Anatomia ja fysiologia 1 Peruselintoiminnat

Transkriptio

1 Anatomia ja fysiologia 1 Peruselintoiminnat Solu Laura Partanen

2 Yleistä Elimistö koostuu soluista ja soluväliaineesta Makroskooppinen mikroskooppinen Mm. liikkumiskyky, reagointi ärsykkeisiin, aineenvaihdunta ja lisääntymiskyky erottaa elävän materian ei-elävästä Solut tuottavat aineita, joita ne tarvitsevat toimintaansa Lihassoluissa aktiinia ja myosiinia -> lihassupistus Hermosoluissa pitkiä ulokkeita -> johtavat hermoärsykettä Epiteelisolujen rakenne -> peittävät, ovat litteitä Solut erilaistuvat toimintaa vastaaviksi Kaikissa elävissä soluissa on aineenvaihduntaa Ottavat ympäristöstä ravintoaineita, valmistavat erilaisia aineita, erittävät ulkopuolelleen kuona-aineita

3 Solun kemiaa N. 4/5 vettä Kuivapainosta N. 80% proteiineja eli valkuaisaineita N. 10% lipidejä eli rasvoja N. 10% hiilihydraatteja ja nukleiinihappoja Nukleiinihapot muodostavat DNA:n Proteiinit syntyvät DNA:n mukaisesti aminohapoista, jotka ovat toisissaan kiinni yhtenä tai useampana peptidiketjuna

4 Proteiini Proteiinimolekyylit koostuvat yhdestä tai useammasta peptidiketjusta Ketjut koostuvat peräkkäin toisiinsa sitoutuneista aminohapoista Monissa proteiineissa on mukana muitakin molekyyliryhmiä -> hiilihydraatteja -> rasvoja -> erilaisia metalli-ioneja

5 Reseptorit Toimivat sitoutumiskohtina aineille Sijaitsevat sekä solun ulkopinnalla että sisäpuolella Erilaiset viestiaineet (välittäjäaineet, hormonit, kasvutekijät) sitoutuvat kukin omaan reseptoriinsa, samoin lääkeaineet Solun aineenvaihdunta muuttuu Signalointi muuttuu Ovat spesifisiä: yksi tai vain muutama aine pystyy sitoutumaan kuhunkin reseptorilajiin

6 Reseptorin toiminta

7 Entsyymit Sitoo reseptorin tavoin jotain tiettyä ainetta, substraattia Muuttaa substraattia mm. pilkkomalla sitä tai liittämällä sen toiseen aineeseen Reaktion tapahduttua substraatti irtoaa entsyymistä Ihmiselimistössä tuhansia entsyymejä Useimmat elimistön kemialliset reaktiot ovat entsymaattisia Nopeuttavat reaktioita Nimetään aasi päätteellä Muoto ja toiminta riippuu mm. lämpötilasta ja ph:sta

8 Entsyymin toiminta

9 Solun osat Pienoiselimet eli organellit Solukalvo Solulima Solun tukiranka Solulimakalvosto Golgin laite Lysosomit Mitokondriot Tuma Kullakin oma toimintansa Ovat suunnilleen samanlaisia ihmisen eri kudosten soluissa

10 Solukalvo Rasva- ja valkuaisaineista muodostunut Rasvaliukoinen osa keskellä Erottaa kaksi koostumukseltaan erilaista nestetilaa -> soluliman ja solujen välisen kudosnesteen Aineiden kuljetus solukalvon läpi tapahtuu joko diffuusiolla, ionikanavien kautta, kuljetusproteiinin tai endosytoosin avulla

11 Solulima eli sytoplasma Solunsisäinen aine, lukuunottamatta tumaa Organellit Sisältää runsaasti vettä ja siihen liuenneita suoloja, entsyymejä ja muita valkuaisaineita sekä monenlaisia aineenvaihduntatuotteita

12 Solun tukiranka 09/cytoskeleton-short-note.html Solulimassa on lukuisia erikokoisia säikeitä, jotka muodostavat solun tukirangan Pitää solun muotoa yllä ja osallistuu solun toimintoihin

13 Solulimakalvosto eli endoplasminen reticulum ew-damstrom-organelles-project Putki- ja rakkulajärjestelmä Muodostaa onkeloston, joka syntetisoi ja kuljettaa monenlaisia aineita Karkeapintainen (ribosomeja pinnalla) kalvosto Eritettävät proteiinit, uutta kalvostoa solun tarpeisiin Sileäpintainen kalvosto -> entsyymit, aineiden muokkaus (hormonit, lääkeaineet jne.), mm. lipidien ja hiilihydraattien valmistus

14 Ribosomit Osa ribosomeista kiinnittyneenä karkeapintaisen endoplasmisen reticulumin pinnalle Osa ribosomeista on irrallaan sytoplasmassa Ovat muodostuneet ribonukleiinihaposta eli RNA:sta ja valkuaisaineista Tehtävänä on valmistaa tumasta tulevien lähetti-rna-molekyylien ohjeiden mukaan proteiineja

