Johdanto
Kaikki eliöt koostuvat soluista. Useimmat solut ovat pienikokoisia, eikä niitä voi nähdä paljaalla silmällä. Solujen pienelle koolle on monta syytä. Pieni solu pystyy vaihtamaan ainetta ympäristön kanssa nopeammin kuin iso. Koska solut ovat pieniä, aineiden kulkeutuminen solun eri osiin on nopeampaa, jolloin myös solujen aineenvaihdunta on tehokkaampaa. Pienet solut voivat myös jakautua nopeammin. Ne voivat muodostaa monimuotoisia kokonaisuuksia, kuten kudosta ja elimiä.
Solun sisälle kätkeytyy suuri määrä soluelimiä, joissa tapahtuu valtava määrä monimutkaisia toimintoja. Yksinkertaisetkin eliöt tuottavat satoja erilaisia proteiineja, jotka toimivat aineenvaihdunnassa ja lisääntymisessä.
Solujen yhteiset piirteet
Kasvi-, sieni- ja eläinsolut voivat näyttää mikroskoopilla katsottuna hyvin erilaisilta. Solujen muoto, koko ja tehtävä voivat poiketa toisistaan paljon. Kaikkien solujen perusrakenne on kuitenkin samanlainen.
DNA ohjaa kaikkien elävien solujen toimintaa. DNA on jakautunut kromosomeihin, joiden sisältämät geenit määrittävät solun toimintaa ohjaavien tuotteiden rakenteen. Proteiinisynteesissä DNA:n sisältämä tieto siirretään lähetti-RNA-molekyylille (transkriptio) ja lähetti-RNA:n sisältämän tiedon avulla valmistetaan proteiineja ribosomeilla (translaatio). Tapa tuottaa RNA:ta ja proteiineja on kaikilla soluilla samanlainen.
Solut kykenevät myös lisääntymään ja jakautumaan. Solu voi tuottaa kopioita itsestään mitoosin avulla. Suvullisesti lisääntyvien eliöiden solut voivat myös jakaantua meioosissa, jossa solujen kromosomiluku puolittuu.
Kaikkien solujen kemiallinen rakenne ja niissä tapahtuvat kemialliset reaktiot ovat samantyyppisiä. Soluissa on runsaasti erilaisia makromolekyylejä, kuten proteiineja, hiilihydraatteja ja nukleiinihappoja. Myös makromolekyylien rakenteessa on samankaltaisuuksia. Monet solujen proteiinit toimivat entsyymeinä, jotka nopeuttavat kemiallisia reaktioita.
Solua ympäröi solukalvo, joka erottaa solun ympäristöstä. Lisäksi solukalvon ulkopuolella solua suojaa usein myös soluseinä. Solukalvon sisäpuolista tilaa kutsutaan solulimaksi. Solulima koostuu soluelimistä ja nestemäisestä sytosolista. Sytosoli sisältää veden lisäksi paljon suoloja, proteiineja ja aminohappoja.
Myös solujen energia-aineenvaihdunta on kaikilla eliöillä samantyyppistä. Soluissa energian väliaikaisena varastona toimii ATP. Esimerkiksi fotosynteesissä ja soluhengityksessä ATP:tä hyödynnetään energian väliaikaisena varastona. Solu voi hyödyntää ATP:ssä olevaa kemiallista energiaa esimerkiksi aineenvaihduntaan, lisääntymiseen tai liikkumiseen.
- proteiinimolekyyli
- hiiliatomi
- mitokondrio
- solu
- entsyymi
- virus
- Golgin laite
- sokeri
- mitokondrio
- solulima
- solukalvo
- solun tukiranka
- ribosomi
Tumattomien ja tumallisten solut
Tumattomien eli esitumaisten eli prokaryoottien solut ovat yksinkertaisia verrattuna tumallisten eli eukaryoottien soluihin. Tumattomat ovat yksisoluisia eliöitä, joilla ei ole tumaa. Eliökunnan luokittelussa tumattomiksi lasketaan bakteerit ja arkeonit. Arkeonit eroavat bakteereista esimerkiksi solukalvon ja soluseinän rakenteen osalta, ja niiden proteiinisynteesissä on monia eroavaisuuksia. Arkeonit ovat lähempää sukua tumallisille kuin bakteerit.
