Membraansete organellide ehitus ja funktsioon

Bioteaduste meetodika

Loodusseadused on teaduslike faktide üldistused, mis võimaldavad samaaegselt selgitada mitmeid loodusnähtusi.

Bioteaduste uurimisobjektid pärinevad loodusest: biomolekulid, rakud, organismid, populatsioonid, liigid, ökosüsteemid.

Kasutatavad meetodid jaotatakse: vaatlus, võrdlus (võrdlev anatoomi, geenijärjestuse võrdlus), katse (kui muudetakse üht tingimust ja võrreldakse tulemusi nii muudetud kui muutmata tingimustega katse puhul)

TEADUSLIKUD FAKTID

                                                             ∨

Uurimisobjekt <     PROBLEEMI PÜSTITAMINE > muutuja

                                                                   ∨

                                      TAUSTAINFO KOGUMINE > teadusinfo

                                                                   ∨                                 

Probleemi oletatav vastus < HÜPOTEESI SÕNASTAMINE 

                                     ∨                                  

Vaatluste, kastsete korraldamine>HÜPOTEESI KONTROLLIMINE>katse-ja vaatlustulemused

                                                       ∨         

                                    TULEMUSTE ANALÜÜS JA JÄRELDUSED

                                                       UUED TEADUSLIKUD FAKTID

 

HÜPOTEES TÕESTATAKSE või LÜKATAKSE ÜMBER (e HÜPOTEES PEAB OLEMA FALTSIFITEERITAV)

                                                                   ∨

PÄDEVA TEADUSLIKU TEOORIA ALUSEL ON VÕIMALIK

ENNUSTADA NÄHTUSI/FAKTE, MILLE OLEMASOLU HILJEM EKSPERIMENTAALSELT TÕESTATAKSE

 

Elu organiseerituse tasemed

- MOLEKULAARNE tase – molekulaarbioloogia, geenitehnoloogia, süsteemibioloogia (BIOMOLEKULID ainult ELUSlooduses). Esmane organiseerituse tase. Kõikjal, kus on elu, esinevad biomolekulid: sahhariidid, lipiidid, valgud, nukleiinhapped.

- ORGANELLI tase – (molekulaarne) rakubioloogia. Uuritakse raku organelle: tuum, ribosoomid, mitokondrid jne. Kui need rakkudest eraldada, ei kanna nad enam elu tunnuseid. Organellide koostööst tulenevad rakkude omadused.

- RAKU tase – rakubioloogia. Rakk on elu esmane organiseerituse tase, kus ilmnevad kõik elu omadused.

- KOE tase - histoloogia, arengubioloogia/embrüoloogia. Inimesel põhikoed: epiteel-, lihas-, närvi- ja sidekude. Rakkude ehitus ja talitlus on kooskõlas vastavate kudede ja organite talitlusega. Sarnase ehituse ja talitlusega rakud moodustavadki koe.

- ELUNDI tase – ERI KOED (Tissues) moodustavad ELUNDID e. ORGANEID (anatoomia, füsioloogia). Organitest moodustuvad ELUNDKONNAD e. ORGANSÜSTEEMID (füsioloogia). Elundkond on samuti elu organiseerituse üks tase.

Organismist eraldatuna ei ole ühelgi koel, organ(süsteemil) elu tunnuseid. Seetõttu peetakse rakust järgmiseks oluliseks tasemeks organismi taset.

- ORGANISMI tase –  organism talitlus sõltub tema elundite(kondanse) koostööst, regulatsiooniga tagatakse sisekeskkonna stabiilsus, neuraalne regulatsioon, humoraalne regulatsioon. Organismid koos omakorda moodustavad POPULATSIOONIDES taseme – ühel asustusalal elavad sama liiki organismid.

- LIIGI tase – üks peamisi. Uurib, mis on ühe konkreetse liigi eripära

ÖKÖSÜSTEEMI TASE – organismid + keskkond (st ümbritsev elus- ja eluta lodus – ökoloogia). Ühisel territooriumil omavahel toitumissuhetes olevad organismid – Kogu ELU KÕRGEIM TASE – BIOSFÄÄR, hõlmab kogu Maad ümbritsevat elu sisaldavat kihti.

