Sisällysluettelo Esipuhe ja käyttöohje... 9 1 Solu... 10 1.1 Soluelimet... 10 1.1.1 Tuma... 10 1.1.2 Ribosomit... 10 1.1.3 Solulimakalvosto... 10 1.1.4 Golgin laite... 10 1.1.5 Lysosomit... 11 1.1.6 Mitokondriot... 11 1.1.7 Peroksisomit... 11 1.2 Solun tukiranka... 13 1.2.1 Mikrotubulukset... 13 1.2.2 Mikrofilamentit (aktiinifilamentit)... 13 1.2.3 Välikokoiset filamentit... 13 1.3 Solukalvo ja aineiden kuljetus kalvon yli... 13 1.3.1 Solukalvo... 13 1.3.2 Aineiden kulku solukalvon läpi... 14 1.3.3 Solukalvon ionikanavat... 14 1.3.4 Passiivinen diffuusio ja osmoosi... 14 1.3.5 Ionikanavat... 15 1.3.6 Avustettu kuljetus... 15 1.3.7 Aktiivinen kuljetus... 15 1.3.8 Endosytoosi... 17 1.4 Geenistä proteiiniksi... 18 1.4.1 Geneettinen koodi... 18 1.4.2 Proteiinisynteesi... 18 1.5 DNA:n pakkaaminen... 20 1.6 Transkriptio ja translaatio... 20 1.6.1 Proteiinisynteesin säätelystä... 21 1.7 Solun kasvu ja jakaantuminen... 22 1.7.1 Mitoosi... 23 1.8 Solu ja perinnöllisyys... 25 1.8.1 Sukusolut syntyvät meioosilla... 25 1.8.2 Alleelit ja periytyminen... 26 1.8.3 Linkittyneet geenit... 28 1.8.4 Risteytystehtävistä... 30 2 Syöpä ja mutaatiot... 36 3 Solun aineenvaihdunta... 38 3.1 Johdanto energia-aineenvaihduntaan... 38 3.2 ATP (adenosiinitrifosfaatti)... 40 3.3 Hapetus-pelkistysreaktiot ja soluhengitys... 41 3.3.1 Asetyylikoentsyymi-A... 43 3.3.2 Oksidatiivinen fosforylaatio: elektronit hapelle, ADP ATP:ksi... 43 3.3.3 Glukoosi on solujen keskeinen energianlähde... 44 3.3.4 Kertaus: energiaa glukoosista... 44 3.4 Rasvahapot hapettuvat β oksidaatiossa... 45 3.5 Solujen lipidisynteesi... 45 4 Solun sähköiset ominaisuudet ja solujen välinen viestintä... 46 4.1 Lepopotentiaali... 46 4.2 Aktiopotentiaali... 47 4.3 Solujen kommunikaatio... 50 4.3.1 Reseptorit... 50 4.3.2 Endokriininen viestintä... 51 4.3.3 Parakriininen viestintä... 51 4.3.4 Synaptinen viestintä... 51 4.3.5 Toisiolähetit... 51 3
5 Elimistön tiedonvälitysmenetelmät... 52 5.1 Hormonit... 52 5.2 Kudoshormonit... 53 5.3 Hormoneja tuottavat elimet... 53 5.3.1 Hypotalamus ja aivolisäke... 53 5.3.2 Käpylisäke... 54 5.3.3 Kilpirauhanen... 54 5.3.4 Lisäkilpirauhaset... 54 5.3.5 Kalsiumtasapainon säätely... 55 5.3.6 Lisämunuaiset... 57 5.3.7 Haima... 58 5.3.8 Sukupuolihormonit... 58 6 Kudokset... 58 6.1 Epiteelikudos... 58 6.2 Tukikudos... 59 6.2.1 Sidekudos... 59 6.2.2 Rasvakudos... 59 6.2.3 Rustokudos... 59 6.2.4 Luukudos... 59 6.3 Hermokudos... 60 6.3.1 Hermosolun sähköinen toiminta... 61 6.4 Lihaskudos... 62 6.4.1 Poikkijuovainen lihaskudos (luustolihakset)... 62 6.4.2 Sileä lihaskudos... 63 6.4.3 Sydänlihaskudos... 64 6.5 Nivelet... 64 6.6 Veri... 65 6.5.1 Punasolut... 65 6.5.2 Veriryhmät... 65 6.5.3 Valkosolut... 67 6.5.4 Verihiutaleet... 67 6.5.5 Veren hyytyminen... 68 6.5.6 Plasma... 69 7 Iho... 70 7.1 Ihon kerrokset ja rauhaset... 70 8 Mikrobit... 