Solubiologia

Sisällys

/Johdanto

Kappaleet

• /Esittely
  • Mikä on kiinnostavaa solun biologiassa?

WIKIKIRJASTOSSA

• • Eläinsolu, kasvisolu
  • Prokaryoottit, bakteerit
  • Eukaryootit, solun proteiinit

Aiheesta muualta

• Wikipedia: solu

---

Eläinsolu

Mitä elämä on?

Elämä on moniulotteinen käsite, jolla ei ole yksinkertaista määritelmää.

Elämä voi tarkoittaa:

• Meneillään olevaa prosessia, jonka osana elävät asiat ovat.
• Aikaa organismin syntymän ja kuoleman välillä.
• Tilaa, joka on jollain syntyneellä, mutta ei vielä kuolleella asialla, toisin sanoen "mikä tekee jostain elävän?"

Elämän määrittely olisi suhteellisen helppoa, jos pitäydyttäisiin vain siinä, millaista elämää maapallolla on nyt, mutta kun otetaan huomioon kysymykset elämän synnystä maapallolla, maan ulkopuolisesta eämästä ja keinotekoisesta elämästä.

Elämän synty

Elämän synnyn selittämiseksi ei ole yhtä yleisesti hyväksyttyä, ilmiön kattavasti selittävää mallia. Useimmat elämän syntyä selittävät mallia pitävät sisällän kuitenkin seuraavat kolme ajatusta:

• Maapallon olosuhteet synnyttivät nykyiselle elämälle välttämättömiä perusmolekyylejä.
• Fosfolipidit muodostivat spontaanisti lipidikaksoiskalvoja, jotka ovat soluseinämien perusrakennusaineita.
• Erityiset RNA-molekyylit, ribosomit ovat alkaneet monistaa itseään.

Siitä, miten molekyylit ovat muodostuneet eläviä kokonaisuuksia, on kolme eri teoriaa.

Geenit ensin tai RNA-maailma-teorian mukaan RNA oli ensimmäisten solujen ilmestymistä pääasiallinen tai todennäköisesti ainoa elämän muoto Maassa. Teoriaa tukee RNA:n kyky säilyttää, siirtää ja monistaa geneettistä tietoa ja sen lisäksi toimia kemiallisia reaktioita katalysoivana molekyylinä, ribotsyyminä.

Aineenvaihdunta ensin -teorian mukaan yksinkertaisia reaktioita ja aineenvaihduntaa on ollut ennen geenien syntyä. Aineenvaihdunta tarkoittaa tässä kemiallisten reaktioiden ketjua, jossa on yksistä prosesseista vapautuva energia siirtyy toisen prosessin käyttöön, mikä lopulta johtaa monimutkaisempien molekyylien syntyyn.

Sekamallit ovat suosiota lisääviä malleja, jotka yhdistävät ajatuksia molemmista edellä mainituista malleista.

Eliö

Eliö eli organismi on yhdestä tai useammasta solusta koostuva elävä olento. Eliöt rakentuvat vain elollisessa luonnossa esiintyvistä hiilen orgaanisista yhdisteistä. Niille on ominaista aineenvaihdunta, syntymä, kuolema ja kyky (tarkoitus) lisääntyä. Eliöiden varhainen kehityshistoria on edelleen hämärän peitossa, mutta otaksutaan, että ne syntyivät Maan alkumerissä yli kolme miljardia vuotta sitten. Aikojen kuluessa eliökunta on monipuolistunut ja kehittynyt evoluution myötä.

Eliökunta on yhteisnimitys kaikille eliölajeille ja -luokille. Se jakaantuu domeeneihin, joita on kolme. Aitotumaisten domeeni jakaantuu edelleen kuntiin, joka on niiden taksonomian korkein ryhmä.

