Raku potents

Raku potents on raku võime diferentseeruda erinevateks rakutüüpideks. Mida rohkemateks rakutüüpideks on teatud rakk võimeline arenema, seda kõrgem on raku potents.

Raku potentsi on ka kirjeldatud kui geeni aktivatsiooni potentsiaali rakus, mis on katkematu jada alates totipotentsusega, mis märgistab kõrgeima diferentseerumise potentsiaaliga rakku, jätkudes pluripotentsuse, multipotentsuse, oligopotentsuse ja lõppedes unipotentsusega. Sõna "potents" tuleb ladinakeelsest terminist potens, mis tähendab 'võimu omav'.

Totipotentsus

 Totipotentsus on raku võime jaguneda ja luua kõiki liigile omaseid raku tüüpe, näiteks spoorid ja sügoodid on totipotentsed. Raku potentsuse spektris on totipotentne rakk suurima diferentseerumise potentsiaaliga. Eesliide "toti" tuleb ladinakeelsest sõnast totus, mis tähendab 'kõike' või 'täielikku'. Täielikult diferentseerunud rakud on võimelised võtma taas totipotentset vormi. Selline muutus totipotentseks on keeruline protsess, mida veel ei mõisteta täielikult ja mida veel uuritakse. 2011. aastal tehtud teaduslik uuring näitab, et rakud on suutelised diferentseeruma mitte täielikult totipotentseteks rakkudeks, vaid hoopis keeruliseks rakuliseks variatsiooniks totipotentsusest. Inimese arengu mudeliga saab edukalt kirjeldada, kuidas tekivad totipotentsed rakud. Inimese areng algab, kui seemnerakk viljastab munaraku ja tekkinud viljastatud munarakk moodustab üksiku totipotentse raku ehk sügoodi. Esimestel tundidel pärast viljastamist jaguneb sügoot mitmeks identseks totipotentseks rakuks, mis hiljem on võimelised arenema osaks ühest kolmest inimese lootelehest (ektoderm, endoderm ja mesoderm) või platsenta erinevateks rakkudeks. Jõudes 16 raku staadiumisse, diferentseeruvad moorula totipotentsed rakud ümber rakkudeks, mis lõpuks moodustavad kas blastotsüsti sisemise raku kogu või välimise tropoblasti. Umbes neli päeva pärast viljastumist ja pärast mitut raku jagunemise tsüklit hakkavad need totipotentsed rakud spetsialiseeruma. Sisemine raku kogum, mis on embrüonaalsete tüvirakkude allikaks, muutub pluripotentseks. Uuringud Caenorhabditis elegans'iga viitavad sellele, et totipotentsuse säilitamisel mängivad olulist rolli mitmed mehhanismid, ka näiteks RNA regulatsioon, liigi eri arengu etappides. Uuringud, mis on läbi viidud sebrakaladel ja imetajatel, viitavad lisaks miRNA ja RNA siduvate valkude koosmõju tähtsusele rakkude arenguliste erinevuste määramisel. 2013. aasta septembris suutis Hispaania riikliku vähiuuringukeskuse üks uurimisgrupp esmakordselt panna täiskasvanud hiire rakud taanduma embrüonaalsete tüvirakkude tasemele ja seeläbi saavutasid rakud totipotentsuse.

Pluripotentsus

A: Inimese embrüonaalsed tüvirakud. B: Närvirakud

Rakubioloogias tähendab pluripotentsus (ladinakeelsest sõnast plurimus, mis tähendab väga palju, ja potens, mis tähendab võimu omama) raku võimet diferentseeruda osaks ühest kolmest lootelehest: endoderm (moodustab mao sisekatte, seedetrakti ja kopsud), mesoderm (moodustab lihased, luud, vere ja urogenitaalsüsteemi) või ektoderm (moodustab epidermaalkoed ja närvisüsteemi). Raku pluripotentsus on pidev olek, mis algab täielikult pluripotentsete rakkudega, mis on võimelised diferentseeruma kõigiks embrüo rakkudeks, nagu näiteks embrüonaalsed tüvirakud ja indutseeritud pluripotentsed rakud, lõppedes mittetäielikult või osaliselt pluripotentsete rakkudega, mis suudavad muutuda küll kõigi kolme lootelehe rakkudeks, kuid millel ei esine kõiki teisi pluripotentsete rakkude tunnuseid.

Indutseeritud pluripotentsus

Indutseeritud pluripotentsed tüvirakud (sageli lühendatud iPSC ingliskeelsest induced pluripotent stem cells) on pluripotentsete rakkude tüüp, mis on saadud mitte pluripotentsete rakkude, vaid täiskasvanud somaatiliste rakkude, geenide ja transkriptsioonifaktorite ekspressiooni mõjutades. Mõjutatavad transkriptsioonifaktorid mängivad olulist rolli raku diferentseerituse määramisel. Selline täiskasvanud raku pluripotentsuse taastamine näitab ka, et täiskasvanud somaatilistes rakkudes on olemas sama geneetiline informatsioon, mis on olemas varajastes embrüonaalsetes rakkudes. Rakkude pluripotentsuse indutseerimiseks kasutati 2006. aastal hiire fibroblaste ja nelja transkriptsioonifaktorit, milleks olid: Oct4, Sox2, Klf4 ja c-Myc. Selle tehnoloogia väljatöötamise eest, mida kutsutakse raku reprogrammeerimiseks, said Shinya Yamanaka ja John Gurdon Nobeli auhinna füsioloogias ja arstiteaduses. Aastal 2007 suudeti luua inimese indutseeritud pluripotentseid rakke, kasutades inimese naha fibroblaste ja sarnast metoodikat, nagu kasutati aasta varem hiirte rakkude indutseerimisel. Sellised indutseeritud pluripotentsed rakud on omadustelt sarnased embrüonaalsetele tüvirakkudele, kuid ei vaja embrüote kasutamist. Indutseeritud tüvirakud on embrüonaalsete tüvirakkudega sarnase pluripotentsuse, morfoloogia, eneseuuendus võimega (raku võime jaguneda ja paljuneda lõputult) ja geeni ekspressiooniga. Ka epigeneetilisi faktoreid peetakse oluliseks somaatiliste rakkude reprogrammeerimisel. On välja käidud teooria, et teatud epigeneetilised faktorid võivad eemaldada algsed somaatilised epigeneetilised markerid, et siis luua uued epigeneetilised markerid, mis on oluline pluripotentsuse saavutamisel. Indutseeritud pluripotentsetes tüvirakkudes on ka kromatiin erilise struktuuriga, mis sarnaneb embrüonaalsete tüvirakkude omaga selle poolest, et kromatiin on vähem kokku pakitud ja seega kergemini ligipääsetav. Indutseeritud pluripotentsete tüvirakkude loomisel on muutused ka eukromatiinis tavalised, mis langevad kokku embrüonaalsete tüvirakkude eukromatiini struktuuriga. Tänu indutseeritud pluripotentsete rakkude sarnasusele embrüonaalsete tüvirakkudega on indutseeritud pluripotentsed tüvirakud suureks huvialaks meditsiinilistel uuringutel. Indutseeritud pluripotentsed tüvirakud võiksid olla lahenduseks eetilistele probleemidele, mis kaasnevad embrüonaalsete tüvirakkude kasutamisel. Kahjuks on leitud, et indutseeritud pluripotentsiaalsed rakud võivad osutuda tumorigeenseks ja nendega töötamisel on veel rohkeid probleeme.

