymit pysyvät lysosomissa tai ne tuhoavat solun.

Solun voimalaitos on mitokondriot. Tämä organelli tuottaa ATP:tä eli energiaa solulle. Mitokondrioilla on jopa oma DNA, jota kutsutaan mitokondriaaliseksi DNA:ksi (mDNA), ja ne voivat monistua.

Viimeiseksi on solun ohjain. Tämä on ydin. Kaikilla soluilla ei ole ydintä, ja niitä kutsutaan anukleoiksi. Jos katsot kuvaa punasoluista, näet valkoisen pisteen solun keskellä – siinä oli ennen tuma. Tuma poistuu, kun ne kypsyvät. Joissakin soluissa on useampi kuin yksi tuma, ja niitä kutsutaan monitumallisiksi. Luustolihassolut ovat hyvin suuria soluja ja monitumaisia. Tuma sisältää solun DNA:n ja tuman. Nukleoli on organelli, joka valmistaa ribosomeja. DNA on geneettinen koodisi. Se sisältää geenit, jotka sisältävät ohjeet jokaisen proteiinin valmistamiseksi kehossasi. Ydintä ympäröi sen oma kalvo, jossa on pieniä reikiä, joita kutsutaan ydinhuokosiksi. Kalvoa kutsutaan ydinkalvoksi tai ydinkuoreksi.

Alla olevassa interaktiivisessa kaaviossa on piirros eukaryoottisesta solusta. Luettelossa olevat solun osat linkittävät kuviin, jotka korostavat näitä samoja rakenteita elävässä solussa.