Šūna

Vikipēdijas lapa
Pārlēkt uz: navigācija, meklēt
Šis raksts ir par dzīvo organismu pamatvienību. Par citām jēdziena šūna nozīmēm skatīt nozīmju atdalīšanas lapu.
Ķiploka šūnas dažādās šūnu cikla fāzēs

Šūna (latīņu: cellula) ir dzīvo organismu pamatvienība, kas funkcionē patstāvīgi un iekļaujas organisma kopējā darbībā. Visi organismi sastāv no vienas vai vairākām šūnām. Vienšūnas organismus iedala eikariotos (vienšūnas dzīvnieki, aļģes un sēnes) un prokariotos (baktērijas, arheji). Jaunas šūnas veidojas daloties vecajām šūnām. Daudzšūnu organismos līdzīga veida šūnas veido audus. Visas šūnas sastāv no membrānas, citoplazmas un organoīdiem. Lielākā daļa augu un dzīvnieku šūnu ir saskatāmas tikai ar mikroskopu, to izmēri ir starp 1 un 100 μm[1]

Cilvēks pirmo reizi šūnas novēroja un līdz ar to arī atklāja 17. gadsimtā, kad tika izgudrots mikroskops. Pirmais, kas to 1665. gadā novēroja, bija angļu biologs Roberts Huks.[2] Šūnu teoriju pirmoreiz izstrādāja Matthias Jakob Schleiden un Teodor Schwann 1839. gadā. Viņi noteica, ka visi organismi sastāv no vienas vai vairākām šūnām, ka šūna ir struktūru un funkciju pamatvienība visos dzīvajos organismos. Kā arī to, ka visas šūnas rodas no iepriekš eksistējošām šūnām, un ka tās satur iedzimtības informāciju, kas nepieciešama, lai regulētu šūnas funkcijas un nodotu informāciju nākamo paaudžu šūnām[3]. Uz Zemes šūnas parādījās vismaz pirms 3,5 miljardiem gadu.[4][5][6]

Anatomija[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Ir divu veidu šūnas: eikariotu, kas satur kodolu, un prokariotu, kam nav kodola un citi ar membrānām norobežoti organoīdi. Prokarioti ir vienšūņu organismi, bet eikarioti ir gan vienšūņu, gan daudzšūnu organismi.

Prokariota un eikariota šūnas salīdzinājums

Prokariota šūna Eikariota šūna
Tipiskie organismi Baktērijas, arheji Dzīvnieki, augi, sēnes, protisti
Tipiskais izmērs ~ 1 — 5 mikrometri[7] ~ 10 — 100 mikrometri[7]
Kodola veids Kodola apgabals, nav īsta kodola Īsts kodols ar dubultu membrānu
DNS Parasti apļveida Lineāras molekulas — hromosomas ar histonu
RNS/proteīnu sintēze Citoplazmā RNS sintēze kodolā

Proteīnu sintēze citoplazmā

Ribosomas 50S un 30S 60S un 40S
Kustību nodrošina Flagellas Flagellas un skropstiņas
Mitohondriji Nav No viena līdz vairākiem tūkstošiem
Hloroplasti Nav Aļģēs un augos
Organizētība Parasti viena šūna Viena šūna, kolonijas, augstākie daudzšūnu organismi ar specializētām šūnām
Šūnu dalīšanās Vienkārša dalīšanās Mitoze, mejoze
Hromosomas Viena hromosoma Vairāk nekā viena hromosoma
Membrānas Membrāna tikai šūnai Membrāna ir gan šūnai, gan oragnoīdiem

Prokariota šūna[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Tipiska prokariota šūnas struktūra

Prokariotu šūnas bija pirmās dzīvības formas uz Zemes, kurām ir raksturīgi būtiski bioloģiski procesi — signalizēšana un spējai būt pašpietiekamai. Šīs šūnas ir vienkāršākas un mazākas par eikariotu šūnām. Prokarioti ietilpst divos domēnos: baktēriju un arheju. Šo šūnu DNS sastāv no vienas hromosomas, kas ir tiešā kontaktā ar citoplazmu. Neregulāras formas reģions, kur koncentrējas lielākā daļa ģenētiskā materiāla, ir nukleoīds. Vairums prokariotu ir vismazākie dzīvie organismi 0,5 — 2,0 µm diametrā.[8]

