Solu

Solu on kalvoon sidottu rakenne, joka esiintyy toiminnallisena itsenäisenä elämän yksikkönä (kuten yksisoluisissa eliöissä, esim. bakteereissa, alkueläimissä jne.), tai rakenne- tai perusyksikkönä biologisessa kudoksessa, joka on erikoistunut suorittamaan tiettyä toimintoa monisoluisissa eliöissä (esim. kasveissa ja eläimissä).

Solun määritelmä

Biologiassa solu (, ”monikko: solut”) määritellään kaikkien eliöiden rakenteelliseksi, toiminnalliseksi ja biologiseksi yksiköksi. Se on itsenäinen, itseään monistava yksikkö, joka voi olla olemassa toiminnallisesti itsenäisenä elämän yksikkönä (kuten yksisoluisessa organismissa) tai monisoluisen organismin (kuten kasveissa ja eläimissä) alayksikkönä, joka suorittaa tietyn toiminnon kudoksissa ja elimissä.

Etymologia: Termi ”solu” on peräisin latinan sanoista ”cella”, ”cellula”, joka tarkoittaa ”pientä huonetta”.

LUE: Biologinen solu – Johdanto (opetusohjelma)

Solutyypit

Solut voidaan tyypitellä eri tavoin. Esimerkiksi tarkoin määritellyn tuman läsnäolon perusteella solu voi olla eukaryoottinen tai prokaryoottinen. Soluja voidaan luokitella myös organismin muodostavien solujen lukumäärän perusteella eli ”yksisoluinen”, ”monisoluinen” tai ”akellulaarinen”.

Prokaryoottinen solu vs. eukaryoottinen solu

Solut voidaan luokitella kahteen päätyyppiin: prokaryoottisiin soluihin (esim. bakteerisolut) ja eukaryoottisiin soluihin (esim. kasvi- tai eläinsolu). Tärkein ero näiden kahden välillä on vain eukaryoottisoluissa esiintyvä hyvin määritelty ydin, jota ympäröi kalvomainen ydinkuori. Ytimen lisäksi eukaryoottisoluissa on muitakin organelleja. Näitä organelleja ovat mitokondriot, plastidit, endoplasminen retikulum ja Golgin laitteisto. Näitä organelleja ei ole prokaryoottisissa soluissa. Näistä eroista huolimatta prokaryoottisilla ja eukaryoottisilla soluilla on useita yhteisiä piirteitä: geneettinen informaatio on tallennettu geeneihin, proteiinit toimivat niiden pääasiallisena rakennemateriaalina, ribosomeja käytetään proteiinien syntetisointiin, adenosiinitrifosfaatti on aineenvaihdunnan pääasiallinen energialähde, jolla ylläpidetään erilaisia soluprosesseja, ja solukalvo kontrolloi aineiden kulkua soluun ja solusta ulos.

Yksisoluinen vs. monisoluinen vs. akellulaarinen

Solujen perusteella voidaan kuvailla eliöitä yksisoluisiksi tai monisoluisiksi. Yksisoluisia eliöitä ovat eliöt, joissa on vain yksi solu eli yksisoluisia. Esimerkkejä ovat prokaryootit ja protistit. Monisoluiset eliöt ovat eliöitä, joilla on useampi kuin yksi solu. Esimerkkejä ovat kasvit ja eläimet. Monisoluisen eliön soluilla voi olla yhteisiä piirteitä ja toimintoja.