Tumattoman solun toimintaa ohjaa DNA, joka sijaitsee yleensä rengasmaisissa kromosomeissa. Joillakin tumattomilla on kromosomien lisäksi pienempiä rengasmaisia DNA-molekyylejä, joita kutsutaan plasmideiksi. Tumattomien solujen toimintaan tutustutaan tarkemmin BI6-moduulissa.
Aitotumaisten soluissa on samoja piirteitä kuin tumattomilla. Niillä on kuitenkin rakenteita ja ominaisuuksia, jotka puuttuvat alkeellisimmilta tumattomilta. Aitotumaisilla DNA on varastoitu kromosomeissa kaksinkertaisen kalvon päällystämän tuman sisään.
Lisäksi aitotumaisia erottavat tumattomista kalvorakenteiset soluelimet eli organellit. Tällaisia soluelimiä ovat esimerkiksi solun energiatehtaana toimivat mitokondriot sekä kasveilla yhteyttämisessä toimivat viherhiukkaset. Kasvi- ja sienisoluja sekä monia alkueliöitä eli protisteja ympäröi selluloosasta rakentuva soluseinä, mutta eläinsoluilla ei ole soluseinää.
Tumattomat (eli esitumaiset) ja tumalliset (eli aitotumaiset)
Ominaisuus | Tumattomat | Tumalliset |
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 arkeonit | Protistit, kasvit, eläimet ja sienet |
Solun osat
Eläin-, sieni- ja kasvisolulla on monia samoja soluelimiä. Toisaalta yksilön kaikissa soluissa ei ole samoja soluelimiä ja solun osia. Esimerkiksi punasolussa ei ole lainkaan mitokondrioita, mutta maksasolussa niitä voi olla tuhansia.
Solun osia
Solun osa | Eläinsolu | Kasvisolu | Sienisolu | Millä aitotumaisilla eliöillä | Rakenne | Toiminta |
Solukalvo | X | X | X | Kaikki aitotumaiset | Kaksoislipidikalvo | Suojaa ja eristää solun ympäristöstä. Solukalvon kautta eliö ottaa soluun ja poistaa solusta aineita tarpeensa mukaan. |
Solulima eli sytoplasma | X | X | X | Kaikki aitotumaiset | Solukalvon sisällä ja tumakotelon ulkopuolella oleva materiaali, jonka nesteseosta (vettä ja siihen liuenneita aineita) kutsutaan sytosoliksi | Monet solureaktiot tapahtuvat solulimassa |
Ribosomi | X | X | X | Kaikkien eliöiden solulimassa + mitokondriot + viherhiukkaset | Proteiineja + RNA:ta | Tuottaa proteiineja |
Tuma | X | X | X | Kaikki aitotumaiset | Tumakalvon ympäröimä, sisällä kromosomit | Perimän säilöminen ja DNA:n lukeminen |
Soluseinä | X | X | Kasvi- ja sienisolut | Kasveilla selluloosaa, sienillä kitiiniä | Tukee ja eristää solua | |
Mitokondrio | X | X | X | Kaikki aitotumaiset | Kaksoiskalvollinen, sisäkalvo poimuttunut, omaa DNA:ta | Energian vapauttaminen soluhengityksessä |
Viherhiukkanen | X | Kasvit, jotkin protistit (monet levät) | Kaksoiskalvollinen, sisällä kalvopusseja, omaa DNA:ta | Fotosynteesi | ||
Solulimakalvosto | X | X | X | Kaikki aitotumaiset | Kalvopussisto. Jaetaan karkeaan ja sileään solulimakalvostoon. Karkeassa solulimakalvostossa on kiinni ribosomeja, jotka tuottavat proteiineja kalvon sisään. | Proteiinien kuljetus, varastointi ja valmistus |