Eliöiden luokittelun historia

Eliöt on perinteisesti jaettu eläin- ja kasvikuntaan, ja sienten sekä bakteerien katsottiin kuuluvan kasveihin. Vuonna 1894 Ernst Haeckel ehdotti yksisoluisten alkueliöiden erottamista omaksi kunnakseen, mutta tämä luokittelu oli vallalla vasta 1900-luvun jälkipuoliskolla. Robert Whittaker erotti vuonna 1959 bakteerit muista alkueliöistä sekä sienet kasveista. Vuonna 1977 Carl Woese erotti vielä arkkibakteerit bakteereista RNA-tutkimusten perusteella. Vuonna 1990 hän esitti eliökunnan kolmijakoa (domeenit) esitumallisiin bakteereihin (Bacteria), arkkibakteereihin (Archaea) sekä aitotumallisiin eliöihin (Eucaryota). Woesen luokittelu on nykyään saavuttanut lähes standardin aseman. 2000-luvun alussa aitotumaisten domeenia on sittemmin luokiteltu uudelleen vastaamaan paremmin eliöryhmien evoluutiohistoriallisia sukulaisuussuhteita, tässä yhteydessä aiempi alkueliöiden eli protistien kunta hylätiin itsenäisenä taksonina.

Luokittelu

Domeeni 1: Bakteerit (Eubacteria), myös syanobakteerit eli sinilevät

Domeeni 2: Arkkieliöt eli arkkibakteerit (Archaea)

Domeeni 3: Aitotumaiset (Eucarya)

• Eläinkunta (Animalia)
  • Sienieläinmäiset (Parazoa)
  • Agnotozoa
  • Monisoluiset eläimet (Metazoa, Histozoa)
• Amebat ja limasienet (Amoebozoa)
• Sienikunta (Fungi)
• Kasvikunta (Plantae sensu lato, Archaeplastida)
  • Vihreät kasvit, eli sammalet, putkilokasvit sekä viherlevät (Viridiplantae, Chlorobionta)
  • Punalevät (Rhodophyta)
• Kromalveolaatit (Chromalveolata)
  • Ruskeat levät (Heterokontophyta, Stramenopila)
  • Ripsieläimet, itiöeläimet, panssarilevät (Alveolata)
• Juurijalkaiset (Rhizaria)
• Ekskavaatit (Excavata)

Solu

Solut voidaan jakaa esitumallisiin ja aitotumallisiin. Esitumallisiin kuuluvat lähinnä bakteerit, aitotumallisiin eläin- ja kasvisolut.

Solun rakenne

Aitotumallisen solun rakenne

Solua rajaa solukalvo. Solukalvon sisäpuolelle jää solulima, jossa on useita soluorganelleja. Tuma sijaitsee solulimassa tumakalvon ympäröimänä. Tumalimassa on perintötekijät DNA:han koodattuna.

Esitumallisen ja aitotumallisen solun suurimmat erot

Esitumallinen solu tarkoittaa käytännössä tumatonta. Esitumallisilta puuttuu myös soluorganelleista ehkä tärkein: mitokondrio. Aitotumallisten solujen mitokondrio muistuttaakin esitumallista solua, ja epäillään mitokondrioiden syntyneen, kun aitotumallinen solu on kaapannut esitumallisen sisäänsä. Jatkossa käsitellään aitotumallista solua, mikäli ei toisin mainita.

Solukalvo

Solua rajaa solukalvo: rasvahappokaksoiskalvo, jossa rasvahappojen hydrofiiliset (veteen hakeutuvat) osat ovat kalvon ulko- ja sisäpinnoilla, kun taas niiden hydrofobiset (vettä pakenevat) osat kalvon keskellä. Solukalvo ympäröi solulimaa, joka käsittää kaiken solukalvon sisälle jäävän. Solukalvossa on runsaasti proteiineja, joista osa läpäisee solukalvon molemmilta puolilta, osa vain toiselta puolelta. Kalvoproteiineissa on myös kiinni hiilihydraattiosia. Esimerkkejä kalvoproteiineista ovat mm. ionikanavat, ionipumput ja reseptorit.

Tuma

Tuma sijaitsee solulimassa ja sitä ympäröivä tumakalvo. Tumakalvo on solukalvon tavoin rasvahappokaksoiskalvo. Toisin kuin solukalvo, tumakalvo ei ole tiivis. Siinä on paljon tumahuokosia, joiden läpi mRNA ja muut molekyylit pääsevät solulimaan. Geenit sijaitsevat tuman kromosomeissa koodattuina DNA:han.