Multipotentsus

Multipotentsed rakud on võimelised diferentseeruma erinevateks, kuid kindlalt piiritletud rakutüüpideks. Näiteks vereloome ehk hematopoeetilised rakud on multipotentsed ja võivad areneda erinevateks vererakkudeks, nagu näiteks lümfotsüütideks, monotsüütideks, neutrofiilideks jt, kuid seejuures ei ole võimelised moodustama luu- või närvirakke ega teisi mittevererakke. Uued uuringud multipotentsete rakkudega vihjavad sellele, et multipotentsed rakud võivad siiski olla võimelised muutuma ka teisteks rakutüüpideks. Ühel juhul on suudetud muuta fibroblastid töötavateks neuroniteks. Teisel juhul on õnnestunud muuta inimese nabaväädi rakud inimese närvirakkudeks. Uuringud keskenduvad ka multipotentsete rakkude muutmisele pluripotentseteks rakkudeks. Multipotentseid rakke leidub paljudes, kuid mitte kõigis inimese koe tüüpides. Multipotentseid rakke on leitud rasvkoes, südamelihase rakkude hulgast, luuüdis, mesenhümaalsetes strooma rakkudes (looteline sidekude, mis asub näiteks kolmandas purihambas). Just mesenhümaalsed stroomarakud võivad osutuda heaks ja kindlaks tüvirakkude allikaks, kuna purihammaste kogumine vanuses 8–10, enne jäävhammaste teket, on võrdlemisi lihtne. Mesenhümaalsed stromaalrakud on võimelised diferentseeruma osteoblastideks, kondrotsüütideks ja adipotsüütideks.

Oligopotentsus

Oligopotentsus on raku potentsusaste, mille juures on rakk võimeline diferentseeruma paariks erinevaks rakutüübiks. Näiteks oligopotentsetest tüvirakkudest sobivad hästi lümfoidsed ja müeloidsed tüvirakud.Lümfoidsed (immuunsüsteemi) tüvirakud võivad diferentseeruda ja luua erinevaid vererakke, nagu B-lümfotsüüdid ja T-lümfotsüüdid, kuid ei suuda diferentseeruda teisteks vererakkudeks, nagu erütrotsüüdid ehk punalibled.

Unipotentsus

Rakubioloogias mõistetakse unipotentsust kui raku võimet diferentseeruda vaid üheks rakutüübiks. Seni ei ole kindel, kas tõeliselt unipotentseid rakke eksisteerib. Hepatoblastid, mis võivad diferentseeruda hepatotsüüdideks (moodustavad suure osa maksast) või kolangiotsüütideks (sapijuha epiteeli rakud), on bipotentsed. Lähedane sünonüüm unipotentsele rakule on eellasrakk.

Mitokondrid

Mitokondrid (varasemas eesti keeles ka mitokondrion; ka kondriosoom; kreeka keelest μίτος mitos, 'niit' + χονδρίον chondrion, 'terake') on raku energiat tootvad organellid. Rakubioloogias nimetatakse mitokondriks suurt rakusisest organelli, mis on ümbritsetud kahe membraaniga. Mitokondrites viiakse lõpule glükoosi lagundamine ja sünteesitakse makroergilisi ühendeid (ATP). Nad on nähtavad valgusmikroskoobis. Mitokondrite olemasolu rakkudes selgus 19. sajandil, rakust eraldamine osutus võimalikuks 20. sajandil.

Mitokonder elektronmikroskoobis nähtuna

Mitokondrid on silindrikujulised organellid diameetriga 0,5–1 µm, sarnanedes bakteritega, ning on 1–10 µm pikad. Eukarüootses rakus võib mitokondrite arv suuresti varieeruda. Näiteks maksa ja lihasrakkudes võib neid olla üle 1000. Vere punalibledes aga mitokondreid pole. Mitokondrite arv rakus varieerub ka vastavalt organismile ja koele ning need organellid võtavad enda alla mahuka osa raku tsütoplasma ruumalast. Nad on väga liikuvad ja plastilised organellid. Liikudes tsütoplasmas, on nad tihti seondunud mikrotuubulitega. Mitokondrites viiakse suhkrute metabolism lõpuni, püruvaat imporditakse mitokondrisse ja oksüdeeritakse hapniku abil süsihappegaasiks ja veeks. See võimaldab rakul toota 15 korda rohkem ATP-d, kui võimaldaks vaid glükolüüs. Ilma mitokondrita peaks eukarüootse raku ATP süntees sõltuma ainult anaeroobsest glükolüüsist.

Kahe membraani tõttu on mitokondrites 2 erinevat ruumi: välismembraan ja sisemembraan loovad membraanidevahelise ruumi ja maatriksi. Mitokonder sisaldab oma mitokondriaalset DNA-d ning ribosoome. Arvatakse, et energiat tootvad organellid, nii mitokondrid kui ka kloroplastid, arenesid endosümbioosi teel. Endosümbioosi teooria väidab, et prokarüoot "neelas alla" algelise eukarüootse raku ning omavahel arendati sümbioosne suhe. See hüpotees seletab, kuidas on võimalik mitokondril sisaldada oma RNA-d (mis antakse edasi ainult ema-liini pidi) ja ribosoome.