Golgin laite (kasveilla diktyosomi) | X | X | X | Monet aitotumaiset | Kalvopussisto | Proteiinien kuljetus |
Kalvorakkula eli vesikkeli | X | X | X | Kaikki aitotumaiset | Kalvorakkula | Kuljettavat, varastoivat ja hajottavat solujen sisäisten toimintojen tuotteita tai jätteitä (vakuoli ja lysosomi ovat myös kalvorakkuloita). |
Vakuoli | X | X | Kasvi- ja sienisolut | Kalvorakkula | Nesteen varastointi, aineiden hajottaminen | |
Lysosomi | X | (X) | Monet eläinsolut | Kalvorakkula, monia entsyymejä, alhainen pH | Monien biomolekyylien ja esim. bakteerien (jotka tulleet soluun solukalvon kautta) hajottaminen | |
Proteasomi | X | X | X | Kaikki aitotumaiset | Proteiinikompleksi | Hajottaa proteiineja (katkaisee peptidisidoksia) |
Peroksisomi | X | X | X | Kaikki aitotumaiset | Kalvollinen rakkula | Hajottaa mm. rasvahappoja. |
Keskusjyvänen | X | X | X | Eläimet, sienet ja osa kasveista | Koostuu mikrotubuluksista eli -putkista. | Osallistuvat solunjakautumiseen vetämällä tuplaantuneet soluelimet sekä kromosomit mikrotubuluksien avulla kumpaankin syntyvään soluun |
Mikro- eli aktiinifilamentit ja välikokoiset säikeet | X | X | X | Kaikki aitotumaiset | Koostuvat proteiineista. | Kuljettavat solun osia mitoosissa, meioosissa ja solunjakautumisessa |
Värekarvat, siimat | X | X | X | Mm. eräiden solujen ulkopinnalla | Rakenne (mm. pituus) ja toimintatapa vaihtelevat. | Liikuntaelin |
Plasmidit (DNA-renkaat) | (X) | Eräät hiivasolut | Rengasmainen DNA-molekyyli | Osa perimää |
Soluelimien rakenne ja toiminta
Tuma ohjaa aitotumaisen solun toimintaa
Tuma toimii aitotumaisilla perimäaineksen eli DNA:n säilytyspaikkana. Tuman DNA sijaitsee kromosomeissa, joissa on DNA:n lisäksi kromosomin rakennetta tukevia proteiineja.
Aitotumaisilla kromosomeja on yleensä useita ja ne ovat rakenteeltaan suoria ketjuja. Kromosomeissa DNA on pakkautunut proteiinien kanssa tiiviiksi kromatiiniksi.
DNA:ssa sijaitsevat geenit, jotka ohjaavat solun toimintaa. Geeni on tietty jakso DNA:ta, joka saa solun tuottamaan sen toimintaan vaikuttavaa tuotetta, joko proteiinia tai RNA:ta.
Tumaa ympäröi tumakotelo, joka koostuu kahdesta kaksoiskalvosta. Tumakotelossa on pieniä reikiä eli tumahuokosia, joiden kautta aineet pääsevät kulkeutumaan tuman sisään ja sieltä ulos.
Tuman sisällä sijaitsee tumalima sekä tumajyvänen, joka on tummempana erottuva alue tumassa. Tumajyväsessä tuotetaan esimerkiksi proteiinien valmistamiseen tarvittavien ribosomien osia (ribosomaalista RNA:ta).
Mitokondrio ja viherhiukkanen osallistuvat energia-aineenvaihduntaan
Mitokondrio
Mitokondriota voidaan sanoa solun voimalaitokseksi, sillä siellä tapahtuu useita solun energia-aineenvaihduntaan liittyviä reaktioita, esimerkiksi soluhengitys ja rasvahappojen hapettaminen. Solu muuttaa mitokondriossa orgaanisten molekyylien sisältämää kemiallista energiaa solulle käyttökelpoiseen muotoon.
