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 Fasilitoitunut eli 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... 19 1.5 DNA:n pakkaaminen... 20 1.6 Transkriptio ja translaatio... 20 1.6.1 Mistä solu tietää, mitä proteiinia kulloinkin tulee valmistaa?... 21 1.7 Solun kasvu ja jakaantuminen... 22 1.7.1 Mitoosi... 23 1.8 Solu ja perinnöllisyys... 24 1.8.1 Sukusolut syntyvät meioosilla... 24 1.8.2 Alleelit ja periytyminen... 25 1.8.3 Syöpä ja mutaatiot... 27 2 Solun aineenvaihdunta... 28 2.1 Johdanto energia-aineenvaihduntaan... 28 2.2 ATP (adenosiinitrifosfaatti)... 30 2.3 Hapetus-pelkistysreaktiot ja soluhengitys... 31 2.3.1 Asetyylikoentsyymi-A... 33 2.3.2 Oksidatiivinen fosforylaatio: elektronit hapelle, ADT ATP:ksi... 33 2.3.3 Glukoosi on solujen keskeinen energianlähde... 34 2.3.4 *** Kertaus: energiaa glukoosista... 34 2.4 Rasvahappoionit hapettuvat β oksidaatiossa... 35 2.5 ***Solujen lipidisynteesi... 35 2.6 ***Redokskoentsyymeistä... 36 3 Solun sähköiset ominaisuudet ja solujen välinen viestintä... 37 3.1 Lepopotentiaali... 37 3.2 Aktiopotentiaali... 38 3.3 Solujen kommunikaatio... 39 3.3.1 Reseptorit... 40 3.3.2 Endokriininen viestintä... 41 3.3.3 Parakriininen viestintä... 41 3.3.4 Synaptinen viestintä... 41 3.3.5 Toisiolähetit... 41 4 Elimistön tiedonvälitysmenetelmät... 42 4.1 Hormonit... 42 3
4.2 Kudoshormonit... 43 4.3 Hormoneja tuottavat elimet... 43 4.3.1 Hypotalamus ja aivolisäke... 43 4.3.2 Käpylisäke... 44 4.3.3 Kilpirauhanen... 44 4.3.4 Lisäkilpirauhaset... 45 4.3.5 Kalsiumtasapainon säätely... 45 4.3.6 Lisämunuaiset... 47 4.3.7 Haima... 47 4.3.8 Sukupuolihormonit... 48 5 Kudokset... 48 5.1 Epiteelikudos... 48 5.2 Tukikudos... 49 5.2.1 Sidekudos... 49 5.2.2 Rasvakudos... 49 5.2.3 Rustokudos... 49 5.2.4 Luukudos... 50 5.3 Hermokudos... 50 5.3.1 Hermosolun sähköinen toiminta... 51 5.4 Lihaskudos... 52 5.4.1 Poikkijuovainen lihaskudos (luustolihakset)... 52 5.4.2 Sileä lihaskudos... 53 5.4.3 Sydänlihaskudos... 54 5.5 Nivelet... 54 5.6 Veri... 55 5.6.1 Punasolut... 55 5.6.2 Veriryhmät... 55 5.6.3 Valkosolut... 57 5.6.4 Verihiutaleet... 57 5.6.5 Veren hyytyminen... 58 5.6.6 Plasma... 59 6 Iho... 60 6.1 Ihon kerrokset... 60 6.2 Ihon rauhaset ja sarveisrakenteet... 60 6.3 Iho suojana... 60 7 Elimistön puolustusreaktiot... 61 7.1 Taudinaiheuttajat... 61 7.2 Puolustusmekanismit... 62 7.2.1 Luonnollinen immuniteetti... 62 7.2.2 Hankittu immuniteetti... 62 7.2.3 Lymfaattisen järjestelmän elimet... 63 7.2.4 Komplementtireaktio... 64 7.2.5 Virusinfektio... 64 7.3 *** Kemialliset uhkatekijät... 65 7.4 *** Hapettuminen, pelkistyminen ja hydrolyysi... 66 7.5 *** Konjugoituminen... 66 8 Hermosto... 68 8.1 Keskushermosto... 69 8.1.1 Selkäydin... 69 8.1.2 Aivot... 70 8.1.3 Aivo- ja selkäydinkalvot... 71 8.1.4 Aivo-selkäydinneste... 71 8.2 Ääreishermosto... 72 8.2.1 ***Aivohermot... 72 8.2.2 Selkäydinhermot... 72 8.3 Motoriset toiminnot... 73 8.3.1 Aivorungon ja selkäytimen liikehermosolut... 73 8.3.2 Lihasheijaste... 74 8.3.3 *** Kortikospinaalirata ja kortikobulbaarirata... 75 8.3.4 *** Muut liikeradat... 75 4
