Aktiinifilamendid

Aktiinifilamendid ehk mikrofilamendid on eukarüootsete rakkude tsütoskeletis leiduvad aktiinist koosnevad kõige peenemad filamendid. Nad on oma funktsioonilt ülimalt mitmekülgsed, võttes osa raku liikumisest ja kuju muutmisest.

Aktiinifilamendid

Struktuurne polaarsus

Filamendi kasv toimub eelistatult ühest otsast, mida nimetatakse (+) otsaks. See on võimalik seetõttu, et monomeeri konformatsioon muutub pärast lülitumist F-aktiini koosseisu, võimaldades järgmise monomeeri lülitumist soodustatult. Monomeeri lülitumine (-)otsa toimub tunduvalt väiksema tõenäosusega. See annab rakule võimaluse määrata filamendi kasvu suunda, eeldades, et (+)ots on rakus orienteeritud vajalikus suunas.

Aktiiniga seotud valgud

Aktiinifilamendid moodustavad rakus väga erinevaid struktuure. Nad võivad moodustada suhteliselt jäiku ja püsivaid väljasopistusi rakkudest või ka ajutisi dünaamilisi struktuure. Kõikidel juhtudel on aktiinifilamentide põhimõtteline ehitus sama. Erinevused on aga tingitud valkudest, millega aktiinifilamendid on seotud. Enamikul loomsetel rakkudel on aktiinifilamente kõige rohkem plasmamembraani vahetus läheduses, selle all, moodustades seal tiheda võrgustiku. Seda piirkonda tsütoplasmast nimetatakse raku korteksiks (cell cortex) või ka kortikaalseks tsütoplasmaks. See annab rakupinnale teatud mehaanilised omadused, millega on võimalik säilitada või muuta kuju. Kortikaalse tsütoplasma paksus varieerub eri rakutüüpidel. Erütrotsüütides on kortikaalsed aktiinifilamendid seotud rakumembraanile valkude spektriin ja anküriin vahendusel. Nendega sarnaseid valke leidub enamiku selgroogsete loomade rakkude kortikaalses tsütoplasmas. Kortikaalsed aktiinifilamendid võivad omakorda olla organiseeritud väga erineval moel. Nad võivad olla:

• paralleelsete kimpudena, mis moodustavad raku mikrohattusid ja filopoode. Seal on aktiinifilamendid orienteeritud sama polaarsusega ja paiknevad tihedalt üksteise lähedal, (10–20 nm) kimpudena. Aktiinifilamente seovad kimpudeks valgud fimbriin, villiin ja a-aktiniin.
• kontraktiilsete struktuuridena, näiteks stressi fiibrites ja aktiini rõngas. Stressi fiibrid on iseloomulikud rakkudele, mis kinnituvad substraadile. Kui rakk tuleb substraadilt lahti (näiteks siis, kui algab mitoos), siis stressi fiibrid kaovad. Aktiini rõngas on ajutine kontraktiilne struktuur, mis moodustub tsütokineesi ajal. Seal on aktiinifilamendid orienteeritud antiparalleelselt ja nendega on seotud mootorvalk müosiin.
• geelitaolise võrgustikuna, kus aktiinifilamendid on omavahel paljudest kohtadest seotud teatud valkudega. Tuntuim valk, mis tekitab ühendusi üksteisega ristuvate aktiinifilamentide vahele, põhjustades sellega kolmemõõtmelise võrgustiku tekke, on filamiin.

Mikrohatud

Hulkraksete organismide rakkude sõrmekujulised väljakasvud. Moodustise teljeks on membraaniga valkude vahendusel (müosiin I) seotud 20–30 aktiinifilamentidist koosnev kimp. Aktiinifilamente seovad omavahel samuti valgud (fimbriin ja villiin). Filamendid on orienteeritud (+) otsaga hatu tipu suunas. Mikrohatud moodustuvad vedela keskkonnaga piirnevatel rakkudel ja katavad näiteks soole epiteelirakke. Pikkus 0,5–10 µm, diameeter 100 nm. Igal rakul võib esineda tuhandeid hattusid. Funktsiooniks on toitainete transport. Väljakasvud suurendavad oluliselt soole pinda.

Aktiini rõngas

Tsütoplasma jagunemine tsütokineesi käigus toimub kontraktiilse aktiini rõnga abil, mis koosneb peamiselt aktiinifilamentidest. Kontraktiilset rõngast moodustavad aktiinifilamendid kinnituvad plasmamembraanile teatud valkude vahendusel. Kontraktiilne rõngas moodustub anafaasi alguses. Vajalik jõud plasmamembraani sissenöördumiseks tekib aktiini ja müosiini interaktsioonil.

Aktiini polümeriseerumise regulatsioon

Rakkudes esinevad mitmesugused valgud, mis seostuvad aktiiniga ja soodustavad või pärsivad aktiini polümeriseerumist. Arvestades, et Kk (kriitiline kontsentratsioon) G-aktiini jaoks on 0,1 µM, aktiini kontsentratsioon tsütosoolis 0,5 mM, peaks rakkudes tavaliselt esineva soolade kontsentratsiooni juures kogu aktiin olema polümeriseerunud, tegelikkuses on aga ~40% polümeriseerumata. Vaba aktiini kontsentratsioon in vivo on väga kõrge ~50–200 µM. Selle põhjuseks on valk tümosiin (MW 5000, 0,55 mM), mis seostub ATP G-aktiiniga ja takistab monomeeride polümeriseerumist. Et polümeriseerumine muutuks teatud tingimustes võimalikuks, esineb rakkudes täiendav aktiiniga seostuv valk profiliin (15 000 MW), mis on seotud monomeeride (+) otsa külge. Profiliiniga seotud monomeer seostub kergesti aktiinifilamendi (+) otsale ja pärast seostumist profiliini molekul eraldub. Profiliini kontsentratsioon rakkudes võib tõusta näiteks väljast saabuva signaali toimel. Signaal vabastab profiliini seosest rakumembraani fosfolipiididega.

Profiliin (sinine) seostununa aktiiniga (roheline)

Profiliin soodustab polümeriseerumist mitmel viisil:

• soodustab monomeeride seostumist F-aktiini (+) otsaga, ise seostudes monomeeri ATP sidumiskohast kaugema piirkonnaga, nii et ATP siduv vagumus saab seostuda F-aktiini (+) otsaga;
• seostub ka membraanis esinevate signaali ülekande ahelate ühenditega nagu fosfolipiid fosfoinositool-4,5-difosfaat (PIP2). Signaali tekkimise korral vabaneb profiliin seosest PIP2-ga ja võib kiirendada aktiini polümeriseerumist;
• profiliin on aktiiniga seostuvatest valkudest ainuke, mis soodustab aktiiniga seostunud nukleotiidi vahetust, näiteks ADP(adenosiindifosfaat) → ATP(adenosiintrifosfaat).

