Mida näitab mikroskoop

RAKKU nimetatakse elu põhiüksuseks. Koosneb ju rakkudest kõik elav — sealhulgas taimed, putukad, loomad ja inimesed. Juba aastaid on teadlased jälginud rakusiseseid talitlusi ning jõudnud paljude molekulaarbioloogia- ja geneetikasaladuste jälile. Võtkem nüüd rakud lähema vaatluse alla ning uurigem, mida on teadus seoses nende kütkestavate mikroskoopiliste elusüksustega avastanud.

Pilk mikroskoopilisse maailma

On mitmesuguse kujuga rakke. Mõned on kuupjad, mõned plaatjad. Ka on ümmargusi, munakujulisi ning lihtsalt tompjaid rakke. Võtkem näiteks amööbi, ainurakse organismi, kellel polegi kindlat kuju, vaid kes liikudes oma vormi muudab. On huvitav, et tihti viitab raku funktsioonile just tema kuju. Näiteks on mõned lihasrakud pikad ja peened ning tõmbuvad töötades kokku, kogu organismi sõnumeid edastavad närvirakud aga on pikkade jätketega.

Ka on mitmesuguse suurusega rakke. Peab ütlema, et enamik neist on liiga väikesed, et neid palja silmaga võiks näha. Illustreerimaks tavapärase raku suurust, vaata punkti selle lause lõpus. Sellesse täpikesse mahuks umbes 500 keskmise suurusega rakku! Kui juba need imeväikestena tunduvad, mõelgem sellele, et mõned bakterrakud on veel 50 korda väiksemad. Suurim rakk? See nimetus kuulub jaanalinnumuna rebule — üherakulisele, umbes pesa- või kriketipalli suurusele ”hiiglasele”!

Et enamikku rakke palja silmaga näha ei saa, on teadlased võtnud nende uurimiseks kasutusele taolised seadmed nagu mikroskoop.a Ja ikkagi ei suudeta mõningaid keerukaid rakudetaile veel täielikult eristada. Mõelgem näiteks sellele, et elektronmikroskoop suudab suurendada rakku 200000 korda — taolise suurenduse korral paistaks sipelgas enam kui 800 meetri pikkusena. Ometi jäävad isegi sellise suurenduse korral mõningad rakudetailid märkamatuks!

Niisiis on teadlased leidnud raku olevat hämmastavalt keeruka. Füüsik Paul Davies ütleb oma raamatus ”The Fifth Miracle”: ”Iga rakk on pakend imetillukesi struktuure, mis võiksid olla võetud otse inseneri käsiraamatust. Seal on hulgaliselt miniatuurseid näpitsaid, kääre, pumpasid, mootoreid, kange, ventiile, torusid, kette ja koguni veokeid. Ent muidugi mõista on rakk midagi enamat kui vaid kogum seadmeid. Otsekui keerukas tehase tootmisliin, sobituvad eri komponendid tõrgeteta funktsioneerivaks tervikuks.”

DNA — pärilikkusmolekul

Inimesed, nagu ka paljuraksed taimed ja loomad, saavad alguse ühestainsast rakust. Kui see rakk saavutab teatud suuruse, siis ta jaguneb, nii et moodustub kaks rakku. Need kaks rakku jagunevad omakorda, nõnda et moodustub neli rakku. Jätkuvalt jagunevad rakud spetsialiseeruvad — diferentseeruvad lihas-, närvi-, naha- ja muudeks rakkudeks. Protsessi jätkudes paljud neist rakkudest grupeeruvad, et moodustada kudesid. Näiteks lihasrakud moodustavad üheskoos lihaskoe. Eri koeliikidest moodustuvad organid, näiteks süda, kopsud ja silmad.

Iga raku õhukese kesta sees paikneb sültjas aine nimetusega tsütoplasma. Edasi tuleb tsütoplasmast õhukese membraaniga eraldatud tuum. Seda tuuma nimetatakse raku kontrollkeskuseks, sest ta juhib peaaegu kõiki rakutalitlusi. Tuumas paikneb raku geneetiline programm, mis on kirjas desoksüribonukleiinhappes — lühidalt väljendatuna DNA-s.