Mitokondrio on pienikokoinen, noin mikrometrin pituinen soluelin. Mitokondriota ympäröi kaksi kalvoa, ja sisemmän kalvon ympäröimää tilaa kutsutaan mitokondrion matriksiksi. Mitokondrion sisemmällä kalvolla tapahtuvat soluhengityksen sitruunahappokierron ja elektroninsiirtoketjun reaktiot (ks. tuleva luku). Mitokondrion sisempi kalvo on rakenteeltaan hyvin poimuttunut.
Mitokondrion oletetaan olevan peräisin solun kanssa symbioosissa eläneestä bakteerista. Tämän endosymbioositeorian puolesta todistaa se, että mitokondriolla on esimerkiksi omaa DNA:ta ja ribosomeja.
Viherhiukkanen eli kloroplasti
Viherhiukkanen eli kloroplasti on soluelin, joka on vain yhteyttävillä aitotumaisilla (kasvit ja levät). Viherhiukkaset sitovat fotosynteesin avulla auringon säteilyenergiaa kemialliseksi energiaksi. Fotosynteesissä tuotetaan hiilidioksidista ja vedestä valon avulla orgaanisia yhdisteitä, kuten sokeria. Samalla vapautuu happea.
Rakenteeltaan viherhiukkanen on mitokondrion tavoin kahden kalvon ympäröimä (kuvassa A ja B), mutta viherhiukkasen sisällä on lisäksi kalvopusseja (tylakoideja, kuvassa C), jotka muodostavat yhteyttämiskalvostot. Yhteyttämiskalvostojen pinnalla tapahtuvat yhteyttämiseen liittyvät reaktiot.
Myös viherhiukkasella on omaa DNA:ta ja ribosomeja. Tämän vuoksi viherhiukkasten on ajateltu kehittyneen syanobakteereista, jotka ovat eläneet yhteistyössä tumallisen solun kanssa (endosymbioositeoria).
Monissa soluelimissä on kalvorakenteita
Solulla on tuman, mitokondrion ja viherhiukkasen lisäksi monia muita kalvorakenteisia osia, joita tarvitaan esimerkiksi aineiden kuljetukseen ja eritykseen. Kalvopäällysteiset soluelimet ovat tyypillisiä aitotumaisille eliöille. Bakteereilla ja arkeilla voi olla niiden sijaan solukalvosta muodostuneita kalvostoja, joita ne käyttävät mitokondrioiden tapaan energiantuotannossa.
Solulimakalvosto
Solulimakalvosto koostuu monista toisiinsa liittyneistä kalvopusseista ja -rakkuloista. Solulimakalvosto voidaan jakaa karkeaan ja sileään solulimakalvostoon.
Karkeaan solulimakalvostoon kiinnittyy ribosomeja, jotka tuottavat proteiineja solulimakalvoston kalvopussien sisään. Kalvopussien sisään tuotetaan sellaisia proteiineja, jotka kuljetetaan toisiin kalvorakenteisiin soluelimiin tai solusta ulos. Mikroskooppikuvassa karkealla solulimakalvostolla näkyvät siihen kiinnittyneet ribosomit, minkä vuoksi rakenne vaikuttaa "karkealta".
Sileä solulimakalvosto muistuttaa rakenteeltaan karkeaa solulimakalvostoa, mutta siihen ei kiinnity ribosomeja. Sileällä solulimakalvostolla esimerkiksi valmistetaan uutta solukalvoa ja hajotetaan vierasaineita, kuten lääkeaineita ja myrkyllisiä yhdisteitä.
Golgin laite
Golgin laitetta voidaan kuvata solun tavaraliikennekeskukseksi. Siellä lajitellaan kuljetettavat ja eritettävät proteiinit. Golgin laitteessa proteiineja voidaan myös muokata – esimerkiksi liittää niihin sokeriosia. Golgin laite liittyy läheisesti solulimakalvostoon, ja niiden välillä liikkuu jatkuvasti pieniä kalvorakkuloita.