Prokariotu šūnai ir trīs uzbūves reģioni:

  • Šūnu ietverošs apvalks, kas parasti sastāv no plazmatiskās membrānas, kuru ietver šūnapvalks, kā arī trešais slānis, ko sauc par kapsulu, kas var būt dažām baktērijām. Lai gan vairumam prokariotu ir gan membrāna, gan šūnapvalks, tomēr ir izņēmumi, kam piemīt tikai membrāna — Mycoplasma (baktērija), Thermoplasma (arhejs). Apvalks nodrošina stingrību un nodala šūnas iekšieni no apkārtējās vides, tas kalpo kā aizsargājošs filtrs. Šūnapvalks sastāv no peptidoglikāna un darbojas kā papildus barjera. Tas arī novērš šūnas paplašināšanos un plīšanu (citolīze). Dažām augu un sēņu šūnām arī ir šūnapvalks.
  • Šūnā ir citoplazmas reģions, kas satur genomu (DNS), ribosomas un dažāda veida ieslēgumus. Ģenētiskais materiāls brīvi atrodas citoplazmā. Prokariotu DNS elementus (plazmīdas) var izmantot kā gēnu pārnesējus, plazmīdas parasti ir apļveida. Piemēram, Linear baktēriju plazmīdas tika konstatētas vairākās Spirochete sugas baktērijās, tostarp Borrelia ģintī sevišķi Borrelia burgdorferi, kas izraisa Laimas slimību.[9] Lai gan šūnā neveidojas kodols, tomēr DNS ir koncentrēts nukleoīdā. Plazmīdas kodē papildus gēnus, piemēram, antibiotiku rezistences gēnu.
  • Ārpus šūnas, uz tās virsmas ir flagellas un pillas. Šīs struktūras, kas nav visiem prokariotiem, sastāv no proteīniem, veicina kustību un komunikāciju starp šūnām.

Eikariota šūna[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Eikariota (dzīvnieka) šūna

Augi, dzīvnieki, sēnes, vienšūņi un aļģes pieder pie eikariotiem. Šīs šūnas ir aptuveni piecpadsmit reizes platākas un vairākus tūkstošus reizes lielākas par prokariotu šūnām. Galvenā pazīme ir tā, ka eikariotu šūnas organoīdi ir noslēgti ar membrānu, kuros norisinās specifiski metabolisma procesi. Pats svarīgākais šajās šūnās ir kodols — organoīds, kas satur šūnas DNS. Citas šīs šūnas atšķirības ir šādas:

Eikariota (auga) šūna
  • Plazmatiskā membrāna ir līdzīga prokariota šūnai, tomēr tai ir nelielas atšķirības: šūnapvalks var būt un arī nebūt klāt plazmatiskajai membrānai.
  • Eikariota DNS ir organizēts vienā vai vairākās taisnās molekulās, kuras sauc par hromosomām un ir saistītas ar histona proteīniem. Visu hromosomu DNS tiek glabāts šūnas kodolā, kas no citoplazmas ir atdalīts ar dubultu membrānu. Daži citi eikariota organoīdi arī satur DNS, piemēram, mitohondriji.
  • Daudzām šīm šūnām ir skropstiņas. Tām ir svarīga nozīme, lai uztvertu un nodotu siltuma, kustības un ķīmisko vielu impulsus. Skropstiņas tādējādi var “uzskatīt par maņu antenu, kas koordinē daudzus signalizācijas ceļus, dažreiz savienojot signalizācijas skropstiņas ar kustīguma skropstiņām vai nodod impulsu šūnu diferenciācijai un dalīšanai.”[10]
  • Eikariotu šūnas var pārvietoties, izmantojot flagellas vai kustīgās skropstiņas. Šo šūnu flagellas nav tik sarežģītas kā prokariotu šūnām. Kustīgu šūnu nav skujkokiem un ziedaugiem.[11]