Tsütosoolis esinevad aktiinifilamentidega seostuvad valgud, mis määravad F-aktiini pikkuse, lagundades teda väiksemateks fragmentideks. Sellised lahutavad valgud jäävad ise seotuks F-aktiini (+) otsaga ja seetõttu monomeeride seostumist ei toimu. Ahel laguneb kiiresti (-) otsast, treadmilling’u kiirus kasvab. Seda tüüpi valkudest on tuntud gelsoliin ja kofiliin. Kofiliin seostub ka monomeeridega, takistades nende polümeriseerumist. Gelsoliin on aktiveeritav kaltsiumi kontsentratsiooni kasvades. Selline aktiinifilamentide lagunemine ei ole oluline mitte ainult rakkude ja tsütoplasma liikumiseks, vaid ka näiteks tsütokineesi jaoks. Kui filamendid on lagunenud väiksemateks juppideks, muutuvad ka tsütosooli omadused, näiteks viskoossus väheneb. Gelsoliinist on tingitud näiteks muutused trombotsüütide struktuuris ja vere hüübimine. Aktiinifilamendid stabiliseeritakse mitmete valkude poolt. Tuntud on CapZ valk, mis seostub (+) otsaga ja takistab uute monomeeride liitumist ja vanade eemaldumist. Tropomoduliin seostub filamentide (-) otstega. Mõlemast otsast blokeeritud filament on stabiilne. Sellised filamendid eksisteerivad stabiilse tsütoskeletiga piirkondades, nagu näiteks lihaste sarkomeerid, viburid ja ripsmed ja erütrotsüütide membraan. Vahelduvat polümeriseerumist/depolümeriseerumist nõudvates struktuurides eemaldatakse CapZ valk näiteks PIP2 mõjul, mis vabaneb membraanidest teatud välissignaalide toimel.

Treadmilling

Kui G-aktiini kontsentratsioon langeb teatud kriitilise piirini, nii et polümerisatsioon (+)otsast saab võrdseks monomeeride eraldumisega (-)otsast, siis filamendi netopikkus küll ei muutu, muutub aga iga üksiku monomeeri asend filamendis. Treadmilling võib olla üks mehhanism, mille abil genereeritakse rakus liikumine.

Aktiini polümerisatsiooniastet mõjutavad valgud

• Aktiini monomeeride polümeriseerumist kontrolli all hoidvad valgud
  • profiliin (seostub monomeeri (+) otsaga ja võimaldab vagumusse seotud ATP vahetust) ja kiirendab polümeriseerumist.
  • tümosiin &beta4 seostub ATP G-aktiiniga ja takistab polümeriseerumist
• Aktiinifilamente lagundavad valgud (kofiliin, gelsoliin):
  • lagundavad filamendid lühemateks juppideks, sageli seostuvad (+) otsaga, takistades täiendavat polümeriseerumist ja soodustades lagunemist (–) otsast. Olulised tsütoskeleti kiirete ümberkorralduste ajal.
• Aktiinifilamentide pikkust stabiliseerivad valgud (CapZ, tropomoduliin):
  • CapZ seostub (+) otsaga, tropomoduliin (–) otsaga. Need on olulised valgud, kui on vaja säilitada kindla pikkusega filamente, näiteks erütrotsüütide membraanides.

Aktiini polümeriseerumise 3 etappi

• lag-faasi vältel (polümeriseerumistsentri teke) G-aktiin polümeriseerub lühikesteks ebastabiilseteks oligomeerideks. Kui oligomeerid saavutavad teatud suuruse (3–4 monomeeri), muutuvad nad stabiilseteks tsentriteks järgmisele faasile.
• kiire monomeeride lisandumine mõlemasse otsa (ahela pikenemine) ja F-aktiini filamentide teke.
• statsionaarne faas (tasakaal polümeriseerumise ja depolümeriseerumise vahel) – filamentide pikkus on konstantne.

Nukleool

Nukleool (inglise nucleolus) ehk tuumake on ülekaalukalt interfaasi (vahefaasi) rakutuumades leiduv tihke moodustis, mille sees komplekteeritakse rRNA-d. Nukleoole võib tuumas olla üks, kaks või enam.

Nukleool koosneb 5 positiivsest kromosoomipaarist (13, 14, 15, 21 ja 22), mis sisaldavad 200 ribosomaalse RNA (rRNA) geeni koopiat.

Kromosoomid

Kromosoomid (kreeka keeles chroma - värvus, soma - keha) on eukarüootsetes rakkudes mitoosi ja meioosi ajal valgusmikroskoobis nähtavad valkudega kondenseerunud DNA-molekulid (nukleoproteiinsed kepjad kehakesed). Ka bakterite ja viiruste genoomset DNAd nimetatakse sageli kromosoomiks.

Inimese (naise) kromosoomid

Kromosoomid asuvad rakutuumas ning nende arv on liigispetsiifiline. Näiteks inimese somaatilistes ehk keharakkudes on 46 kromosoomi. Kromosoom koosneb ühest pikast DNA molekulist ja sellega seondunud valkudest. Geenid ja mittegeensed DNA-järjestused paiknevad kromosoomis lineaarselt ja kindlas järjekorras. Kromosoom sisaldab DNAga massivõrdses koguses histoone (aluselised valgud), varieeruvas hulgas mittehistoonseid (happelisi) valke ja väheses koguses RNAd. Kromosoomide DNA, valkude ja RNA kompleksi nimetatakse kromatiiniks.

Raku jagunemisel (mitoosis ja meioosis) kromosoomid kondenseeruvad ehk pakitakse valkude abil tihedalt kokku. See on vajalik selleks, et DNA jaguneks kahe moodustuva tütarraku vahel võrdselt. Mitoosi ja meioosi pro- ja metafaasis koosneb kromosoom kahest identsest kromatiidist (tütarkromatiidid), mis on ühendatud tsentromeeriga. Tsentromeerile kinnituvad kääviniidid, millega kumbki tütarkromatiid tõmmatakse anafaasis raku vastaspoolustele.

Tsentromeer jagab kromosoomi tavaliselt kaheks osaks, kuid mõnes kromosoomis esineb sekundaarsoonis, mis eraldab väikese (keraja) tipuosa, nn. satelliidi. Meioosi ja mitoosi profaasi kromosoomidel esinevad heterokromatiinsed paksendid (tihedamini kokkupakitud DNA-alad) ehk kromomeerid.

Kromosoomide erivormid on lambihari- ja hiidkromosoomid.

Kromosoomi otstes paiknevad DNA kordusjärjestused, mida nimetatakse telomeerideks. Telomeerid kaitsevad kromosoomis olevat DNAd lagundamise eest, takistavad DNA otsade ühinemist ja soodustavad täpset DNA replikatsiooni ilma DNA kadudeta

Schwanni rakud

Schwanni rakud (ladina Gliocytus periphericus) on selgroogsetel loomadel piirdenärvide aksonit ümbritsevad ja närvikiudude müeliintupe moodustavad tugirakud.

Tüüpilise neuroni ehk närviraku ehitus

Dendriit Rakukeha (soom) Akson Rakutuum Ranvier' kitsend Aksoni lõpp Schwanni rakk Müeliintupp

Schwanni rakkude areng, anatoomia, morfoloogia, histoloogia ja patoloogia võivad erineda nii liigiti kui ka indiviiditi.

Schwanni rakud surevad apoptoosi käigus.

Histoloogia

Schwanni rakud on gliiarakkude tüüp. Nende ülesandeks on aksonite varustamine müeliiniga ja nende isoleerimine (kaitsmine), aga ka antigeenide tutvustamine T-rakkudele ning osalemine närvide arengus, reparatsioonis ja tööshoidmises.