DNA molekulid paiknevad tihedalt pakkununa raku kromosoomides. Sinu geenides, mis on DNA molekulide lõigud, sisaldub kogu tarvilik info, mis teeb sinust just sellise, nagu sa oled. ”DNA-sse talletunud geneetiline programm eristab igat elusorganismi kõigist teistest,” selgitab ”The World Book Encyclopedia”. ”See programm eristab koera kalast, sebrat roosist ning paju herilasest. Ka eristab see sind kõigist teistest isikutest maakeral.”

Juba ainuüksi ühe raku DNA-sse on koondunud rabavalt suur infohulk. See võiks täita umbes miljon taolist lehekülge nagu see siin! Kuna DNA tagab pärilikkusinfo edasiandmise ühelt rakupõlvkonnalt teisele, nimetatakse teda ka kõige elava generaalplaaniks. Ent milline siis on DNA?

DNA koosneb kahest teineteise ümber keerdunud ahelast ning ta on kujult otsekui keerdtrepp või käändunud pulkredel. Neid kahte ahelat seovad kombinatsioonid neljast ühendist, mida kutsutakse alusteks. Ühe ahela iga alus paardub teise ahela alusega. Neist alusepaaridest moodustuvad käändunud DNA-redeli pulgad. Aluste täpne järjestus DNA molekulis määrabki selle, millist geneetilist infot see kannab. Lihtsalt väljendades, see järjestus määratleb sinu puhul praktiliselt kõike alates juuste värvist kuni nina kujuni.

DNA, RNA ja valk

Valgud on kõige levinumad rakkudes paiknevaid makromolekule. Arvestuste kohaselt moodustavad nad enamiku organismide kuivmassist rohkem kui poole! Valgud koosnevad väiksematest ehituskividest nimetusega aminohapped. Mõningaid neist sünteesib organism, teisi tuleb hankida toidu kaudu.

Valgud täidavad mitmesuguseid funktsioone. Näiteks on olemas hemoglobiin, vere punalibledes sisalduv valk, mis transpordib hapnikku sinu organismi kõigisse osadesse. Peale selle on olemas antikehad, mis aitavad organismil haigusi tõrjuda. On valke, näiteks insuliin, mis aitavad nii toitaineid omastada kui ka mitmesuguseid rakufunktsioone reguleerida. Sinu organismis võib olla ühtekokku tuhandeid erisuguseid valke. Juba ühesainsas rakus võib olla neid sadu!

Iga valk täidab spetsiifilist funktsiooni, mille määratleb tema DNA geen. Ent kuidas see geneetiline info DNA geenis dekodeeritakse, nõnda et toimuks konkreetse valgu süntees? Nagu nähtub diagrammist ”Kuidas sünteesitakse valke”, tuleb DNA-sse talletatud geneetiline informatsioon kanda kõigepealt rakutuumast üle tsütoplasmasse, kus paiknevad ribosoomid ehk ”valguvabrikud”. See ülekanne toimub ribonukleiinhappeks (RNA) kutsutava vahendajaaine abil. Tsütoplasmas paiknevad ribosoomid ”loevad” RNA instruktsioone ning seavad aminohapped õigesse järjestusse, et moodustuks konkreetne valk. Seega on DNA, RNA ja valgusüntees omavahelises sõltuvuses.

Kust sai see alguse?