3. Suhkrute lühiiseloomustus

Sahhariidid ehk süsivesikud on orgaanilised ained, mille koostisse kuuluvad süsinik, vesinik ja hapnik. Sahhariidid jaotatakse kolme rühma mono-, oligo- ja polüsahhariidid. Et mono-ja oligosahhariidid on magusamaitselised, nim. neid ka suhkruteks.

Monosahhariidid ehk lihtsuhkrud koosnevad enamasti kolmest kuni kuuest süsinikust. Neist tähtsamad on viiesüsinikulised riboos ja desoksüriboos, mis kuuluvad nukleiinhapete koostisesse. Lisaks on olulised kuuesüsinikulised glükoos ehk viinamarjasuhkur ja fruktoos ehk puuviljasuhkur, mis mõlemad on olulised makroenergilised molekulid, mida organismid kasutavad oma elutegevuseks.

Oligosahhariidid on orgaanilised ühendid, mis on enamuses moodustunud kahe- kolme monosahhariidi (disahhariidid) ühinemisel. Näiteks sahharoos (roo-ja peedisuhkur), mis on moodustunud glükoosi ja fruktoosi ühinemisel, maltoos ehk linnasesuhkur, mis on moodustunud kahest glükoosijäägist ja laktoos ehk piimasuhkur, mis on moodustunud glükoosist ja galaktoosist. Neid suhkruid kasutatakse samuti peamiselt energia saamiseks.

Polüsahhariidid on kõrgmolekulaarsed orgaanilised ühendid, mis koosnevad monosahhariidide lülidest ehk monomeeridest. Tuntumad polüsahhariidid on tärklis, mis on fotosünteesi käigus sünteesitud glükoosi varu (talletunud tärklise kujul), tselluloos, samuti sünteesitud glükoosist ning mis on taime rakukesta ja tugikoe rakkude peamine koostisosa, kitiin, lülijalgsete välisskeleti ja seente rakukesta peamine koostisosa, ja glükogeen, loomne tärklis, mida sälitatakse glükoosivarudena maksas ja lihastes.

Sahhariide kasutatakse peamiselt energia saamiseks, varuainena ning ehitusliku elemendina.

 

 

Lipiidide iseloomustus

Lipiidid on vees mittelahustuvad orgaanilised ühendid, mille alla kuuluvad rasvad ehk lihtlipiidid, õlid, vahad ja steroidid.

Rasvad ehk lihtlipiidid on glütseroolist ja rasvhappejääkidest koosnevad estrid. Mida rohkem on rasvhappejääkides kaksiksidemeid, seda vedelam rasv on (esinevad nii taimede kui ka loomade rakkudes)

Lihtlipiidide ühinemisel teiste keemiliste ühenditega moodustuvad liitlipiidid, näiteks fosfolipiidid

(kuuluvad rakumembraani koostisesse).

Õlid on vedelad rasvad, mille rasvhappejäägid sisaldavad ohtralt kaksiksidemeid.

Vahad on lipiidid, mille molekulides esinevad glütserooli asemel muud alkoholid, näitek taimsed vahad puuviljadel, okastel, mis täidavad kaitsefunktsiooni; loomsed vahad näiteks mesilasvaha (mesilaste kärjed).

Steroidid madalmolekulaarsed tsüklilised ühendid, mille hulka kuuluvad kolesterool, hormoonid ja vitamiin D.

Hormoonid on bioaktiivsed ained, mis reguleerivad ja koordineerivad samaaegselt mitme elundkonna talitusi, näiteks neerupealised hormoonid ja suguhormoonid testosteroon ning östrogeen.

 

Kokkuvõte- lipiidide funktsioonid

• Energeetiline funktsioon. Lipiidide koostises olevad rasvhapped on olulised energia saamise seisukohast – lipiidid on kõige energiarikkamad inimtoidu komponendid: 1g annab 38,9 kJ, so 9,3 kcal
• Ehituslik funktsioon. Fosfolipiidid ja kolesterool kuuluvad rakumembraani koostisse.
• Varuaine funktsioon. Loomadel varurasv,taimedel õlid seemnetes,viljades ja mesilaskärjed (vahad).
• Ainevahetuslik funktsioon. Metaboolse vee teke - lipiidide lõplikul lõhustumisel moodustuvad vesi ja süsihappegaas. Omane kõrbeloomadele nagu kaamel, kes üldse ei joo.
• Kaitsefunktsioon.

