Kaikki eliöt koostuvat soluista

Solurakenne on yksi elämän tunnuspiirteistä, sillä kaikki elollinen aines koostuu soluista. Eräät eliöt ovat yksisoluisia, esimerkiksi bakteerit ja arkeonit. Monisoluisilla eliöillä solut muodostavat yhteistyössä toimivia solukkoja[käsite: solukko, tissue – Samanlaisten kasvisolujen muodostama toiminnallinen kokonaisuus. Esimerkiksi perus- ja johtosolukko.] ja kudoksia[käsite: kudos, tissue – Rakenteeltaan ja toiminnaltaan samanlaisten eläinsolujen muodostama kokonaisuus. Esimerkiksi lihaskudos.]. Kaikki solut ovat pieniä, lisääntyvät jakautumalla ja kykenevät aineenvaihduntaan.

Kaikkia eliöitä yhdistävät samankaltaiset kemialliset yhdisteet. Soluissa on sekä epäorgaanisia että orgaanisia aineita, jotka ovat välttämättömiä solun toiminnalle. Epäorgaaniset alkuaineet ja yhdisteet ovat elottoman luonnon aineita, joissa ei ole hiiltä. Epäorgaanisista aineista eliöissä on määrällisesti eniten vettä.

Orgaaniset yhdisteet sisältävät hiiltä. Eliöissä esiintyviä orgaanisia molekyylejä kutsutaan biomolekyyleiksi. Biomolekyyleihin kuuluvat muun muassa hiilihydraatit, lipidit, proteiinit ja nukleiinihapot (DNA ja RNA).

Hiilihydraatit[käsite: hiilihydraatti, carbohydrate – Orgaanisia molekyylejä, jotka sisältävät hiiltä, happea ja vetyä (usein kaavan Cn·(H_2_O)n mukaisesti). Useimmat sokereita tai niistä muodostuneita polysakkarideja. Tärkeitä energiavarastoja ja rakennusaineita. Esimerkiksi glukoosi, tärkkelys ja selluloosa.] muodostuvat enimmäkseen vedystä, hiilestä ja hapesta. Ne toimivat soluissa esimerkiksi energian varastoaineina ja solun rakenteen tukemisessa. Hiilihydraatteja ovat esimerkiksi sokerit, tärkkelys ja selluloosa.

Lipideihin[käsite: lipidit eli rasva-aineet, lipids – Joukko veteen liukenemattomia aineita. Niihin kuuluvat esimerkiksi rasvat, kalvolipidit ja steroidit. Lipidit koostuvat pääasiassa hiilestä, vedystä ja hapesta. Joissakin lipideissä on myös fosforia, typpeä ja rikkiä.] eli rasva-aineisiin kuuluu monenlaisia aineita, jotka eivät ole liukoisia veteen. Rasva-aineisiin kuuluvat triasyyliglyserolit eli rasvat, solukalvojen rakennusaineet eli kalvolipidit ja kolesteroli. Solut voivat varastoida lipideihin paljon energiaa.

Proteiinit[käsite: proteiini eli valkuaisaine, protein – Proteiinit eli valkuaisaineet ovat aminohaposta koostuvia makromolekyylejä. Aminohapot liittyvät proteiinissa toisiinsa peptidisidoksilla. Proteiinit toimivat soluissa entsyymeinä, kuljettajina, varasto- tai rakennetehtävässä.] ovat solun toiminnan kannalta keskeisiä rakennusosia. Proteiinit koostuvat aminohapoista[käsite: aminohappo, amino acid – Aminoryhmän (-NH_2) ja karboksyyliryhmän (-COOH) sisältäviä orgaanisia yhdisteitä. Ne ovat proteiinien rakenneosia.], jotka ovat yhdistyneet toisiinsa pitkäksi ketjuksi. Monet proteiinit ovat entsyymejä[käsite: entsyymi, enzyme – Biologinen katalyytti, joka nopeuttaa biologisia reaktioita. Entsyymit ovat useimmiten proteiineja.], jotka toimivat katalyytteinä[käsite: katalyytti, catalyst – Kemiallista reaktiota nopeuttava aine, joka ei kulu reaktiossa. Biologisia katalyyttejä kutsutaan entsyymeiksi.] eli ne nopeuttavat kemiallisia reaktioita. Monet proteiinit toimivat solujen rakenteen ja liikkumisen kannalta tärkeissä tehtävissä. Ihmisen elinaikana elimistössä valmistetaan satojatuhansia erilaisia proteiineja.