8.3.5 Pikkuaivot... 75 8.4 Autonominen hermosto... 76 8.4.1 Sympatikotonus... 78 8.4.2 Parasympatikotonus... 79 8.5 Aistit... 80 8.5.1 ***Aistinradat... 80 8.5.2 Projektioalueet... 80 8.5.3 Ihon aistit... 81 8.5.4 Kipu... 81 8.5.5 Asento- ja liikeaisti... 82 8.5.6 Kemialliset aistit... 82 8.5.7 Kuuloaisti... 83 8.5.8 Näköaisti... 84 8.6 *** Muisti ja oppiminen... 88 8.6.1 Työmuisti... 89 8.6.2 Säilömuisti... 89 8.6.3 Muistihäiriöistä... 90 9 Verenkierto... 90 9.1 Sydän... 90 9.1.1 Sydänlihaksen supistuminen... 91 9.1.2 Sydämen toimintakierto... 91 9.1.3 *** EKG... 92 9.2 Verisuonet... 94 9.2.1 Ison verenkierron valtimot... 94 9.2.2 Ison verenkierron laskimot... 94 9.2.3 Iholaskimot... 95 9.2.4 Laskimoiden verenkierto... 95 9.2.5 Pienen verenkierron verisuonet... 95 9.2.6 Hiussuonien verenvirtaus... 95 9.2.7 Nesteen liikkeet kapillaarin ja soluvälinesteen välillä... 95 9.3 Veren virtaus ja verenpaine... 97 9.3.1 *** Verenpaineen mittaaminen... 97 9.4 Verenkierron säätely... 98 9.5 *** Aivojen verenkierto... 100 9.6 *** Sokki ja pyörtyminen... 102 10 Hengitys... 103 10.1 Hengitystiet... 103 10.2 Keuhkotuuletus... 104 10.2.1 Hengityslihakset... 104 10.2.2 Hengityselinten paineet... 105 10.2.3 *** Hengitystilavuudet... 105 10.2.4 Keuhkorakkuloiden tuuletus... 106 10.2.5 Kaasujen vaihtuminen keuhkorakkuloissa... 107 10.3 Hapen kulku keuhkoista kudoksiin... 108 10.3.1 Verenpunan hapenkuljetus... 108 10.3.2 Hiilidioksidin kulku kudoksista keuhkoihin... 110 10.3.3 *** Hengitysosamäärä... 112 10.4 Hengityksen säätely... 113 11 Ruuansulatus... 115 11.1 Suuontelo, nielu ja ruokatorvi... 116 11.2 Mahalaukku... 117 11.2.1 Mahanesteen eritys... 117 11.3 Maksa... 118 11.3.1 Maksan suonet... 118 11.3.2 Sappitiet... 118 11.4 Haima... 119 11.5 Ohutsuoli... 120 11.6 Paksusuoli... 120 11.7 *** Vatsakalvonontelo... 121 11.8 Ruuansulatuskanavan mikrobit... 121 5
11.9 Imeytyminen... 122 11.9.1 Hiilihydraatit... 122 11.9.2 Valkuaisaineet... 122 11.9.3 Rasva-aineet... 122 11.9.4 Vesi ja suolat... 124 11.9.5 *** Vitamiinit... 124 12 Virtsaneritys... 124 12.1 Munuaiset... 124 12.1.1 Nefroni... 125 12.1.2 Virtsanmuodostus... 127 12.1.3 Urea... 128 12.1.4 Virtsan väkevyyden säätely... 129 12.2 Virtsan koostumus... 130 12.3 Virtsan erityksen säätely... 131 12.4 Virtsatiet... 131 13 *** Solu ja ympäröivät nestetilat... 