· Nahaalune lipiidide kiht, kui ka siseorganite ümber olevad lipiidid kaitsevad mehhaaniliste põrutuste eest.

· Nahaalune lipiidide kiht kaitseb keha mahajahtumise eest.

· Veelindudel kaitseks märgumise eest.

· Rasvkoes võivad talletuda kehavõõrad ained (mürgid).

· Pruun rasvkude, kus toimub aktiivne rasvhapete lõhustumine on oluline imikute soojusregulatsioonis, samuti talveunest ärkavatel loomadel aga ka talisuplejatel.

· Lahusti funktsioon. Veres olevad lipoproteiinid kannavad rasvlahustuvaid vitamiine organismi kõikidesse kudedesse.

 

5. Aminohapete ja valkude lühiiseloomustus

Valgud ehk proteiinid on aminohapetest moodustunud polümeerid. Erinevaid aminohappeid on valkudes kuni 20.

Aminohapped koosnevad aluseliste omadustega aminorühmast (NH₂), happeliste omadustega karboksüülrühmast (COOH) ning molekuli ülejäänud osa on erinev kõigil aminohapetel. Selletõttu ongi neil mitmesugused keemilised omadused. Igal aminohappel on L ja D isomeer, need on käelised.

 

Aminohappeid tähistatakse kolmetäheliste lühenditega. Aminohapete omadused mõjutavad nende     

asukohta valgus: laenguta on hüdrofiilsed ja asuvad valgu välispinnal; Mittepolaarsed on hüdrofoobsed ja need valgu sisepinnal;  aluselised ja happelised on polaarsed ja paiknevad valgu välispinnal.

Valke sünteesitakse raku tsütoplasmas paiknevates ribosoomides. Kahe aminohape reageerimisel moodustub nende vahele kovalentne side ehk peptiidside, eraldub vee molekul. Valgu molekulis on peptiidsidemega ühendatud sadu või isegi tuhandeid aminohappejääke. Enamus valke koosneb ühest ahelast, kuid osa ka kahest või enamast ahelast. Valkudel on mitmesuguseid ruumilisi struktuure. Valkudes on kolm osa: N-terminaalosa, peptiidsidet moodustav osa ja C-terminaalosa.

Peptiidsidemete süntees toimub alati kindlas suunas: N- terminus→C-terminus.

 

Valgu aminohappelist järjetust nimetatakse valgu esimeseks struktuuriks. Nt insuliinil on see Phe- Val- Asn- Gly....jne. Teist järku struktuur tekib polüpeptiidi keerdumisel heeliksiks (struktuuri hoiavad koos vesiniksidemed). Molekuli edasisel kokkukeerdumisel moodustub kolmandat järku struktuur gloobul (keraja kujuga). Kõigil valkudel gloobulit ei moodustu. Kui omavahel ühinevad kaks või enam polüpeptiidi, moodustub valk, mille puhul räägitakse neljandat järku struktuurist.

Valkude ülesanded:

- Ensüümisümaatiline – kiirendavad reaktsioonide kiirust, kõrge spetsiifilisus, iga reaktsiooni jaosk on oma ensüüm (amülaas, lipaas)

- Ehituslik funktsioon – karvad, küüned, sõrad, kabjad

- Transportfunktsioon – molekulid rakku sisse ja sealt välja

- Retseptorfunktsioon – retseptorvalgud edastavad infot väliskeskkonnast raku sisemusse.

- Regulatoorne funktsioon – valgulised hormoonid

- Liikumis- müosiinid, kinesiinid

- Kaitsefunktsioon – antikehad, mis võitlevad organismidele mitteomaste ühendite vastu

- Energeetiline funktsioon – seda alles siis, kui kõik teised varud on ammendunud

Valkude puhul uuritakse nende:

· struktuuri,

· funktsiooni(mis siis juhtub, kui antud valku enam organismis poleks, antud valku kodeerivat geeni poleks,valgu rolli molekulaarsel, organeli, raku, koe, organismi tasandil);

· raku- ja koesisest paiknemist;

· keemilisi reaktsioone ja metabolismi(1) millistes keemilistes reaktsioonides antud valk osaleb; 2) kuidas sünteesitakse; 3) kuidas lagundatakse);

· reaktsiooni kiirust (ka teiste biomolekulide puhul uuritakse neid)

Zn sõrme abil seonduvad osa DNA-seonduvad valgud DNA-le geeniregulatsiooniks.