Mitokondri struktuur

Mitokondri struktuur: 1-sisemembraan; 2-välismembraan; 3-krista, mis on üks osa membraanidevahelisest ruumist; 4-maatriks

Mitokondri mudel

Mitokonder koosneb kahest membraanist, mille vahele jääb membraanidevaheline ruum. Sisemembraaniga ümbritsetud piirkonda nimetatakse maatriksiks. Kõik need neli osa: välismembraan, sisemembraan, membraanidevaheline ruum ja maatriks sisaldavad ainulaadset valkude kogumikku. Kuigi mitokondrites on ka oma ringikujuline DNA, siiski kodeeritakse enamik neist valkudest rakutuumas ja imporditakse mitokondrisse läbi tsütoplasma spetsiaalsete translokaaside abil, milleks välismembraani jaoks kasutatakse TOM-i (eellasvalgu välismembraanis asuv translokaas) ja sisemembraani jaoks TIM-i (eellasvalgu sisemembraanis asuv translokaas) .

Välismembraan

Mitokondri välismembraan koosneb lipiididest ja valkudest suhtes 1:1. Sisaldab mitu poriini molekuli, mis on multimeerne transpordivalk. Poriin moodustab veekanaleid läbi lipiidse kaksikkihi välismembraanis. Kanal moodustab sõela, mis on läbitav kõigile molekulidele suuruses 5000 daltonit või vähem. Sellest suuremad molekulid läbivad välismembraani ainult valgu N-terminaalses otsas paikneva signaaljärjestuse ja translokaasi seondumise abil.

Sisemembraan

Sisemembraani lipiidne kaksikkiht koosneb 20% lipiididest ja 80% valkudest. Sisaldab suures hulgas kardiolipiidi, mis teeb temast üsna läbimatu membraani, lisaks puuduvad selles poriinid. Sisemembraan sisaldab transportvalke, mis teevad selle valikuliselt läbitavaks väikestele molekulidele, mis metaboliseeritakse mitmete maatriksi, rakuhingamises osalevate ensüümide abil. Sisemembraani pinda suurendavad väljasopistused (või ka sissesopistused siseruumi maatriksi poole), mida nimetatakse kristadeks. Kristade membraanid sisaldavad valke, millel on kolm funktsiooni: oksüdatsioonireaktsioonide läbiviimine elektronide transpordi ahelas, ATP süntaasi olemasolu ning metaboliitide transport sisemembraani ja maatriksi vahel. Läbi ATP süntaasi liiguvad väljapumbatud prootonid tsütosoolist maatriksisse osalemaks mitokondriaalses elektronide transpordi ahelas. Prootonite elektrokeemiline gradient, mis paneb tööle ATP süntaasi, tekib sisemembraanil. Membraan on läbimatu ioonidele ja enamikule väikestele laetud molekulidele. Vaata ka artiklit oksüdatiivne fosforüülumine.

Membraanidevaheline ruum

Membraanidevaheline ruum on välis- ja sisemembraani vahel olev piirkond, sisaldades mitmeid ensüüme, mis kasutavad ATP-d. Erinevalt sisemembraanist on välismembraan läbitav ioonidele ja väikestele molekulidele, seega on selle ala ensüümide sisaldus sarnane tsütosooliga.

Mitokondri maatriks

Maatriks on ruum, mis on ümbritsetud mitokondri sisemembraaniga. Maatriksis toimub ATP süntees sisemembraanis lokaliseeruva ATP süntaasi abil. Maatriks sisaldab segu sadadest ensüümidest, kaasa arvatud need, mis on vajalikud püruvaadi ja rasvhapete oksüdatsiooniks ning tsitraaditsükliks. Maatriksis sisalduvad ka mitu identset koopiat mitokondriaalsest DNA genoomist, mitokondri ribosoomid, tRNAd ja mitmed ensüümid mitokondri geenide ekspressiooniks.

Mitokondri funktsioonid

Mitokondri kõige üldisemaks ja esmasemaks funktsiooniks on energia tootmine. Metabolismireaktsioonidest olulisemad on

1. mitokondri maatriksis toimuv püruvaadi ja rasvhapete oksüdatsioon süsihappegaasini, millega kaasneb NADH ja FADH₂ teke;
2. elektronide transport NADPH-lt ja FADH₂-lt hapnikule, mis toimub mitokondrite sisemembraanis ja millega kaasneb prootonite kontsentratsiooni erinevuse teke kahel pool mitokondri sisemembraani (prootonite arv suureneb välis- ja sisemembraani vahelises alas, tekitades gradiendi matriksis olevate vesinikioonidega);
3. ATP süntees, mis toimub mitokondrite sisemembraanis paikneva ATP süntaasi vahendusel prootonite kontsentratsiooni gradiendi ärakasutamisel. Ka püruvaadi dehüdrogenaasi kompleks asub mitokondri maatriksis. Lisaks energia tootmisele säilitavad mitokondrid kaltsiumi, osalevad rakkudevahelises signalisatsioonis, toodavad soojust, osalevad raku kasvamises, kuid samas ka raku kärbumise, nekroosi ja loomuliku, programmeeritud surma apoptoosi vallandamises.

Püruvaadi dehüdrogenaasikompleks ja tsitraaditsükkel

Mitokonder saab kasutada kütusena nii püruvaati kui rasvhappeid. Mitokondrisse transporditud püruvaat võib kasutada ensüümidena nii püruvaadi karboksülaasi (glükogeoneetilises rajas) kui ka püruvaadi dehüdrogenaasi (esimene ensüüm püruvaadi dehüdrogenaasi kompleksist). Püruvaat või rasvhapped teisendatakse atsetüül-CoA-ks, mis on väga oluline vaheühend metabolismis ning tsitraaditsükli substaat. Järgnevalt oksüdeeritakse atsetüülirühmad maatriksis tsitraaditsükli abil, mis teisendab süsinikuaatomid süsihappegaasiks. Süsihappegaas seejärel eraldub. Oksüdatsioon genereerib elektrone, mis saavad edasi kantud NADH ja FADH₂ abil. Need elektronid transporditakse mitokondri sisemembraani, kus nad sisenevad mitokondriaalsesse elektronide transpordi ahelasse. Tekkinud redutseeritud koensüümid NADH ja FADH₂ kasutatakse ATP sünteesiks oksüdatiivse fosforüleerimise protsessis.