71 8.1 Bakteerit... 71 8.1.1 Gramvärjäys... 72 8.1.2 Bakteerien jaottelu oma- ja toisenvaraisiin lajeihin... 72 8.1.3 Bakteerien lisääntyminen ja perinnöllinen muuntelu... 73 8.2 Arkeonit (arkit)... 74 8.3 Hiiva- ja homesienet... 74 8.4 Alkueliöt... 74 8.4.1 Malaria... 74 8.5 Virukset... 75 8.5.1 Virusten lisääntyminen... 75 8.5.2 HIV... 76 9 Elimistön puolustusreaktiot... 77 9.1 Taudinaiheuttajat... 77 9.2 Puolustusmekanismit... 78 9.2.1 Synnynnäinen immuniteetti... 78 9.2.2 Hankittu immuniteetti... 78 9.2.3 Lymfaattisen järjestelmän elimet... 79 9.2.4 Bakteeri-infektio... 80 9.2.5 Virusinfektio... 80 9.2.6 Rokotukset... 80 9.2.7 Allergiamekanismit... 81 10 Hermosto... 82 10.1 Keskushermosto... 83 10.1.1 Selkäydin... 83 4
... 83 10.1.2 Aivot... 84 10.1.3 Aivo- ja selkäydinkalvot... 85 10.1.4 Aivo-selkäydinneste... 85 10.2 Ääreishermosto... 86 10.2.1 Aivohermot... 86 10.2.2 Selkäydinhermot... 86 10.3 Motoriset toiminnot... 88 10.3.1 Aivorungon ja selkäytimen liikehermosolut... 88 10.3.2 Lihasheijaste... 89 10.3.3 Liikekäskyt aivoista lihaksiin... 89 10.3.4 Pikkuaivot... 89 10.4 Autonominen hermosto... 91 10.4.1 Sympatikotonus... 93 10.4.2 Parasympatikotonus... 94 10.5 Aistit... 95 10.5.1 Aistinradat... 95 10.5.2 Projektioalueet... 95 10.5.3 Ihon aistit... 96 10.5.4 Kipu... 96 10.5.5 Asento- ja liikeaisti... 97 10.5.6 Kemialliset aistit... 97 10.5.7 Kuuloaisti... 98 10.5.8 Näköaisti... 99 11 Verenkierto... 104 11.1 Sydän... 104 11.1.1 Sydänlihaksen supistuminen... 105 11.1.2 Sydämen toimintakierto... 105 11.1.3 EKG... 106 11.2 Verisuonet... 108 11.2.1 Ison verenkierron valtimot... 108 11.2.2 Ison verenkierron laskimot... 108 11.2.3 Iholaskimot... 109 11.2.4 Laskimoiden verenkierto... 109 11.2.5 Pienen verenkierron verisuonet... 109 11.2.6 Hiussuonien verenvirtaus... 109 11.2.7 Nesteen liikkeet kapillaarin ja soluvälinesteen välillä... 109 11.3 Veren virtaus ja verenpaine... 111 11.3.1 Verenpaineen mittaaminen... 111 11.4 Verenkierron säätely... 112 11.5 Aivojen verenkierto... 114 11.6 Sokki ja pyörtyminen... 116 12 Hengitys... 117 12.1 Hengitystiet... 117 12.2 Keuhkotuuletus... 118 12.2.1 Hengityslihakset... 118 12.2.2 Hengityselinten paineet... 119 12.2.3 Hengitystilavuudet... 119 12.2.4 Keuhkorakkuloiden tuuletus... 120 12.2.5 Kaasujen vaihtuminen keuhkorakkuloissa... 121 12.3 Hapen kulku keuhkoista kudoksiin... 122 12.3.1 Verenpunan hapenkuljetus... 122 12.3.2 Hiilidioksidin kulku kudoksista keuhkoihin... 124 12.3.3 Hengitysosamäärä... 126 12.4 Hengityksen säätely... 127 13 Ruuansulatus... 129 13.1 Suuontelo, nielu ja ruokatorvi... 130 13.2 Mahalaukku... 131 13.2.1 Mahanesteen eritys... 131 13.3 Maksa... 132 5