Nukleiinihappoihin[käsite: nukleiinihappo, nucleic acid – DNA ja RNA. Informaatiota säilöviä ja välittäviä molekyylejä. Koostuvat peräkkäisistä nukleotideistä, joissa on emäs-, sokeri- ja fosfaattiosa.] kuuluvat DNA[käsite: DNA eli deoksiribonukleiinihappo, deoxyribonucleic acid – DNA-molekyyli sisältää eliöiden perinnöllisen (geneettisen) aineksen. Se koostuu nukelotideistä. Nukleotidin muodostavat sokeri, fosfaatti ja emäs. Emäksiä on neljä erilaista: adeniini, tymiini, guaniini ja sytosiini. DNA muodostaa kaksoiskierteisen rakenteen eli heeliksin.] (deoksiribonukleiinihappo) ja RNA[käsite: RNA eli ribonukleiinihappo, ribonucleic acid – RNA:n tehtävänä on välittää DNA:n sisältämä tieto eteenpäin, jotta solu osaisi tuottaa proteiineja. RNA:ta jaetaan tyypin mukaan esimerkiksi lähetti-, siirtäjä- ja ribosomi-RNA:han.] (ribonukleiinihappo) varastoivat ja siirtävät perinnöllistä informaatiota. Ne koostuvat sokeri-, fosfaatti- ja emäsosasta. Solujen perimä[käsite: perimä eli genomi, genome – Yksilön kaikki geenit.] koostuu kromosomien DNA:sta.

Tuman ulkopuolista tilaa kutsutaan solulimaksi[käsite: solulima, cytoplasm – Solukalvon sisällä oleva tila. Sisältää muut solun osat paitsi tuman ja soluseinän. Solulima koostuu nestemäisestä sytosolista ja soluelimistä.]. Solulima koostuu soluelimistä sekä nestemäisestä solunesteestä. Soluneste sisältää veden lisäksi muun muassa paljon suoloja, proteiineja ja aminohappoja. Solulima on kaikissa soluissa, sekä tumattomilla että tumallisilla.

Mitokondrio

Mitokondriota[käsite: mitokondrio, mitochondrion – Soluelin, jossa tapahtuu energia-aineenvaihduntaa. Mitokondriota ympäröi kaksinkertainen, poimuttunut kalvo. Mitokondrioiden ajatellaan periytyvän bakteereista endosymbioositeorian mukaisesti.] voidaan kutsua solun voimalaitokseksi. Siellä tapahtuu useita solun energia-aineenvaihduntaan liittyviä reaktioita: esimerkiksi soluhengitys[käsite: soluhengitys, cell respiration – Kemiallinen reaktiosarja, jossa energiaa vapautuu orgaanisista aineista solun käyttöön (eliön elintoimintoihin) hapellisissa oloissa.] tapahtuu mitokondriossa. Mitokondriossa orgaanisten molekyylien sisältämä kemiallinen energia vapautuu solulle käyttökelpoiseen muotoon. Mitokondrioita on kaikissa tumallisissa soluissa.

​Viherhiukkanen

Viherhiukkanen[käsite: viherhiukkanen, chloroplast – Kasvien soluelin, jossa tapahtuu yhteyttäminen. Sitä reunustaa kaksinkertainen kalvo. Viherhiukkasen sisällä on strooma ja kalvopusseja eli tylakoideja, joiden pinnalla sijaitsevat fotosynteesissä tarvittavat pigmentit ja reaktiokeskukset. Viherhiukkasten ajatellaan periytyvän syanobakteereista endosymbioositeorian mukaisesti.] on ravintoketjun tumallisten tuottajien (kasvit ja levät) soluissa oleva soluelin, jossa tapahtuu fotosynteesiä[käsite: fotosynteesi, photosynthesis – Auringon valoenergian avulla tapahtuvaa yhteyttämistä, jossa valmistetaan hiilidioksidista ja vedestä sokeria ja samalla vapautuu happea. Sokeriin sitoutuu Auringosta lähtöisin olevaa valoenergiaa kemiallisena energiana. Fotosynteesiä tapahtuu mm. vihreissä kasveissa ja eräissä bakteereissa.] eli valon avulla yhteyttämistä. Fotosynteesissä viherhiukkaset sitovat auringon säteilyenergiaa biomolekyyleissä olevaksi kemialliseksi energiaksi. Fotosynteesin lähtöaineena ovat hiilidioksidi ja vesi, ja tuotteina syntyy glukoosia ja happea (O₂).

​Ribosomit

Ribosomi[käsite: ribosomi, ribosome – Soluelin, jossa tuotetaan uudet proteiinit lähetti-RNA:n mallin mukaisesti. Koostuu proteiinista ja ribosomaalisesta RNA:sta (rRNA).] on proteiineista ja RNA:sta koostuva solun rakenne, jossa tuotetaan proteiineja DNA:n ohjeen mukaisesti. Ribosomeja on kaikissa soluissa, myös tumattomilla.

Solukalvo ja -seinä

Solu tarvitsee erilaisia muotoa tukevia ja hajoamista estäviä rakenteita. Kaikkia soluja ympäröi solukalvo[käsite: solukalvo, cell membrane – Solukalvo rajoittaa solun ympäristöstä.], joka erottaa solun sen ympäristöstä. Se myös säätelee aineiden kulkua soluun ja siitä ulos. Kasvi- ja sienisoluilla sekä useilla tumattomilla solua ympäröi soluseinä[käsite: soluseinä, cell wall – Kasvi-, sieni- ja useimpia bakteerisoluja ympäröivä rakenne, joka tukee ja suojaa solua. Kasvisolussa soluseinän muodostaa selluloosa, sienisolussa kitiini ja useimmissa bakteerisoluissa peptidoglykaani eli mureiini.], joka suojaa ja tukee solua. Eläinsoluilla ei ole soluseinää.