Šūnas sastāvdaļas[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Visas dzīvās šūnas sedz ārējā membrāna, kas regulē vielu caurlaidību un uztur šūnas elektrisko potenciālu. Tā sastāv no lipīdu slāņa un olbaltumvielām. Membrānas iekšpusē lielāko šūnas apjomu aizņem citoplazma. Augu šūnām membrānas ārpusē ir mehāniski izturīgs šūnapvalks, kas satur celulozi, sēņu šūnas veido hitīns un baktēriju šūnas veidojas no peptidoglikāna. Membrāna regulē vielu apmaiņu ar ārējo vidi.Visām šūnā (izņemot sarkanās asins šūnas, kurām nav kodola un vairums citu organoīdu) ir DNS.[12] Tāpat tām ir RNS, kas satur informāciju, kura ir nepieciešama, lai veidotu dažādas olbaltumvielas un fermentus, kuri ir galvenie, kas nodrošina šūnas darbību.

Membrāna[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Šūnas membrāna, vai plazmatiskā membrāna, ieskauj šūnas citoplazmu. Dzīvniekiem plazmatiskā membrāna ir ārējā šūnas robeža, bet augiem un prokariotiem uz tās parasti ir vēl šūnapvalks. Tā ir svarīga, lai atdalītu un aizsargātu šūnu no apkārtējās vides. Membrāna galvenokārt sastāv no fosfolipīdu dubultslāņa (daļēji hidrofobs, daļēji hidrofils). Satur dažādas proteīnu molekulas, kuras darbojas kā kanāliņi un sūkņi, pa kuriem pārvietojas dažādas molekulas no šūnas un uz šūnu. Membrāna ir puscaurlaidīga, jo molekulas un joni var tikt cauri tai brīvi, ierobežoti, vai netikt cauri vispār. Membrānas virsma satur olbaltumvielas, kas darbojas kā receptori — uztver ārējos signālus, piemēram, hormonus.

Citoskelets[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Satur šūnu kopā, piešķir šūnai formu un mehānisko izturību, nodrošina iekššūnu transportu, nostiprina organoīdus konkrētā vietā, kā arī tos pārvieto, uzņem šūnā ārējās vielas, piedalās citokinēzē (citoplazmas pārdalīšanās divās meitšūnās pēc šūnas dalīšanās). Eikariotu citoskelets sastāv no mikrofilamentiem, starpfilamentiem un mikrocaurulītēm. Pie citoskeleta pavedieniem ir piesaistītas ļoti daudzas olbaltumvielas, kas kontrolē šūnas struktūru, kustības, organoīdu pārvietošanu. Prokariotu citoskelets nav tik labi izpētīts, bet arī šīm šūnām tas ir iesaistīts formas uzturēšanā un citokinēzē.[13] Mikrofilamenti sastāv no monomēra proteīna: aktīna. Mikrocaurulītes sastāv no globulāras olbaltumvielas: tubulīna. Starpfilamenti ir ļoti daudzveidīgi gan pēc garuma, gan pēc ķīmiskā sastāva. Tieši starpfilamenti pilda skeleta funkciju, saista dažādus citoskeleta elementus, plazmatisko membrānu un lielāko daļu organoīdu. Tie tiek izšķirti piecās grupās:

  1. laminas
  2. vimentīns
  3. bāziskie keratīni
  4. skābie keratīni
  5. neirofilamenti[14]

Ģenētiskais materiāls[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Hromosomas uzbūve

Ir divi dažādi ģenētiskā materiāla veidi: dezoksiribonukleīnskābe (DNS) un ribonukleīnskābe (RNS). Šūna DNS izmanto ilgtermiņa informācijas glabāšanai. Organisma bioloģiskā informācija ir iekodēta tā DNS sekvencē. RNS tiek izmantots ģenētiskās informācijas pārnešanai — mRNS izmanto RNS transkripcijai, tRNS pārnes RNS no kodola uz rRNS, kas nosaka atbilstošo olbaltumvielu sintēzi.