Rasvhapete oksüdatsioon

Rasvhapete oksüdatsiooni põhirada on β-oksüdatsioon. Nimetus tuleneb substraadiks kasutatava rasvhappe aktiivvormi β-süsiniku kasutamisest selles protsessis. Kuna rasvhappe aktiivvorm (atsüül-CoA) ei läbi mitokondri sisemembraani iseseisvalt, transporditakse atsüülijääk karnitiini osalusel mitokondritesse. Tekib ühend rasvhappeatsüül-CoA. See oksüdeerub astmeliselt. Iga astmega eraldub rasvhappe ahelast kahesüsinikuline aktiivne atsetüülijääk, st ühe astmega lüheneb rasvhappeahel kahe süsiniku võrra. Samuti tekivad iga astme läbimisel koensüümid NADH ja FADH₂. Iga β-oksüdatsiooniring toodab kuni 15 ATP molekuli koostöös hingamisahelaga. Reaktsioon toimub seni, kuni kogu rasvhappeatsüül-CoA on lagunenud atsetüül-CoA molekulideks. Atsetüül-CoA molekulid lülituvad tsitraaditsüklisse ja oksüdeeruvad süsihappegaasini. Tekkivad NADH ja FADH₂ oksüdeeruvad mitokondriaalses elektronide transpordi ahelas. Iga NADH oksüdeerumine annab kümme prootonit ja iga FADH₂ oksüdeerumine kuus prootonit maatriksist kahe membraani vahelisse piirkonda. Rasvhapete oksüdatsioon on maksarakkude põhiline ATP allikas. Enamikus teistes rakkudes toimub see ilma ATP sünteesita peroksüsoomides.

Mitokondriaalne elektronide transpordi ahel ehk hingamisahel

Mitokondriaalse elektronide transpordi ahela e hingamisahela peamine funktsioon on ATP tootmine. Hingamisahelate hulk organismides ja erinevates rakkudes võib erineda, nii võib maksaraku ühes mitokondris olla toimida üheaegselt palju hingamisahelaid. Püruvaadi dehüdrogenaasi kompleksis ning tsitraaditsüklis moodustunud NADH ja FADH₂ annavad prootonid ja elektronid ära hingamisahelale. Ülekanne toimub redokspaaride (elektronide aktseptor/elektronide doonor ehk iga ülekandja on vaheldumisi oksüdeerunud ja redutseerunud vormis) vahel, mida saab iseloomustada redokspotentsiaali abil. Elektronid liiguvad negatiivsema redokspotentsiaaliga ühendilt positiivsema redokspotentsiaaliga ühendile. NADH ja FADH₂ on kõrge negatiivse redokspotentsiaaliga, elektronid liiguvad nendelt positiivsena redokspotentsiaaliga ühenditele. Hingamisahel algab oksüdeeritavalt ühendilt vesinikuaatomite äravõtmisega ning lõpeb elektronide ja prootonite astmelise ülekandega õhuhapnikule, kokkuvõttes tekib vesi. Lisaks koensüümidele NADH ja FADH₂ on hingamisahelas olulised ka koensüüm Q ning raud-väävel tsentrid. Mitokondri sisemembraani kristades asuvad kindlas järjestuses funktsionaalsed hingamisahela kompleksid, mida nimetatakse kompleks I, II, III ja IV. Elektronide pumpamine maatriksist membraanidevahelisse ruumi toimub kõigis kompleksides välja arvatud kompleks II, kuna tema redokspotentsiaali muut pole piisav ATP sünteesiks. Iga kahe NADH elektroni ülekandega hapnikule sünteesitakse kuni kolm ATP, FADH₂ võimaldab vastavalt toota kaks ATP-d. Elektronide transport hingamisahelas on eksergooniline protsess, kuna NADH ja FADH₂ on väga head elektronide doonorid ning hapnik on väga hea elektronide aktseptor. Tekkiva vaba energia suur muut teisendatakse ATP sünteesimiseks läbi protsessi, mida nimetatakse oksüdatiivseks fosforüleerimiseks. Nimelt põhjustab prootonite transport mitokondri maatriksist membraanidevahelisse ruumi sisemembraani välispinna positiivse laadumise, maatriksipoolne pind laadub aga negatiivselt. Selle tõttu tekib prootonite elektrokeemiline gradient mitokondri sisemembraanil. Gradient on jõuks, mis võimaldab ATP süntaasil toota ATP-d.

Mitokondri valgud ja genoom

Inimese mtDNA

Tuumas asuv DNA kodeerib suure osa mitokondri geene. Nendest kodeeritud valgud sünteesitakse tsütosoolsetel ribosoomidel ja transporditakse mitokondrisse. Mitokondri enda kodeeritud vähesed valgud asuvad põhiliselt mitokondrite sisemembraanil. Valkude transpordil mitokondrisse kasutatakse lisaks ATP lagundamise energiale ka elektrokeemilise gradiendi energiat. Mitokondri maatriksisse liikumise signaal on valkude N-terminaalse otsa 15–30 aminohappe pikkune signaaljärjestus. Valgu liikumine läbi kahe membraani vajab multimeerseid valgukomplekse TIM ja TOM. Mitokondriaalne DNA on endosümbioosi tõttu sarnane prokarüootidega, struktuur on rõngasjas. Ühes mitokondris võib esineda kuni 15 mtDNA koopiat. Mitokondrite genoom pärandub emaliini pidi, muteerub umbes kümme korda kiiremini kui rakutuumas paiknev DNA ning mitokondrile on omane rekombinatsiooni puudumine. Need omadused koostöös mtDNA mutatsioonidega võimaldavad koostada fülogeneetilisi puid ning analüüsida inimpopulatsioonide rännet ja ajalugu. Inimese mitokondriaalne DNA on üks väiksemaid, pikkusega 16 569 aluspaari, kodeerib kahte rRNA ja 22 tRNA tüüpi. Mitokondritel on unikaalne genoom, mis inimese puhul kodeerib 37 geeniprodukti.

Epigenees

Epigenees on arenguprotsess, mille puhul uued omadused ilmuvad ilma muutusteta genoomis.

Epigenees on näiteks hulkrakse organismi areng munast, mille käigus üksteisele järgnevaid etappe läbides rakud diferentseeruvad kudedeks.

Kloroplast

Kloroplastid (varem ka klorofülliterakesed) on taimerakkude ja eukarüootsete vetikate organellid, milles toimub fotosüntees.

Kloroplasti ultrastruktuur: 1 – välismembraan, 2 – membraanidevaheline ruum, 3 – sisemembraan, 4 – strooma, 5 – luumen (tülakoidi siseruum), 6 – tülakoidi membraan, 7 – graana (tülakoidide virn), 8 – tülakoid (lamell), 9 – tärklis, 10 – ribosoom, 11 – plastiidne DNA, 12 – lipiiditilgake

Kloroplastides püütakse Päikese valgusenergiat, mida kasutatakse veelt elektronide eraldamiseks. Eraldunud elektronid läbivad seejärel tülakoidi membraanis elektronide transpordiahela, mis kulmineerub ATP ja NADPH moodustumisega. ATP-d ja NADPH-d kasutatakse Calvini tsüklis pimereaktsioonides CO₂ redutseerimiseks. Nii moodustatakse vee ja süsihappegaasi suhkruid.