Valgud seovad spetsiifiliselt teisi molekule (ligande) tänu oma 3-D struktuurile, sellest sõltuvad valgu bioloogilised omadused

 

 

6. Nukleiinhapete lühiiseloomustus

 

Nukleiinhapped- on polümeerid, mille monomeerideks on nukleotiidid.

Nukleiinhappeteks on:

1) RNA (ribonukleiinhape) –  osaleb geneetilise informatsiooni avaldumises. Koosneb ribonukleotiididest. Moodustunud lämmastikaluse, riboosi ja fosfaatrühma liitumisel. Neli erinevat nukleotiid(lämmastikalused): A, G, C, U (A=T, G=C)

- RNA esmane struktuur - primaarstruktuur. Nukleotiidijääkide hulk ja järjestus RNAs. Tekib sünteesijärgselt.

- Teisene struktuur. Molekul, milles üksikahelalised lõigud vahelduvad kaksikahelaliste lõikudega. Omavahel paarduvad (tRNA)

 

1) DNA (desoksüribonukleiinhape)- päriliku info süilitamine ja selle täpne ülekanne tütarrakkudele. Koosneb desoksüribonukleotiididest. Neli erinevat nukleotiidi: A, G, C, T. Moodustunud lämmastikaluse, desoksüriboosi ja fosfaatrühma liitumisel. Nukleiinhapete sünteesil on kindel suund: 5´ (prim) ots + 3´ (prim) ots. Kaksikahelaline, nn biheeliks. Ahelad on antiparalleelsed: üks ahel:-5´ ots, teine-3´ots.

DNA´l on kolm struktuuri:

· DNA esmane struktuur - nukleotiidijääkide hulk ja järjestus DNA üksikahelas. Üksikahelaline DNA esineb rakus sünteesiprotsessides ja teatud viirustes.

· 2) DNA sekundaarstruktuur - DNA levinuim esinemisvorm. (biheeliks ja kaksikspiraal)

· 3) DNA tertsiaalstruktuur - tekib DNA ja valkude koosmõjul. DNA + valgud =kromosoomid.

REPLIKATSIOON (DNAlt DNA)

TRANSKRIPTSIOON (DNAlt mRNA ja rRNA)

TRANSLATSIOON (mRNAlt VALK)

Biofunktsioonid
1. kolme fosforhappe jäägiga nukleotiidid osalevad energiasalvestamises (ATP ja GTP osalevad energia salvestamises, neil on makroenergilised sidemed)
2. ühe fosforhappe jäägiga nukleotiidid nt AMP ja GMP on nukleiinhapete ehitusüksusteks, mitmed nukleotiidid on liitensüümides mittevalguliseks osaks (tavaliselt kohaks, kus toimub reaktsioon) osad nukleotiidid on antibiootilise toimega (tapavad baktereid)
3. tsüklilise ehitusega nukleotiidid nt cAMP on biosignaalide vahendajad (virgatsühendid ehk käskjalad)
4. disainitud ehitusega nukleotiidid on vähirakkude vastased ravimid (keemiaravi ehk kemoteraapia)

(Nukleotiidid on

a) substraadiks nukleiinhapete sünteesil
b) energiakandjad
c)Tsüklilised nukleotiidid on signaalimolekulid ja regulaatorid raku metabolismis ja reproduktsioonis)

 

 

7. Peamised erinevused DNA ja RNA vahel:

· Suhkrujääk erinev

· T ümiin- U ratsiil

· Kaheahelaline/üksikahelaline

· RNA omab katalüütilist funktsiooni

Peamisteks erinevusteks on 3, 1 ja 4

Tunnus	DNA	RNA
1)monomeer	desoksüribonukleotiid	ribonukleotiid
2)sahhariid	desoksüriboos	riboos
3)N-alused	A=T, G=C	A=U, G=C
4)struktuur	biheeliks, so kaks ahelat, mis on kruvikujuliselt keerdunud	üks ahel
5)klassid	-	tRNA, rRNA, mRNA jt
6)ülesanne	päriliku informatsiooni säilitamine ja edasiandmine	pärilikkuse realiseerimine
7)leidmine	tuumas, mitokondrites, kloroplastides	tuumas, mitokondrites, kloroplastides, ribosoomis, tsütoplasmas

 

 