Prokariotu ģenētiskais materiāls ir organizēts vienkāršā, apļveida DNS molekulā, kas ir atrodas citoplazmā, nukleoīda apgabalā. Eikariotu ģenētiskais materiāls ir iedalīts dažādās lineārās molekulās, kuras sauc par hromosomām un atrodas kodolā. Papildus ģenētiskais materiāls parasti ir arī tādos organoīdos kā mitohondriji un hloroplasti (sk. endosymbiotic theory).Cilvēka šūnu ģenētiskais materiāls ir ietverts šūnas kodolā un mitohondrijos.

Cilvēka kodola genomā ir 46 hromosomas, to skaitā 22 homologi hromososmu pāri un viens pāris dzimumšūnu. Mitohondriju genoms ir apļveida. Kaut arī to genoms ir ļoti mazs, salīdzinot ar kodola genomu, tas kodē 13 olbaltumvielas, kas ir specifiskas tRNS un svarīgas enerģijas ražošanai.

Ģenētisko materiālu var arī mākslīgi ievadīt šūnā, tā mainot tās DNS, šo procesu sauc par DNS rekombināciju. Tas var būt pārejoši, ja DNS nav ievietots genomā, vai stabili, ja ir ievadīts genomā. Daži vīrusi savu ģenētisko materiālu ievieto citas šūnas genomā.

Organoīdi[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Organoīdi ir nelieli objekti, kas atrodas citoplazmā, un nodrošina specifiskas šūnas funkcijas. Tie dažreiz var būt visai lieli (vakuolas dažu augu šūnās). Gan prokariotu, gan eikariotu šūnās ir organoīdi, tomēr prokariotu šūnās tie ir vienkāršāki un nav norobežoti ar membrānu. Ir vairāku veidu organoīdi. Daži, piemēram, kodols un Goldži komplekss parasti ir vieni, bet citi, piemēram, mitohondriji, hloroplasti, peroksisomas un lizosomas var būt ļoti daudz, pat vairākus simtus tūkstošus. Citosols jeb Citoplazma ir pusšķidra viela, kas veido šūnas iekšējo vidi. No ārpuses to norobežo šūnas membrāna, un tajā atrodas visi šūnas organoīdi. Citoplazma satur daudz olbaltumvielas (20-25%). Kopā ar organoīdiem citoplazmu sauc par protoplazmu.

Eikariota šūnas organoīdi ir:

  • kodols: regulē šūnās notiekošos procesus, jo satur iedzimtības informāciju. Šūnas informācijas centrs, pats pamanāmākais organoīds eikariota šūnā. Tur norisinās gandrīz visi DNS replikācijas un RNS transkripcijas procesi. Kodols ir sfērisks un no citoplazmas to atdala divas membrānas, ko sauc par kodola apvalku. Šis apvalks izolē un aizsargā šūnas DNS no dažādam molekulām, kuras varētu sabojāt DNS struktūru vai traucēt tā apstrādi. Apstrādes laikā DNS tiek pārrakstīts vai kopēts īpašā RNS veidā (mRNS), tad to transportē ārā no kodola, un tiek translētas specifiskās olbaltumvielu molekulas. Kodolā ir kodoliņi, kuri savieno ribosomas. Prokariotiem DNS apstrāde notiek citoplazmā.
    Kodola uzbūve
  • mitohondriji un hloroplasti: ražo šūnai enerģiju. Mitohondriju dalīšanās nav atkarīga no kodola, to skaits šūnās ir daudzveidīgs, tāpat kā forma un izmēri. Mitohondrijos notiek ATF sintēze — skābekļa klātbūtnē oksidējoties organiskiem savienojumiem, atbrīvojas enerģija, kas tiek izmantota ATF sintēzei. Uzkrātā enerģija, kas parasti ir glikozes veidā, tiek atbrīvota izmantojot skābekli, lai radītu ATF. Mitohondriji nav konstatēti prokariotiskajās šūnās. Hloroplasti satur hlorofilu, kas iekrāso šūnas zaļas, tie ir tikai augiem un aļģēm, kas uztver saules gaismu, lai ražotu ogļhidrātus fotosintēzes procesā.
    Mitohondrija uzbūve
  • endoplazmatiskais tīkls (ET): sarežģīts transporta tīkls, ko veido cisternas un caurulītes, kas ir daļēji norobežotas no citām šūnas daļām un veido pastāvīgus vai īslaicīgus kontaktus ar citiem šūnas organoīdiem. ET ir divas formas: graudainais ET uz kura virsmas ir ribosomas, kas sintezē olbaltumvielas, kā arī gludais ET uz kura virsmas nav ribosomu. Gludais endoplazmatiskais tīkls sintezē lipīdus.
  • Goldži komplekss: cisternu, kanāliņu, pūslīšu sistēma, kas uzkrāj ET sintezētās vielas un transportē tās pūslīšu sastāvā, savukārt pūslīši izdala vielas ārpus šūnas vai veido lizosomas.
  • lizosomas un peroksisomas: lizosomas satur gremošanas fermentus, kas iznīcina iekļuvušos svešķermeņus un beigtos organoīdus, noārda pārtikas daļiņas, kā arī vīrusus un baktērijas, kas ir iekļuvušas šūnā. Peroksisomas arī satur fermentus, kuri reducē ūdeņraža peroksīdu līdz ūdenim un skābeklim, tā atjaunojot nepieciešamo ūdens un skābekļa daudzumu un likvidējot kaitīgo ūdeņraža peroksīdu.
  • Centrosoma: šūnas skeleta organizētāja. Tā veido mikrocaurulītes, kuras ir citoskeleta galvenā sastāvdaļa. Centrosoma veicina transportu caur ET un Goldži kompleksu. Tā sastāv no divām centriolām, dalīšanās laikā veido dalīšanās vārpstu.[15] Centrosoma ir sastopams dzīvnieku šūnās, kā arī dažās sēņu un aļģu šūnās.
  • vakuolas: ar šķidrumu pildīti dobumi, kas sagremo barības vielas, izolē atkritumproduktus un augu šūnās uzglabā ūdeni. Dažām šūnām, īpaši amēbām, ir saraušanās vakuola, kas izsūknē ūdeni no vakuolas, ja tas ir pārāk daudz. Augu un sēņu vakuolas parasti ir lielākas nekā dzīvnieku vakuolas.

Eikariota un prokariota šūnas organoīdi:

  • ribosomas: liels RNS un proteīnu molekulu komplekss. Katra ribosoma sastāv no divām subvienībām, kur RNS no aminoskābēm sintezē olbaltumvielas, šo procesu sauc par translāciju. Ribosomas var atrasties brīvi citoplazmā, vai būt piesaistītas pie membrānas ET un kodola ārējam apvalkam.[16]

Dažās šūnās un/vai specifiskos apstākļos var būt sastopami arī citi organoīdi:

Hloroplasta uzbūve
  • hloroplasti (satur hlorofilu, kas iekrāso šūnas zaļas);
  • hromoplasti (satur karotinoīdus, kas iekrāso šūnu dzeltenās un sarkanās krāsās);
  • leikoplasti (satur cieti, eļļas un augu olbaltumvielas, gaismā pārvēršas par hloroplastiem vai hromoplastiem);

Struktūras ārpus šūnas membrānas[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Daudzas šūnas satur struktūras, kuras ir pilnīgi vai daļēji ārpus šūnas membrānas. Tās ir ievērojamas, jo nav pasargātas no ārējās vides ar puscaurlaidīgu membrānu. Lai apkopotu šīs struktūras, tām jābūt ar vienotu mērķi.