13.3.1 Maksan suonet... 132 13.3.2 Sappitiet... 132 13.4 Haima... 133 13.5 Ohutsuoli... 134 13.6 Paksusuoli... 134 13.7 Vatsakalvonontelo... 135 13.8 Ruuansulatuskanavan mikrobit... 135 13.9 Imeytyminen... 136 13.9.1 Hiilihydraatit... 136 13.9.2 Valkuaisaineet... 137 13.9.3 Rasva-aineet... 137 13.9.4 Vesi ja suolat... 139 13.9.5 Vitamiinit... 139 14 Virtsaneritys... 140 14.1 Munuaiset... 140 14.1.1 Nefroni... 140 14.1.2 Virtsanmuodostus... 141 14.1.3 Urea... 142 14.1.4 Virtsan väkevyyden säätely... 143 14.2 Virtsan koostumus... 144 14.3 Virtsan erityksen säätely... 145 14.4 Virtsatiet... 145 15 Solu ja ympäröivät nestetilat... 146 15.1 Elimistön nestetilojen koostumus... 147 16 Neste- ja ionitasapaino... 147 16.1 ADH ja RAA-järjestelmä... 148 16.2 Nestetasapainoon vaikuttavat ionit... 149 16.3 Homeostaasi... 150 17 Happo-emästasapaino... 152 17.1 Vetyionien lähteet... 152 17.2 Säätelymekanismit... 153 17.2.1 Kemialliset puskurijärjestelmät... 153 17.2.2 Säätely hengityksen avulla... 153 17.2.3 Säätely munuaisten avulla... 153 17.2.4 Häiriötilat... 153 17.2.5 Kompensaatiomekanismit... 154 18 Energiatasapaino... 155 18.1 Yleisesti metaboliasta... 155 18.1.1 Glukoosiaineenvaihdunta... 156 18.1.2 Lipidiaineenvaihdunta... 156 18.1.3 Typpiaineenvaihdunta... 157 18.1.4 Nukleotidien katabolia... 158 18.2 Ravintoaineiden muuntuminen toisikseen... 158 18.3 Lyhytkestoinen anabolinen tila... 159 18.4 Lyhytkestoinen katabolinen tila... 160 18.4.1 Aliravitsemus... 161 19 Ihmisen biologia... 162 19.1 Mies... 162 19.1.1 Siittiöiden tuotanto... 162 19.1.2 Siittiötuotannon hormonaalinen säätely... 163 19.1.3 Miehen sukupuolihormonien toiminta... 164 19.2 Nainen... 164 19.2.1 Kuukautiskierto... 164 19.2.2 Hormonierityksen säätely... 166 19.2.3 Hormonaalinen ehkäisy... 167 19.3 Hedelmöitys ja alkionkehitys... 169 19.3.1 Alkiorakkulasta alkioksi... 171 19.3.2 Istukka... 173 19.3.3 Sikiön verenkierto kohdussa ja syntymänjälkeiset muutokset... 173 19.4 Raskaus ja synnytys... 174 6
19.4.1 Sikiön kehitys ja sikiötutkimukset... 174 19.4.2 Synnytys... 175 19.5 Muutoksia elämänkaaren eri vaiheissa... 176 19.5.1 Murrosiän hormonaaliset muutokset naisella... 177 19.5.2 Ihmisen vanhetessa elimistö kohtaa monenlaisia muutoksia:... 177 19.5.3 Vanhenemisen teorioista... 178 20 Bioteknologia... 179 20.1 Geenitekniikan menetelmiä... 179 20.1.1 Geenin kloonaus... 180 20.1.2 Crisp/CAS9 menetelmä... 182 20.1.3 PCR... 183 20.1.4 Sekvensointi... 185 20.1.5 Elektroforeesi... 185 20.1.6 DNA-sirut... 185 20.1.7 DNA-tunnisteet (toistojaksot)... 185 20.2 Muuntogeeniset organismit... 187 20.3 Geenin siirtomenetelmät... 187 20.4 Kloonaus... 188 20.5 Jalostusmenetelmät... 189 20.5.1 Valintajalostus... 189 20.5.2 Risteytysjalostus... 189 20.5.3 Mutaatioiden käyttö jalostuksessa... 189 20.6 Entsyymit... 190 21 Eliömaailma... 192 21.1 Biologia tieteenä... 192 21.1.1 Elämän ominaisuudet... 192 21.1.2 Elämän perusedellytykset... 192 21.1.3 Eliömaailman luokittelu... 192 21.1.4 Biologinen tutkimus... 193 21.2 Luonnon monimuotoisuus... 