8.  Kolm põhilist RNA-de klassi rakkudes, nende funktsioonid

On kolm põhilist RNA-de klassi:

1) informatsiooni RNA (mRNA)- sünteesitakse rakutuumas DNA ühe ahela järgi. See toob geneeetilise info rakutuumas asuvatest kromosoomides tsütoplasmas olevatesse ribosoomidesse (valgusünteesi toimumiskohta). Kodeeriv(pp-st)

 

2) transport RNA (tRNA) ülesandeks on mRNA molekuliga ribosoomidesse saabunud geneetilise info lahtimõtestamine. Vastavalt sellele toovad tRNA molekulid kohale ”õiged” aminohapped ja lülitavad need sünteesitava valgu ahelasse. Selle lülitamise koha tunneb ära tRNA antikoodon. Iga tRNA suudab siduda ainult üht kindlat aminohappet. Adapterid valgusüneetsil (pp-st)

 

3) ribosoomi RNA (rRNA)- kuulub ribosoomi koostisesse ja sünteesib peptiidsidemeid aminohapete vahel. Ribosoomide struktuur- ja katalüütilised elemendid

Kujundlikult öeldes mRNA ”ütleb, kuidas valku teha”,tRNA toob selleks ”ehituskive” ning rRNA on ”tootmishoone” üheks moodustajaks.

Lisaks on palju väikste RNA-de klasse.

 

9.  Prokarüootsete ja eukarüootsete rakkude peamised erinevused

- Rakutuum

- geenis intronid, pre-mRNA läbib splaisingu, modifitseeritakse (5’cap ja 3’polüA-saba) ja eksporditakse tuumast tsütoplasmasse

- transkriptsiooniks on vaja aktivaatorvalke

- promootorid on keerulisemad

- üks mRNA kodeerib eukarüootidel ainult ühtevalku, prok mitut

	Prokarüootsed e eeltumsed rakud	Eukarüootsed e päristuumsed rakud
1)tüübid	bakterid	taimede, loomade, seente rakud ja protistid
2)tuum	puudub, selle asemel on tuumapiirkond	on kahemembraaniga ümbritsetud tuum
3)tuumamebraan	puudub	on olemas
4)DNA	DNA hulk on väiksem, on üks rõngaskromosoom	DNA´d on rohkem, on lineaarsed (alguse ja lõpuga) kromosoomid
5)sisemembraanistik(tsütopalsma-võrgustik, organellid)	puudub	on arenenud
6)tsütoplasma	jäik ja liikumatu	vedelam ja liikuv

10. Raku- ja rakutuumamembraani lühiiseloomustus.

Membraan eraldab raku sisekeskkonda väliskeskkonnast, kaitseb seda kahjulike mõjude eest ja ühendab rakke omavahel.

Rakutuumaümbris koosneb kahest membraanist. Membraanides paiknevad poorid, mille kaudu toimub ainete liikumine tuuma sisemusse ja sealt välja. Ehituselt on tuumamembraan sarnane rakumembraaniga.

Rakumembraan koosneb põhiliselt fosfolipiididest ja valkudest. Ainete transport toimub läbi rakumembraani, eristatakse aktiivset (rakk kulutab energiat) ja passiivset (energiat vaja ei ole) transporti.

Passiivsed on difusioon ja osmoos (molekulid liiguvadmadalamast kontsentratsioonist kõrgemasse ja sellega tekitab rakus osmootse rõhu).

Membraani ehituses olevad transportvalgud osalevad aktiivses transpordis. Need juhivad läbi membraani ainult kindlaid aineid. Ka retseptorvalgud on membraanis, osalevad infovahetuses väliskeskkonnaga.

Bakteriraku ehitus

Eeltuumsed e.prokarüoodid. Üherakulised

Olemas

-Rakumembraan

-Kest võimaldab rakul suuremaks kasvada, kaitsefunktsioon

-Tuumapiirkond e.nukleoid, milles paikneb rõngjas vaid üks kromosoom

-Kapsel,mis kaitseb neid keskonna mõjude eest

-DNA rõngasmolekul e. plasmiid, mis sisaldab geene, mis on vajalikud bakteri kasvukeskkonna eripärast tulenevate ensüümide sünteesiks (tänu nendele jäävad bakterid ekstreemsetes oludes ellu, muidu oleks elujõuetu)

-Ribosoomid

-Gaasivakuoolid(ve es elavatel bakteritel)