  • šūnapvalks: dažādu veidu prokariotu un eikariotu šūnām ir šūnapvalks. Tas pasargā šūnu no mehāniskiem un ķīmiskiem bojājumiem, un darbojas kā papildus aizsardzības apvalks membrānai.
Struktūras, kas nodrošina šūnai kustību

Prokariotu struktūras ārpus membrānas:

  • kapsula: ārpus šūnapvalka dažas baktērijas klāj želejveida kapsula. Tā var būt no polisaharīdiem (pneimokoki), polipeptīda (Bacillus anthracis), hialuronskābes (streptokoki). Kapsulas nav marķētas ar parastajiem krāsošanas marķieriem, bet tās var novērot ar Indijas tinti vai metil zilu krāsvielu, kas veicina lielāku kontrastu starp šūnām.[17]
  • flagellas: organoīdi, kas nodrošina kustību. Baktēriju flagellas stiepjas no citoplazmas cauri membrānai un šūnapvalkam. Tās ir garas, biezas, diegveidīgas (ekstremitātēm līdzīgas) struktūras, kas sastāv no olbaltumvielām. Arhejiem un eikariotiem ir cita veida flagellas.
  • pillas: īsas, plānas (matiem līdzīgas) struktūras uz baktēriju virsmas, kas nodrošina piestiprināšanas pie substrāta vai citas baktērijas. Tās ir veidotas no olbaltumvielām. Ir speciālas olbaltumvielu pillas, kas ir iesaistītas baktēriju konjugācijā.

Atsauces un piezīmes[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

  1. Campbell, Neil A.; Brad Williamson; Robin J. Heyden (2006). Biology: Exploring Life. Boston, Massachusetts: Pearson Prentice Hall. ISBN 0-13-250882-6.
  2. "Bioloģijas rokasgrāmata", R.: Zvaigzne ABC, 1995, 3.lpp.
  3. Maton, Anthea (1997). Cells Building Blocks of Life. New Jersey: Prentice Hall. ISBN 0-13-423476-6.
  4. Schopf, JW, Kudryavtsev, AB, Czaja, AD, and Tripathi, AB. (2007). Evidence of Archean life: Stromatolites and microfossils. Precambrian Research 158:141-155.
  5. Schopf, JW (2006). Fossil evidence of Archaean life. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 29;361(1470):869-85.
  6. Peter Hamilton Raven; George Brooks Johnson (2002). Biology. McGraw-Hill Education. p. 68. ISBN 978-0-07-112261-0. Retrieved 7 July 2013.
  7. 7,0 7,1 Campbell Biology—Concepts and Connections. Pearson Education. 2009. p. 320.
  8. Microbiology : Principles and Explorations By Jacquelyn G. Black
  9. European Bioinformatics Institute, Karyn's Genomes: Borrelia burgdorferi, part of 2can on the EBI-EMBL database. Retrieved 5 August 2012
  10. Satir, Peter; Christensen, ST; Søren T. Christensen (2008-03-26). "Structure and function of mammalian cilia". Histochemistry and Cell Biology. Springer Berlin/Heidelberg. Retrieved 2009-09-12.
  11. PH Raven , Evert RF, Eichhorm SE (1999) Biology of Plants, 6th edition. WH Freeman, New York
  12. «Eritrocīti». http://www.vesels.lv/analizes/eritrociti.html.
  13. Michie K, Löwe J (2006). "Dynamic filaments of the bacterial cytoskeleton". Annu Rev Biochem.
  14. «Starpfilamenti». http://documents.tips/documents/starpfilamenti-9-tema.html#.
  15. Kusiņa M. BIOLOĢIJA. SHĒMAS UN TABULAS. Zvaigzne ABC. 104. lpp. ISBN 9984-37-732-6.
  16. Ménétret JF, Schaletzky J, Clemons WM, et al. (December 2007). "Ribosome binding of a single copy of the SecY complex: implications for protein translocation". Mol. Cell.
  17. Meurant. «Prokaryotes». https://books.google.lv/books?id=N2GU-DYKkk0C&pg=PA87&lpg=PA87&dq=Prokaryotic+india+ink&redir_esc=y&hl=lv#v=onepage&q=india%20ink&f=false.