 Yle: Mikä on solu?

Kaikki solut tarvitsevat energiaa. Energiaa tarvitaan muun muassa biomolekyylien valmistamiseen, aineenvaihduntaan, aineiden kuljetukseen, kasvuun, lisääntymiseen ja viestintään. Solut voivat vapauttaa energiaa käyttöönsä orgaanisista yhdisteistä soluhengityksessä tai käymisen avulla.

​Sekä omavaraiset (autotrofiset) että toisenvaraiset (heterotrofiset) eliöt käyttävät energiaa. Omavaraiset[käsite: omavarainen eli autotrofinen, autotrophic – Omavarainen eliö, joka kykenee tuottamaan tarvitsemansa energian ja orgaaniset yhdisteet yhteyttämällä (foto- tai kemosynteesi). Autotrofit ovat ravintoketjussa tuottajia.] eliöt pystyvät tuottamaan ravintonsa eli tarvitsemansa orgaaniset yhdisteet foto- tai kemosynteesin avulla. Toisenvaraiset[käsite: toisenvarainen eli heterotrofinen, heterotrophic – Eliö, joka ei kykene itse yhteyttämään (foto- tai kemosynteesi), vaan tarvitsee ravinnokseen valmista orgaanista ainetta. Ravintoketjussa kuluttajat ja hajottajat ovat toisenvaraisia.] eliöt käyttävät ravintonaan omavaraisten eliöiden tuottamia orgaanisia yhdisteitä ja hyödyntävät niihin sidottua kemiallista energiaa.

Esimerkiksi sokeriruoko on omavarainen eliö, sillä se pystyy sitomaan auringon valoenergiaa biomolekyyleihin, kuten ruokosokeriin. Ihminen on toisenvarainen eliö, joka käyttää energianlähteenään biomolekyylejä, esimerkiksi sokeria. Toisenvaraiset eliöt käyttävät myös omavaraisten eliöiden valmistamia biomolekyylejä lähtöaineina omien biomolekyyliensä rakentamiseen.

Soluhengitys ja käyminen

Soluhengityksessä eliöt vapauttavat orgaanisiin yhdisteisiin sitoutunutta kemiallista energiaa käyttöönsä. Soluhengitys on monesta kemiallisesta reaktiosta koostuva reaktiosarja, jossa yhdestä glukoosimolekyylistä ja kuudesta happimolekyylistä syntyy kuusi hiilidioksidimolekyyliä ja kuusi vesimolekyyliä.

Soluhengitys vaatii happea. Lähes kaikki hapellisissa oloissa elävät eliöt hyödyntävät soluhengitystä. Esimerkiksi kasvit, eläimet, alkueliöt sekä monet bakteerit vapauttavat energiaa käyttöönsä orgaanisista yhdisteistä soluhengityksen avulla. Tumallisilla eliöillä soluhengitys tapahtuu solulimassa ja mitokondrioissa.

Jos solulla ei ole käytettävissä riittävästi happea, se joutuu turvautumaan käymiseen[käsite: käyminen, fermentation – Käymisessä solu tuottaa usein hapettomissa oloissa energiaa orgaanisista yhdisteistä. Käymisen muotoja ovat mm. maitohappokäyminen, etanolikäyminen ja voihappokäyminen.]. Tällainen tilanne voi syntyä esimerkiksi kovan urheilusuorituksen aikana, kun elimistö ei pysty toimittamaan riittävän nopeasti happea kudoksille. Myös monet hapettomissa oloissa elävät pieneliöt hyödyntävät käymistä. Käyminen on melko tehoton energian tuotantomuoto.

Maitohappokäymistä tapahtuu ihmisen lihaksessa, jos hapesta syntyy äkillinen puute. Tätä tilannetta kutsutaan usein ”hapoille menemiseksi”. Soluihin kertyvä maitohappo (laktaatti) aiheuttaa lihasten väsymisen ja kipeytymisen. Etanolikäymisestä hyödynnetään esimerkiksi leivonnassa ja alkoholituotannossa. Käytettäessä hiivaa leivonnassa etanolikäymisessä syntyvä hiilidioksidi nostattaa taikinan. Myös muutamat eläimet, kuten ruutana, voivat hyödyntää alkoholikäymistä hapettomissa oloissa.

Eräät tumattomat eliöt (eli eräät arkeonit ja bakteerit) saavat biomolekyylien valmistamiseen tarvittavan energian epäorgaanisista aineista kemosynteesin[käsite: kemosynteesi, chemosynthesis – Yhteyttämistä ilman valoa, jossa orgaanisten yhdisteiden valmistamiseen tarvittava energia saadaan epäorgaanisten yhdisteiden hapettumisesta. Osa bakteereista kykenee kemosynteesiin.] avulla. Ne eivät tarvitse valoa yhteyttämiseen. Kemosynteesiä hyödyntäviä eliöitä elää muun muassa maa- ja kallioperässä, valtamerten pohjilla ja kuumissa lähteissä.

Yle: Fotosynteesi