Puudub

-Membraanidest koosnevad struktuure

-Membraanidega ümbritsetud organellid

 

Seeneraku ehitus

Seeneraku tsütoplasmas on samad organellid, mis on loomarakuehituses (tuum, ribosoomid, mitokondriid, lüsosoom, Golgi kompleks, tsütoplasma, tsütoplasmavõrgustik). Kuna seened on heterotroofse ehitusega, siis puuduvad neil taimerakule omased plastiidid ja vakuoolid. Üherakulised pärmseened on ümarad, aga hulkraksete seente hüüfe moodustavad rakud on pikad ja silindrikujulised. Rakkude otstes on avad, mille kaudu liiguvad tsütoplasma, organellid ja rakutuum teise rakku. Mõnel seeneliigi rakul need avad puuduvad, ja siis koosneb seeneniit ühest hulktuumsest rakust.

 

Seeneraku ehitus:

Seenerakk on ümbritsetud membraaniga (sarnaneb looma ja taimeraku omaga).

Membraanist väljapoole jääb rakukest koosneb kitiinist. Rakukest kaitseb, toestab rakku ja annab talle kindla kuju. Kuna enamik seeni toitub kogu keha pinnaga, siis liiguvad vesi ja selles lahustunud ained läbi rakukesta ja membraani tsütoplasmasse osmoosi teel. Seeneraku keskosas asub kahe membraaniga ümbritsetud rakutuum.Tsütoplasmas paiknevad mitokondrid varustavad rakku energiaga.

 

1. Tuum

2. Tuumake

3. Ribosoomid

4. Mitokondrid

5. Lüsosoomod

6. Golgi kompleks

7. Tsütoplasmavõrgustik

8. Tsütoplasma

9. Tsütoskeleet

10. Rakukest (kitiinist)

11. Mõnedel on vakuool gaasiga

12. Rakumebraan

Taimeraku ehitus

Taimerakule on iseloomulikud vakuoolid, plasmiidid ja rakukest.

Mitokondrid varustavad rakku energiaga, mida on vaja tema elutegevuseks ja olemasolevate rakustruktuuride säilitamiseks. Hapnikku tarbides muundavad nad süsivesikutes ja rasvades peituva energia rakkudele kättesaadavaks. ON KA LOOMRAKUS.

Tsütoplasma on raku sees. See sisaldab rohkesti vett ning selles on lahustunud orgaanilisi ja anorgaanilisi aineid, Rakumembraan eraldab rakku teistest rakkudest kui ka ümbritsevast keskkonnast.
 ON KA LOOMARAKUS.

Vakuool on õhukese membraaniga ümbritsetud vee ja selles lahustunud ainete mahuti.
Kloroplastid on plastiidid, milles toimub fotosüntees. Neis valmistatakse orgaanilisi aineid, kasutades päikese energiat.
Rakukest (koosneb tselulloosist) annab taimerakule tugevuse ja kuju. Läbi rakukesta ja rakumembraani pooride toimub aine- ja energiavahetus.

 

1) Tuum

2) Tuumake

3) Ribosoomid

4) Mitokoondrid

5) Lüsosoomid

6) Golgi kompleks

7) Tsütoplasmavõrgustik

8) Tsütoplaasm

9) Tsütoskeleet

10) Rakukest (tselluloosist, ligniinist, pektiinist.)

11) Vakuool

12) Plastiidid (Leukoplastod, hloroplastis ja hromoplastid)

13) Rakumembraan

DNA replikatsioon

Replikatsioon algab spetsiifilistelt genoomi lõikudelt, mida kutsutakse originideks.

- DNA polümeraas katalüüsib replikatsiooni. DNA polümeraasi kopeerimisvigade hulka vähendab ensüümi 3’-5’ eksonukleaasne aktiivsus, mis eemaldab mittepaardunud nukleotiidi.

