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... 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 3.6 Redokskoentsyymeistä... 46 4 Solun sähköiset ominaisuudet ja solujen välinen viestintä... 47 4.1 Lepopotentiaali... 47 4.2 Aktiopotentiaali... 48 4.3 Solujen kommunikaatio... 51 4.3.1 Reseptorit... 51 4.3.2 Endokriininen viestintä... 52 4.3.3 Parakriininen viestintä... 52 4.3.4 Synaptinen viestintä... 52 3
4.3.5 Toisiolähetit... 52 5 Elimistön tiedonvälitysmenetelmät... 53 5.1 Hormonit... 53 5.2 Kudoshormonit... 54 5.3 Hormoneja tuottavat elimet... 54 5.3.1 Hypotalamus ja aivolisäke... 54 5.3.2 Käpylisäke... 55 5.3.3 Kilpirauhanen... 55 5.3.4 Lisäkilpirauhaset... 55 5.3.5 Kalsiumtasapainon säätely... 56 5.3.6 Lisämunuaiset... 58 5.3.7 Haima... 59 5.3.8 Sukupuolihormonit... 59 6 Kudokset... 59 6.1 Epiteelikudos... 59 6.2 Tukikudos... 60 6.2.1 Sidekudos... 60 6.2.2 Rasvakudos... 60 6.2.3 Rustokudos... 60 6.2.4 Luukudos... 60 6.3 Hermokudos... 61 6.3.1 Hermosolun sähköinen toiminta... 62 6.4 Lihaskudos... 63 6.4.1 Poikkijuovainen lihaskudos (luustolihakset)... 63 6.4.2 Sileä lihaskudos... 64 6.4.3 Sydänlihaskudos... 65 6.5 Nivelet... 65 6.6 Veri... 66 6.5.1 Punasolut... 66 6.5.2 Veriryhmät... 66 6.5.3 Valkosolut... 68 6.5.4 Verihiutaleet... 68 6.5.5 Veren hyytyminen... 69 6.5.6 Plasma... 70 7 Iho... 71 7.1 Ihon kerrokset... 71 7.2 Ihon rauhaset ja sarveisrakenteet... 71 7.3 Iho suojana... 71 8 Elimistön puolustusreaktiot... 72 8.1 Taudinaiheuttajat... 72 8.2 Puolustusmekanismit... 73 8.2.1 Luonnollinen immuniteetti... 73 8.2.2 Hankittu immuniteetti... 73 8.2.3 Lymfaattisen järjestelmän elimet... 74 8.2.4 Komplementtireaktio... 75 8.2.5 Virusinfektio... 75 9 Hermosto... 76 9.1 Keskushermosto... 77 9.1.1 Selkäydin... 77... 78 9.1.2 Aivot... 78 9.1.3 Aivo- ja selkäydinkalvot... 79 9.1.4 Aivo-selkäydinneste... 80 9.2 Ääreishermosto... 80 9.2.1 Aivohermot... 80 9.2.2 Selkäydinhermot... 81 9.3 Motoriset toiminnot... 82 9.3.1 Aivorungon ja selkäytimen liikehermosolut... 82 9.3.2 Lihasheijaste... 83 9.3.3 Kortikospinaalirata ja kortikobulbaarirata... 83 4
9.3.4 Muut liikeradat... 83 9.3.5 Pikkuaivot... 84 9.4 Autonominen hermosto... 85 9.4.1 Sympatikotonus... 87 9.4.2 Parasympatikotonus... 88 9.5 Aistit... 89 9.5.1 Aistinradat... 89 9.5.2 Projektioalueet... 89 9.5.3 Ihon aistit... 90 9.5.4 Kipu... 90 9.5.5 Asento- ja liikeaisti... 91 9.5.6 Kemialliset aistit... 91 9.5.7 Kuuloaisti... 92 9.5.8 Näköaisti... 93 10 Verenkierto... 98 10.1 Sydän... 98 10.1.1 Sydänlihaksen supistuminen... 99 10.1.2 Sydämen toimintakierto... 99 10.1.3 EKG... 100 10.2 Verisuonet... 102 10.2.1 Ison verenkierron valtimot... 102 10.2.2 Ison verenkierron laskimot... 102 10.2.3 Iholaskimot... 103 10.2.4 Laskimoiden verenkierto... 103 10.2.5 Pienen verenkierron verisuonet... 103 10.2.6 Hiussuonien verenvirtaus... 103 10.2.7 Nesteen liikkeet kapillaarin ja soluvälinesteen välillä... 103 10.3 Veren virtaus ja verenpaine... 105 10.3.1 Verenpaineen mittaaminen... 105 10.4 Verenkierron säätely... 106 10.5 Aivojen verenkierto... 108 10.6 Sokki ja pyörtyminen... 110 11 Hengitys... 111 11.1 Hengitystiet... 111 11.2 Keuhkotuuletus... 112 11.2.1 Hengityslihakset... 112 11.2.2 Hengityselinten paineet... 