Kloroplastid sisaldavad klorofülli, mis annab neile iseloomuliku rohelise värvuse. Termin "kloroplast" on tuletatud kreekakeelsetest sõnadest chloros 'roheline' ja plast 'vorm', 'olemus'.

Kloroplastid võivad muunduda kromoplastideks.

Iseloomustus ja struktuur

Kloroplast on plastiidne organell, mis asub taimede fotosünteetiliselt aktiivsetes rakkudes, peamiselt lehe mesofüllis, sulgrakkudes, kaktuse taimedel tüvedes. Plastiidid on iseloomulikud taimedele ning muudele fotosünteesivatele eukarüootsetele organismidele (vetikad). Kloroplastid sisaldavad erinevaid pigmente. Klorofüll on rohelist värvust andev pigment, leidub veel ksantofülle ja karoteene, mis annavad kollakat või punakat tooni. Ka ainuraksed nagu tsüanobakterid sisaldavad fotosünteesi pigmente (sealhulgas ka klorofülli), kuid need ei asu kloroplastides, sest ainuraksetel puuduvad plastiidid.

Kloroplast koosneb membraanisüsteemidest ja stroomast, mis on funktsiooni ja koostise poolest mitokondri maatriksi analoog.

Kloroplast on mitmekihilise lipiidse membraaniga organell. Hüdrofoobne membraan koosneb erineva funktsiooniga valkudest ja galaktolipiididest nagu glükosüülglütseriid, mis on omased veel prokarüootide membraanile ning analoogsed fosfolipiidsete membraanide koostises olevate fosfolipiididega. Membraanisüsteeme on kokku kolm: välismembraan, sisemembraan ja 

tülakoidi membraan kloroplasti sees, stroomas. Tülakoidi membraanis toimub fotosüntees. Tülakoidi membraanil saab eristada kahte piirkonda: kokku pakitud struktuuri ehk graanat ja pakitud struktuure omavahel ühendavat strooma lamelli. Tülakoidi membraani sisemust nimetatakse luumeniks.

Poolautonoomsete organellidena sisaldavad kloroplastid ka plastiidset genoomi ja suudavad stroomas sisalduvate ribosoomidega endi tarbeks valke toota, kuid peamiselt toodetakse valke taimeraku enda ribosoomides ja transporditakse kloroplasti.

Kloroplastid paljunevad jagunedes. Nad vajavad rakutuumas kodeeritud valke, kuid jagunevad tuuma jagunemisest sõltumatult ning neil on võimalik vähesel määral raku tsütoplasmas liikuda.

Plastiidid ja neis sisalduvad pigmendid

Plastiidid jagunevad kromoplastideks, leukoplastideks, kloroplastideks,

Kloroplastides on rohkelt klorofülli, millest ka nende rohekas valgus. Taimerakkudes leidub klorofülli a ja klorofülli b. Nende peamine erinevus seisneb ühes OH-rühmas, mis teeb klorofüll b hüdrofiilsemaks, kui seda on klorofüll a. Klorofüllid neelavad sinist ja punast valgust, seetõttu paistavad silmale rohelised – klorofüll a paistab silmale sinakasrohelisena ning klorofüll b kollakasrohelisena. See tuleneb nende maksimaalse neeldumislainepikkuse erinevustest.

Kromoplastides on ülekaalukad karotenoidid (ksantofüllid, karoteenid), mis neelavad sinist valgust 400–500 nm juures ja on seetõttu kollased, punased või oranžid. Kromoplastid on värvilisuse põhjuseks näiteks küpsetes viljades või sügisestes lehtedes. Kloroplastid saavad muunduda kromoplastideks.

Ksantofüllid nagu violoaksantiin (violoaxanthin), anteraksantiin (antheraxhantin), zeaksantiin (zeaxhantin) omavad kaitsefunktsiooni, kustutades (quenching) klorofülli, takistamaks liigset valgusenergia vastuvõtmist ja kogunemist.

Leukoplastid on värvitud plastiidid, mis on spetsialiseerunud sekretoorseteks organellides, talletades endas vajalikke õlisid, nektarit. Amüloplastiid on leukoplasti tüüp, mis talletab tärklist.

Plastiidid arenevad meristeemis asuvatest proplastiididest. Kloroplastid arenevad välja valguse juurdepääsul erinevate aktiveeritud ensüümide toimel. Idanedes valguse puudumisel arenevad kõigepealt välja etioplastid, milles on eelpigment protoklorofülliid, mis hiljem diferentseerub kloroplastiks. Kloroplastid võivad muutuda tagasi etioplastiks, näiteks pikkade pimedate perioodide tõttu. 

Teke endosümbioosi teel

Poolautonoomsete organellide tekke kohta on levinum teooria endosümbioosi teooria. 

Heterotroofne eukarüootne rakk neelas fagotsütoosi teel autotroofse ainurakse, moodustus sümbioos eukarüootse raku ja fotosünteesiva autotroofi vahel, kloroplasti puhul oli ilmselt autotroofiks tsüanobakter. Mitokondri puhul tekkis sümbioos hapnikku hingava proteobakteriga.

Fülogeneetiliselt on kõikidel eukarüootsetel organismidel mitokondrid, kuid kõikidel pole kloroplaste. Arvatakse, et mitokondrid tekkisid endosümbioosi teel enne kloroplaste, kes sellisel juhul tekkisid sekundaarse endosümbioosi läbi ehk juba mitokondrit sisaldav rakk neelas fotosünteesiva autotroofi, kes jäi rakku pidama.

Mõnel vetikal on plastiidid, millel on välismembraani peal veel membraanikihte. Neid nimetatakse sekundaarseteks plastiidideks ja nad on tekkinud, kui eukarüootne rakk neelas juba kloroplasti sisaldava vetika.

Funktsioon

Kloroplasti peamine funktsioon on fotosünteesida, kuid neis toimub ka esmase tärklise produktsiooni talletamine.

Lisaks toimub kloroplastide stroomas aminohapete süntees. Ainult väävlit sisaldavat metioniini ja tsüsteiini ei sünteesita seal.

Samuti suudavad kloroplastid nitritit muundada ammoniaagiks ning sünteesida lämmastikaluseid, puriini ja pürimidiini.