Schwanni rakud on tundlikud steroidhormoonide suhtes, neil rakkudel on östrogeeniretseptorid ja östradiool stimuleerib nende paljunemist, ka insuliin soodustab Schwanni rakkude arengut (retseptorid IGF-I).

Patoloogia

Inimestel seostatakse Schwanni rakkudega mitmeid haiguslikke seisundeid, näiteks krooniline põletikuline demüeliniseeriv polüradikulaneuropaatia, Guillaini-Barré sündroom ja leepra.

Perekondlikeks haigusteks, mille tekkes osalevad Schwanni rakud, loetakse Charcot'-MarieToothi tõbi, Krabbe tõbi ja Niemanni-Picki tõbi.

Schwanni rakkudest pärinev healoomuline kasvaja on schwannoom.

Schwanni rakke on leitud ka polüskleroosi põdevate haigete seljaajust.

Tsütosool

Tsütosool ehk põhiaine ehk rakuvedelik ehk tsütoplasmaatiline maatriks ehk maatriks on raku vedelad koostisosad. Nad moodustavad läbipaistva vedeliku.

Tsütosool koosneb umbes 70% ulatuses veest. Peale selle on seal vees lahustunud ioonid, väikesed molekulid ja suuremad vees lahustuvad molekulid, näiteks valgud. Et tsütosoolis on makromolekulid tihedalt koos, on seda täpsem pidada geeliks, mitte lahuseks.

Tsütosooli valgusisaldus on 20–30%. Olenevalt rakutüübist paikneb tsütosoolis 25–50% kõigist raku valkudest.

Tsütosoolis leiab aset osa valkude biosünteesist, nimelt translatsioon. Peale selle toimuvad seal glükolüüs, paljud proteolüüsi etapid ning paljud raku vaheainevahetuse reaktsioonid, sealhulgas nukleotiidide ja aminohapete süntees.

Eukarüootidel läbib tsütosooli mikrofilamentide (sh aktiinfilamentide, vahefilamentide ja mikrotuubulite) võrgustik.

Prokarüootidel paikneb DNA tsütosoolis vabalt, sest nende rakkudes pole kompartemente.

Tülakoid

Tülakoid on kloroplasti sisemembraani sissesopistus. Tülakoidid koosnevad tülakoidi siseosast, luumenist ja seda ümbritsevast tülakoidi membraanist. Tülakoidi membraanidel toimuvad fotosünteesi valgusreaktsioonid. Kloroplasti tülakoidid moodustavad kettalaadsete moodustiste kuhjasid, mida nimetatakse graanideks. Graanad on omavahel ühendatud strooma tülakoidide, lamellidega. Lamellid ühendavad graanad üheks funktsionaalseks siseruumiks.

Graana on paksemate ketaste kuhi ja peened ning lapikud on strooma tülakoidid, mida nimetatakse ka lamellideks

Termin "tülakoid" on tuletatud kreekakeelsest sõnast thylakos, mis tähendab kotikest või pauna.

Tülakoidi struktuur

Tülakoid on kloroplastis asuv, selle membraaniga seotud struktuur.

Inner membrane – sisemembraan; thylakoid – tülakoid; stroma – strooma; outer membrane – välismembraan; granum – graana

Tülakoidi membraan

Tülakoidi membraan on poolläbilaskev, nagu teisedki rakkude membraanid. Sellest pääsevad osmoosi tõttu takistuseta läbi vee ja hapniku molekulid. Tülakoidi membraan seob endaga fotosünteetilisi pigmente, mis viivad läbi fotosünteesi valgusreaktsioone. Tülakoidi membraani lipiidne kaksikkiht sarnaneb prokarüoodi ja kloroplasti sisemembraanidega. Kõrgemate taimede tülakoidi membraanid koosnevad peamiselt fosfolipiididest ja galaktolipiididest, mis on asümmeetriliselt paigutunud üle kogu tülakoidi membraani. Tülakoidi membraanides on galaktolipiidide osaskaal suurem, kui fosfolipiidide osakaal. Sellele erinevusele vaatamata on taimede tülakoidi membraanides näidatud lipiidse kaksikkihilaadset organiseeritust. Tülakoidi membraani lipiide sünteesitakse kompleksset rada pidi, mis kätkeb endas lipiidi prekursori transporti tsütoplasma võrgustikust plastiidi ja sealt transporti sisemembraanilt tülakoidi membraani.

Tülakoidi luumen

Tülakoidi luumenis on vedelik, mis koosneb peamiselt veest ja luumen on ümbritsetud tülakoidi membraaniga. Valgusreaktsiooni käigus lagundatakse vee molekule (tekivad hapniku molekulid, mis väljuvad luumenist läbi membraani ja vesiniku ioonid ehk prootonid) ning samas pumbatakse stroomast prootoneid läbi tülakoidi membraani luumenisse. Mõlema protsessi tulemusena muutub see keskkond happeliseks, prootonirohkeks (pH 4). Luumeni ja strooma vaheline prootonite gradient käivitab ja hoiab toimivana ATP süntaasis toimuva ATP sünteesi.

Graanad ja strooma lamellid

Kõrgemates taimedes on tülakoidid organiseeritud graana-strooma kompleksi. Graanaks nimetatakse tülakoidi "ketaste" kuhja. Graanad annavad kloroplastidele suure pinna ja ruumala suhte, mis on oluline fotosünteesi seisukohalt. Ühes kloroplastis võib leiduda 10–100 graanat. Graanad on omavahel ühendatud strooma tülakoididega, mida võib kutsuda ka graanade vahelisteks tülakoidideks või lamellideks. Graana tülakoide ja strooma tülakoide eristatakse nende valgusisalduse põhjal.

Tülakoidide teke

Idu tärkamisel mullast arenevad proplastiididest kloroplastid. Tülakoidide tekkeks on vajalik aga valguse olemasolu. Valguse puudumisel (näiteks seemnetes) arenevad proplastiidid etioplastideks. Vähene valgus tingib tülakoidide mittetöötamise, mis omakorda lõpetab kloroplastide töö ja lõpptulemusena taim sureb.

Tülakoidide moodustumisel mängib olulist rolli valk nimetusega vesicle-inducing protein in plastids 1 (lühendiga VIPP1). VIPP1 valk on vajalik tülakoidide membraani loomeks. Ilma VIPP1 valguta taimed surevad. Vähendatud valgukoguste juures taime kasv aeglustub ja fotosünteesi võime väheneb.

Tülakoidi valgud

Tülakoidides on palju membraani läbivaid valke, perifeerseid valke ja ainult luumenis asuvaid valke. Kõigist teadaolevaist tülakoidi valkudest on 42% seotud fotosünteesiga, 11% korrektse kokkupakkimisega, 9% valkudest kaitsevad oksüdatiivse stressi eest ja 8% tegelevad translatsiooniga.

