6. Eliöt koostuvat soluista
Luvun sisältö
- 6. Johdanto
- 6.1 Solun toiminta pohjautuu kemiallisiin reaktioihin
- 6.2 Soluja on monenlaisia
- 6.3 Esi- ja aitotumaiset solut
- 6.4 Solun rakenneosat
6. Johdanto
Kaikki ympärillämme oleva elollinen aines koostuu soluista. Monisoluisilla eliöillä solut muodostavat solukkoja ja kudoksia. Solut, kuten suolistossa elävät yksisoluiset bakteerit, voivat myös toimia itsenäisesti. Vaikka soluja on monen muotoisia, niillä on paljon yhteisiä piirteitä. Ne ovat pieniä, lisääntyvät jakautumalla ja kykenevät aineenvaihduntaan.
Elävissä eliöissä esiintyy suurikokoisia molekyylejä eli makromolekyylejä, joissa voi olla jopa tuhansia atomeja. Makromolekyylejä ovat esimerkiksi proteiinit, DNA ja tärkkelys. Ne voivat muodostaa kokonaisuuksia, joissa yhteen liittyneet molekyylit toimittavat erilaisia tehtäviä. Myös soluelimissä on paljon erilaisia makromolekyylejä. Erilaiset molekyylit ja soluelimet muodostavat yhdessä toimivan solun.
Sipulin samankaltaiset solut muodostavat solukon. Mikroskooppikuvassa erottuvat solusta soluseinä, solulima ja tuma.
Elävissä eliöissä esiintyy suurikokoisia molekyylejä eli makromolekyylejä, joissa voi olla jopa tuhansia atomeja. Makromolekyylejä ovat esimerkiksi proteiinit, DNA ja tärkkelys. Ne voivat muodostaa kokonaisuuksia, joissa yhteen liittyneet molekyylit toimittavat erilaisia tehtäviä. Myös soluelimissä on paljon erilaisia makromolekyylejä. Erilaiset molekyylit ja soluelimet muodostavat yhdessä toimivan solun.
Sipulin samankaltaiset solut muodostavat solukon. Mikroskooppikuvassa erottuvat solusta soluseinä, solulima ja tuma.
6.1 Solun toiminta pohjautuu kemiallisiin reaktioihin
Aineenvaihduntaan kuuluvat solun sisällä tapahtuvat kemialliset reaktiot. Solu voi sitoa ympäristöstään energiaa orgaanisiin yhdisteisiin tai vapauttaa niihin sitoutunutta kemiallista energiaa. Se voi myös valmistaa ja hajottaa rakennusaineita solun normaalia toimintaa, kasvua tai lisääntymistä varten. Kaikki eliöt kykenevät itsenäiseen aineenvaihduntaan. Se onkin eräs elämän tunnusmerkeistä.
Monet biologiset reaktiot tapahtuvat hitaasti. Esimerkiksi glukoosi (rypälesokeri) hajoaa itsestään vedeksi ja hiilidioksidiksi, mutta reaktio on hyvin hidas, ja siinä voi kestää tuhansia vuosia. Sen sijaan solussa sama reaktio tapahtuu sekunnin murto-osassa!
Katalyytit ovat aineita, jotka nopeuttavat kemiallisia reaktioita. Myös monet proteiinit voivat toimia katalyytteinä, jolloin niitä kutsutaan entsyymeiksi. Solut tarvitsevat toimiakseen suuren määrän erilaisia entsyymejä, jotta aineenvaihdunta olisi nopeaa ja tehokasta. Ks. opetus.tv:n video entsyymeistä.
Anabolisissa reaktioissa energiaa sitoutuu orgaanisiin yhdisteisiin kemialliseksi energiaksi. Katabolisissa reaktioissa kemiallista energiaa vapautuu orgaanisista yhdisteistä ja se muuttuu lämpöenergiaksi.
