Solu eli solu on elävän organismin perusyksikkö. Monisoluisissa eliöissä (eliöissä, joissa on useampi kuin yksi solu) solujen kokoelmaa, joka toimii yhdessä samanlaisten toimintojen suorittamiseksi, kutsutaan kudokseksi. Seuraavaksi korkeammalla organisaatiotasolla erilaiset kudokset, jotka suorittavat koordinoituja toimintoja, muodostavat elimiä. Lopuksi elimet, jotka toimivat yhdessä suorittaakseen yleisiä prosesseja, muodostavat elinjärjestelmät.
Solutyypit
Monisoluiset organismit sisältävät laajan joukon erittäin erikoistuneita soluja. Kasveissa on juurisoluja, lehtisoluja ja kantasoluja. Ihmisillä on ihosoluja, hermosoluja ja sukusoluja. Jokainen solutyyppi on rakennettu suorittamaan pitkälle erikoistunutta tehtävää. Usein solun rakenteen tutkiminen paljastaa paljon sen toiminnasta organismissa. Esimerkiksi tietyille ohutsuolen soluille on kehittynyt mikrokarvoja, jotka edistävät ruoan imeytymistä. Hermosolut eli neuronit ovat toinen erikoistunut solutyyppi, jonka muoto kuvastaa toimintaa. Hermosolut koostuvat solurungosta ja pitkistä kiinnikkeistä, joita kutsutaan aksoneiksi ja jotka johtavat hermoimpulsseja. Dendriitit ovat lyhyempiä kiinnikkeitä, jotka vastaanottavat hermoimpulsseja.
Aistinsolut ovat soluja, jotka havaitsevat tietoa ulkoisesta ympäristöstä ja välittävät sen aivoihin. Aistinsoluilla on usein epätavallisia muotoja ja rakenteita, jotka edistävät niiden toimintaa. Esimerkiksi silmän verkkokalvon sauvasolut eivät näytä samalta kuin mikään muu solu ihmiskehossa. Näissä sauvan muotoisissa soluissa on valolle herkkä alue, joka sisältää lukuisia levyjä. Jokaisen levyn sisällä on erityinen valoherkkä pigmentti, joka vangitsee valoa. Kun pigmentti vastaanottaa valoa ulkoisesta ympäristöstä, silmän hermosolut käynnistyvät ja lähettävät hermoimpulssin aivoihin. Näin ihminen pystyy havaitsemaan valon.
Solut voivat kuitenkin olla olemassa myös yksisoluisina eliöinä. Esimerkiksi protisteiksi kutsutut eliöt ovat yksisoluisia eliöitä. Esimerkkejä protisteista ovat mikroskooppinen organismi nimeltä Paramecium ja yksisoluinen levä nimeltä Chlamydomonas .
Prokaryootit ja eukaryootit. Elävissä olennoissa tunnetaan kaksi solutyyppiä: prokaryootit ja eukaryootit. Sana prokaryootti tarkoittaa kirjaimellisesti ”ennen ydintä”. Kuten nimestä voi päätellä, prokaryootit ovat soluja, joilla ei ole erillistä ydintä. Useimmat prokaryootit ovat yksisoluisia, kuten bakteerit ja levät.
Termi eukaryootti tarkoittaa ”oikeaa ydintä”. Eukaryooteilla on erillinen tuma ja erilliset organellit. Organelli on pieni rakenne, joka suorittaa tiettyjä tehtäviä eukaryoottisolussa. Näitä organelleja pitävät yhdessä kalvot. Sen lisäksi, että prokaryooteilta puuttuu tuma, niiltä puuttuvat myös nämä erilliset organellit.
Solujen rakenne ja toiminta
Kaikkien solujen perusrakenne, olivatpa ne sitten prokaryootteja tai eukaryootteja, on sama. Kaikilla soluilla on ulkokuori, jota kutsutaan plasmakalvoksi. Plasmakalvo pitää solun kasassa ja sallii aineiden kulun soluun ja solusta ulos. Muutamaa pientä poikkeusta lukuun ottamatta plasmakalvot ovat samat prokaryooteissa ja eukaryooteissa.