Tülakoidi membraani läbivad valgud

Fotosünteesi valgusreaktsiooni täitmise seisukohalt on kõige olulisemad need neli valgukompleksi:

• Fotosüsteem I (PSI) ja fotosüsteem II (PSII)
• Tsütokroomi b₆f kompleks (Cyt b₆f)
• ATP süntaas

Fotosüsteem II valgukompleksid paiknevad peamiselt graana tülakoidides. Fotosüsteem I ja ATP süntaasi valgukompleksid on aga koondunud strooma tülakoididesse ja graanade väliskihtidele. Tsütokroomi b₆f kompleksi valgukompleks on ühtlaselt jaotunud üle kogu tülakoidi membraani. Tingitud erinevast ruumilisest paigutusest tülakoidi membraanis on valgukomplekside vaheliseks elektronide transpordiks vaja spetsiaalseid kandjavalke. Kandjavalkudeks tülakoidi membraanis on plastokinoon ja plastotsüaniin.

Nimetatud neli valgukompleksi ja neid abistavad transportervalgud kasutavad valgusenergiat, et viia läbi elektronide transpordi ahel, mille tulemusena tekib tülakoidi membraanil kemoosmootne potentsiaal, ehk prootonite gradient, mida kasutades ATP süntaas ATP-d sünteesib.

Tsütokroomi b₆f kompleks

 Pikemalt artiklis Valgusreaktsioonid

Tsütokroomi b₆f kompleks (Cyt b₆f) on suur, mitmest alaühikust koosnev valgukompleks, mille moodustavad kaks b-tüüpi heemi ja üks c-tüüpi heem (tsütokroom f). Cyt b₆f kompleksi ülesanne on katalüüsida elektronide liikumist plastokinoolilt plastotsüaniinile. Elektronide transport Cyt b₆f-is on analoogne reaktsiooniga, mida katalüüsib kompleks III (tsütokroom bc₁) mitokondriaalses elektrontransportahelas, kus muudetakse hapniku veeks. Elektronide liikumisega läbi Cyt b₆f kompleksi transporditakse samaaegselt H⁺ ioone stroomast luumensisse. Q-tsüklis toimub iga elektroniga paardunud kahe H⁺ kandumine stroomast luumenisse. Seega on elektronide transport läbi Cyt b₆f kompleksi vastutav prootongradiendi tekkimise eest, mida omakorda kasutatakse ära ATP sünteesi läbi viimiseks.^[7] Tsütokroomi kompleksilt (konkreetselt tsütokroomilt f) kanduvad elektronid edasi plastotsüaniinile. Plastotsüaniin on väike, hügroskoopne vaske sisaldav valk, mis on võimeline difundeeruma tülakoidi luumenis ning PSI valgukompleksis valguse abil oma elektroni stroomasse vabastama.

Fotosüsteem I

 Fotosüsteemi I moodustab reaktsioonitsenter koos valgust püüdva pigment-valk-antennisüsteemiga ja elektrontransportahela komponentidega. Fotosüsteem I viib läbi NADP⁺ redutseerimise ja seda tehes vabastab plastotsüaniinilt elektroni. PSI valgust püüdev antennisüsteem kasutab mõneti sarnaseid valke nagu PSII antennisüsteem, kuid struktuurilt ja ehituselt erineb ta oluliselt PSII-st. Kuigi PSI antennis on kokku samapalju klorofülli kui PSII antennis, puudub seal klorofüll b ja karotenoide on tunduvalt vähem. PSI tsentri pigmendikompleks P700 neelab valgust pikemal lainepikkusel (700 nm) kui PSII tsentri pigmendikompleks P680 (680 nm). Samuti on PSI-s elektroni primaarseks aktseptoriks kinoon. Kinoonilt kandub elektron edasi rauda sisaldavate mitteheemsete FeS-struktuuride kaudu, millest osa on struktuurselt seotud PSI valkudega, kompleksist võib eralduda aga viimane elektroni kandja ferredoksiin. Ferredoksiinilt kanduvad elektronid ferredoksiin-NADP reduktaasi kaudu üle fotosünteesi elektrontransportahela viimasele NADP⁺-le.

Tülakoidi luumeni valgud

Valk plastotsüaniin asub tülakoidi luumenis ja transpordib elektrone tsütokroomi b₆f kompleksilt fotosüsteem I-le. Plastokinoonid on omadustelt rasvlahustuvad ja sellest tingituna transpordivad elektrone tülakoidi membraani kaksikkihtide vahel. Tülakoidide luumenis toimub ka vett oksüdeerival kompleksil, mis on kinnitunud valgukompleksi fotosüsteem II luumenipoolsele osale, vee oksüdeerimine.

Tülakoidi valkude ekspressioon

Kloroplastidel on oma genoom, kus leidub ka tülakoidi valkude geene. Evolutsiooni käigus on aga suur osa geene kloroplastide genoomist jõudnud raku tuumagenoomi. Selle tulemusena on tülakoidi valkude geenid ositi raku tuumas, ositi kloroplastide tuumas. Sellise ebatavalise geenipaigutuse regulatsiooniks on taimedel aja jooksu vajalikud regulatsioonimehhanismid välja arenenud. Näiteks fotosünteesiaparaadi geenide ekspressiooni raku tuumas reguleerib taimeni jõudva valguse hulk.

Verelibled

Verelibled ehk vererakud (ladina keeles haemocytys) on paljude selgrootute hemolümfis ja selgroogsete veres ringlevate rakkude koondnimetus.

Vereliblede areng, eristumine, paljunemine, liikumine, morfoloogia , apoptoos ning patoloogia ( sh ebanormaalne eristumine) võivad erineda nii liigiti, indiviiditi kui ka arenguastmeti.

Paljude selgroogsete vererakud jaotatakse valge- ja punalibledeks ning vereliistakuteks.^[1]

Vasakult: punalible, vereliistak ja valgelible (lümfotsüüt) elektronmikroskoobi all vaadelduna

Vereliblede arv on normaalsetes tingimustes üsna püsiv väärtus, sest hävinenud rakud asenduvad uutega.

Vererakkude eellasrakud eristuvad juba blastotsüstistaadiumis.

Punalibled ehk erütrotsüüdid on vajalikud hapniku vastuvõtuks kopsudes ja äraandmiseks kudedes. Vereliistakud ehk trombotsüüdid sisaldavad aineid, mis on olulised vere hüübimisel ja veresoonte ahendamisel. Valgeliblede ehk leukotsüütide ülesandeks on kahjutustada organismile võõraid, peamiselt valgulisi ühendeid.

Vererakud on kantud kehtivasse inimese tsütoloogia ja histoloogia standardsõnavarasse Terminologia Histologica-sse.

Vakuool

Vakuool on taimede rakkude ning magevees ja osal merevees elunevate üherakuliste organismide organoid, mis täidab seedeelundi ülesandeid. See on seotud osmootse rõhu reguleerimise ja eritusega.

Vakuool kujutab endast membraaniga ümbritsetud põiekest, mis perioodiliselt ilmub tsütoplasmasse ja täitub vedelikuga. Tekkimise ajal haaratakse väliskeskkonnast toitaineid, mis vakuooli rändamise ajal raku sees imenduvad läbi membraani. Teises suunas, vakuooli sisse toimetatakse organismi elutegevuse jääkaineid. Lõpuks tühjeneb vakuool väliskeskkonda.

Vakuoolid on eriti omased taimerakkudele. Bakterites võivad vakuoolid sisaldada gaasi (gaasivakuool).