Nämä yksikkönä toimivat solut muodostavat kudoksen. Eläinten kudosten perustyypit ovat epiteelikudos (tai epiteeli), hermokudos, sidekudos, lihaskudos ja verisuonikudos. Kasveissa eri kudostyyppejä ovat alkio- eli meristemakudokset (kuten apikaalinen meristemi ja kambium), pysyvät kudokset (esim. epidermis, korkki, trikomi) ja lisääntymiskudokset (eli sporogeeniset kudokset). Pysyvät kudokset voidaan luokitella edelleen peruskudoksiin (esim. parenkyma, kollenkyma, sklerenkyma) ja kompleksisiin kudoksiin (esim. floemi- ja kyleemikudokset). Kudokset, jotka toimivat yhdessä tiettyjen toimintojen suorittamiseksi, muodostavat biologisen elimen. Sitä vastoin termi ”akellulaarinen” viittaa kudokseen, joka ei koostu soluista tai joka ei ole jakautunut soluiksi. Esimerkki akellulaarisesta kudoksesta ovat tiettyjen sienten hyfat.

Solun rakenne

Solu on kalvoon sidottu rakenne, joka sisältää sytoplasmaa ja sytoplasman rakenteita. Solukalvo koostuu kahdesta fosfolipidikerroksesta, joihin on upotettu proteiineja. Se erottaa solun sisällön solun ulkopuolisesta ympäristöstä sekä säätelee sitä, mitä soluun tulee ja mitä sieltä poistuu. Toinen mielenkiintoinen piirre solukalvolla on pintamolekyylit (esim. glykoproteiinit, glykolipidit jne.), jotka toimivat solun ”tunnusmerkkinä”. Jokaisella solulla on erilainen ”allekirjoitus” tai ”merkkiaine”, jonka ajatellaan toimivan solujen tunnistamisessa tai eräänlaisessa solujen tunnistusjärjestelmässä. Muilla soluilla on ylimääräisiä suojaavia solukerroksia solukalvon päällä, esim. soluseinä kasveissa, levissä, sienissä ja tietyissä prokaryooteissa.

Sytoplasman nestemäistä osaa, joka ympäröi organelleja ja muita liukenemattomia sytoplasmarakenteita ehjässä solussa ja jossa tapahtuu monenlaisia soluprosesseja, kutsutaan sytosoliksi. Sytosoli koostuu vedestä, ioneista (esim. kaliumista, natriumista, kloridista, bikarbonaatista, magnesiumista ja kalsiumista) ja erilaisista biomolekyyleistä, kuten nukleiinihapoista, proteiineista, lipideistä ja hiilihydraateista. Kaliumioneja on sytosolissa enemmän kuin ympäröivässä solunulkoisessa nesteessä. Juuri sytosolissa tapahtuvat monet aineenvaihduntareaktiot, kuten osmoregulaatio, toimintapotentiaalin muodostuminen ja solun signalointi.

Eukaryoottisoluissa soluelimet ovat solun sisällä olevia ”pieniä elimiä”. Nämä organellit suorittavat erityistehtäviä. Eukaryoottisoluissa, jotka suorittavat fotosynteesiä (esim. kasvisolut), olisi lukuisia plastideja, erityisesti kloroplastia (eräänlainen plastidi, joka sisältää vihreitä pigmenttejä). Kloroplastien läsnäolo on yksi tapa erottaa kasvisolu eläinsoluista. Muita organelleja, joita löytyy sekä kasvi- että eläinsoluista, ovat tuma, mitokondriot, endoplasminen retikulum ja Golgin laitteisto. Tuma on suuri organelli, joka sisältää geneettisen materiaalin (DNA), joka on järjestäytynyt kromosomeiksi. Mitokondrioita pidetään eukaryoottisolujen voimanlähteenä. Tämä johtuu siitä, että se on organelli, joka tuottaa energiaa tuottamalla adenosiinitrifosfaattia (ATP) soluhengityksen avulla. Endoplasminen retikulum esiintyy toisiinsa kytkeytyneenä litteiden pussien tai tubulusten verkostona, joka osallistuu lipidisynteesiin, hiilihydraattiaineenvaihduntaan, lääkkeiden detoksifikaatioon ja reseptorien kiinnittymiseen solukalvon proteiineihin. Se osallistuu myös solunsisäiseen kuljetukseen, kuten (karkean endoplasmisen retikulumin) tuotteiden kuljettamiseen muihin solun osiin, kuten Golgin laitteeseen. Golgin apparaatti koostuu kalvoon sitoutuneista pinoista. Se osallistuu glykosylaatioon, molekyylien pakkaamiseen eritystä varten, lipidien kuljettamiseen solun sisällä ja lysosomien synnyttämiseen.