Fotosüntees

Fotosünteesi valgusreaktsioonid toimuvad kahe fotosüsteemi koosmõjul. Fotosüsteem I (PS1) strooma lamellil – reaktsioonitsentris on pigment P700, mille optimaalne valguse neeldumine toimub 700 nm kandis. Teine süsteemiosa osa, fotosüsteem II (PSII) asub graanas, reaktsioonitsentriks on pigment P680, mille optimaalne neeldumine on 680 nm juures.

Fotosüsteem II toimel oksüdeeritakse vesi ning eraldunud elektronid ergastavad klorofülli selle resonantsstruktuuri tõttu, mille tagavad porfüriinirõngad. Üheks kofaktoriks vee oksüdeerimisel on mangaan.

Tekkinud ergastus kandub edasi mööda elektronide transpordiahelat (zigzag-skeem) ning jõuab fotosüsteemi I, kus tekkinud energia arvelt redutseeritakse NADP NADPH-ks, mis on elektronikandja edasistes metabolismiradades.

Vee oksüdeerimise ja zigzag-skeemi reaktsioonide käigus eraldunud vesinik pumbatakse läbi strooma lamellil asuva ATP-süntaasi, tootes prootongradiendi abil ATP-d, mis läheb ka kasutusele edasistes metabolismiradades.

Süsinikureaktsioonide staadiumis ehk fotosünteesi pimereaktsioonide käigus fikseeritakse valgusreaktsiooni käigus kogutud energia arvelt atmosfääriline CO₂ Calvini-Bensoni tsüklis. Saaduseks on trioosfosfaadid, millest sünteesitakse heksoose nagu sahharoos, mida kasutatakse edasistes metabolismiradades. Fikseerimisel on oluline ensüüm ribuloos 1,5- bisfosfaadi karboksülaas/oksügenaas (RuBisCO).

Süsinikureaktsioonid toimuvad valgusstaadiumis kogutud energia arvelt ning valgust on vaja ka RuBisCO aktiveerumiseks ehk pimereaktsioonide toimumiseks on tegelikult natuke valgust ikka vaja.

Fotosünteesi puhul eristatakse kolme tüüpi: C₃-taimede, C₄-taimede, CAM-taimede (Crassulacean Acid Metabolism) fotosüntees.

C₃ on neist kõige levinum ja tuntum, CO₂ fikseeritakse 3C-ühenditena (süsinikühendid, mille süsinikuskeletis on 3 süsinikku).

C₄ fotosüntees ehk Hatchi-Slacki tsükkel on valdavalt levinum troopikataimel, kus CO₂ kontsentratsioon on madal ja temperatuur kõrge ning seetõttu kasvab ka RuBisCO oksügenaasne aktiivsus, fikseerides keskkonnast CO₂ asemel O₂. Oksügenaasse aktiivsuse katteks on C₄-taimedel lisaks pärgrakud(bundle-sheath cells), mis ruumiliselt eraldavad CO₂ võttu atmosfäärist ja RuBisCO reaktsioone. Süsinik atmosfäärist fikseeritakse 4C-ühendina (süsinikühend, mille skelett koosneb neljast süsinikust) ning lõhutakse RuBisCO vahetus läheduses CO₂-ks ja 3C-ühendiks, 3C-ühend viiakse tagasi 4C-ühendite fikseerimise ringi. Tulemusena püsib CO₂ kontsentratsioon RuBisCO juures kõrgemal. C₄-fotosünteesi kasutavad näiteks suhkruroog, hirss ja mais.

CAM-fotosüntees sarnaneb C₄-fotosünteesiga, kuid süsiniku fikseerimine 4C-ühenditena toimub öösel ning saadused liiguvad alles päeval dekarboksüülimiseks Rubisco lähedale ehk erinevus seisneb ajalises vahes. Põhjuseks on CAM-taimede õhulõhede öine avanemine, vältimaks liigset veekadu. Levinud on valdavalt kuiva kasvukeskkonnaga taimedel, näiteks ananassil.

Taimede lipoproteiiniosakesed

Enamiku taimede kloroplastide membraanid sisaldavad lipoproteiini osakesi (plastoglobules), mille bioloogiliste funktsioonide hulka kuulub lisaks E-vitamiini säilitamisele ja antioksüdantsele kaitsele ka tokoferooli biosüntees (suures osas ensüümi tocopherol cyclase (VTE1) toimel).

Elysia chlorotica

Veelise eluviisiga limune perekonnast Elysiidae suudab Vaucheria litorea nimelist vetikat süües mõnda aega kasutada vetika kloroplastide sünteesivõimet oma metabolismis.

Elysia chlorotica

Polüskleroos

Polüskleroos ehk hulgiskleroos ehk hulgikoldekõvastumus ehk multipleksskleroos 

(ladina keeles sclerosis multiplex; inglise keeles multiple sclerosis; lühend MS või SM) on peamiselt inimestel esinev krooniline, kogu elu kestev, peamiselt tuvastamata põhjustega, harvaesinev haigus, millele on iseloomulikud muutused kesknärvisüsteemi valgeaines.

Demüelisatsioon polüskleroosi korral. Värvunud CD68 kude näitab haiguskolde piirkonnas mitmeid makrofaage. Mõõtkava 1:100

Eestis põeb 2011. aasta seisuga sclerosis multiplex'i ligi 1500 inimest.

Etioloogia

Autoimmuunhaigusena

Arvatakse, et polüskleroosi kui autoimmuunhaiguse käigus hävitab autoimmuunne põletik 

närvirakkude ümber oleva müeliinkihi. Vahel võib esineda ka närvirakkude jätkete katkemine.

Autoimmuunsusega seostatakse lümfoid(-immuun)süsteemi homöostaasi häirumist ja nende rakkude tegevuse tulemusel tekkivaid koldeid pea- ja seljaajus.

Polüskleroos mõjutab pea- ja seljaaju närvirakkude võimet omavahel suhelda. Kommunikatsioon toimub elektriliste signaalide ehk aktsioonipotentsiaalide levimisel piki aksoneid, mis on kaetud erilise isoleeriva müeliinikihiga.

Polüskleroosi korral ei suuda organismi vastavad rakud eristada omi rakke võõrastest ja tekivad immuunreaktsioonid, mille tulemusel ründab organismi immuunsüsteem oma 

närvisüsteemi ja kahjustub müeliin. Polüskleroosi põdevate haigete organismis stimuleerivad leukotsüüdid (T-lümfotsüüdid, B-lümfotsüüdid ja makrofaagid jt) rünnakut närvirakke isoleeriva müeliinkesta vastu.