Rakus peab tekkima suurem osmootne rõhk kui väliskeskkonnas. Keskkonna soolsus raskendab seda ja seetõttu ei teki kõigil soolase vee olenditel rakkudes vakuoole.

Tsentraalvakuool

Tsentraalvakuool on taimerakus esinev suur vakuool, mis moodustub pisemate vakuoolide liitumisel.

Tsentraalvakuool taimerakus

Heterokroomia

Heterokroomia (ladina keeles heterochromia iridum või heterochromia iridis) on sündroom, mille avaldumisel ühe silma iirise värv erineb teise silma iirise omast või ühe silma iirisel esineb veel teine värvipigment.

Kodukass täieliku heterokroomiaga

Esineb kolme liiki heterokroomiat. Heterokroomia liigitatakse täielikuks, osaliseks ja tsentriliseks (nimetatakse ka ring-heterokroomiaks) aga viimase esinemistõenäosus on väike ja see liigitatakse osalise heterokroomia alla. Täieliku heterokroomia puhul on ainult ühe silma iiris erinevat värvi. Enamasti võib ühe silma iirises näha pruuni pigmenti või teise silma iirises sinist pigmenti. Osalise (tsentrilise) heterokroomia puhul esineb silmas mitu pigmenti korraga. Osalise heterokroomia esinemine võib iirises avalduda kas sektori või väiksema ala värvumisena.

Tekkepõhjused

Heterokroomia peamine tekkepõhjus on geneetilise mitmekesisuse puudmine, kuna sündroom on tingitud geneetilisest mutatsioonist, mis määrab melaniini jaotuse 8-HTP teel. Melaniini jaotumise puhul läheb mõlemasse silma erinev kogus melaniini, mis põhjustab iirise pigmendi muutuse.

Heterokroomia võib olla tavaline, komplitseeritud või omandatud. Tavaline heterokroomia on silmaiirise värvumine ilma kaasnevate terviseprobleemideta. Tavalise heterokroomia puhul on heterokroomia kaasasündinud ja tervislikke kõrvalekaldeid ei esine. Komplitseeritud heterokroomia võib avalduda haiguste puhul. Selle suurim esinemissagedus on Fuksi uveiidi sündroomi ja Waardenburgi sündroomi puhul. Waardenburgi sündroomi puhul avaldub heterokroomia pupilli ahenemise või silmamuna nihkumisena. Omandatud heterokroomia võib tuleneda silma mehaanilisest traumast, silmapõletikest, mõne preparaadi kasutamisel või metalliosakeste silma sattumisest. Rauakillu silma sattumisel võib tekkida sideroos ja iiris võib värvuda roostepruuniks. Vasekillu silma sattumisel võib tekkida halkoos ja iiris võib värvuda rohekassiniseks.

Kasside heterokroomia

Kassidel esineb 90% sagedusega täielik heterokroomia. Sektorilist heterokroomiat esineb väga harva. Kui inimestel avaldub heterokroomia üks kümne tuhande kohta, siis kassidel märksa rohkem. Nagu inimesel, nõnda ka kassil, ei tekita heterokroomia tervisekahjustusi, kui see on tekkinud pärilikkuse või mutatsiooni mõjul (va. valged kassid). Kasside heterokroomia võib tekkida elu jooksul ja seda põhjustavad erinevad tegurid. Enamasti tekib heterokroomia haiguste tõttu või nende avaldumise ajal. Nendeks haigusteks võivad olla diabeet, vähk või uveiit. Nagu inimesel, nõnda ka kassil, võib silma värv muutuda, kui talle on kaua manustatud preparaate või kui silma on sattunud metalliosake. Erand on valged kassid, kellel heterokroomia on väga ohtlik.

Valged kassid ja heterokroomia

Valgetel kassidel tekib heterokroomia väga ohtliku geeni tõttu, mida nimetatakse W-geeniks (white gene). See geen on dominantne ja letaalne, kui ta eksisteerib homosügootses vormis. See geen suurendab emakasisest hukkumist. Loote ellujäämisel võib geen tekitada heterokroomiat ja mõjutada kasside närvisüsteemi. Närvisüsteemi mõjutamise tulemusena võib W-geen tekitada kassile kurtust (enamasti ühest kõrvast, mis on sinise silma pool) ja ka nägemisprobleeme. Seetõttu võivad paljud valged kassid jääda kurdiks mõni aasta peale sündi.

Valged kassid on tavaliselt sinist või oranži värvi silmadega. On ka selliseid kassitõuge, kellel heterokroomia on tavaline tunnus ja paljudel neist on W-geeni vastu immuunsus, mis ei välista kurtust või emakasisest hukkumist. W-geeni vastu resistentsed kassitõud on Khao-Manee, Türgi angoora kass ja Türgi van. W-geen esineb kassidel, kelle keha on enam kui 60% ulatuses kaetud valge karvaga. Kui valgel kassil on kaks homosügootset WW alleeli, siis tema järglased on 100% valged, sõltumata tema partneri alleelidest. Wv geen ehk Van geen on W-geeni modifikatsioon, mis tekitab pea peale, kõrvadele või sabale valget värvi "krooni".

Heterokroomia ravi

Päriliku heterokroomiat ei ole võimalik ravida ja see ei kujuta tervisele ohtu. Kui inimest silmavärvuste erinevus siiski härib, on võimalik soetada värvilised kontaktläätsed. Elu jooksul tekkinud heterokroomia on ravitav. Tavaliselt alustatakse ravi steroididega (sõltub heterokroomia tekkimise põhjusest) ja kui tulemusi ei ilmne, siis ravitakse kirurgilisel teel. Ravi tulemusena muutub silmavärv tagasi endiseks.

Apoptoos

Apoptoos (kreeka keeles apoptosis '(lehtede) äralangemine') ehk programmeeritud rakusurm (ka loomulik rakusurm või ettemääratud rakusurm) on normaalse füsioloogiaga hulkraksete organismide rakkudes valdavalt rakkudesisene reguleeritud kompleksne süsteem, mille tööd reguleerivad nii geenid, retseptorid, transkriptsioonifaktorid kui ka rajad. Apoptoosi käivitudes DNA fragmenteerub, väheneb raku maht ja kaovad mitokondriaalsed funktsioonid. Toimub väiksemate rakumembraaniga kaetud osiste komplekteerimine, mis kohe fagotsütoosi käigus lagundatakse. Nii saab organism töödelda ja taaskasutada nii aegunud, vigaseid, muteerunud, liigsed või ebanormaalseid rakke, selleks et areneda, kasvada, paljuneda jms. Apoptoosi protsess võimaldab organismil kontrollida keha rakkude koguarvu. Apoptoos on omane enamikule hulkraksetele organismidele.

Tavalise täiskasvanud inimese organismis sureb apoptoosi tõttu ööpäevas 50 kuni 70 miljardit rakku. Et inimese kehas arvatakse olevat umbes 100 triljonit rakku, siis on see vaid umbes 0,06%. Uusi rakke sünnib mitoosi käigus umbes sama palju juurde.

Apoptoosil on oluline roll näiteks embrüo arengus, kus selle protsessi abil eemaldatakse varasemate evolutsiooniastmete tunnused, mis lootel arengu käigus tekivad. Samuti kujunevad tänu liigsete rakkude apoptootilisele surmale loote arengus sõrmede ja varvaste vahed.