132 13.1 *** Nestetilojen mittaus... 133 13.2 Elimistön nestetilojen koostumus... 134 14 Neste- ja ionitasapaino... 134 14.1 ADH ja RAA-järjestelmä... 135 14.2 *** Nestetasapainoon vaikuttavat ionit... 136 14.3 Homeostaasi... 137 15 *** Happo-emästasapaino... 139 15.1 Vetyionien lähteet... 139 15.2 Säätelymekanismit... 140 15.2.1 Kemialliset puskurijärjestelmät... 140 15.2.2 Säätely hengityksen avulla... 140 15.2.3 Säätely munuaisten avulla... 140 15.2.4 Häiriötilat... 140 15.2.5 Kompensaatiomekanismit... 141 16 Energiatasapaino... 142 16.1 Yleisesti metaboliasta... 142 16.1.1 Glukoosiaineenvaihdunta... 143 16.1.2 Lipidiaineenvaihdunta... 143 16.1.3 Typpiaineenvaihdunta... 144 16.1.4 Nukleotidien katabolia... 145 16.2 Ravintoaineiden muuntuminen toisikseen... 145 16.3 Lyhytkestoinen anabolinen tila... 146 16.4 Lyhytkestoinen katabolinen tila... 147 16.4.1 Aliravitsemus... 147 17 Ihmisen biologia... 149 17.1 Mies... 149 17.1.1 Siittiöiden tuotanto... 149 17.1.2 Siittiötuotannon hormonaalinen säätely... 150 17.1.3 Miehen sukupuolihormonien toiminta... 151 17.2 Nainen... 151 17.2.1 Kuukautiskierto... 151 17.2.2 Hormonierityksen säätely... 153 17.2.3 Hormonaalinen ehkäisy... 155 17.3 Hedelmöitys ja alkionkehitys... 156 17.3.1 Alkiorakkulasta alkioksi... 158 17.3.2 Istukka... 160 17.3.3 Sikiön verenkierto kohdussa ja syntymänjälkeiset muutokset... 160 17.4 Raskaus ja synnytys... 161 17.4.1 Sikiön kehitys ja sikiötutkimukset... 161 17.4.2 Synnytys... 162 17.5 Muutoksia elämänkaaren eri vaiheissa... 163 17.5.1 Murrosiän hormonaaliset muutokset naisella... 164 17.5.2 Ihmisen vanhetessa elimistö kohtaa monenlaisia muutoksia:... 164 17.5.3 Vanhenemisen teorioista... 165 6
18 Bioteknologia... 166 18.1 Geenitekniikan menetelmiä... 166 18.2 Muuntogeeniset organismit (eliöt)... 171 18.3 Geenin siirtomenetelmät... 171 18.4 Kloonaus... 172 18.5 DNA-tunnisteet... 173 18.6 Entsyymit... 175 19 Eliömaailma... 176 19.1 Biologia tieteenä... 176 19.1.1 Elämän ominaisuudet... 176 19.1.2 Elämän perusedellytykset... 176 19.1.3 Eliömaailman luokittelu... 176 19.1.4 Biologinen tutkimus... 177 19.2 Luonnon monimuotoisuus... 177 19.2.1 Ekosysteemien monimuotoisuus... 177 19.2.2 Lajimonimuotoisuus... 177 19.2.3 Lajinsisäinen eli geneettinen monimuotoisuus... 177 19.2.4 Eläinten käyttäytyminen monimuotoisuuden ilmentäjänä... 178 19.3 Evoluutio... 178 19.3.1 Eliöiden lisääntyminen... 178 19.3.2 Evoluutiovoimat... 179 19.3.3 Evoluution tutkiminen... 180 19.4 Elämän syntyvaiheet... 181 19.4.1 Maapallon synty... 181 19.4.2 Elämän alkuaika eli prekambrinen aika... 181 19.4.3 Elämän vanha-aika eli paleotsooinen aika... 182 19.4.4 Elämän keskiaika eli mesotsooinen aika... 182 19.4.5 Elämän uusi aika eli kenotsooinen aika... 182 19.5 Eliökunta... 