Molempien solutyyppien sisäosaa kutsutaan sytoplasmaksi. Eukaryoottien sytoplasman sisälle on upotettu soluelimiä. Kuten edellä todettiin, prokaryoottien sytoplasma ei sisällä organelleja. Molemmat solutyypit sisältävät pieniä rakenteita, joita kutsutaan ribosomeiksi. Ribosomit ovat solujen sisäisiä paikkoja, joissa proteiineja tuotetaan. (Proteiinit ovat suuria molekyylejä, jotka ovat välttämättömiä kaikkien elävien solujen rakenteelle ja toiminnalle). Ribosomeja eivät rajoita kalvot, eikä niitä siksi pidetä organelleina.
Tiedossa olevat sanat
Soluseinämä: Bakteerien ja kasvisolujen plasmakalvon päällä oleva sitkeä ulkokuori.
Cilia: Lyhyet ulokkeet, jotka peittävät joidenkin solujen pintaa ja mahdollistavat liikkumisen.
Sytoplasma: Solun puolijuokseva aine, joka sisältää organelleja ja jota solukalvo ympäröi.
Sytoskeletti: Säikeiden verkosto, joka huolehtii solun rakenteesta ja liikkeestä.
DNA (deoksiribonukleiinihappo): Solujen ytimessä oleva geneettinen materiaali, joka sisältää tietoa organismin kehitystä varten.
Endoplasminen verkkokalvo: Koko solun läpi ulottuva kalvoverkko, joka osallistuu proteiinisynteesiin ja rasva-aineenvaihduntaan.
Entsyymi: Mikä tahansa lukuisista monimutkaisista proteiineista, joita elävät solut tuottavat ja jotka käynnistävät tiettyjä biokemiallisia reaktioita.
Eukaryootti: Solu, joka sisältää erillisen tuman ja organelleja.
Flagellum: Piiskamainen rakenne, joka huolehtii joidenkin solujen liikkumisesta.
Golgin elin: Organelli, joka lajittelee, muokkaa ja pakkaa molekyylejä.
Kalvo: Kasvi- tai eläinkudoksen ohut, joustava kerros, joka peittää, vuoraa, erottaa tai pitää yhdessä tai yhdistää organismin osia.
Mitokondrio: Solun voimalaitos, joka sisältää entsyymit, joita tarvitaan ravinnon muuttamiseen energiaksi.
Ydinkuori: Kaksoiskalvo, joka ympäröi ydintä.
Ydinkuori: Pikkuruisia aukkoja, jotka nastoittavat ydinkuoren.
Nucleolus: Ytimen sisällä oleva tummempi alue, jossa valmistetaan ribosomaalisia alayksiköitä.
Nucleus: Solun ohjauskeskus, joka sisältää DNA:n.
Organelli: Kalvoon rajoittuva solun ”elin”, joka suorittaa tiettyjä tehtäviä eukaryoottisolussa.
Pili: Lyhyet ulokkeet, jotka auttavat bakteereja kiinnittymään kudoksiin.
Plasmakalvo: Solun kalvo.
Plastidi: Kasvisoluissa esiintyvä vesikkelin kaltainen organelli.
Prokaryootti: Solu, jossa ei ole varsinaista ydintä.
Proteiini: Suuret molekyylit, jotka ovat välttämättömiä kaikkien elävien solujen rakenteelle ja toiminnalle.
Protisti: Yksisoluinen eukaryoottinen organismi.
Ribosomi: Kahdesta alayksiköstä koostuva proteiini, joka toimii proteiinisynteesissä.
Vacuole: Kasvisolujen tilaa täyttävä organelli.
Vesikkeli: Kalvoon sidottu pallo, joka sisältää erilaisia aineita soluissa.
Prokaryoottien rakenne. Esimerkki tyypillisestä prokaryootista on bakteerisolu. Bakteerisolut voivat olla sauvojen, pallojen tai korkkiruuvien muotoisia. Kuten kaikkia soluja, prokaryootteja rajoittaa plasmakalvo. Tätä plasmakalvoa ympäröi soluseinämä. Lisäksi joissakin bakteereissa soluseinää päällystää hyytelömäinen materiaali, jota kutsutaan kapseliksi. Monilla tauteja aiheuttavilla bakteereilla on kapseleita. Kapseli tarjoaa bakteerille ylimääräisen suojakerroksen. Patogeeniset bakteerit, joilla on kapseli, aiheuttavat yleensä paljon vakavampia tauteja kuin kapselittomat bakteerit.