Apoptoosi mittetoimumise korral võib organism areneda väärarengute, stigmade (näiteks sündaktüülia) või atavismidega (näiteks kolmas rinnanibu).

Rakus, mis sureb vastavalt apoptoosi mehhanismile, toimuvad kindlad biokeemilised ja morfoloogilised muutused, mille tulemusena laguneb rakk väikesteks osadeks, vesiikuliteks, mis on ümbritsetud rakumembraaniga. Raku tsütoplasma komponendid ei satu rakkudevahelisse ruumi, vaid makrofaagid lagundavad need. Apoptoositsükkel toimub väga kiiresti, 30-60 minuti jooksul. Apoptoos erineb teist tüüpi rakkude surmast nekroosist. 

Apoptoosi rajad, valk p53, apoptosoom jt molekulid

Apoptoosi üks käivitajatest on valk p53, mis kontrollib raku DNA seisukorda. Kui selle valgu funktsioon on kahjustatud, loomulik apoptoos ei saa käivituda võib tekkida rakkude kontrollimatu paljunemine – hea- ja pahaloomulised kasvajad. Peale rakusisese surma ahelreaktsiooni on olemas ka väline apoptoosirada, mille käivitavad T-rakud, mis omakorda käivitavad rakusisesed rajad. Teisisõnu rakk võib siirduda apoptoosile üksnes sisemiste radade kaudu või välimiste radade kaasabiga. Rada tähendab vastavate molekulide reaktsioone, mis ahelreaktsioonina viivad raku programmeeritud surmani. Üks tähtis rakusisene molekul, mis rakku surmateel, varajases apoptoosi faasis edasi aitab on mitokondrites sisemembraanis paiknev valk tsütokroom-c. Tavaliselt on selle molekuli funktsioon elektronide transportahelas elektronide edasi- ja ülekandmine. Kui apoptoos vallandub, moodustuvad mitokondri välismembraani valkudest Bax ja Bak kanalid, mille kaudu tsütokroom-c väljub mitokondrist raku tsütoplasmasse, mis viib nõndanimetatud apoptosoomi ja kaspaaside molekulide aktiveerimiseni. Kaspaasid viivad rakusurma lõpuni. Apoptoosi rada on keerulisem, detailiderohke, paljude molekulide koostöö. Vaid üldjoontes kulgeb rada ülalpool kirjeldatud viisil.

inimese apoptosoomi 3D struktuur.

Apoptoosi uurimine

2002. aastal said Sydney Brenner, Robert Horvitz, John E. Sulston Nobeli füsioloogia- või meditsiiniauhinna varbussi (Caenorhabditis elegans) rakkude arenguliinide koostamise eest, mille käigus täpsustati ka programmeeritud rakusurma toimemehhanismi.

Telomeer

Telomeer (vanakreeka sõnadest τέλος (telos) 'lõpp' ja μέρος (merοs) 'osa') on DNA ahela piirkond enamiku liikide eukarüootse raku kromosoomi kummaski otsas.

Telomeerid (valged) inimese kromosoomide (hallid) otstel

Telomeer

Telomeeri ülesanne on kaitsta kromosoomi otsi kahjustuse eest. Iga rakujagunemise käigus väheneb DNA ahela pikkus kromosoomi otstest just telomeeride piirkonnast, et kahjustada ei saaks geenid.

Telomeeride teine ülesanne on rakujagunemiste regulatsioon. Rakk on jagunemisvõimeline kuni telomeeride kriitilise pikkuseni; selle pikkuseni jõudes lakkab rakk jagunemast.

Telomeeride pikkus sõltub ka telomeraasi aktiivsusest. Telomeraasi RNA-komponent sisaldab telomeeri DNA-ga komplementaarset järjestust, mis toimib matriitsina telomeeri vastavate järjestuste sünteesimisel; nii saavad telomeerid tänu telomeraasile uueneda. Telomeraasi aktiivsus eri tüüpi rakkudes võib olla väga erinev. Tavalisest suurem telomeraasi aktiivsus on seotud ka vähi tekke ja arenguga. Ligikaudu 90% kasvajates on telomeraas tavalisest aktiivsem.

Uurimislugu

Telomeeri ja telomeraasi ehitus

Telomeerid esinevad peaaegu kõigil eukarüootsetel rakkudel. Prokarüootidel selline struktuur puudub, sest erinevalt eukarüootidest on neil rõngaskromosoom. Telomeerid koosnevad kuni mitmest tuhandest lühikese korduva struktuuriga järjestusest. Inimese puhul on nendeks TTAGGG järjestused, mis on omavahel seotud spetsiifiliste valkudega. Erinevatel organismidel on pisut erinevad järjestused. Näiteks on korduvaks järjestuseks putukatel TTAGG ja kõrgematel taimedel TTTAGGG. Guaniini (vastasahelas tsütosiini) on kordustes rikkalikult ja ühe korduse pikkus jääb enamjaolt vahemikku 6–8 aluspaari. Ka telomeeride pikkus varieerub olulisel määral, alates ligikaudu 300 aluspaarist pärmil kuni mitme tuhande aluspaarini inimesel. Telomeersed otsad ei ole sugugi lineaarsed, vaid moodustavad keerukaid struktuure, mida nimetatakse telomeeri lingudeks ehk T-lingudeks. Esmalt moodustub suur ring, mis on stabiliseeritud telomeeri seostusproteiinidega (TRF1). Telomeeri otsas olev üheahelalise DNA jupp on aga paardunud kaheahelalise telomeeri alaga, segades selle paardumist heeliksiks. Selle tulemusel tekib kolmeahelaline piirkond, mida nimetatakse T-linguks.

T-ling

Telomeraas on nukleoproteiin, mis inimesel sisaldab telomeraasi pöördtranskriptaasi aktiivsust (hTERT) ja telomeraas RNA-d (hTR). Pöördtranskriptaasid on sellised ensüümid, mis sünteesivad RNA-lt DNA-d. See on keskse molekulaarbioloogia dogma erand, sest tavaliselt sünteesitakse DNA-lt RNA ja RNA-lt omakorda valgud. hTR koosneb üheteistkümnest kordusega komplementaarsest aluspaarist ja käitub matriitsina pöördtranskriptaasile. Selle tulemusel lisatakse kromosoomi DNA 3´ otstele uusi kordusi.