193 21.2.1 Ekosysteemien monimuotoisuus... 193 21.2.2 Lajimonimuotoisuus... 193 21.2.3 Lajinsisäinen eli geneettinen monimuotoisuus... 193 21.2.4 Eläinten käyttäytyminen monimuotoisuuden ilmentäjänä... 193 21.3 Evoluutio... 194 21.3.1 Eliöiden lisääntyminen... 194 21.3.2 Evoluutiovoimat... 195 21.3.3 Evoluution tutkiminen... 196 21.4 Elämän syntyvaiheet... 197 21.4.1 Maapallon synty... 197 21.4.2 Elämän alkuaika eli prekambrinen aika... 197 21.4.3 Elämän vanha-aika eli paleotsooinen aika... 197 21.4.4 Elämän keskiaika eli mesotsooinen aika... 198 21.4.5 Elämän uusi aika eli kenotsooinen aika... 198 21.5 Eliökunta... 200 21.5.1 Alkueliöt... 200 21.5.2 Sienet... 200 21.5.3 Eläimet... 200 21.5.4 Kasvit... 202 21.5.5 Fotosynteesi... 203 21.6 Eliöiden ja ympäristön vuorovaikutus... 204 21.6.1 Eliöiden sopeutuminen ympäristöönsä... 204 21.6.2 Sukkessio muutoksia ekosysteemin lajistossa... 204 21.6.3 Populaatiot... 205 21.6.4 Lajien väliset suhteet... 205 21.6.5 Ekosysteemien rakenne ja toiminta... 206 22 Ympäristöekologia... 208 22.1 Ekologinen tutkimus... 208 22.2 Monimuotoisuuden merkitys... 208 22.2.1 Biologisen monimuotoisuuden väheneminen ja suojelu... 208 7
22.3 Ympäristöongelmat... 209 22.3.1 Rehevöityminen... 209 22.3.2 Happamoituminen... 210 22.3.3 Ympäristömyrkyt... 210 22.3.4 Säteily... 211 22.3.5 Otsoni... 212 22.3.6 Ilmastonmuutos... 212 22.4 Suomen ekosysteemit... 213 22.4.1 Metsät... 213 22.4.2 Suot... 213 22.4.3 Järvet... 214 22.4.4 Itämeri... 214 22.4.5 Kaupunkiluonto... 215 22.5 Kestävä kehitys... 215 22.5.1 Tuotanto... 215 22.5.2 Kulutus... 216 22.5.3 Jätehuolto... 216 23 Liitteet... 218 23.1 Tärkeimmät hormonit... 218 23.2 Käsitekarttoja... 219 24 Harjoitustehtävät... 222 24.1 Perustehtävät... 222 24.1.1 Solubiologia... 222 24.1.2 Perinnöllisyystehtäviä... 235 24.1.3 Kudokset, iho... 239 24.1.4 Immuunipuolustus... 241 24.1.5 Hermosto ja aistit... 246 24.1.6 Hengitys... 258 24.1.7 Verenkierto... 262 24.1.8 Ruuansulatus... 269 24.1.9 Virtsaneritys... 273 24.1.10 Hormonit... 275 24.1.11 Energiatasapaino... 279 24.1.12 Lisääntymisfysiologia... 281 24.1.13 Genetiikka, geenitekniikka, jalostus... 282 24.1.14 Eliömaailma, ympäristöekologia, mikrobit... 289 24.1.15 Monivalinnat... 295 24.2 Potilastapauksia ja soveltavia tehtäviä... 307 25 Vastaukset... 318 25.1 Perustehtävät... 318 25.1.1 Solubiologia... 318 25.1.2 Perinnöllisyystehtäviä... 328 25.1.3 Kudokset, iho... 331 25.1.4 Immuunipuolustus... 333 25.1.5 Hermosto ja aistit... 337 25.1.6 Hengitys... 345 25.1.7 Verenkierto... 349 25.1.8 Ruuansulatus... 355 25.1.9 Virtsaneritys... 358 25.1.10 Hormonit... 359 25.1.11 Energiatasapaino... 361 25.1.12 Lisääntymisfysiologia... 363 25.1.13 Genetiikka... 365 25.1.14 Eliömaailma, ympäristöekologia, mikrobit... 370 25.1.15 Monivalinnat... 376 25.2 Potilastapauksia ja soveltavia tehtäviä... 377 8