Monet biologiset reaktiot tapahtuvat hitaasti. Esimerkiksi glukoosi (rypälesokeri) hajoaa itsestään vedeksi ja hiilidioksidiksi, mutta reaktio on hyvin hidas, ja siinä voi kestää tuhansia vuosia. Sen sijaan solussa sama reaktio tapahtuu sekunnin murto-osassa!
Katalyytit ovat aineita, jotka nopeuttavat kemiallisia reaktioita. Myös monet proteiinit voivat toimia katalyytteinä, jolloin niitä kutsutaan entsyymeiksi. Solut tarvitsevat toimiakseen suuren määrän erilaisia entsyymejä, jotta aineenvaihdunta olisi nopeaa ja tehokasta. Ks. opetus.tv:n video entsyymeistä.
Anabolisissa reaktioissa energiaa sitoutuu orgaanisiin yhdisteisiin kemialliseksi energiaksi. Katabolisissa reaktioissa kemiallista energiaa vapautuu orgaanisista yhdisteistä ja se muuttuu lämpöenergiaksi.
6.2 Soluja on monenlaisia
Solujen koot vaihtelevat yli millimetrin läpimitaltaan olevasta sammakon munasolusta yli tuhat kertaa pienempiin bakteereihin. Myös solujen muoto vaihtelee. Esimerkiksi ihmisen hermosolut voivat olla jopa yli metrin pituisia, kun taas kiekkomainen punasolu on läpimitaltaan vain muutamia mikrometrejä eli millimetrin tuhannesosia.Solut ovat useimmiten niin pieniä, että niitä ei voi erottaa paljain silmin. Tyypillisen eläin- ja kasvisolun läpimitta on noin 10–100 mikrometriä. Bakteeri- ja arkkisolut ovat vielä hieman pienempiä, noin 1–10 mikrometriä. Yksisoluisten aitotumallisten solut ovat sen sijaan usein suurempia kuin eläimen solut. Pienellä koolla on monia etuja: Pienikokoinen solu pystyy vaihtamaan ainetta ympäristön kanssa nopeammin kuin iso. Lisäksi pienen solun sisällä aineiden kulkeutuminen on nopeampaa, jolloin myös solujen aineenvaihdunta on tehokkaampaa. Pienet solut voivat myös jakautua nopeammin ja muodostaa monimuotoisia kokonaisuuksia, kuten kudosta ja elimiä. Eliön on siis kannattavampaa koostua monesta pienestä solusta kuin muutamasta isosta.
Vaikka solujen perusrakenne on melko samanlainen, niiden ikä, koko ja muoto vaihtelevat tehtävien mukaan. Ihmisruumiissa on miljardeja soluja ja satoja erilaisia solutyyppejä, kuten siittiö- ja munasoluja, puna- ja valkosoluja, luusoluja ja hermosoluja. Jokaisella solutyypillä on sen tehtävän kannalta tarkoituksenmukainen rakenne. Esimerkiksi siittiösolulla on liikkumista helpottava siima ja punasolulla hapen kuljetukseen kehittynyt kiekkomainen rakenne.
Myös solun elämänkierron pituus vaihtelee huomattavasti. Bakteerisolut voivat jakautua nopeimmillaan jopa muutamien kymmenien minuuttien välein. Toisaalta esimerkiksi ihmisen hermosolu voi elää jakautumatta koko ihmisen eliniän. Monisoluisilla eliöillä tarpeettomat ja huonokuntoiset solut tuhoutuvat. Siitä huolimatta yksilö voi jatkaa elämää, sillä solut tuhotaan hallitusti ohjelmoidun solukuoleman eli apoptoosin avulla.
6.3 Esi- ja aitotumaiset solut
Kaikilla soluilla on samoja ominaisuuksia. Solua erottaa ulkopuolisesta tilasta solukalvo, jonka sisäpuolella on solulima. Solulima sisältää runsaasti proteiineja, aminohappoja ja ravintoaineita, joita solu voi käyttää aineenvaihdunnassa. Solukalvon ympärillä voi olla rakennetta tukeva soluseinä.