Solulima

Solulimassa sijaitsee useita soluorganelleja (soluelimiä). Solulimassa on myös runsaasti proteiineja ja RNA:ta. Proteiinisynteesi tapahtuu solulimassa. Soluliman ionipitoisuus poikkeaa huomattavasti solua ympäröivästä. Solukalvon Na-K-pumput kuljettavat jatkuvasti natriumia pois solusta ja kaliumia sisään. Tähän kuljetukseen tarvitaan ATP:n energiaa. Na-K-pumpun toiminnan seurauksena solulima on negatiivisesti varautunut solunulkopuoliseen matriksiin (Extracellular matrix, ECM) verrattuna. Varaus on edellytys hermo- ja muiden solujen toiminnalle, ja sen häviäminen johtaa solun kuolemaan.

Solun tukiranka

Solun tukirankana solulimassa on mikrotubuluksia, mikrofilamentteja ja välikokoisia säikeitä. Mikrotubulukset toimivat solun sisäisessä kuljetuksessa tuman ja solun reunaosien välillä: dyneiini ja kinesiini moottoriproteiinit liikkuvat mikrotubuluksia pitkin ja vievät mukanaan proteiineja tms. solun muihin osiin. Mikrofilamentteihin kuuluu mm. lihassolun aktiini. Lihassolun supistuessa limittäin järjestyneet myosiinimolekyylit tarttuvat aktiinimolekyyliin ja vetävät aktiineja hieman lähemmäs. Seurauksena on lihassolun lyheneminen. Vastaavaa aktiinin ja myosiinin interaktiota tapahtuu muissakin soluissa, mutta vähemmän dramaattisin seurauksin. Välikokoiset säikeet vaihtelevat solutyypin mukaan. Solun tukirangan komponentit toimivat yhdessä pitäen yllä solun muotoa.

Soluelimet

Kalvorakenteiset soluelimet

• Solukalvo
• Tumakotelo
• Mitokondrio
• Endoplasmakalvosto
• Golgin laite
• Eriterakkulat
• Endosomit
• Lysosomit
• Peroksisomit
• Kuljetusrakkulat

Kalvottomat soluelimet

• Mikrotubulukset
• Mikrofilamentit
• Välikokoiset filamentit
• Sentriolit
• Ribosomit
• Glykogeeni
• Rasvapisarat
• Proteasomit

Solun toiminta

Energian tuotanto

Solu ottaa energian ECM:stä pääosin glukoosina ja rasvahappoina. Rasvahapot pilkotaan solulimassa, jolloin syntyy NADH:ta. Glukoosi pilkotaan mitokondrion sitruunahappokierrossa, jolloin syntyy CO2:ta, NADH:ta ja FADH2:ta Mitokondrion hengitysketjussa NADH ja FADH2 luovuttavat protoninsa. Seurauksena mitokondrion sisemmän kalvon eri puolille syntyy protonikonsentraariogradientti. Protonipumppu antaa protonikonsentraation tasoittua tekemällä samalla ADP:sta ja fosfaatista ATP:ta. ATP on solun perusenergiavaluutta, jota entsyymit käyttävät reaktioihinsa. ATP:n huono puoli on, että sitä ei voida säilöä suuria määriä.

Endo- ja eksosytoosi

Solu ottaa aineita ympäristöstään endosytoosilla, joka voidaan jakaa kahteen: fagosytoosiin ("solusyönti") ja pinosytoosiin ("solun juominen"). Molemmissa tapahtumissa solun ulkopuolella olevat molekyylit kiinnittyvät solukalvon reseptoreihin ja saavat aikaan solukalvon vetäytymisen kuopalle. Kuoppa syvenee, ja lopulta kuoppa irtoaa solun sisälle endosomina ja solukalvo umpeutuu kiinnittymällä vastakkaiseen reunaan. Endosomi yhdistyy solussa lysosomin kanssa. Lysosomi sisältää entsyymejä, jotka hajottavat endosomin sisällön solun käyttöön. Esimerkkinä fagosytoosista on, kun fagosytoivat solut (makrofagit, neutrofiilit) syövät bakteereja ja tappavat ne sisällään. Jotkin bakteerit esim. tuberkuloosi ja shigella voivat elää solun sisällä estämällä endosomin ja lysosomin fuusiota. Fagosytoosin jälkeen ns. myöhäinen endosomi yleensä liitetään uudestaan kalvolle eksosytoosilla, jolloin sen sisältämät kuona-aineet vapautuvat soluvälitilaan. Eksosytoosi on käänteinen endosytoosille.