Patogeneesis mängivad olulist rolli mikrogliia ja T-rakud.

Müeliinkihi kahjustusel võib tulemuseks olla närviimpulsside liikumise aeglustumine või lakkamine, mis omakorda on närvisüsteemile laastava tagajärjega. Kahjustused tekivad mitmete väikeste kolletena pea- ja seljaaju valgeaines (valgeaine koosneb peamiselt müeliinist). Väliselt jätavad kolded mulje, nagu oleks tegemist tihenenud piirkondadega. Sellest tuleneb haiguse nimetus sclerosis multiplex – mitmesed tihenenud kolded.

Hormoonid ja hormoonidelaadset toimet avaldavad ained

Polüskleroos ja D-vitamiini vaegus

Uuritakse D-vitamiini ja/või selle vaeguse ning seotud geenide rolli haiguse tekkimisel ja progresseerumisel, kuna uuringutes on täheldatud, et seerumi D-vitamiini tase võib teatud haigetel näidata haiguse ägenemisega seonduvat.

Päriliku haigusena

Haiguse täpne etioloogia ei ole teada, aga arvatakse, et oluline on teatud pärilike ja keskkonnategurite koosmõju.

Polüskleroos ei ole pärilik haigus, kuid võrreldes tavapopulatsiooniga on polüskleroosiga inimeste lastel mõnevõrra suurem risk haigestuda. Uurimuste andmetel on polüskleroosihaige inimese perekonnaliikmete haigestumise risk järgmine:

• õel 4,4%
• vennal 3,2%
• lapsel 1,8%
• kui SM-i põevad mõlemad vanemad, suureneb risk järglasel ligikaudu 20%.

Assotsiatsiooniuuringutes on leitud ka kandidaatgeene, mida seostatakse sclerosis multiplexiga. Kuuendas kromosoomis paikneva leukotsüütide antigeense süsteemi (HLA geenikompleksi alleele DR15 ja DQ6) seostatakse suurenenud haigestumise riskiga (HLA-C554 ja HLA-DRB1 lookusel on kaitsev efekt). Uurijad ei saa siiski kogu haiguse teket seletada HLA süsteemi geneetiliste muutustega. Hiljuti avastati kahes Euroopa riigis (Saksamaa ja Prantsusmaa) SM-i populatsioonis kaks uut üksiku nukleotiidi polümorfismi (SNP) IL2RA geenis (rs12722489, rs2104286) ja üks SNP IL7RA geenis (rs6897932), mida uurijad seostavad haiguse tekkega.

Suitsetamine võib geneetilise soodumusega inimestel suurendada riski haigestuda polüskleroosi.

Viirused

Geneetilise soodumusega inimestel võivad SM-i põhjustada ka mitmed viirused. Kuigi nende täpne roll pole seni veel selge, ollakse seisukohal, et enamik SM-i patsiente on nakatunud Epsteini-Barri viirusega, lisaks seostatakse haigust veel ka Herpes simplex'i viiruse, punetise-, leetri- ja 

mumpsiviirusega.

Epidemioloogia

Haigus tabab tavaliselt noori inimesi ja on naistel kaks korda sagedasem kui meestel. Esinemissagedus on 2–150 inimesel 100 000 kohta. Eestis on vastav näitaja umbes 100 inimest 100 000 kohta.

Polüskleroosi on kõige sagedasem noori täiskasvanuid invaliidistav neuroloogiline haigus. Haiguse tekkeiga jääb tavaliselt 10. ja 60. eluaasta vahele. Kõige rohkem haigestub 20–30-aastasi inimesi. Eestis on umbes 1500 sclerosis multiplex'i diagnoosiga patsienti ja terves maailmas umbes 2 miljonit. Polüskleroosi haigestumise risk oleneb ka sellest, millisel laiuskraadil on isik elanud enne 15-aastaseks saamist – parasvöötme laiuskraadidel on haigestumus suurem. Riskirühmaks on naised ja sagedamini haigestuvad valgenahalised inimesed kui asiaadid ja mustanahalised.

Sümptomid

Sõltuvalt kohast, kus kahjustuskolded on tekkinud, võib inimesel esineda mitmesuguseid kaebusi.

Sümptomid:

• mööduv nägemishäire
• käte, jalgade nõrkus
• spastilisus (lihasjäikus)
• paresteesiad ("sipelgatetunne" kätes ja jalgades)
• ataksia (liigutuste kooskõlastuse ja tasakaalu säilitamise häire)
• kõõlusereflekside elavnemine
• Lhremitte’i sümptom (piki selga allapoole kulgev elektrilöögitaoline tunne, mis on seotud kaela painutamisega)
• kahelinägemine (topeltnägemine)
• nüstagmid (mõlema silmamuna tahtele allumatud sümmeetrilised ja rütmilised liigutused)
• treemor (lihasevärin eri kehapiirkondades)
• internukleaarne oftalmopleegia (silmaliigutajate lihaste halvatus)
• vertiigo (pearinglus)
• depressioon
• impotentsus (erektsioonihäire)
• soole- ja põietalitluse häired
• emotsionaalne labiilsus
• kognitiivsed häired

Füüsilise koormuse või kõrgenenud välistemperatuuri mõjul võivad teatud haigussümptomid süveneda ja seda nimetatakse Uhthoffi fenomeniks. Polüskleroosil on eri raskusastmetega haigusvorme. Umbes 80% juhtudest on tegemist nn tavalise vormiga, kus haigus kulgeb ägenemiste ja vaibumistega. Umbes 20% juhtudest on haigus primaarselt progresseeruva kuluga, mis on pahaloomuline ravile mittealluv vorm. Haigusnähud süvenevad kiiresti ja keskmiselt viie aasta pärast kujuneb invaliidsus. Pooltel patsientidel, kellel esineb ägenemiste ja remissioonidega kulg, areneb sekundaarselt progresseeruv vorm.

Sclerosis multiplex'i alatüübid

Haiguskulu järgi eristatakse nelja sclerosis multiplexi vormi:

• Ägenemiste ehk retsidiivide ja remissioonidega SM (remissioon on stabiilne seisund, kus ägenemise ajal tekkinud sümptomid on vähenenud või kadunud)

See on kõige sagedasem polüskleroosi vorm, mis esineb umbes 40% kõigist haigusjuhtudest. Ägenemiste ja remissioonidega SM-i vormile on iseloomulikud ägenemised, mis tekivad iseenesest ja mööduvad (täielikult või osaliselt) teatud aja jooksul, kuni seisund stabiliseerub. Selle vormi puhul ei esine SM-ile iseloomulike nähtude progresseerumist ehk sümptomid ei süvene ilma uute ägenemisteta.