Ülesanded

Telomeeride peamiseks ülesandeks on kompenseerida raku jagunemise käigus toimuvat kromosoomide lühenemist. DNA polümeraasi puuduste tõttu telomeeride pikkus väheneb replikatsiooni käigus 50–200 aluspaari. Seega tänu telomeeridele ei lähe kaduma rakule olulisi geenijärjestusi, vaid eemaldub jupp kordusjärjestust, mis valke ei kodeeri. Telomeer on tänu telomeraassele aktiivsusele võimeline pikenema. Telomeerid somaatilistes rakkudes ei pikene aga lõpmatuseni ja see annab telomeeridele veel teise ülesande, milleks on rakujagunemiste kontroll. Rakk teeb läbi teatud hulga jagunemisi, mis on eri rakutüübiti erinev ja on määratud telomeeride pikkusega. Mida pikem on telomeer, seda rohkem jagunemisi rakk saab läbi viia. Teatud punkti jõudes, kui telomeerid on lühenenud, jagunemine peatub ja rakk siseneb püsivasse kasvuaresti ehk vananemisfaasi. Seega on ka vananemine reguleeritud telomeeridega. Kui aga mingi mutatsiooni mõjul ei lõpeta rakk jagunemist ja telomeerid muutuvad kriitiliselt lühikeseks, tekib kromosomaalse ebastabiilsus ning algab apoptoos ehk programmeeritud rakusurm. Rakkudel, mis kogu organismi elu vältel paljunema peavad, on aktiivne telomeraas. Sellised rakud on näiteks idurakud ja vereloome tüvirakud. Enamikus somaatilistes rakkudes on telomeraas represseeritud ja see põhjustab rakkude piiratud jagunemisvõimet.

Telomeerid on vajalikud ka selleks, et rakkude jagunemist ei peatataks liiga vara. Nimelt toimib rakus kontrollsüsteem, mis tuvastades DNA lahtise otsa või katke, peatab rakujagunemise. Selline kontrollsüsteem on üldiselt vajalik vältimaks paljude mutatsioonide edasikandumist. Telomeerid katavad kromosoomi otsi nii, et kontrollsüsteem ei tuvasta neid DNA katketena. Telomeerid kaitsevad kromosoome ka tuumas olevate ensüümide lagundava toime eest. Samas on takistatud ka kromosoomide omavaheline kokkujäämine.

Telomeerid ja vähk

Seda, et telomeerid on seotud vähiga, pakuti välja juba 1990. aastal. 1994. aastal õnnestuski Christopher M. Counteril, Silvia Bacchettil, Calvin B. Harleyl koos kolleegidega McMasteri Ülikoolist näidata, et telomeraas on aktiivne vähkkasvaja rakkudes.

Juhul kui rakutsükli kontrollpunktid ei toimi korrektselt, võib rakk läbida rakujagunemise peatumise faasi ja jätkata jagunemist. Sellised rakud lähevad faasi, mida nimetatakse kriisiks. Kriisis on telomeerid lühenenud, aga rakud püüavad endiselt jaguneda. Selles faasis on rakkude jagunemine ja suremine tasakaalus. Lühenenud telomeeridega rakkude kromosoomid muutuvad ebastabiilseks. Mitmed kromosomaalsed ümberkorraldused hakkavad toimuma. Sellised suured muutused võivad viia kasvaja supressormehhanismide kaoni, apoptoosist hoidumiseni ja ka telomeraasi uuesti aktiivseks muutumiseni. Kui telomeraas on taasaktiveeritud või rohkem aktiivne, siis see võib viia rakkude seas erinevate tulemusteni. Esiteks, kui telomeraasi ei produtseerita piisavalt, siis pole need rakud võimeliselt pikaajaliselt jagunema ja suurt pahaloomuliste vähirakkude hulka ei moodustu. Teiseks, telomeraasi toodetakse liias, sel juhul telomeerid pikenevad kiiresti. Selliseid olukordi tekib reaalses elus aga suhteliselt harva, seda esineb vähem kui 10% vähkidel. Kõige sagedasem on olukord, kus telomeeride pikkus vähirakkudes on sama või väiksem kui vastava normaalse koe rakkudes. Sel juhul areneb pahaloomuline kasvaja.

Telomeraasi on leitud ligikaudu 90% kasvajarakkudes ja see on sageli ka 10–20 korda aktiivsem kui tavalistes rakkudes. Telomeraasi abil saavutavad rakud surematuse. Kui rakud paljunevad kontrollimatult, võivad need tungida lähedastesse kudedesse ja neid kahjustada. Mõned kasvajarakud võivad kehas liikuda uutesse piirkondadesse ja algatada uute kasvajate arengu.

Teraapiad

Kuna telomeraas ei ole aktiivne enamikus tavalistes inimese rakkudes, siis püüavad mitmed teadlased üle kogu maailma välja töötada telomeraasi abil toimivat vähiteraapiat. Proovitakse eri viisidel inhibeerida telomeraasi. Mitu strateegiat, mis on suunatud kas telomeraasi RNA komponendi (hTR) või katalüütilise ühiku (TERT) vastu, on praegu jõudnud kliiniliste katsete faasi. hTR-le suunatud ravi toimub antisense oligonukleotiidide ja ribosüümide abil. Antisense oligonukleotiidid on komplementaarsed osaga hTR-ist ja seetõttu oligonukleotiid paardub hTR-ga. See takistab telomeraasi seondumist telomeerile või hoopis algatab RNA lagundamise. Ka ribosüüm seondub komplementaarsuse alusel ja lagundab RNA-d. hTERT-i inhibeerimiseks kasutatakse erinevaid pöördtranskriptaasi inhibiitoreid, näiteks BIBR1532, mis on sünteetiline molekul, kuid inhibeerivaid komponente on leitud ka puuvõrgus ja rohelises tees.

Tsütopaatiline efekt

Tsütopaatiline efekt, ka tsütopatogeenne efekt (inglise keeles Cytopathic effect, lühendatult CPE), on viiruslikust infektsioonist põhjustatud struktuursed muutused peremeesrakus. Selline efekt ilmneb siis, kui nakatav viirus lüüsib raku või kui rakk ise ei suuda enam jaguneda ja sureb. Kui selliste morfoloogiliste muutuste taga on viirus, on tegemist tsütopatogeense viirusega. Kõige tavalisemad näited tsütopatogeensest efektist on peremeesraku ümardumine, kõrvalolevate rakkude liitumine üheks hulktuumseks rakuks ehk sünsüütsiumiks ning nukleaarsete või tsütoplasmaatiliste inklusioonkehakeste moodustumine.

Herpes simplex viiruse tsütopaatiline efekt, näha mitmetuumsus. Värvitud Pap-värvimise protokolli järgi

Tsütopaatilise efekti ülesanne

Viiruslike komponentide sünteesi ajal toimuvad rakus erinevad morfoloogilised ja biokeemilised muutused. Selliseid iseloomulikke muutusi on kõige parem vaadata koekultuuris, kus saab sünkroonida rakkudega nakatamist viirusega. Samuti saab koekultuuris kasvatatud rakke uurida lihtsasti ja kiiresti ka infektsiooni käigus. Morfoloogilisi muutusi rakkudes viirusega nakatumise ajal nimetatakse tsütopaatiliseks efektiks. Selle eest vastutav viirus on aga tsütopatogeenne. See, kui tugev on tsütopaatiline efekt, sõltub viirusest, peremeesrakkudest, infektsiooniliste partiklite arvukusest (inglise keeles multiplicity of infection, lühendatult MOI) ja veel muudest teguritest. Mõned viirused põhjustavad väga madalat tsütopaatilist efekti oma looduslikes peremeesrakkudes. Selliste viiruste olemasolu rakkudes saab kontrollida ainult hemadsorptsiooniga või interferentsiga, Mõned viirused aga põhjustavad pärast infektsiooni täielikku ja kiiret peremeesraku üksikkihi hävinemist. Kuna viiruste põhjustatud tsütopaatiline efekt on spetsiifiline, siis on võimalik selle kaudu tuvastada tundmatuid viirusi. Idee klassifitseerida viirusi tsütopaatilise efekti järgi pakkus 1954. aastal välja J. F. Enders. Tema rühmitas viirusi järgmiselt:

• need, mis põhjustavad raku degradatsiooni;
• need, mis põhjustavad inklusioonkehakeste moodustumist ja rakkude degradatsiooni;
• need, mis põhjustavad hulktuumsete rakkude moodustamist;
• need, millel ei esine nähtavat tsütopaatilist efekti.