113 11.2.3 Hengitystilavuudet... 113 11.2.4 Keuhkorakkuloiden tuuletus... 114 11.2.5 Kaasujen vaihtuminen keuhkorakkuloissa... 115 11.3 Hapen kulku keuhkoista kudoksiin... 116 11.3.1 Verenpunan hapenkuljetus... 116 11.3.2 Hiilidioksidin kulku kudoksista keuhkoihin... 118 11.3.3 Hengitysosamäärä... 120 11.4 Hengityksen säätely... 121 12 Ruuansulatus... 123 12.1 Suuontelo, nielu ja ruokatorvi... 124 12.2 Mahalaukku... 125 12.2.1 Mahanesteen eritys... 125 12.3 Maksa... 126 12.3.1 Maksan suonet... 126 12.3.2 Sappitiet... 126 12.4 Haima... 127 12.5 Ohutsuoli... 128 12.6 Paksusuoli... 128 12.7 Vatsakalvonontelo... 129 12.8 Ruuansulatuskanavan mikrobit... 129 12.9 Imeytyminen... 130 12.9.1 Hiilihydraatit... 130 12.9.2 Valkuaisaineet... 131 5
12.9.3 Rasva-aineet... 131 12.9.4 Vesi ja suolat... 133 12.9.5 Vitamiinit... 133 13 Virtsaneritys... 133 13.1 Munuaiset... 133 13.1.1 Nefroni... 134 13.1.2 Virtsanmuodostus... 136 13.1.3 Urea... 138 13.1.4 Virtsan väkevyyden säätely... 138 13.2 Virtsan koostumus... 139 13.3 Virtsan erityksen säätely... 140 13.4 Virtsatiet... 140 14 Solu ja ympäröivät nestetilat... 141 14.1 Elimistön nestetilojen koostumus... 142 15 Neste- ja ionitasapaino... 142 15.1 ADH ja RAA-järjestelmä... 143 15.2 Nestetasapainoon vaikuttavat ionit... 144 15.3 Homeostaasi... 145 16 Happo-emästasapaino... 147 16.1 Vetyionien lähteet... 147 16.2 Säätelymekanismit... 148 16.2.1 Kemialliset puskurijärjestelmät... 148 16.2.2 Säätely hengityksen avulla... 148 16.2.3 Säätely munuaisten avulla... 148 16.2.4 Häiriötilat... 148 16.2.5 Kompensaatiomekanismit... 149 17 Energiatasapaino... 150 17.1 Yleisesti metaboliasta... 150 17.1.1 Glukoosiaineenvaihdunta... 151 17.1.2 Lipidiaineenvaihdunta... 151 17.1.3 Typpiaineenvaihdunta... 152 17.1.4 Nukleotidien katabolia... 153 17.2 Ravintoaineiden muuntuminen toisikseen... 153 17.3 Lyhytkestoinen anabolinen tila... 154 17.4 Lyhytkestoinen katabolinen tila... 155 17.4.1 Aliravitsemus... 156 18 Ihmisen biologia... 157 18.1 Mies... 157 18.1.1 Siittiöiden tuotanto... 157 18.1.2 Siittiötuotannon hormonaalinen säätely... 158 18.1.3 Miehen sukupuolihormonien toiminta... 159 18.2 Nainen... 159 18.2.1 Kuukautiskierto... 159 18.2.2 Hormonierityksen säätely... 161 18.2.3 Hormonaalinen ehkäisy... 162 18.3 Hedelmöitys ja alkionkehitys... 164 18.3.1 Alkiorakkulasta alkioksi... 166 18.3.2 Istukka... 168 18.3.3 Sikiön verenkierto kohdussa ja syntymänjälkeiset muutokset... 168 18.4 Raskaus ja synnytys... 169 18.4.1 Sikiön kehitys ja sikiötutkimukset... 169 18.4.2 Synnytys... 170 18.5 Muutoksia elämänkaaren eri vaiheissa... 171 18.5.1 Murrosiän hormonaaliset muutokset naisella... 172 18.5.2 Ihmisen vanhetessa elimistö kohtaa monenlaisia muutoksia:... 172 18.5.3 Vanhenemisen teorioista... 173 19 Bioteknologia... 174 19.1 Geenitekniikan menetelmiä... 174 19.2 Muuntogeeniset organismit... 179 19.3 Geenin siirtomenetelmät... 179 6