15 Golgin laite Tuman läheisyydessä Viimeistelee proteiinimolekyylejä -> ns. osoitelappu Proteiinit pakataan rakkuloihin Valmiit tuotteet irtoavat golgin laitteen toiselta puolelta ja ne kuljetetaan esimerkiksi lysosomeihin tai eritetään ulos solusta %E2%80%93-part-6/

16 Lysosomit Golgin laitteessa muodostuneita rakkuloita Sisältävät pilkkovia entsyymejä Toimivat solunsisäisessä ruuansulatuksessa Fuusio endosytoosilla sisäänotettuun rakkulaan Solun puolustautuminen -> hajottavat bakteereja jne Solun omien kalvostojen ym. hajoitus Solun kuollessa lysosomien kalvot rikkoutuvat -> autolyysi

17 Mitokondriot Toisissa soluissa mitokondrioita ei ole lainkaan, toisissa runsaasti Riippuu energian tarpeesta Ovat solun voimalaitoksia Muodostavat ATP:tä eli adenosiinitrifosfaattia -> luovuttaa energiaa joko suoraan tai välillisesti Oksidatiivinen fosforylaatio

18 Oksidatiivinen fosforylaatio Tapahtuu mitokondrioissa Elektronien siirtäminen hapelle antaa energiaa ATP:n valmistukseen Suurin osa glukoosista ja muista energianlähteistä saatavasta ATP:sta muodostuu oksidatiivisessa fosfyrylaatiossa Solujen hapetus-pelkistysentsyymit toimivat elektroninsiirtäjinä Näissä reaktioissa vapautuu energiaa, joka valjastetaan ATP:n muotoon

19 Tuma +Review+2009 Tumakotelo ympärillä Tumajyvänen eli nucleolus -> sis. runsaasti RNA:ta Geenit sijaitsevat tuman kromosomeissa -> ovat muodostuneet DNA:sta eli deoksiribonukleiinihaposta ja proteiineista

20 DNA Solunjakautumisten välillä kromosomit DNA-kaksoiskierteenä Haploidissa 23 kromosomia 22 autosomia eli tavallista kromosomia 1 sukupuolikromosomi -> X tai Y Haploideja: munasolut, siittiöt Diploideja (2x23=46): muut solut 44 autosomia, 2 sukupuolikrom. Nainen: XX, mies: XY Yksilön sukupuoli määräytyy siittiön (22+X/22+Y) penetroituessa munasoluun (22+X) Siittiöitä sekä X- että Y- sukupuolikromosomilla

21 Geenit eli perintötekijät Geenit sijaitsevat DNA:ssa Yksi geeni = DNA-pätkä, jonka ohjeiden mukaisesti voidaan valmistaa yksi proteiinimolekyyli Tieto proteiinin valmistamisesta on DNA:ssa emästen järjestyksessä DNA:n emäkset: A = adeniini, T = tymiini, C = sytosiini, G = guaniini DNA kopioidaan -> transkriptio DNA kaksijuosteinen -> yksijuosteinen DNA = RNA (sokeri on riboosi deoksiriboosin sijaan) -> lähetti-rna (mrna) RNA:ssa tymiinin sijasta yhtenä emäksenä urasiili = U Lähetti-RNA kulkeutuu tumasta sytoplasman puolelle kiinnittyen ribosomiin RNA:n mukaan peptidiketjun rakentaminen siirtäjä-rna:n avulla (trna) -> translaatio Aminohappoja ihmisellä 20 kpl

22 DNA:sta RNA:ksi DNA RNA A = adenosiini T= tymiini U=urasiili G= guaniini C= sytosiini

23 Proteiinisynteesi Geenien kopioitumista säätelevät muiden geenien tuottamat transkriptiotekijät Kromosomisto sama kaikissa soluissa, kuitenkin solut ovat erilaistuneet tiettyjen proteiinien tuottamiseen Proteiinien muodostus riippuu myös elämänkaaren vaiheista

24 Proteiinien laatukontrolli ja tuhoutuminen Proteiinisynteesiä tapahtuu jatkuvasti runsain määrin -> myös viallisia tuotteita syntyy -> tarkistus- ja korjausmenetelmät Vika voi syntyä DNA:n kopioitumisessa = transkriptiossa tai mrna:n lukemisessa = translaatiossa DNA luetaan tumassa, transkriptiossa syntyy mrna, joka poistuu tumasta ja kiinnittyy ribosomiin, lähetti-rna tuo oikean aminohapposekvenssin omaavat kodonit paikalleen ja samalla syntyy peptidiketjua