Solulimassa voi olla useita tiettyyn tehtävään erikoistuneita solun rakenteita eli soluelimiä, esimerkiksi proteiinien tuottamiseen erikoistuneita ribosomeja. Kaikilla soluilla on perimä, joka sijaitsee DNA:sta ja proteiineista koostuvissa kromosomeissa. Aitotumaisilla kromosomit sijaitsevat tumassa ja esitumaisilla solulimassa. Tuman tehtävänä on säilöä eliön perinnöllistä informaatiota.
Esitumaisten eli prokaryoottien solut ovat yksinkertaisia verrattuna aitotumaisten eli eukaryoottien soluihin. Esitumaisiin kuuluvat bakteerit ja arkit. Ne ovat yksisoluisia eliöitä, joilla ei ole tumakoteloa. Esitumaisten solua ympäröi solukalvo, joka erottaa solun sen ympäristöstä. Lisäksi solukalvon ulkopuolella solua suojaa usein myös soluseinä. Esitumaisilla on vähemmän erityisiä tehtäviä suorittavia soluelimiä. Solujen toimintaa ohjaa DNA, joka sijaitsee yhdessä tai useammassa kromosomissa tai pienemmissä DNA-molekyyleissä, plasmideissa.
Aitotumaisiin eliöihin kuuluvat kasvit, eläimet, sienet ja protistit eli alkueliöt. Aitotumaisten soluissa on samoja rakenteita kuin esitumaisilla, esimerkiksi solukalvo ja kromosomit. Aitotumaisilla on kuitenkin myös sellaisia rakenteita ja ominaisuuksia, jotka puuttuvat alkeellisemmilta esitumaisilta: Aitotumaisilla DNA on säilötty tumakotelon sisään. Solun perimä sijaitsee useissa kromosomeissa, jotka koostuvat DNA:n lisäksi proteiineista. Aitotumaisilla on myös kalvorakenteisia soluelimiä, esimerkiksi mitokondrioita ja viherhiukkasia.
Monisoluiset eliöt ovat peräisin yhdestä solusta, josta jakautumalla kaikki muut kyseisen yksilön solut ovat syntyneet. Esimerkiksi ihmisyksilö on saanut alkunsa hedelmöittyneestä munasolusta. Ihmisalkion kehittyessä solut erilaistuvat ja muodostavat pienempiä ja suurempia kokonaisuuksia. Eläimillä tällaista erilaistuneiden solujen ryhmää kutsutaan kudokseksi ja kasvilla solukoksi.
Eläinten kudokset muodostavat yhdessä elimiä, ja elimistä koostuu elimistö. Esimerkiksi ohutsuolen pintasolukko muodostaa yhdessä side- ja tukikudoksen kanssa ohutsuolen, joka kuuluu esimerkiksi paksusuolen kanssa ruoansulatuselimistöön. Vastaavasti putkilokasvilla erilaiset solut yhdessä muodostavat solukkoja. Ne muodostavat juuret ja verson, johon kuuluu varsi ja lehdet.
Solulimassa voi olla useita tiettyyn tehtävään erikoistuneita solun rakenteita eli soluelimiä, esimerkiksi proteiinien tuottamiseen erikoistuneita ribosomeja. Kaikilla soluilla on perimä, joka sijaitsee DNA:sta ja proteiineista koostuvissa kromosomeissa. Aitotumaisilla kromosomit sijaitsevat tumassa ja esitumaisilla solulimassa. Tuman tehtävänä on säilöä eliön perinnöllistä informaatiota.
Esitumaisten eli prokaryoottien solut ovat yksinkertaisia verrattuna aitotumaisten eli eukaryoottien soluihin. Esitumaisiin kuuluvat bakteerit ja arkit. Ne ovat yksisoluisia eliöitä, joilla ei ole tumakoteloa. Esitumaisten solua ympäröi solukalvo, joka erottaa solun sen ympäristöstä. Lisäksi solukalvon ulkopuolella solua suojaa usein myös soluseinä. Esitumaisilla on vähemmän erityisiä tehtäviä suorittavia soluelimiä. Solujen toimintaa ohjaa DNA, joka sijaitsee yhdessä tai useammassa kromosomissa tai pienemmissä DNA-molekyyleissä, plasmideissa.
