5. Solukalvo

Kappaleesta viisi opin

1.) Solukalvon rakenteesta ja tehtävistä

Solukalvo erottaa solun sisäpuolen sen ulkopuolesta, jolloin solu pystyy toimimaan itsenäisenä

Solukalvo säätelee aineiden kulkeutumista soluun ja pois solusta

Eläinsoluissa kalvo on solun uloin osa, kasvi-, sieni-, levä- ja bakteerisoluissa uloimpana on soluseinä

Solukalvo ei ole jäykkä, vaan se voi taipua ja muuttaa muotoaan

Sen runko koostuu kahdesta fosfolipidimolekyyli-kerroksesta

Solukalvossa on myös proteiinimolekyylejä ja hiilihydraattiketjuja

• Jotkut proteiineista toimivat reseptorimolekyyleinä: niiden kautta kulkevat soluun vesiliukoiset aineet, esim. sokerit (rasvaliukoiset aineet puolestaan kulkevat soluun menemällä läpi lipidikerroksista)

• Hiilihydraattiketjut auttavat solua esimerkiksi tunnistamaan muita soluja

2.) Aineiden passiivisesta kulkeutumisesta

Passiivista kulkeutumista on sellainen aineiden kulkeutuminen, mikä ei vaadi energiaa (taloudellista soluille!)

Diffuusiossa molekyylit kulkeutuvat kohti pienempää pitoisuutta: kyseessä on lämpöliike, jonka vaikutuksesta hiukkaset kulkeutuvat pienempään pitoisuuteen

 Osmoosilla tarkoitetaan diffuusiota puoliläpäisevän kalvon läpi

Koska solun sisällä olevien aineiden pitoisuus on suurempi kuin sen ulkopuolella --> vettä siirtyy enemmän sisälle soluun kuin solusta ulos (esim. kasvin juuret)

Avustetussa diffuusiossa kuljettajaproteiinit avustavat hiukkasten kulkeutumista soluun

3.) Aineiden aktiivisesta kuljettamisesta

• Aktiivista kuljettamista tarvitaan, kun halutaan siirtää aineet kohti suurempaa pitoisuutta
• Tähän kuluu energiaa
• Tekijänä ovat kuljettajaproteiinit (ioneja kuljettavat ionipumppuja)
• Solusyönnillä saadaan solun sisään jopa toisia soluja, pääasiassa kuitenkin isoja molekyylejä
• Pois solusta tällaiset suuret yksiköt puolestaan saadaan eksosytoosin voimin

UUSI KÄSITE:

Eksosytoosi = Solukalvon aktiivinen kuljetustapa, jolla poistetaan isoja molekyylejä solusta eriterakkuloissa

Omassa elämässäni olen muun muassa kemian tunneilla tutkinut osmoosia ja diffuusiota. Myös, kun olin pieni, katsoin usein Olipa kerran elämä-sarjaa, jossa kuvattiin animaation avulla valkosolujen solusyöntiä. Tulevaisuudessa voin soveltaa oppimiani asioita vaikka niin, etten ihmettele, jos joskus joudun tiputukseen ja saan lääkkeet liuotettuina suolaliuokseen: tämä estää solujani hörppäämästä liikaa vettä ja halkeamasta.


KYSYMYS:

Mitä aineita solusta poistetaan eksosytoosin avulla?

Muun muassa Wikipediassa artikkelissa Eksosyteesi aiheen yhteydessä mainittiin hormonit, osoitteessa http://www.solunetti.fi/fi/solubiologia/eksosytoosi/2/ proteiinien valmistus ja osoitteessa https://wiki.helsinki.fi/display/solu/Solukalvo haiman insuliini.

 

Opetusvideo solukalvon rakenteesta Lähde: http://opetus.tv/biologia/solubiologia-ja-perinnollisyys/solukalvo/


TEHTÄVÄ: s. 37 t. 4

Tohvelieläin elää suolattomassa vedessä --> sen sisälmykset sisältävät väkevämpiä liuoksia kuin mitä vesi on --> osmoosin vuoksi vettä siirtyy tohvelieläimen sisälle --> tarvitaan rakko, jolla poistetaan ylimääräinen vesi tohvelieläimen sisältä, jotta ei tapahdu halkeamista.