Muita sytoplasman rakenteita ei muissa viitteissä pidetä ”organelleina”, koska niitä sitoo vain yksi kalvo toisin kuin edellä mainittuja organelleja, jotka ovat kaksoiskalvollisia. Esimerkiksi lysosomeja ja vakuoleja ei joissakin viitteissä pidetä organelleina vaan sytoplasmarakenteina edellä esitetyn perusteella. Lysosomit ovat yksikalvoisia rakenteita, jotka sisältävät erilaisia ruoansulatusentsyymejä ja osallistuvat siten solunsisäiseen ruoansulatukseen. Vakuolit puolestaan ovat kalvoon sidottuja vesikkeleitä, jotka osallistuvat solunsisäiseen eritykseen, erittymiseen, varastointiin ja ruoansulatukseen. Vastaavasti ribosomit eivät ole organelleja vaan sytoplasman rakenteita.

Prokaryoottisolusta puuttuvat eukaryoottisolulle tyypilliset kalvoon sidotut organellit. Sillä voi kuitenkin olla tiettyjä organellin kaltaisia rakenteita, kuten karboksysomi (proteiinikuorinen lokero hiilen sitomista varten joissakin bakteereissa), klorosomi (valoa keräävä kompleksi vihreissä rikkibakteereissa) ja magnetosomi (esiintyy magnetotaktisissa bakteereissa) sekä tylakoidi (joissakin syanobakteereissa). Sillä on myös nukleosomi, joka ei ole kaksoiskalvorakenne vaan ydinaineistoa sisältävä alue prokaryoottisolussa.

Mitokondrioilla ja plastideilla on oma DNA:nsa (jota kutsutaan ekstranukleaariseksi DNA:ksi erottaakseen sen ytimen sisällä olevasta DNA:sta). Nämä organellit ovat puoliksi itsenäisiä. Tämän vuoksi niiden oletetaan olevan peräisin endosymbioottisista bakteereista (endosymbioottisen teorian mukaan).

Solusykli

Solusykli koskee solun kasvun ja jakautumisen järjestystä. Pohjimmiltaan solusykliin kuuluu DNA:n monistuminen DNA:n replikaation avulla, mikä johtaa emosolun jakautumiseen, jolloin syntyy kaksi tytärsolua. Nämä prosessit ovat välttämättömiä solun kasvulle, monistumiselle ja jakautumiselle. Eukaryooteilla solusykli koostuu biologisten tapahtumien sarjasta eli lepovaiheesta, välivaiheesta ja solun jakautumisesta. Lepovaiheen aikana solu on inaktiivisessa, ei-syklisessä tilassa. Interfaasi on solusyklin se vaihe, jossa solu seuraavaksi kasvaa kooltaan, sen DNA replikoituu ja tekee kopion solun DNA:sta valmistautuakseen seuraavaan solunjakautumiseen. Interfaasi koostuu kolmesta vaiheesta: G1, S-vaihe ja G2. Viimeinen vaihe on solunjakautuminen.

Solunjakautuminen

Solunjakautuminen on prosessi, jossa kantasolu jakautuu, jolloin syntyy kaksi tai useampia tytärsoluja. Se on elintärkeä soluprosessi, koska se mahdollistaa kasvun, korjaamisen ja lisääntymisen. Eukaryooteilla solunjakautuminen voi tapahtua mitoosin tai meioosin muodossa. Mitoosissa tuloksena on kaksi geneettisesti identtistä solua. Meioosissa tuloksena on neljä geneettisesti ei-identtistä solua.