Kuigi selline informatsioon on jätkuvalt oluline, on tänapäeval olemas paremaid mehhanisme viiruste klassifitseerimiseks.

Tsütopaatilise efekti tüübid

Täielik hävitamine

Peremeesraku monokihi täielik hävitamine on tsütopaatilise efekti kõige raskem vorm. Selle uurimiseks külvatakse rakud üksikkihina pinnale, näiteks Petri tassile, nii, et nad kataksid seda täielikult. Saadud rakkude kiht nakatatakse viirusega. Kõik rakud ja nende tuumad tõmbuvad kokku ning vabanevad tassi küljest kolme päeva jooksul. Selline tsütopaatilise efekti tüüp on iseloomulik enteroviirustele.

Osaline hävitamine

Sarnaselt totaalse hävitamisega uuritakse seda nii, et külvatakse rakud üksikkihina Petri tassile ja oodatakse, et tass kasvaks täiesti täis, ning siis nakatatakse viirusega. Siin ilmneb tsütopaatiline efekt rakkude osalises lahtitulekus ja hävinemises. See on omane togaviirustele, mõnedele pikornaviirustele ja paramüksoviirustele.

Fokaalne degeneratsioon

Fokaalne degeneratsioon põhjustab lokaalset rünnakut peremehe rakkude üksikkihile. Selline tsütopaatiline efekt võib küll lõpuks koe hävitada, aga algsed staadiumid ja viiruse levik toimuvad rakkude sees lokaliseerutud viiruslikes keskustes. Selline tsütopaatiline efekt põhjustab peremeesrakkudes iseloomulikke muutusi. Rakud suurenevad, muutuvad ümaraks ja refraktiilseks. Lõpuks tulevad peremeesrakud pinna küljest ka lahti. Viiruse levik toimub nii, et lahtitulevad rakud on ümbritsetud suurenenud ümarate rakkudega, mis on ümbritsetud tervete kudedega. Sellist tsütopaatilist efekti võib näha herpesviirustel ja poksviirustel.

Paisumine ja kokkukleepumine

Paisumine ja kokkukleepumine on selline tsütopaatiline efekt, mille tagajärjel rakud paisuvad märgatavalt. Suurenedes rakud kleepuvad omavahel kokku ja moodustavad klastreid, mis näevad välja nagu viinamarjakobarad. Lõpuks tulevad rakud ka pinna küljest lahti. Selline tsütopaatiline efekt on omane adenoviirustele.

Vahutav degeneratsioon

Vahutav degeneratsioon (teisiti öeldes ka vakuoliseerumine) on degeneratsioon, mille tagajärjel moodustuvad suured ja/või arvukad vakuoolid peremeesraku tsütoplasmasse. Mitmed viiruste perekonnad, kaasa arvatud mõned retroviirused, paramüksoviirused ja flaviviirused võivad põhjustada sellist efekti. Vakuoliseerumist on keeruline näha ilma värvimiseta.

Rakkude integratsioon ehk sünsüütsium

Rakkude integratsioon ehk sünsüütsium hõlmab nelja või enama raku kokkusulamist üheks, moodustades mitmetuumse raku. Väikesed sünsüütsiumid on nähtavad ainult pärast värvimist. Mõnede paromüksoviiruste jaoks on see ainus tsütopaatilise efekti vorme. Seda kasutavad veel ka herpesviirused, kuid neil esineb ka muid vorme. Rakkude integratsiooni tuleb eristada lihtsalt kokkukleepumisest või klastrite moodustumisest.

Inklusioonkehakesed

Inklusioonkehakesed on alad rakus, mis värvuvad valikuliselt. Neid ei saa näha elusrakkude kultuuris. Selline tsütopaatiline efekt on sõltuv nakatava viiruse tüübist. Kehakesed võivad esineda üksikult või mitmekesi koos, olla suured või väikesed, ümarad või ebaregulaarse kujuga, tuumasisesed või tsütoplasmaatilised, eosinofiilsed (värvuvad roosalt) või basofiilsed (värvuvad sinakaslillalt). Võib esineda ka kromatiini marginatsioon, mille puhul põhjustab värvimine peenikese joone ümber tuuma. Enamasti näitavad inklusioonkehakesed alasid rakus, kus sünteesitakse viiruse valke või nukleiinhappeid või kohti, kus pannakse kokku virione. Mõnedel juhtudel pole inklusioonkehakeste tekkimiseks vajalik aktiivse viiruse olemasolu, sest need võivad näidata ka viiruslike armide asukohti.

Diagnostika

Mõnede viiruste tsütopaatilised efektid on ainult neile omased ning seetõttu on olulised vahendid viroloogidele diagnoosimaks nakatunud loomi ja inimesi. Viiruste identifitseerimiseks on oluline ka tsütopaatilise efekti ilmnemise tase. Kui see ilmneb koekultuuris 4–5 päeva pärast nakatumist madalama infektsiooniliste partiklite arvuga (MOI), siis võib öelda, et viirus replitseerub aeglaselt. Kui aga samadel tingimustel ilmneb 1–2 päevaga, siis loetakse sellist viirust kiiresti replitseeruvaks. Siiski tuleb arvestada, et kultuure inokuleeritaks madalama MOI-ga, sest kõrge MOI puhul ilmnevad kõik tsütopaatilised efektid kiiresti.

Esimene märk viiruslikust infektsioonist on rakkude ümardumine. Tihti ilmnevad pärast seda peremeesraku tuumas ja/või tsütoplasmas inklusioonkehakesed. Neid saab tuvastada valgusmikroskoopiaga patsiendi verest või spetsiifiliselt värvitud nakatunud koetüki lõigust. Siiski selleks, et näha tsütopaatilise efekti kõiki omadusi, on vaja kasutada elektronmikroskoopi. Inklusioonkehakesed võivad olla viiruse replikatsiooni kõrvalsaaduste kogumid või peremeesraku moondatud struktuurid. Mõned viirused põhjustavad ka sünsüütsiumite moodustumist. Need on suured tsütoplasmaatilised massid, mis koosnevad hulktuumsetest rakkudest. Need on tavaliselt põhjustatud nakatunud rakkude integratsioonist. Selle mehhanismi kaudu saab viirus liikuda nakatunud rakust nakatumata rakkudesse.

Kuna peremeesrakkudes tekkivad tsütopaatilised efektid on viirusspetsiifilised, saavad uurijad kasutada neid eksperimentides erinevuste väljatoomiseks. Paljud viirused annavad erineva vastuse, kasutades teist peremeesraku liini. Samuti saab tsütopaatilist efekti kasutada ka laboris paljundatavate rakuliinide puhtuse kontrollimiseks.