4. Entsyymit ovat solun kemiallisia robotteja

Tärkein oppimani asia kappaleesta neljä on, että entsyymit ovat solun tuottamia valkuaisaineita ja  niitä tarvitaan solun kemiallisissa reaktioissa katalyytteinä

• nopeuttaen reaktioita
• saaden reaktiot toimimaan suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa
• kuten myös laimeissakin liuoksissa
• kulumatta tai muuttumatta itse reaktioissa.

 Entsyymien rakenteessa tärkeintä on entsyymin proteiiniosa, sillä siellä olevaan aktiiviseen keskukseen kiinnittyy aine, substraatti, jota entsyymi muokkaa. Myös kofaktori on tärkeä osa eräissä entsyymeissä, sillä kofaktorin sisältävissä entsyymeissä proteiiniosa on erikseen tehoton, mutta yhdessä kofaktorin kanssa entsyymi toimii (kofaktoreina usein metalli-ionit ja vitamiinit). Koska jokainen entsyymi vaikuttaa vain sille itselleen "varattuun" aineeseen, entsyymejä kutsutaan spesifisiksi.

Entsyymien toiminnassa tärkeintä on niille sopivat olosuhteet, sillä jos olosuhteet käyvät liian epäsuotuisiksi, entsyymit denaturoituvat eli menettävät muotonsa. Ideaalit olosuhteet entsyymeille ovat sopivan lämpötilan ja liuoksen sopivan suolapitoisuuden sekä happamuuden yhdistelmä (optimiolosuhteet, jokaisella entsyymillä oma).


UUSI KÄSITE:

Inhibiittori = Aine, joka haittaa entsyymin toimintaa. Muistuttaa rakenteeltaan tiettyä substraattia ja kiinnittyy tämän paikalle entsyymin aktiiviseen keskukseen estäen sen toiminnan. Monet myrkylliset aineet, mutta myös lääkkeet voivat toimia inhibiittoreina.

Omassa elämässäni olen huomannut entsyymien toiminnan muun muassa leipää syödessäni: leivän maku muuttuu suussa makeaksi, kun amylaasi pilkkoo tärkkelyksen maltoosiksi. Tulevaisuudessa voin käyttää tietojani entsyymien toiminnasta hyväksi esimerkiksi siten, että tiedän monien vitamiinien toimivan entsyymeissä kofaktoreina, jolloin osaan huolehtia niiden tarvittavasta saannista ja vältyn puutostaudeilta.

KYSYMYS:

Onko rautaioni minkään entsyymin kofaktori?

Wikipediassa rauta mainittiin yhdeksi tärkeimmistä ja yleisimmistä kofaktoreista.

Vähälaktoosiset tuotteet valmistetaan laktaasi-entsyymiä hyödyksi käyttäen
lähde: http://www.kauppahalli24.fi/media/catalog/product/cache/1/image/9df78eab33525d08d6e5fb8d27136e95/1/2/123.jpg

TEHTÄVÄ: s. 31 t. 1
a) VÄÄRIN (substraatti on aine jota entsyymi käsittelee, ei sen rakenneosa)
b) OIKEIN
c) OIKEIN
d) VÄÄRIN (jotkut entsyymit toimivat myös solun ulkopuolella)

3. Solujen kemiallinen rakenne

Tärkeimmät oppimani asiat kappaleesta 3:

Vaikka eliölajien soluissa onkin eroa, löytyy niistä enemmän yhtläisyyksiä. Kaikki solut koostuvat molekyyleistä ja niiden yleisimpiä alkuaineita ovat hiili, vety, happi ja typpi. Yhdisteet soluissa voivat olla orgaanisia (useat hiiliyhdisteet) tai epäorgaanisia (esim. vesi). Soluissa on myös lukuisia ioneja, eli alkuaineiden sähköisesti varautuneita atomeja.