Solun kasvu ja aineenvaihdunta

Soluissa tapahtuu jakautumisen jälkeen kasvua. Solun kasvun mahdollistaa aineenvaihdunta. Aineenvaihdunta voidaan jakaa kahteen kategoriaan: kataboliaan ja anaboliaan. Kataboliaan kuuluu sarja hajottavia kemiallisia reaktioita, jotka hajottavat monimutkaisia molekyylejä pienemmiksi yksiköiksi, jolloin yleensä vapautuu energiaa. Anabolismiin kuuluu kemiallisten reaktioiden sarja, jossa pienemmistä yksiköistä rakennetaan tai syntetisoidaan molekyylejä, mikä yleensä vaatii energiaa (ATP). Siten solun sisällä tuotetaan, varastoidaan ja hajotetaan biomolekyylejä, kuten nukleiinihappoja, proteiineja, hiilihydraatteja ja lipidejä. Esimerkiksi DNA:n ja mRNA:n biosynteesin paikka on tuma. Proteiinit puolestaan syntetisoidaan ribosomeissa. Lipidisynteesi tapahtuu endoplasmisessa retikulumissa.

Liikkuvuus

Joillakin soluilla on erikoistuneita rakenteita, jotka osallistuvat liikkumiseen. Esimerkiksi flagellat ovat pitkiä, hoikkia, langanmuotoisia, piiskanmuotoisia ulokkeita, jotka mahdollistavat liikkumisen propulsioinnin avulla. Joitakin flagelloja ei kuitenkaan käytetä liikkumiseen vaan aistimiseen ja signaalinsiirtoon, esim. silmän sauvojen valoreseptorisoluissa, nenän hajureseptorineuroneissa, korvan sisäkorvan kinociliumissa. Hiukset ovat karvamaisia ulokkeita joidenkin solujen pinnoilla. Siiloja on yleensä kahdenlaisia: liikkuvia (liikkumista varten) ja liikkumattomia (aistimuksia varten). Esimerkkejä kudossoluista, joissa on värekarvoja, ovat keuhkojen epiteelit, jotka pyyhkivät pois nesteitä tai hiukkasia. Esimerkkejä eliöistä, joilla on värekarvoja, ovat alkueläimet, jotka käyttävät niitä liikkumiseen.

Tutkimus

Solubiologia (tai sytologia) on solujen tieteellistä tutkimusta. Robert Hooke on nimetty ensimmäiseksi solujen löytäjäksi vuonna 1665. Matthias Jakob Schleiden ja Theodor Schwann muotoilivat ensimmäisenä soluteorian, vuonna 1839.

Aiheeseen liittyvät termit

• Solubiologia
• Kantasolu

Katso myös

• Sytologia
• Kudos
• Organelli
• Sytoplasma
• Prokaryootti
• Eukaryootti

Lähdeviitteet ja lisälukemisto

1. kazilek. (2009, September 27). Solun osat | Kysy biologilta. Haettu Asu.edu-sivustolta: https://askabiologist.asu.edu/cell-parts
2. Genetics Home Reference. (2019). Mikä on solu? Haettu Genetics Home Reference -sivustolta: https://ghr.nlm.nih.gov/primer/basics/cell
3. CELLS II: CELLULAR ORGANIZATION. (2019). Haettu Estrellamountain.edu -sivustolta: https://www2.estrellamountain.edu/faculty/farabee/biobk/BioBookCELL2.html
4. CELL AND ORGANELLE NOTES. (2019). Haettu osoitteesta Edu.pe.ca verkkosivusto: http://www.edu.pe.ca/gray/class_pages/rcfleming/cells/notes.htm
5. Cell Structure and Function. (2019). Haettu osoitteesta Msu.edu verkkosivusto: https://msu.edu/~potters6/te801/Biology/biounits/cellstructure&function.htm