Kasvisoluilla Golgin laitetta kutsutaan joskus diktyosomiksi. Sen toiminta sekä kasvi- että eläinsoluissa on kuitenkin pääpiirteittäin samanlaista.
Lysosomi
Lysosomia voidaan kutsua solun kierrätyskeskukseksi, sillä siellä pilkotaan tarpeettomia proteiineja ja vierasaineita. Lysosomin sisällä pH on selvästi happaman puolella. Hapan ympäristö yhdessä entsyymien kanssa edistää aineiden pilkkoutumista.
Immuunipuolustuksen syöjäsolut tuhoavat haitalliset bakteerit happamassa lysosomissa. Lysosomeja on vain eläinsoluissa. Kasvisoluilla lysosomien tehtäviä on vakuolilla eli solunesterakkulalla.
Peroksisomi
Peroksisomi on kalvorakenne, jossa muun muassa hajotetaan rasvahappoja. Sivutuotteena niissä syntyy reaktiivista vetyperoksidia, josta peroksisomit ovat saaneet nimensä. Peroksisomeja on kasveilla, eläimillä ja lähes kaikilla muillakin aitotumaisilla.
Vakuoli eli solunesterakkula
Vakuoli eli solunesterakkula on sekä kasvi- että sienisoluissa. Se on kalvopäällysteinen nesteen täyttämä rakkula, joka etenkin vanhoissa soluissa voi täyttää lähes koko solun. Kasvisolun kasvu perustuukin pitkälti vakuolin tilavuuden kasvamiseen. Vakuolissa säilötään ravintoaineita, suoloja ja jätteitä sekä hajotetaan joitakin makromolekyylejä. Kasvisoluissa sillä on samantyyppisiä tehtäviä kuin lysosomilla eläinsolussa.
Monet solun rakenteet koostuvat proteiineista
Solujen tukirakenteet
Solun sisäistä rakennetta pitävät koossa kolmenlaiset rakenteet: aktiinista koostuvat mikrofilamentit, keratiinista koostuvat välikokoiset säikeet sekä mikroputket eli mikrotubulukset.
Aktiinisäikeet liittyvät solun liikkeeseen, ja lihassolussa ne saavat aikaan lihaksen liikkeen yhdessä myosiinisäikeiden kanssa. Mikroputkista koostuva sentrosomi eli keskusjyvänen on keskeinen rakenne solun jakautumisessa. Solun tukirakenteista voi myös muodostua värekarvoja tai uintisiimoja, jotka auttavat solua liikkumaan ja tarttumaan erilaisiin pintoihin.
Ribosomi
Ribosomi on proteiineista ja RNA:sta koostuva suurikokoinen molekyyli, jossa tuotetaan proteiineja DNA:n koodaaman mallin mukaisesti. Ribosomit voivat olla vapaana solulimassa tai kiinnittyneitä solulimakalvostoon. Ribosomi koostuu kahdesta alayksiköstä: isosta ja pienestä. Aitotumaisilla ribosomin koko on hieman suurempi kuin tumattomilla.
Proteasomi
Proteasomi on useasta proteiinista rakentuva kokonaisuus, jonka tehtävänä on hajottaa tarpeettomia proteiineja. Proteasomi tunnistaa hajotettavaksi merkityt proteiinit ja pilkkoo ne pienemmiksi osiksi.
Solukalvo ja soluseinä rajaavat solun ympäristöstä
Solu tarvitsee erilaisia rakenteita pitämään sen muodon koossa ja estämään sen hajoamista. Kaikkia soluja ympäröi solukalvo, joka erottaa solun sen ympäristöstä. Se myös säätelee aineiden kulkua soluun ja siitä ulos.
Kasvi- ja sienisoluilla sekä useilla bakteereilla solua ympäröi soluseinä. Kasveilla se koostuu pääosin selluloosasta, sienillä kitiinistä ja bakteereilla muun muassa peptidoglykaanista eli mureiinista. Eläinsoluilla ei ole soluseinää.