19.4 Kloonaus... 180 19.5 DNA-tunnisteet... 181 19.6 Entsyymit... 183 20 Eliömaailma... 184 20.1 Biologia tieteenä... 184 20.1.1 Elämän ominaisuudet... 184 20.1.2 Elämän perusedellytykset... 184 20.1.3 Eliömaailman luokittelu... 184 20.1.4 Biologinen tutkimus... 185 20.2 Luonnon monimuotoisuus... 185 20.2.1 Ekosysteemien monimuotoisuus... 185 20.2.2 Lajimonimuotoisuus... 185 20.2.3 Lajinsisäinen eli geneettinen monimuotoisuus... 185 20.2.4 Eläinten käyttäytyminen monimuotoisuuden ilmentäjänä... 186 20.3 Evoluutio... 186 20.3.1 Eliöiden lisääntyminen... 186 20.3.2 Evoluutiovoimat... 187 20.3.3 Evoluution tutkiminen... 188 20.4 Elämän syntyvaiheet... 189 20.4.1 Maapallon synty... 189 20.4.2 Elämän alkuaika eli prekambrinen aika... 189 20.4.3 Elämän vanha-aika eli paleotsooinen aika... 190 20.4.4 Elämän keskiaika eli mesotsooinen aika... 190 20.4.5 Elämän uusi aika eli kenotsooinen aika... 190 20.5 Eliökunta... 192 20.5.1 Alkueliöt... 192 20.5.2 Sienet... 192 20.5.3 Eläimet... 192 20.5.4 Kasvit... 194 20.5.5 Fotosynteesi... 195 20.6 Eliöiden ja ympäristön vuorovaikutus... 196 20.6.1 Eliöiden sopeutuminen ympäristöönsä... 196 20.6.2 Sukkessio muutoksia ekosysteemin lajistossa... 196 20.6.3 Populaatiot... 197 20.6.4 Lajien väliset suhteet... 197 20.6.5 Ekosysteemien rakenne ja toiminta... 198 21 Ympäristöekologia... 200 21.1 Ekologinen tutkimus... 200 21.2 Monimuotoisuuden merkitys... 200 21.2.1 Biologisen monimuotoisuuden väheneminen ja suojelu... 200 21.3 Ympäristöongelmat... 201 21.3.1 Rehevöityminen... 201 21.3.2 Happamoituminen... 202 21.3.3 Ympäristömyrkyt... 202 21.3.4 Säteily... 203 21.3.5 Otsoni... 204 21.3.6 Ilmastonmuutos... 204 21.4 Suomen ekosysteemit... 205 21.4.1 Metsät... 205 21.4.2 Suot... 205 21.4.3 Järvet... 206 21.4.4 Itämeri... 206 21.4.5 Kaupunkiluonto... 207 21.5 Kestävä kehitys... 207 21.5.1 Tuotanto... 208 21.5.2 Kulutus... 208 21.5.3 Jätehuolto... 208 22 Mikrobit... 210 22.1 Bakteerit... 210 22.1.1 Gramvärjäys... 211 7
22.1.2 Bakteerien jaottelu oma- ja toisenvaraisiin lajeihin... 211 22.1.3 Bakteerien lisääntyminen ja perinnöllinen muuntelu... 212 22.2 Arkit... 213 22.3 Hiiva- ja homesienet... 213 22.4 Alkueliöt... 213 22.4.1 Malaria... 213 22.5 Virukset... 214 22.5.1 Virusten lisääntyminen... 214 22.5.2 HIV... 215 22.6 Rokotukset... 216 22.7 Allergiamekanismit... 216 22.8 Tärkeimmät hormonit... 218 22.9 Käsitekarttoja... 219 23 Harjoitustehtävät... 222 23.1 Perustehtävät... 222 23.1.1 Solubiologia... 222 23.1.2 Perinnöllisyystehtäviä... 234 23.1.3 Kudokset, iho... 239 23.1.4 Immuunipuolustus... 241 23.1.5 Hermosto ja aistit... 245 23.1.6 Hengitys... 256 23.1.7 Verenkierto... 261 23.1.8 Ruuansulatus... 268 23.1.9 Virtsaneritys... 272 23.1.10 Hormonit... 274 23.1.11 Energiatasapaino... 278 23.1.12 Lisääntymisfysiologia... 280 23.1.13 Genetiikka... 281 23.1.14 Eliömaailma, ympäristöekologia, mikrobit... 287 23.1.15 Monivalinnat... 292 24.2 Potilastapauksia ja soveltavia tehtäviä... 304 25 Vastaukset... 315 24.1 Perustehtävät... 315 24.1.1 Solubiologia... 315 24.1.2 Perinnöllisyystehtäviä... 324 24.1.3 Kudokset, iho... 328 24.1.4 Immuunipuolustus... 330 24.1.5 Hermosto ja aistit... 333 24.1.6 Hengitys... 342 24.1.7 Verenkierto... 345 24.1.8 Ruuansulatus... 352 24.1.9 Virtsaneritys... 355 24.1.10 Hormonit... 356 24.1.11 Energiatasapaino... 358 24.1.12 Lisääntymisfysiologia... 360 24.1.13 Genetiikka... 362 24.1.14 Eliömaailma, ympäristöekologia, mikrobit... 367 24.1.15 Monivalinnat... 372 24.2 Potilastapauksia ja soveltavia tehtäviä... 373 8