184 19.5.1 Alkueliöt... 184 19.5.2 Sienet... 184 19.5.3 Eläimet... 184 19.5.4 Kasvit... 186 19.5.5 Fotosynteesi... 187 19.6 Eliöiden ja ympäristön vuorovaikutus... 188 19.6.1 Eliöiden sopeutuminen ympäristöönsä... 188 19.6.2 Sukkessio muutoksia ekosysteemin lajistossa... 189 19.6.3 Populaatiot... 189 19.6.4 Lajien väliset suhteet... 189 19.6.5 Ekosysteemien rakenne ja toiminta... 190 20 Ympäristöekologia... 192 20.1 Ekologinen tutkimus... 192 20.2 Monimuotoisuuden merkitys... 192 20.2.1 Biologisen monimuotoisuuden väheneminen ja suojelu... 192 20.3 Ympäristöongelmat... 193 20.3.1 Rehevöityminen... 193 20.3.2 Happamoituminen... 194 20.3.3 Ympäristömyrkyt... 194 20.3.4 Säteily... 195 20.3.5 Otsoni... 196 20.3.6 Ilmastonmuutos... 196 20.4 Suomen ekosysteemit... 197 20.4.1 Metsät... 197 20.4.2 Suot... 198 20.4.3 Järvet... 198 20.4.4 Itämeri... 198 20.4.5 Kaupunkiluonto... 199 20.5 Kestävä kehitys... 199 20.5.1 Tuotanto... 200 20.5.2 Kulutus... 200 7
20.5.3 Jätehuolto... 200 21 Mikrobit... 202 21.1 Bakteerit... 202 21.1.1 Gramvärjäys... 203 21.1.2 Bakteerien jaottelu oma- ja toisenvaraisiin lajeihin... 203 21.1.3 Bakteerien lisääntyminen ja perinnöllinen muuntelu... 204 21.2 Arkit... 205 21.3 Hiiva- ja homesienet... 205 21.4 Alkueliöt... 205 21.4.1 Malaria... 205 21.5 Virukset... 206 21.5.1 Virusten lisääntyminen... 206 21.5.2 HIV... 207 21.6 Rokotukset... 208 21.7 Allergiamekanismit... 208 22 Liitteet... 210 22.1 Tärkeimmät hormonit... 210 22.2 Käsitekarttoja... 211 23 Harjoitustehtävät... 213 23.1 Perustehtävät... 213 23.1.1 Solubiologia... 213 23.1.2 Kudokset, iho... 222 23.1.3 Immuunipuolustus... 225 23.1.4 Hermosto ja aistit... 227 23.1.5 Hengitys... 236 23.1.6 Verenkierto... 239 23.1.7 Ruuansulatus... 247 23.1.8 Virtsaneritys... 251 23.1.9 Hormonit... 253 23.1.10 Energiatasapaino... 255 23.1.11 Happo- emästasapaino... 256 23.1.12 Solun tutkimusmenetelmiä... 257 23.1.13 Genetiikka... 260 23.1.14 Eliömaailma, ympäristöekologia, mikrobit... 265 23.1.15 Monivalinnat... 269 24.1 Potilastapauksia ja soveltavia tehtäviä... 281 25 Vastaukset... 293 25.1 Perustehtävät... 293 25.1.1 Solubiologia... 293 25.1.2 Kudokset, iho... 300 25.1.3 Immuunipuolustus... 303 25.1.4 Hermosto ja aistit... 304 25.1.5 Hengitys... 310 25.1.6 Verenkierto... 313 25.1.7 Ruuansulatus... 320 25.1.8 Virtsaneritys... 323 25.1.9 Hormonit... 324 25.1.10 Energiatasapaino... 326 25.1.11 Happo-emästasapaino... 327 25.1.12 Solun tutkimusmenetelmiä... 328 25.1.13 Genetiikka... 331 25.1.14 Eliömaailma, ympäristöekologia, mikrobit... 335 25.1.15 Monivalinnat... 340 25.2 Potilastapauksia ja soveltavia tehtäviä... 341 8