25 Solujen lukumäärän säätely Ihmisen kehitys on solujen kasvua, jakautumista ja erilaistumista Monet solut lyhytikäisiä (mm. verisolut, epiteelit) Toiset solut menettävät jakautumiskykynsä erilaistuessaan (mm. hermosolut) Eräät solujen erittämät peptidit estävät terveessä kudoksessa muiden solujen lisääntymistä ja kasvua (mm. interferonit) Uusiutumisen edellytys on, että vanhojen solujen on kuoltava Perintötekijät ja naapurisolujen signaalit ohjaavat Tällöin solut kuolevat, hajoavat ja ne fagosytoidaan = apoptoosi = ohjelmoitu solukuolema

26 Mitoosi Solun elämänkaaren vaiheina mitoosi eli jakautumisvaihe ja välivaihe Välivaiheen aikana solun kromosomit ja sentrosomit (tuman läheisyydessä olevat solukeskukset, jotka muodostavat sukkulajärjestelmän) kahdentuvat Kahdentumista seuraa mitoosi Sentrosomit asettuvat solun eri päihin jättäen kromosomit välilleen ja muodostaen sukkulajärjestelmän Sukkulajärjestelmä mikrotubuluksineen (=sukkularihmat) erottaa kahdentuneet kromosomit toisistaan -> solu on jakaantunut kahdeksi

27 Mitoosi

28 Meioosi eli sukusolujen jakautuminen Munasolujen ja siittiöiden muodostuminen Valmiissa sukusolussa siis haploidinen määrä kromosomeja = 23 kpl Kaksi peräkkäistä solunjakautumista Syntyy 4 haploidista sukusolua Miehellä kaikista voi kehittyä siittiö Naisella vain yhdestä tulee munasolu ja muut surkastuvat Kuhunkin sukusoluun tulee autosomaaliset geenit sattumanvaraisesti isältä ja äidiltä

29 Meioosi eli sukusolujen jakautuminen

30 Tekijäinvaihto

31 Perintötekijöiden muuttuminen eli mutaatio johtuu yleensä DNA:n synteesivirheestä Mutaatiot ovat yleensä joko yhdentekeviä tai vahingollisia, hyödyllisiä harvoin Sukusolujen mutaatiot -> sukupolvelta toiselle, alkion kuolema Somaattiset mutaatiot -> kudosominaisuudet, ei periydy Mitoosien ja meioosien määrä -> mutaatioita siihen nähden vähän Korjausmekanismit Luonnonvalinta Mutaatioita saadaan syntymään kokeellisesti mm. säteilyttämällä soluja, käsittelemällä niitä syöpää aiheuttavilla aineilla = karsinogeeneillä tai happiradikaaleilla, niitä syntyy myös ilman havaittavaa syytä

32 Perinnöllisyyslääketiede Perinnöllisyystiede eli genetiikka tutkii perintötekijöiden rakennetta, toimintaa ja periytymistä sekä niiden vaikutusta yksilöiden ominaisuuksiin Paljon lääketieteellisiä sovelluksia Lääkeaineiden aineenvaihdunta -> lääkkeiden teho ja vaikutusaika potilasriippuvaista Kudos- ja elinsiirrot -> ihmiset kuuluvat eri kudosryhmiin, yhteensopivuudet, mahdolliset hylkimisreaktiot Isyystutkimukset DNA-sormenjäljet, kudosnäytteet Geenitekniikka -> liitetään bakteerin DNA:han ihmisen DNA:ta: mm. ihmisinsuliini, hormoneja, proteiineja, terveiden geenien siirtäminen virusvektoreiden avulla sairaaseen ihmiseen Mitokondriot -> äidinpuoleinen periytyminen

33 Synnynnäiset sairaudet Perinnöllinen eli geenimuutokseen perustuva vika voi ilmetä Aineenvaihduntahäiriönä Jonkin elimen epämuodostumana eli anomaliana Synnynnäinen perinnöllinen Osa hankinnaisia, mm. viruksien aiheuttamina, hapenpuutteesta, äidin käyttämien lääkkeiden tai alkoholin vaikutuksesta, rtg-säteilystä, äidin kärsimästä puutostilasta Useimmat perinnöllistä sairautta aiheuttavat geenit ovat harvinaisia Toisinaan vain joissakin suvuissa esiintyviä Yleensä kyseessä on peittyvä eli resessiivinen ominaisuus Tauti ilmenee, jos viallinen geeni on peritty sekä isältä että äidiltä Suurempi mahdollisuus sukulaisavioliitoissa Suomalaisilla geeni saattaa yllättäen esiintyä molemmilla vanhemmilla, vaikkei sukulaisuus-suhdetta olisikaan -> suomalaisen alkuväestön harvalukuisuus

34 Lähdeluettelo Bjålie JG, Haug E, Sand O, ym. Ihminen: Fysiologia ja anatomia. Nienstedt W, Hänninen O, Arstila A, Björkqvist S-E. Ihmisen fysiologia ja anatomia. solubiologia.