Solujen tärkeimpiä energianlähteitä ovat hiilihydraatit ja rasva-aineet eli lipidit.
 Hiilihydraateissa on hiiltä, vetyä ja happea. Yksinkertaisimmat hiilihydraatit ovat monosakkarideja (glukoosi, fruktoosi). Disakkarideissa (sakkaroosi, laktoosi) on kaksi yhteenliittynyttä monosakkaridia. Polysakkarideissa (tärkkelys, selluloosa) on monia monosakkarideja yhdessä, jopa tuhansia. Hiilihydraatit ovat tärkeitä, koska ne ovat solujen tärkeimpiä energianlähteitä ja -varastoja. Ne ovat myös monien molekyylien rakennusosia.
 Lipideitä ovat esimerkiksi varsiniaset rasvat, steroidihormonit ja fosfolipidit. Ne koostuvat kaikki hiilestä, hapesta ja vedystä. Lipidit eivät liukene veteen. Varsinaiset rasvat eli triglyseridit toimivat energiavarastoina rasvasoluissa. Rasva voi olla tyydyttynyttä (hiliatomin välissä ei kaksoissidoksia, usein eläinrasvoissa) tai tyydyttymätöntä (yksi tai useampi kaksoissidos hiiliatomien välissä, usein kasvirasvoissa). Tyydyttymätön rasva on terveellisempää kuin tyydyttynyt, sillä tyydyttyneet eläinrasvat nostavat veren kolesterolipitoisuutta. Rasva-aineet toimivat soluissa tärkeinä energiavarastoina; eläimillä rasvasoluissa ja kasveilla muun muassa siemenissä.

Valkuaisaineet eli proteiinit ovat solujen tärkeitä rakenneosia ja myös suuressa osassa useissa solujen toiminnoissa. Ne koostuvat 20 erilaisesta aminohaposta, jotka kosstuvat hiilestä, hapesta, vedystä ja typestä (hajoamistuotteena virtsa).
 Valkuaisaineiden rakenteessa aminohappojen järjestys on valkuaisaineen primaarirakenne. Kun ketjut taipuvat, ne muodostavat sekundaarirakenteen kierteillä ja levyrakenteilla. Lopullinen kolmiulotteinen muoto on tertiaarinen rakenne. Kvaternaarirakenne taas liittyy suuriin valkuaisainemolekyyleihin; se koostuu monista aminohappoketjuista, jotka ovat kerällä toistensa ympärillä. Proteiinit ovatkin solun suurimpia molekyylejä, joiden lisäksi isoja ovat myös molekyylit, joissa on proteiiniosan lisäksi lipidi- tai hiilihydraattiosa. Tällaiset molekyylit ovat lipo- (huom! kolesteroli HDL ja LDL) ja glykoproteiineja.

Nukleiinihapot (dna ja rna) säilyttävät perimän ja valmistavat alkuaineita proteiinisynteesissä. Nukleiinihapoilla on erityinen taito kopioitua ja ne ovat hyvin suuria molekyylejä.
 Dna-molekyylit koostuvat kahdesta nukleotidiketjusta. Dna sisältää eliön perimän eli geenit. Dna:n perusrakenne on kaikilla eliöryhmillä täysin sama, joka vahvistaa teorian elämän yhteisestä alkuperästä.
 Rna ohjaa perimän mukaisten proteiinien syntyä. Tähän osallistuvat lähetti-rna, siirtäjä-rna ja ribosomi-rna, eli rna:ta on siis kolmea eri lajia.

ATP puolestaan on vastuussa solujen lyhytaikaisesta energiansaannista, sillä se on melko pysymätön aine ja näin sitä on soluissa käytettävissä vain hyvin lyhyen aikaa. ATP on solujen tärkein energiansiirtäjämolekyyli. ATP:n rakenneosia ovat adeniini, riboosi ja kolme fosfaattiryhmää. Siirrettävä energia on ATP:sta irtoavien fosfaattiosien välissä. Tätä energiaa käytetään esimerkiksi lihassupistuksessa. Kun ATP-molekyylit on käytetty loppuun, valmistetaan niitä lisää solun voimalaitoksissa, mitokondrioissa.

UUSI KÄSITE:

Nukleotiodi = Dna:n ja rna:n rakenneosa, joka itse muodostuu sokerista, emäksestä ja fosfaatista.