- Sienisoluissa on viherhiukkasia.
- Sienisoluissa on soluseinä.
- Eläinsoluissa on soluseinä.
- Solukalvo on joustava rakenne.
- Vakuoli on tyypillinen soluelin vanhoissa kasvisoluissa.
- Ribosomi osallistuu proteiinisynteesiin.
- Lysosomi osallistuu proteiinisynteesiin.
- Proteasomi on soluelin, jossa tuotetaan uusia proteiineja.
- Golgin laitteessa lajitellaan proteiineja kuljetusta varten.
- Lysosomin tehtävänä on esim. hajottaa proteiineja.
- Solulimakalvostossa tuotetaan proteiinit, jotka eritetään ulos solusta.
Soluväliaine
Eläinten kudoksissa soluja sitoo toisiinsa soluväliaine. Soluväliaineessa on esimerkiksi kollageenia (säiemäinen proteiini) sekä pitkiä sokeriketjuja ja niihin liittyneitä proteiineja. Soluväliaine liittyy usein suoraan solukalvoihin.
Soluväliaineen merkityksestä hyvä esimerkki on C-vitamiinin puutteesta johtuva keripukki. C-vitamiinia tarvitaan kollageenin valmistamiseen. Jos kollageenia ei muodostu, iho ja lihakset alkavat veltostua ja vuotaa verta. Tätä sairautta kutsutaan keripukiksi. Kun C-vitamiinin merkitystä ei tiedetty, keripukki oli yleinen sairaus kuukausia kestäneillä merimatkoilla. Vähitellen huomattiin sipulin auttavan merimiesten selviämistä pitkistä merimatkoista. Tämän jälkeen osattiin vähitellen varata merimatkalle hyvin säilyviä vihanneksia, juureksia ja sitrusmehua suojaamaan keripukilta.
Testaa itsesi
Ohut rakenne, joka erottaa tuman solulimasta.
Proteiinit tuotetaan tässä soluelimessä.
Soluelin, jossa taphtuu soluhengitys.
Soluelin, jossa kasveilla tapahtuu yhteyttäminen.
Kasvien soluseinän tärkein rakennusosanen.
Aine, joka sitoo eläinsoluja toisiinsa.
Säikeet, jotka saavat aikaan lihaksen liikkeen myosiinisäikeiden kanssa.
Tiivistelmä
- Kaikkia soluja yhdistävät solukalvo, solulima, perimä ja ribosomit.
- Aitotumaisilla eliöillä perimä on säilötty tumaan, tumattomilla krosomomi tai kromosomit ovat vapaana solulimassa.
- Solulimassa on soluelimiä, jotka voivat olla kalvorakenteellisia. Kalvon päällystämiä soluelimiä on vain aitotumaisilla.
- Proteiinien valmistukseen osallistuvat eläimillä, kasveilla ja sienillä tuma, ribosomit, karkea solulimakalvosto ja Golgin laite.
- Mitokondrio on solun energiantuotannolle tärkeä kaksoiskalvollinen soluelin.
- Kasveilla fotosynteesi tapahtuu viherhiukkasissa. Myös viherhiukkanen on kahden kalvon peittämä.
- Solun muihin kalvorakenteisiin kuuluvat esimerkiksi solulimakalvosto, Golgin laite, peroksisomi, lysosomi ja vakuoli.
- Aineiden hajotukseen liittyvät vakuoli (ei eläinsoluissa), lysosomi (ei kasvisoluissa) ja peroksisomi.
- Solua tukevat solukalvo, soluseinä (kasveilla ja sienillä), ja proteiinisäikeet (elämillä, kasveilla ja sienillä).
- Keskusjyvänen osallistuu eläinsolun jakautumiseen.
- Aineiden valikoinnista solun sisälle ja ulos vastaa solukalvo.
- Palvelun tarjoaa e-Oppi Oy ja Star Cloud OÜ