Aastakümneid on teadlased tundnud elavat huvi geneetika ja molekulaarbioloogia uurimise vastu. Füüsik Paul Davies suhtub skeptiliselt mõttesse, et kõige põhjuseks on Looja. Kuid ta tunnistab siiski: ”Igal molekulil on selles üldskeemis oma spetsiifiline funktsioon ja kindel koht, nõnda et toodetakse just õigeid objekte. Käimas on tihe koostöö. Et molekulid saaksid oma tööd nagu kord ja kohus teha, tuleb neil rakus ringi rännata, kohtumaks teiste omasugustega just õiges paigas ja õigel ajal. Kõik see toimub, ilma et keegi molekule kamandaks ning ettenähtud paika tüüriks. Pole ühtki järelevaatajat, kes nende tegevust juhiks. Molekulid lihtsalt teevad seda mis tarvis: põrkuvad juhuslikult siin-seal kokku, tungivad üksteisesse, põrkuvad tagasi, embavad üksteist. [—] Mõttetegevuseta aatomid koondavad mingil moel endi jõud ning sooritavad üheskoos oma elutantsu oivalise täpsusega.”

Täiesti põhjendatult on paljud raku sisetalitluste uurijad tulnud järeldusele, et selle loomise taga peab olema mingi mõistuslik jõud. Vaadelgem, miks.

[Allmärkus]

[Kast/joonis lk 5]

Pilk raku sisemusse

Igas rakus on tuum — raku juhtimiskeskus. Tuumas asuvad kromosoomid, mis koosnevad tihedalt pakkunud DNA-molekulidest ja valgust. Meie geenid paiknevadki neis DNA molekulides. Valguvabrikud ribosoomid paiknevad raku tsütoplasmas väljaspool tuuma.

[Joonis]

(Kujundatud teksti vaata trükitud väljaandest.)

Rakk

Ribosoomid

Tsütoplasma

Rakutuum

Kromosoomid

DNA — eluredel

[Joonis lk 7]

(Kujundatud teksti vaata trükitud väljaandest.)

Kuidas toimub DNA replikatsioon

Vaatamise hõlbustamiseks on käändunud DNA-heeliksit kujutatud tasapinnalisena

1 Enne kui rakud uue rakupõlvkonna sünteesiks jagunevad, peavad nad DNA-d replitseerima (kopeerima). Kõigepealt aitavad valgud kaksikahelalise DNA lõikudel lahti tõmbuda

Valk

2 Seejärel seostuvad rakus paiknevad vabad (olemasolevad) alused vastavalt rangetele aluste paardumise reeglitele omataoliste alustega kahes algses ahelas

Vabad alused

3 Lõpuks on valmis kaks dublikaatkoodi. Kui siis rakk jaguneb, saab kumbki uus rakk ühe neist identsetest DNA-koodidest

Valk

Valk

DNA aluste paardumise reegel:

A ühendub alati T-ga

A T tümiin

T A adeniin

C ühendub alati G-ga

C G guaniin

G C tsütosiin

[Joonis lk 8, 9]

(Kujundatud teksti vaata trükitud väljaandest.)

Kuidas sünteesitakse valke

Lihtsustamise mõttes kujutatakse joonisel kümnest aminohappest koosnevat valku. Enamikus valkudes on üle saja aminohappe

1 Spetsiifiline valk tõmbab lahti ühe DNA ahelate lõigu

Valk

2 Vabad RNA alused seonduvad vaid ühes ahelas vabaks jäänud DNA alustega, moodustades seeläbi informatsiooni-RNA ahela

Vabad RNA alused

3 Vastloodud informatsiooni-RNA eraldub ning eemaldub ribosoomide juurde

4 Transpordi-RNA võtab ühe aminohappe ja toob selle ribosoomi juurde

Transpordi-RNA

Ribosoom

5 Ribosoomi liikudes piki informatsiooni-RNA-d lükitakse kokku aminohapete ahel

Aminohapped

6 Sedamööda kuidas valguahel moodustub, algab selle kokkupakkumine ruumikujundiks, mis tagab vajaliku funktsiooni. Seejärel vabastab ribosoom valguahela

Transpordi-RNA-l on kaks tähtsat otsa:

üks ”tunneb ära” informatsiooni-RNA koodi,

teine toob kohale õige aminohappe

Transpordi-RNA

RNA alused kasutavad U-d, mitte T-d, seepärast paardub U hoopis A-ga

A U uratsiil

U A adeniin