Solubiologia onsoluja tutkivatiede. Solubiologia tutkii pääasiassa solujenfysiologisia ominaisuuksia, rakennetta, niiden sisältämiäsoluelimiä, vuorovaikutusta ympäristön kanssa,solun jakautumista,solusykliä sekä ohjelmoitua solujen itsetuhoa eliohjelmoitua solukuolemaa. Tutkimusta tapahtuu sekä mikroskooppisella että molekulaarisella tasolla. Solubiologian tutkimuskohteet ulottuvat yksisoluisista eliöistä, kutenbakteerit ja tietyt yksinkertaisetsienet erittäin monimutkaisiin eliöihin, kutenihminen ja niiden soluihin. Nykyään solubiologinen tutkimus yhdisteleebiologian lisäksi osia useilta eri tieteenaloilta, kutenfysiikasta,kemiasta jamatematiikasta.
Koska eliöiden määrämaapallonekosysteemissä on valtava, solubiologia (kuten muutkin biotieteet) keskittyy mallieliöiden tarkasteluun. Niistä usein saadaan tietoa, jota voidaan soveltaa myös muihin eliöihin, esimerkiksi ihmisiin. Tämä on tärkeää erityisesti kokeellisessagenetiikassa, koska risteytyskokeiden tekeminen ihmisellä on mahdotonta. Genetiikan yleisimpiä mallieliöitä ovat ihmisen lisäksi muun muassabanaanikärpänen,kotihiiri,Arabidopsis thaliana eli lituruoho jaAspergillus nidulans -home.
Robert Hooken piirros havaitsemistaan korkkisoluista vuodelta 1665.
Solubiologian voidaan ajatella alkaneen, kunRobert Hooke vuonna 1665 havaitsi korkkisoluja alkeellisellamikroskoopillaan. Vuonna 1683Anton van Leeuwenhoek havaitsi yksisoluisia eliöitä, jotka nykyään tunnetaanalkueläiminä. Vaikka solut oli havaittu 1600-luvulla, niiden merkitys ymmärrettiin vasta 200 vuotta myöhemmin.[1]Itsesoluteoria sai alkunsa, kunMatthias Schleiden jaTheodor Schwann ehdottivat, että kaikki eliöt rakentuvat soluista, vuosina 1838 ja 1839.
Kaikki solut pystyvät käyttämään raaka-aineita, kuten ravinteita javaloa varastoimaanenergiaa, jota käytetään ylläpitämään solujen järjestäytynyttä sisustaa
Vaikka solujen koot voivat vaihdella näinkin paljon, useimpien eliöiden solut ovat 10–30 µm halkaisijaltaan. Bakteerisolut (1–2 µm) ovat paljon pienempiä. Useimmat solut ovat näkymättömiä paljaalle silmälle. Solujen pienen koon ansiosta etäisyydet ovat riittävän pieniädiffuusion kannalta ja solut voivat muun muassa vastata ärsykkeisiin nopeasti.
Solukalvo on kaksoiskerros, joka koostuurasvoista. Kalvolla onproteiineja, jotka sekä läpäisevät sen, että ovat kiinnitettyjä vain pinnallisesti, joista osa on erittäin monimutkaisia ja suuria. Solukalvon proteiinit toimittavat useita tehtäviä: muun muassa toimivat solujen välisessä tunnistuksessa ja signaloinnissa sekä tekevät solukalvosta läpäisevän tietyille aineille. Solukalvo toimiikinpuoliläpäisevänä kalvona, joka pitää karkeasti yleistettynä elämälle tärkeät molekyylit solun sisällä ja haitalliset ulkona. Tämän johdosta solut laajenevat, kun vettä tulee soluun sisään (kts.osmoosi).
Solujen sisäinen rakenne koostuu makromolekyyleistä, kuten proteiinit,nukleiinihapot,hiilihydraatit sekärasvat. Nämä eivät ole vain satunnaisessa sekamelskassa solun sisällä, vaan muodostavat erittäin järjestäytyneen ja monimutkaisen mekanismin; solun. Solut voidaan jakaa kahteen pääryhmään:esitumallisiin sekäaitotumaisiin.
Aitotumaiset, elitumalliset solut, ovat suurempia ja monimutkaisempia soluja, jotka muodostavat kasvit, eläimet jasienet. Geneettinen materiaali säilytetään erillisen osaston,tuman sisällä. Aitotumaisten järjestäytyneempi sisäinen rakenne jakaantuu sisäisiin osastoihin (muun muassasoluelimet) ja sisäiseen luurankoon, elisolun tukirankaan.
Esitumalliset taas ovat yksinkertaisempia, ja erityisesti pienempiä soluja. Niillä ei ole tumaa.
Kaikki solut pystyvät käyttämään raaka-aineita, kuten ravinteita javaloa varastoimaanenergiaa, jota käytetään ylläpitämään solujen järjestäytynyt sisusta. Nämä prosessit sisältävät energian muutosta muodosta toiseen (esimerkiksi valonsähkömagneettinen energiakemialliseksi energiaksi). Koska energiamuunnokset eivät koskaan ole sataprosenttisen tehokkaita, (hukka)lämpöä tuotetaan. Suurissa eliöissä tämä saattaa muodostua ongelmaksi pienen pinta-ala/tilavuus-suhteen vuoksi. Tämän seurauksena esimerkiksinorsujen javalaiden solut toimivat paljon verkkaisemmin kuin pienten eliöiden, kuten bakteerien ja alkueliöiden solut.