Aitotumaisiin eliöihin kuuluvat kasvit, eläimet, sienet ja protistit eli alkueliöt. Aitotumaisten soluissa on samoja rakenteita kuin esitumaisilla, esimerkiksi solukalvo ja kromosomit. Aitotumaisilla on kuitenkin myös sellaisia rakenteita ja ominaisuuksia, jotka puuttuvat alkeellisemmilta esitumaisilta: Aitotumaisilla DNA on säilötty tumakotelon sisään. Solun perimä sijaitsee useissa kromosomeissa, jotka koostuvat DNA:n lisäksi proteiineista. Aitotumaisilla on myös kalvorakenteisia soluelimiä, esimerkiksi mitokondrioita ja viherhiukkasia.
Monisoluiset eliöt ovat peräisin yhdestä solusta, josta jakautumalla kaikki muut kyseisen yksilön solut ovat syntyneet. Esimerkiksi ihmisyksilö on saanut alkunsa hedelmöittyneestä munasolusta. Ihmisalkion kehittyessä solut erilaistuvat ja muodostavat pienempiä ja suurempia kokonaisuuksia. Eläimillä tällaista erilaistuneiden solujen ryhmää kutsutaan kudokseksi ja kasvilla solukoksi.
Eläinten kudokset muodostavat yhdessä elimiä, ja elimistä koostuu elimistö. Esimerkiksi ohutsuolen pintasolukko muodostaa yhdessä side- ja tukikudoksen kanssa ohutsuolen, joka kuuluu esimerkiksi paksusuolen kanssa ruoansulatuselimistöön. Vastaavasti putkilokasvilla erilaiset solut yhdessä muodostavat solukkoja. Ne muodostavat juuret ja verson, johon kuuluu varsi ja lehdet.
| Ominaisuus | Esitumaiset | Aitotumaiset |
|---|---|---|
| Solua ympäröi | Solukalvo ja usein myös soluseinä | Solukalvo, kasveilla, sienillä ja monilla protisteilla myös soluseinä |
| Perimä sijaitsee | Solulimassa | Tumassa |
| Soluelimet | Vain pieniä, esim. ribosomi | Myös kalvorakenteisia soluelimiä (esim. mitokondrio, viherhiukkanen) |
| Monisoluisuus | Vain yksisoluisia | Sekä yksi- että monisoluisia |
| Eliöryhmät | Bakteerit ja arkit | Protistit, kasvit, eläimet ja sienet |
6.4 Solun rakenneosat
Tuma
Aitotumaisilla tuma toimii perimäaineksen eli DNA:n säilytyspaikkana. Sitä ympäröi tumakotelo, joka koostuu kahdesta kaksoiskalvosta. Tumakotelossa on pieniä reikiä eli tumahuokosia, joiden kautta aineet pääsevät kulkeutumaan tuman sisään ja sieltä ulos. Tumajyvänen valmistaa ribosomien osia.
Kromosomit koostuvat proteiineista ja DNA:sta. DNA:ssa sijaitsevat geenit, jotka ohjaavat solun toimintaa. Geeni on tietty DNA:n jakso, joka saa solun tuottamaan sen toimintaan vaikuttavaa tuotetta. Useimpien geenien tuottama lopputuote on proteiini.
Aitotumaisilla kromosomeja on yleensä useita, ja ne ovat lineaarisia eli suoria rakenteita. Kromosomeissa DNA on pakkautunut proteiinien kanssa tiiviiksi kromatiiniksi. Esitumaisilla kromosomit ovat usein rengasmaisia ja niiden pakkaus on löyhempää. Lisäksi esitumaisilla voi olla pieniä, rengasmaisia DNA-molekyylejä, plasmideja.