Omassa elämässäni olen soveltanut tietoa hiilihydraateista, lipideistä ja proteiineista miettiessäni ruokavaliotani koskevia asioita. Tulevaisuudessa voin soveltaa tietoja edelleen ravintoasioissa sekä tietoja nukleiinihapoista ja perimästä voin käyttää selittäessäni vaikkapa omalle jälkikasvulleni, että miksi he muistuttavat vanhempiaan.

KYSYMYS:

Millä menetelmillä dna:ta eristetään soluista?

"DNA:n eristäminen on laboratoriossa rutiinitoimenpide. DNA löytyy solun tumasta, joten ensin DNA:ta ympäröivät rakenteet pitää purkaa. Solurakenteet voidaan rikkoa mekaanisesti murskaamalla. Rasvat saadaan erikseen lisäämällä tavallista saippuaa muistuttavaa ainetta. Proteiinit rikotaan entsyymeillä. DNA saadaan esiin lisäämällä kylmää alkoholia, jonka kanssa DNA sakkaantuu ja tulee näkyväksi."

Näin luonnehdittiin dna:n eristämistä osoitteessa http://oppiminen.yle.fi/solubiologia/bioteknologia/dnan-eristaminen-monistaminen, josta löytyy myös dna:n monistamiseen liittyvää asiaa, sekä video dna:n monistamisesta ja eristämisestä.

ARTIKKELI:

HS: Seeprakalan perimä auttaa ihmisen tautien tuntemusta, Timo Paukku, 19.4.2013
 
Artikkelista näkee, kuinka tietoa eliöiden yhteisen perimän alkuperästä voi käyttää hyödyksi.

 

Seeprakalan perimä auttaa ihmisen tautien tuntemusta

TEHTÄVÄ: s. 24 t. 2

2. Solun perusrakenne

Bakteerisolu

A = siimoja B = solukalvo C = soluseinä D = kapseli F = kromosomi G = ribosomi

Kuvan ja osien nimien lähde: http://opinnot.internetix.fi/fi/muikku2materiaalit/lukio/bi/bi2/04_solun_rakenne/04_prokaryootin_solurakenne?C:D=hRyz.hQ2h&m:selres=hRyz.hQ2h


Tärkein oppimani asia kappaleesta 2 on, että kaikilla soluilla on yhteisiä piirteitä, mutta myös eroja kasvi-, eläin-, sieni- ja bakteerisolujen välillä.
 Kaikilla soluilla on solukalvo (aineenvaihdunta), solulima (koostuu vedestä ja siihen liuenneista aineista) ja perimä (aitotumaisilla tuman sisällä, esitumaisilla rihmana solulimassa).
 Kasvisolu koostuu soluseinästä, tumasta ja soluelimistä, joita ovat solunesterakkula, viherhiukkaset, mitokondriot, ribosomit, solulimakalvosto, diktyosomit ja proteiinisäikeet.
 Eläinsolussa ei ole kasvisoluun eroten soluseinää, mutta siitä löytyy toki tuma ja soluelimet mitokondriot, ribosomit, solulimakalvosto, Golgin laite, keskusjyväset, lysosomit ja proteiinisäikeet.
 Sienisolussa on soluseinä, tuma ja soluelimet solunesterakkula, mitokondriot, ribosomit, solulimakalvosto, Golgin laite ja lysosomit.
 Bakteerisolun rakenteeseen kuuluu kapseli, soluseinä ja soluelimet ribosomit, solukalvon poimut sekä siimat ja karvat. Muihin solutyyppeihin eroten bakteerisolussa ei ole tumaa, vaan perimä on vapaana plasmideissa ja solulimassa.

UUSI KÄSITE:

Golgin laite = Yksi soluelimistä, käsittelee proteiineja lisäämällä niihin hiilihydraatteja ja lähettää ne sitten eriterakkuloiden kautta oikeaan kohteeseen solussa. Kasveilla Golgin laite = diktyosomi.