Prokaryoottien sytoplasmassa on nukleoidi, alue, johon solun perintöaines varastoituu. (Geenit määräävät sukupolvelta toiselle siirtyvät ominaisuudet). Nukleoidi ei ole varsinainen ydin, koska sitä ei ympäröi kalvo. Sytoplasmassa on myös lukuisia ribosomeja.
Joidenkin bakteerien soluseinään on kiinnittynyt flagelloja, piiskamaisia rakenteita, jotka mahdollistavat bakteerien liikkumisen. Joillakin bakteereilla on myös piilejä, lyhyitä, sormimaisia ulokkeita, jotka auttavat bakteeria kiinnittymään kudoksiin. Bakteerit eivät voi aiheuttaa tauteja, jos ne eivät voi kiinnittyä kudoksiin. Esimerkiksi keuhkokuumetta aiheuttavat bakteerit kiinnittyvät keuhkojen kudoksiin. Bakteerien säikeet helpottavat suuresti tätä kiinnittymistä kudoksiin. Näin ollen bakteerit, joilla on pili, kuten kapselit, ovat usein tappavampia kuin bakteerit, joilla ei ole piliä.
Eukaryoottien rakenne. Eukaryooteissa esiintyviin organelleihin kuuluvat kalvojärjestelmä, joka koostuu plasmakalvosta, endoplasmisesta retikulumista, Golgin rungosta ja vesikkeleistä; tuma; sytoskeletti; ja mitokondriot. Lisäksi kasvisoluissa on erityisiä organelleja, joita ei ole eläinsoluissa. Näitä organelleja ovat kloroplastit, soluseinämä ja vakuolit. (Katso piirros kasvisolusta sivulla 435.)
Plasmakalvo. Solun plasmakalvoa kuvataan usein selektiivisesti läpäiseväksi. Tämä termi tarkoittaa, että jotkin aineet pystyvät läpäisemään kalvon, mutta toiset eivät. Esimerkiksi elintarvikkeiden hajoamisessa muodostuvat tuotteet pääsevät solun sisään ja solun sisällä muodostuvat jätetuotteet pääsevät solusta ulos. 1960-luvulta lähtien tutkijat ovat oppineet paljon siitä, miten plasmakalvo toimii. Näyttää siltä, että jotkin aineet pystyvät kulkemaan
)
pienistä rei’istä kalvossa itsestään. Toisia auttavat kulkemaan kalvon läpi molekyylit, jotka sijaitsevat itse kalvon pinnalla ja sisällä. Plasmakalvon rakenteen ja toiminnan tutkiminen on yksi koko solubiologian kiehtovimmista aiheista.
Endoplasminen retikulum. Endoplasminen retikulum (ER) koostuu litteistä kalvolevyistä, -pusseista ja -putkista, jotka peittävät koko eukaryoottisolun sytoplasman. ER muistuttaa jotakuinkin hyvin monimutkaista metro- tai moottoritiejärjestelmää. Vertaus ei ole huono, sillä ER:n tärkeimpänä tehtävänä on kuljettaa materiaaleja koko solun läpi.
Solussa voidaan tunnistaa kahdenlaisia ER:iä. Toista tyyppiä kutsutaan karkeaksi ER:ksi ja toista sileäksi ER:ksi. Näiden kahden ero on siinä, että karkea ER sisältää ribosomeja ulkopinnallaan, mikä antaa sille karhean tai rakeisen ulkonäön. Karkea ER osallistuu proteiinisynteesiin (tuotantoon) ja kuljetukseen. Karkeaan ER:ään kiinnittyneissä ribosomeissa valmistettuja proteiineja muokataan, ”pakataan” ja kuljetetaan sitten solun eri osiin käytettäväksi. Osa lähetetään plasmakalvoon, josta ne siirretään ulos solusta ja muihin elimistön osiin käytettäväksi.
Sileällä ER:llä on monia eri tehtäviä, kuten lipidien (rasvan kaltaisten aineiden) valmistus, proteiinien kuljetus ja hermoviestien välittäminen.