Solulima
Tuman ulkopuolista tilaa kutsutaan solulimaksi. Solulima koostuu soluelimistä sekä nestemäisestä sytosolista. Sytosoli sisältää veden lisäksi muun muassa paljon suoloja, proteiineja ja aminohappoja.
Mitokondrio
Mitokondriota voidaan kutsua solun voimalaitokseksi. Siellä tapahtuu useita solun energia-aineenvaihduntaan liittyviä reaktioita: esimerkiksi soluhengitys tapahtuu mitokondriossa. Solu vapauttaa mitokondriossa orgaanisten molekyylien sisältämää kemiallista energiaa solulle käyttökelpoiseen muotoon.Mitokondrio on pienikokoinen, kahden kalvon ympäröimä soluelin. Sen oletetaan olevan peräisin solun kanssa symbioosissa eläneestä bakteerista. Tämän endosymbioositeorian puolesta todistaa se, että mitokondriolla on esimerkiksi omaa DNA:ta ja ribosomeja.
Mitokondriota päällystää kaksi kalvoa. Sisemmällä kalvolla tapahtuvat soluhengityksen reaktiot ja se on hyvin poimuttunut.
Viherhiukkanen
Viherhiukkanen eli kloroplasti on ravintoketjun tuottajien (kasvit ja levät) soluissa oleva soluelin. Viherhiukkasissa tapahtuu fotosynteesi: siinä viherhiukkaset sitovat auringon säteilyenergiaa kemialliseksi energiaksi tuottamalla orgaanisia yhdisteitä, kuten sokeria (glukoosi). Viherhiukkanen on kahden kalvon ympäröimä kuten mitokondriokin, mutta lisäksi sen sisällä on yhteyttämiskalvostoja, joiden pinnalla tapahtuu yhteyttämiseen liittyviä reaktioita.
Viherhiukkasissa tuotetaan hiilidioksidista ja vedestä valon avulla orgaanisia molekyylejä, kuten sokeria. Samalla vapautuu happea. Myös viherhiukkasella on omaa DNA:ta ja ribosomeja. Viherhiukkasten on arveltu olevan sukua syanobakteereille.
Solun kalvorakenteet
Solulla on tuman, mitokondrion ja viherhiukkasen lisäksi monia muita kaksoiskalvon ympäröimiä soluelimiä, joita tarvitaan esimerkiksi aineiden kuljetukseen ja eritykseen. Kalvorakenteiset soluelimet ovat tyypillisiä aitotumaisille eliöille.Solulimakalvosto on yhtenäinen kalvojen ja rakkuloiden muodostama kokonaisuus. Siellä muokataan moniin soluelimiin kuljetettavat ja solusta ulos eritettävät proteiinit. Solulimakalvosto voidaan jakaa karkeaan ja sileään solulimakalvostoon. Karkeassa solulimakalvostossa on kiinni ribosomeja, jotka tuottavat proteiineja kalvoston sisäpuolelle.
Golgin laite on eräänlainen solun tavaraliikennekeskus. Siellä lajitellaan kuljetettavat ja eritettävät proteiinit sekä muokataan niitä. Golgin laitteesta proteiinit voidaan ohjata lysosomiin, jota voidaan kutsua solun kierrätyskeskukseksi. Lysosomissa voidaan pilkkoa tarpeettomia proteiineja ja vierasaineita. Sen sisällä pH on melko alhainen, mikä edesauttaa monien molekyylien pilkkomista. Lisäksi immuunipuolustuksen syöjäsolut tuhoavat haitalliset bakteerit happamassa lysosomissa. Peroksisomissa on monia entsyymejä, jotka mahdollistavat muun muassa monia tärkeitä hajotusreaktioita.