Mitokondrioiden sisältämätelektroninsiirtoketjut toimivat solussa paikkana, jossa ruuan (pääasiassaglukoosin) sisältämä kemiallinen energia talletetaanATP:n muotoon.Viherhiukkaset sisältävät samantyyppisiä, mutta erilaisia ketjuja, jotka muuntavat auringonvalon kemialliseksi energiaksi, glukoosiksi (pääasiassa)fotosynteesissä.
ATP eli adenosiinitrifosfaatti on melko pienibiomolekyyli, joka sisältää suurienergiaisia fosfoanhydridi-sidoksia sekä negatiivisen varauksen luomaapotentiaalienergiaa. Solut käyttävät ATP:tä yhdistämään energiantuotannon energian käyttöön, jolloin niiden ei tarvitse tapahtua samassa paikassa samaan aikaan. Esimerkiksi erilaisten yhdisteiden aktiivinen kuljetus solun sisälläsolun tukirankaa pitkin käyttää ATP:tä, kuten itse solujen kokonaisvaltainen liikekin. Myösaktiivinen kuljetus saa energiansa ATP:stä.
ATP:n käyttö on melko suurta. Keskimääräisessä levossa olevassa 75-kiloisessa ihmisessä 40 kiloa ATP:tä valmistetaan ja käytetään joka päivä. Vaativassa fyysisessä rasituksessa ATP:n käyttö nousee noin tasolle 0,5 kg/min. Pienet eliöt kuten bakteerit toimivat aktiivisemmin: 7 kiloa ATP:tä tuotetaan päivittäin grammaa kohti.
6. Kaikki solut sisältävät säilyneen joukon reaktioteitä
Reaktiotiet ravinteiden hajottamiseen, energian käsittelyyn ja erinäisten yhdisteiden biosynteesiin ovat pääosin säilyneet. Toisin sanoen tietyt perusreaktiotiet ovat samankaltaisia, ellei täysin samoja eri eliöiden soluissa. Yksittäiset reaktiot reaktioteissä tapahtuvat, koska niitäkatalysoi jokin reaktiolle spesifinenentsyymi.
7. Kaikki solut käyttävät DNA:ta varastoimaan eliön geneettisen materiaalin
DNA, deoksiribonukleiinihappo, on polynukleotidi, joka sisältää neljää erilaistaemästä (adeniini (A),sytosiini (C),guaniini (G) jatymiini (T)). C ja T ovatpyrimidiinejä ja A ja G ovatpuriineja. DNA:n rakenne on kaksoiskierre, joka koostuu kahdesta eri suuntiin juoksevista nukleotidirihmoista. Rihmat kiinnittyvät toisiinsavetysidoksin: A pariutuu T:n kanssa (kaksi vetysidosta) sekä C pariutuu G:n kanssa (kolme vetysidosta). Toinen rihmoista sisältää itse geneettisen informaation emäsjärjestyksen muodossa ja toinen on komplementaarinen tälle. Eliön monimutkaisuutta voidaan tiettyyn pisteeseen asti mitata sen sisältämien geenien määrällä, ja sitä kautta suurin piirtein emäsparien määrällä:
Emäsparien jakso DNA:ssa luetaan RNA:ksi tumassa, joka käsitellään sittenmRNA:ksi. mRNA poistuu tumastasolulimaan, jossaribosomit luovat proteiinejaaminohapoista mRNA:n emäsjakson sisältämän triplettikoodin perusteella.
Soluilla on kyky luoda uusia soluja, yleensäjakautumalla. Lisääntymiskyky on yksi keskeinen ominaisuus, joka erottaa elävän ja ei-elävän.
Bakteerit voivat optimaalisissa oloissa jakaantua joka 20. minuutti. (Tämä nopeus itsessään johtaisi kahdessa päivässä monin kerroin maan massan ylittävään määrään bakteereja. Todellisuudessa bakteerien kasvua ihmisen taholta rajoitetaan esimerkiksiimmuunijärjestelmän kautta.)
Solunjakautuminenalkiossa on myös verrattain nopeatempoista. Yksi iso (hedelmöittynyt)munasolu tuottaa näin nopeasti paljon uusia soluja. Alkion solujen erikoistuminen on monimutkainen prosessi, jota tutkitaan suuresti nykypäivänä.
10. Kaikki solut ovat kehittyneet yhteisestä alkusolusta
Kaikkien solujen yleinen samankaltaisuus (esimerkiksi niiden sisältämät makromolekyylit ja perusprosessit) viittaavat johtopäätökseen, että kaikki solut ovat kehittyneetyhteisestä esi-isästä.
Siima – bakteerien,arkeonien ja aitotumaisten värekarvamainen elin muun muassa liikkumiseen (aitotumaisten siima poikkeaa merkittävästi esitumallisten siimasta)
Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P.: Molecular Biology of the Cell, 4th edition. Garland Science, 2002. ISBN 0-8153-4072-9[1]