Golgin elin. Golgin elin on nimetty sen löytäjän, 1800-luvun italialaisen tiedemiehen Camillo Golgin (1843-1926) mukaan. Se on yksi epätavallisen muotoisista organelleista. Golgin elin muistuttaa hieman pannukakkupinoa ja koostuu kasasta kalvojen ympäröimiä, litteitä pusseja. Golgin rungon ympärillä on lukuisia pieniä kalvopohjaisia vesikkeleitä (hiukkasia). Golgin rungon ja sen vesikkelien tehtävänä on lajitella, muokata ja pakata suuria molekyylejä, joita solu erittää tai joita käytetään solun sisällä eri toimintoihin.
Golgin elimistöä voidaan verrata suuren yrityksen lähetys- ja vastaanotto-osastoon. Jokaisella solun sisällä olevalla Golgin elimistöllä on cis-puoli, joka on samanlainen kuin osaston vastaanotto-osasto. Tässä Golgin elin vastaanottaa endoplasmisessa retikulumissa valmistettuja molekyylejä. Golgin rungon trans-puolta voidaan verrata osaston lähetysosastoon. Se on paikka, josta muunnetut ja pakatut molekyylit kuljetetaan määränpäähänsä.
Vesikkelit. Vesikkelit ovat pieniä, pallomaisia hiukkasia, jotka sisältävät erilaisia molekyylejä. Joitakin vesikkeleitä, kuten edellä todettiin, käytetään molekyylien kuljettamiseen endoplasmisesta retikulumista Golgin rungolle ja Golgin rungolta eri kohteisiin. Erityyppiset vesikkelit suorittavat myös muita tehtäviä. Lysosomit ovat vesikkeleitä, jotka sisältävät solujen ruoansulatukseen osallistuvia entsyymejä. Jotkin alkueläimet esimerkiksi nielevät muita soluja saadakseen ravintoa. Prosessissa, jota kutsutaan fagosytoosiksi (lausutaan FA-go-sy-to-sis), alkueläin ympäröi ravintohiukkasen ja nielaisee sen vesikkeliin. Tämä ravintoa sisältävä vesikkeli kuljetetaan protistin sytoplasmassa, kunnes se joutuu kosketuksiin lysosomin kanssa. Elintarvikevesikkeli ja lysosomi yhdistyvät, ja lysosomissa olevat entsyymit vapautuvat elintarvikevesikkeliin. Entsyymit pilkkovat ravinnon pienempiin osiin protistien käyttöön.
Ydin. Tuma on solun ohjauskeskus. Mikroskoopissa tuma näyttää tummalta möykkyltä, jonka keskellä on tummempi alue, jota kutsutaan nukleoliksi. Nukleoli on paikka, jossa valmistetaan ribosomien osia. Ytimen ympärillä on kaksinkertainen kalvo, jota kutsutaan ydinkuoreksi. Ydinkuoren päällä on pieniä aukkoja, joita kutsutaan ydinhuokosiksi.
Ydin ohjaa kaikkia solun toimintoja ohjaamalla proteiinien synteesiä. Proteiinit ovat kriittisiä kemiallisia yhdisteitä, jotka ohjaavat lähes kaikkea, mitä solut tekevät. Lisäksi ne muodostavat materiaalin, josta solut ja solun osat itse koostuvat.
Proteiinien valmistusohjeet on tallennettu ytimen sisälle spiraalimolekyyliin, jota kutsutaan deoksiribonukleiinihapoksi eli DNA:ksi. DNA-molekyylit eroavat toisistaan tiettyjen sisältämiensä kemiallisten yksiköiden, niin sanottujen typpiemästen, perusteella. Se, miten typpiemäkset on järjestetty tietyssä DNA-molekyylissä, välittää tietyn geneettisen ”viestin”. Yksi typpiemästen järjestely saattaa sisältää ohjeen ”Tee proteiini A”, toinen emästen järjestely saattaa sisältää viestin ”Tee proteiini B”, kolmas järjestely saattaa koodata viestin ”Tee proteiini C” ja niin edelleen.
Proteiinisynteesin ensimmäinen vaihe alkaa ytimestä. Ytimessä DNA käännetään molekyyliksi, jota kutsutaan lähetti-ribonukleiinihapoksi (mRNA). MRNA poistuu sitten ytimestä ydinhuokosten kautta. Sytoplasmassa mRNA kiinnittyy ribosomeihin ja aloittaa proteiinisynteesin. Ribosomeilla valmistettuja proteiineja voidaan käyttää saman solun sisällä tai kuljettaa plasmakalvon kautta ulos solusta muiden solujen käyttöön.