• Sekundaarse progresseerumisega SM
  1. ägenemistega
  2. ägenemisteta

Kui ägenemiste ja remissioonidega SM-i haiged ei saa ravi, areneb 10 aasta jooksul ligikaudu pooltel nendest välja sekundaarselt progresseeruv polüskleroosi vorm. Seda tõenäosust saab märgatavalt vähendada, kui alustada võimalikult kiiresti ravi (preparaatidega, mis modifitseerivad haiguse kulgu, nn immunomodulleerivat ravi) pärast diagnoosi panekut. Osal sekundaarselt progresseeruva SM-iga haigetel võivad tekkida uued ägenemised, osal aga mitte. Sekundaarse progresseerumise korral süvenevad (pikkamööda) haigussümptomid ja töövõimetuse aste.

• Primaarselt progresseeruv SM

Primaarselt progresseeruva polüskleroosi haigetele on haiguse diagnoosi panekust alates omane sümptomite pidev järkjärguline süvenemine ilma uute retsidiivideta. See on haigusvorm, kus ei esine selgete ägenemiste ega paranemistega perioode. See haigusvorm esineb kõige sagedamini inimestel vanuses 40 aastat ja vanemad (harvadel juhtudel haigestuvad sellesse SM-i vormi ka nooremad inimesed). Erinevalt teistest SM-i vormidest esineb progresseeruvat vormi naistel ja meestel võrdselt. Haiguse esmasteks tundemärkideks on kõnnakuhäired, mis raskendavad oluliselt liikumist.

Diagnoos ja ravi

Sclerosis multiplex'i diagnoos, mis tuleks vormistada ladinakeelsena, on kliiniline ja radioloogiline. Eristatakse kliiniliselt kindlat ja laboratoorselt kindlalt, kliiniliselt võimalikku ning laboratoorselt võimalikku diagnoosi, mille aluseks on kindlad diagnoosi kriteeriumid.

SM diagnoosimiseks peab olema tõestatud magnetresonantstomograafilisel ülesvõttel ajust (magnetresonantstomograafia MRT-s) dissemineeritud kahjustus ajas ja ruumis, kliinilised sümptomid peavad diagnoosimiseks kestma vähemalt 24 tundi ning kahe haigusataki (ägenemise) vahele peab jääma vähemalt 1 kuu.

Lisaks kliinilistele sümptomitele on väga olulised ka radioloogilised ja laboratoorsed andmed: pea- ja seljaaju MRT uuring ning oligoklonaalse gammapaatia määramine liikvorist. KT ehk röntgenkompuutertomograafia on peale MRT teine tänapäevane piltdiagnostikameetod. Kuid diagnoosimisel on see kasutatav ainult üksikutel juhtudel ja pigem diferentsiaaldiagnostilistel eesmärkidel teiste haiguste välistamiseks, samuti juhul, kui MRT-d pole võimalik teha (vastunäidustused MRT-ks).

Polüskleroosi ei ole võimalik tänapäeval olemasoleva raviga välja ravida. On olemas ravimite grupid – beetainterferoonid (tsütokiinid) ja kopaksoon, mis vähendavad ägenemiste arvu 1/3 võrra. Vahel kasutatakse ka keemiaravipreparaate, kuid seda otsustatakse alati individuaalselt, sõltuvalt haiguse kulust ja vormist. Üldisteks ravipõhimõteteks on hoiduda liigsest füüsilisest koormusest ja kuumusest. Kuum ilm ja palavik võivad esile kutsuda närvijuhtivuse aeglustumist ning raskendada sümptomeid.

Ajalugu

Sclerosis multiplex on üks paljudest haigustest, mis eksisteeris kaua enne omale nime saamist. Arstid usuvad, et juba keskajast pärinevad kirjutised teatud sümptomitest, mis viitavad SM-le. Üks esimesi teadaolevaid polüskleroosi põdevaid patsiente oli Hollandist pärit naine Lidwina, kes suri 1433. aastal. Pariisi Ülikooli professor, dr Jean-Martin Charcot, keda kutsutakse ka "neuroloogia isaks", oli esimene, kes kirjeldas sclerosis multiplexi kui haigust. Tema ühel naissoost patsiendil esines ebaharilik sümptomite kombinatsioon. Ühestki dr Jean-Martin Charcot' kasutatud ravimeetodist polnud kasu. Pärast patsiendi surma lahkas ta naise aju ning avastas ajus haiguskolded. Ta nimetas need sclerose en plaques'iks. Müeliin avastati peagi pärast seda, kuid tema olulisus haiguse tekkes jäi veel kauaks teadmata. Haiguse kulgu mõjutavad ravimid võeti kliinilises praktikas kasutusele alles 1990. aastate keskel.

Ökoloogiline nišš

Ökoloogiline nišš ehk ökonišš ehk nišš on ökoloogia mõiste, mis iseloomustab liigi või populatsiooni suhtumuslikku positsiooni eripära ökosüsteemis.

Neil kahel (kollakal ja hallikal) samblikuliigil on mõneti erinevad ökonišid

Niši parameetrid

Nišši kirjeldatakse kui liigiomast piirkonda graafikul, mille telgedeks on erinevate biootiliste ja abiootiliste keskkonnategurite muutuvad väärtused. Vastavalt konkurentsi välistamise reeglile (ehk Gause reeglile) ei saa kaks liiki hõivata täpselt sama nišši samas keskkonnas pikka aega.

Mõistet "ökoloogiline nišš" kasutas esmakordselt loodusteadlane Joseph Grinnell oma 1917. aasta teadustöös "The niche relationships of the California Thrasher".

Niši mõistet populariseeris eriti tuliselt 1958. aastast G. Evelyn Hutchinson.

Eristatakse fundamentaalset ja realiseerunud nišši. Esimesel puhul on tegu kogu keskkonnatingimuste kompleksiga (bioloogilised ja füüsilised), milles organism on võimeline eksisteerima. Realiseerunud nišš tähendab aga eelmisest kitsamaid keskkonnatingimusi, kus organism on tugevalt kohastunud.

Eri liikidel võivad eri kohtades olla sarnased nišid ning samad liigid võivad eri kohtades hõivata erinevaid nišše.

Mõnikord, kui taimi ja loomi introdutseeritakse uutesse niššidesse, võivad nad hõivata uusi nišše või ka pärismaiste liikide nišše, tõrjudes viimaseid välja, ja saada (kahjulikeks) võõrliikideks.