Omassa elämässäni olen tutkinut eläin- ja kasvisolun eroja aikaisemmilla biologian tunneilla. Tietoa solujen rakenteista voisin soveltaa tulevaisuudessa esimerkiksi tulehduksia selitettäessä: bakteerisolun rakenteen tietäminen on hyödyksi eri sairauksien synnyn ymmärtämisessä. Myös esimerkiksi syövän tunnistamisessa on hyötyä siitä, että tietää eläinsolun rakenteen.

KYSYMYS:

Mikä on koiran tuman kromosomimäärä?

Tästä osoitteesta luin koiran tumassa olevan 78 kromosomia, jossa on 39 kromosomiparia.

TEHTÄVÄ: s. 16 t. 4

1. Tuma
2. Tumakotelo
3. Solukalvo
4. Mitokondrio
5. Solulima

1. Eliöiden solut muistuttavat toisiaan

Kasvisolu

Eläinsolu

Kuvien lähteet: http://opinnot.internetix.fi/fi/muikku2materiaalit/lukio/bi/bi2/04_solun_rakenne/06_eukaryoottisolu/embedded2 ja http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/06/Kasvisolu.png/300px-Kasvisolu.png


Tärkein oppimani asia kappaleesta on, että solujen nerokas rakenne ja aineenvaihduntakyky ovat asioita, jotka ovat ominaisia kaikille maapallon eliöille. Solut ovat kaikilla eliöillä yhtä pieniä, vaikka eliöiden kokoerot vaihtelavatkin suuresti. Solujen pienuuden etuja ovat muun muassa se, että niiden pinta-ala on suuri tilavuuteen verrattuna (nopea aineiden vaihto, aineiden kuljetusmatkat lyhyitä) ja monet pienet solut muodostavat eliön (yhden solun tuhoutuminen ei haittaa; erityisen tarpeellista eliöillä, joilla on paljon erilaisia soluja). Solut ovat eliniältään lyhytaikaisia, jotkin solut tosin elävät pitempään (esim. ihmisen lihas- ja hermosolut). Myös hyvin tärkeä ominaisuus soluissa on niiden kyky erikoistumiseen.
 Eläimillä kasvit muodostavat kudoksia ja kasveilla solukkoja. Kudokset ja solukot ovat rakenteeltaan samanlaisten ja johonkin tiettyyn "tehtävään" erikoistuneiden solujen ryhmittymiä. Eläimillä tärkeimpiä ovat epiteeli- eli pintakudos (kehon ulko- ja sisäpinnat, tehtävänä mm. suojaus, esim. iho, suoliston sisäpinta), lihaskudos (pitkät lihassolut, joissa supistumiskykyiset proteiinit, tehtävänä liikkeen tuotto), hermokudos (neuronit, tehtävänä aistiminen ja tiedonvälitys) ja tukikudos (sidekudos, luukudos, rasvakudos, rustokudos, veri, tehtävänä mm. rakenteiden yhteenliittäminen ja elinten suojaaminen) ja kasveilla kasvu-, perus- ja johtosolukot, joista rakentuvat kasvin osat.

UUSI KÄSITE:

Epiteeli- eli pintakudos = kehon ulko- ja sisäpinnoilla (iho, suoliston sisäpinta), suojaa elimiä, säätelee aineiden kulkua, eritteiden ja hormonien valmistusta, lisäksi iho tuntoaistii

Omassa elämässäni olen huomannut solujen nopean uusiutumisen esimerkiksi nähdessäni pienen haavan parantuvan nopeaan tahtiin ja saunassa ihoa hangatessani niin että kuollut ihosolukko irtoaa.
Tulevaisuudessa voin soveltaa tietoa vaikkapa, jos satun eksymään solubiologian alalle tai tutkiessani koulutöissä mikroskoopilla erilaisia näytteitä.

KYSYMYS:

Kuinka pitkä on solubiologin koulutus ja mitä siihen sisältyy?

Jyväskylän yliopiston nettisivuilta löytyi hyvä sairaalasolubiologin koulutusta koskeva artikkeli, josta sain melko tyhjentävän vastauksen kysymykseeni: https://www.jyu.fi/bioenv/opiskelu/jatko-opiskelu/sairaalasolubiologi.

TEHTÄVÄ: s. 12 t. 1 ja 2