Vakuoli eli solunesterakkula on kasvi- ja sienisolujen rakenne, eikä sitä löydy eläinsoluista. Se on kalvopäällysteinen, nesteen täyttämä rakkula, joka etenkin vanhoissa soluissa voi täyttää lähes koko solun. Kasvisolun koko perustuukin pitkälti vakuolin sisältämän veden määrään. Vakuolissa säilötään ravintoaineita, suoloja ja jätteitä sekä hajotetaan joitakin makromolekyylejä.
Ribosomit
Ribosomi on proteiineista ja RNA:sta koostuva suurikokoinen molekyyli, jossa tuotetaan proteiineja DNA:n ohjeen m
ukaisesti. Ribosomit voivat olla vapaana solulimassa tai olla kiinnittyneitä solulimakalvostoon.Proteiinit ovat solun toiminnan kannalta keskeisiä makromolekyylejä. Monet proteiinit ovat entsyymejä, jotka nopeuttavat solun kemiallisia reaktioita. Lisäksi proteiinit toimivat mm. solujen rakenteen ja liikkumisen kannalta tärkeissä tehtävissä. Ihmisen elinaikana elimistössä valmistetaan tuhansia erilaisia proteiineja.
Kuvassa on ribosomi, joka koostuu proteiineista ja RNA:sta. Ne voivat olla vapaana solulimassa tai kiinnittyä solulimakalvostoon. Uudet proteiinit tuotetaan ribosomeissa.
Solukalvo ja -seinä
Solu tarvitsee erilaisia muotoa tukevia ja hajoamista estäviä rakenteita. Kaikkia soluja ympäröi solukalvo, joka erottaa solun sen ympäristöstä. Se myös säätelee aineiden kulkua soluun ja siitä ulos. Kasvi- ja sienisoluilla sekä useimmilla bakteereilla solua ympäröi soluseinä, joka suojaa ja tukee solua. Kasveilla se koostuu pääosin selluloosasta, sienillä kitiinistä ja bakteereilla muun muassa peptidoglykaanista eli mureiinista. Eläinsoluilla ei ole soluseinää.
Solukalvossa on kaksi lipidikerrosta. Solukalvoon on uponneena proteiiineja (vihreä), joiden kautta aineita kulkee valikoidusti. Lisäksi solukalvossa on kolesterolimolekyylejä ja hiilihydraattimolekyylejä (oikealla).
Solukalvon rakenne.
Opetus.tv: ihmisen solu Yle: Mikä on solu?Solun rakenteita
| Rakenneosa | Muoto | Tehtävä | Millä eliöillä? |
|---|---|---|---|
| Tuma | Kalvon ympäröimä, sisällä kromosomit | Perimän säilöminen ja DNA:n lukeminen | Aitotumaisilla |
| Mitokondrio | Kahden kaksoiskalvon ympäröimä soluelin, myös omaa DNA:ta | Soluhengitys ja energia-aineenvaihdunta | Useimmat aitotumaiset |
| Viherhiukkanen | Kahden kaksoiskalvon ympäröimä soluelin, sisällä yhteyttämiskalvostoja, myös omaa DNA:ta | Fotosynteesi | Monet levät, kasvit |
| Solulimakalvosto | Kalvopusseja ja -rakkuloita | Aineiden kuljetus ja muokkaus | Aitotumaiset |
| Golgin laite (kasveilla diktyosomi) | Kalvopusseja ja -rakkuloita | Kuljetettavien aineiden muokkaus ja lajittelu | Aitotumaiset |
| Lysosomi | Kalvorakkula | Aineiden hajotus | Eläinsolut |
| Vakuoli | Kalvorakkula | Nesteen varastointi, aineiden hajotus | Kasvi- ja sienisolut |
| Ribosomi | Proteiineja ja RNA:ta | Proteiinien tuottaminen | Kaikki eliöt |
| Solukalvo | Kaksoiskalvo | Erottaa solun ympäristöstä | Kaikki eliöt |
| Soluseinä | Selluloosaa (kasvit), kitiiniä (sienet), peptidoglykaania (bakteerit) | Suojaa ja tukee solua | Kasvit, sienet, monet protistit, useimmat bakteerit ja arkit |