Sytoskeletti. Sytoskeletti on solun luuranko. Luun sijaan solun luuranko koostuu kuitenkin kolmenlaisista proteiinifilamenteista, jotka muodostavat verkostoja. Nämä verkostot antavat solulle muodon ja mahdollistavat solun liikkumisen. Kolme erilaista sytoskelettikuitua ovat mikrotubulukset, aktiinifilamentit ja intermediääriset filamentit.
Mikrotubulukset ovat hyvin ohuita, pitkiä putkia, jotka muodostavat ”raideverkoston”, jota pitkin eri organellit liikkuvat solun sisällä. Mikrotubulukset muodostavat eläinsoluissa myös pieniä, parittaisia rakenteita, joita kutsutaan sentrioleiksi. Näitä rakenteita ei pidetä organelleina, koska niitä eivät rajoita kalvot. Centriolit osallistuvat solunjakautumisprosessiin (lisääntymiseen).
Jotkut eukaryoottisolut liikkuvat plasmakalvon ulkopintaan kiinnittyneiden mikrotubulusten avulla. Näitä mikrotubuluksia kutsutaan lippuloiksi ja värekarvoiksi. Solut, joissa on sädekehiä, suorittavat myös tärkeitä tehtäviä ihmiskehossa. Ihmisten ja muiden eläinten hengitystiet ovat vuorattu tällaisilla soluilla, jotka pyyhkivät roskia ja bakteereja ylöspäin, ulos keuhkoista ja kurkkuun. Siellä roskat joko yskitään kurkusta tai niellään ruoansulatuskanavaan, jossa ruoansulatusentsyymit tuhoavat haitalliset bakteerit.
Aktiinifilamentit ovat erityisen näkyviä lihassoluissa, joissa ne huolehtivat lihaskudoksen supistumisesta. Välifilamentit ovat suhteellisen vahvoja, ja niitä käytetään usein organellien ankkuroimiseen paikalleen sytoplasmassa.
.)
Mitokondriot. Mitokondriot ovat solujen voimalaitoksia. Kutakin makkaranmuotoista mitokondriota peittää ulkokalvo. Mitokondrion sisempi kalvo on taitettu osastoihin, joita kutsutaan cristaeiksi (tarkoittaa ”laatikkoa”). Cristae-koteloiden muodostama matriisi eli sisätila sisältää entsyymejä, joita tarvitaan moniin kemiallisiin reaktioihin, jotka lopulta muuttavat ravintomolekyylit energiaksi.
Kasvien organellit. Kasvisoluissa on useita organelleja, joita ei ole eläinsoluissa. Näitä ovat muun muassa plastidit, vacuolit ja soluseinämä.
Plastidit ovat rakkulatyyppisiä organelleja, jotka suorittavat erilaisia tehtäviä kasveissa. Esimerkiksi amyloplastit varastoivat tärkkelystä ja kromoplastit pigmenttimolekyylejä, jotka antavat joillekin kasveille niiden elinvoimaiset oranssit ja keltaiset värit. Kloroplastit ovat plastideja, jotka suorittavat fotosynteesin, prosessin, jossa vesi ja hiilidioksidi muutetaan sokereiksi.
Vacuolit ovat suuria vesikkeleitä, joita yhdistää yksi kalvo. Monissa kasvisoluissa ne vievät noin 90 prosenttia solutilasta. Ne suorittavat solussa monenlaisia tehtäviä, kuten orgaanisten yhdisteiden, jätetuotteiden, pigmenttien ja myrkyllisten yhdisteiden varastointia sekä ruoansulatustoimintoja.
Kaikissa kasvisoluissa on soluseinämä, joka ympäröi plasmakalvoa. Kasvien soluseinä koostuu sitkeästä hiilihydraattisesta aineesta nimeltä selluloosa, joka on kerrostunut muiden hiilihydraattien väliaineeseen tai verkostoon. (Hiilihydraatti on hiilestä, vedystä ja hapesta koostuva yhdiste, jota esiintyy kasveissa ja jota ihmiset ja muut eläimet käyttävät ravintona). Soluseinämä muodostaa lisäsuojakerroksen solun sisällön ja ulkoisen ympäristön välille. Esimerkiksi omenan rapeus johtuu näiden soluseinien olemassaolosta.