· sünteesib suunas 5’-3’

· vajab vaba 3’OH otsa

· omab ühtlasi 3’-5’ eksonukleaasset aktiivsust

- 3’OH tuleb RNA praimerist, mille sünteesib DNA primaas

- Juhtahel sünteesitakse pidevana, mahajääv ahel Okazaki fragmentidena

RNaseH lagundab RNA, tühimikud täidab DNA polümeraas ja eri fragmendid ühendab fosfodiestersidemega DNA ligaas  

- Lisaks osalevad ensüümid, mis ületavad DNA replikatsiooni käigus tekkivaid ruumilisi takistusi

· DNA helikaas sulatab kaksikahela lahti

· Üksikahelalist DNAd stabiliseerivad valgud

· Topoisomeraasid teevad DNA ahelatesse ajutisi auke (nick) ja katkeid (break)

- Päristuumsetel rakkudel toimub see enne mitoosi ja meioosi. Matriitssüntees- st, et DNA, RNA ja valgud sünteesitakse olemasolevate molekulide (DNA või RNA) ahelate alusel, mis määravad sünteesitavate molekulide monomeeride järjestuse. Sel teel tagatakse geeneetilise info ülekanne.

Geen ja genoom

Geen - DNA järjestuse lõik, funktsionaalne ühik, mis kodeerib valku või struktuurset, katalüütilist või regulatoorset RNAd

- regulatoorsed järjestused ja kodeeriv ala

- kodeeriv ala eukarüootidel koosneb eksonitest (kodeeriv ala, mis on küpse RNA koostises) ja intronitest (transkribeeritav ala, mis lõigatakse RNA-st välja), vt skeemi vihikust.

Genoom - ühes liigiomases kromosoomikomplektis sisalduv geneetiline materjal ehk sisuliselt siis DNA. Inimese genoom koosneb 24 kromosoomist. 3,2 miljardit nukletiidi, HIVil 10 000 nt

Transkriptsioon

Kõigepealt on seal preRNA, mis koosneb eksonitest ja intronitest, siis splaissingu teel (lõigatakse välja) saadakse ainult eksonid, millest moodustub küps RNA, mille järgi saab valgu.

Transkriptsioon- matriitssüntees, mille käigus saadakse DNA molekuli ühe ahela nukleotiidse järjestusega komplementaarne RNA molekul.

 

Kui geenilt toimub transkriptsioon, nim seda geeni avaldumiseks. Avaldumise järgi jaotatakse geenid 4 gruppi: 1)Samaaegselt kõigis rakkudes avalduvad geenid- rRNA, tRNA. 2)Kindla koe rakkudes avalduvad geenid- insuliini geen kõhunäärmerakk udes. 3)Rakkude mingil kindlal elutegevuse etapil avalduvad geenid, näiteks: loote elundkondade väljaarenemine. 4)Geenid, mis ei avaldu mitte kunagi evolutsioonis, kaotanud oma tähtsuse.

Geenide aktiivsust reguleerivad: struktuurgeenid, mis määravad raku ehituses ja ainevahetuses osalevate valkude, tRNA ja rRNA sünteesi, ning regulaatorgeenid kontrollivad struktuurgeenide avaldumist.

· toimub 5’-3’

· viib läbi RNA polümeraas

- prokarüootidel abifaktor σ

· ei vaja praimerit

· süntees algab promootorilt...

- kindel DNA signaaljärjestus, seonduvad regulaatorvalgud

·... lõppeb terminaatorini jõudmisel     

- DNA järjestus, kus RNA pol vabastab sünteesitud RNA

· Initsiatsioon (RNA pol seondub DNA promootorile ning algab transkript), pärast seda vabastatkse promootor ning algab elongatsioon (sünteesimine), terminatsioon (elongatsiooni lõppemiseks on vajalik terminatsiooni signaal, lõpuks lõpetatakse süntees)

· täpsus: 1 viga iga 10 000 nt kohta

 

TRANSKRPITSIOON
I. Koht:
Eeltuumsed- tsütoplasmas
Päristuumsed tuumas, mitokondrites, kloroplastides.
II. Aeg:
Eeltuumsetel - kogu raku eluea jooksul
Päristuumsetel enamuse rakutsükli ajast va mitoos ja meioos (siis ei toimu)
III. Eeldused:
1. Üksikahelaline DNA lõik

2. Ensüümid: RNA polümeraas
3. Energeetilised faktorid ATP
4. Nukleotiidid RNA koostises
5. Protsessi kontrollivad ja reguleerivad valgud
IV: Olemus:
Kopeerimistüüp ehk matriitssüntees
V: Komplementaars us
VI: Tulemus:
Transkriptsioonil moodustuvad kõik 3 tüüpi RNA molekulid
Tekivad RNA eelmolekulid, mis vajavad täiendavat töötlust:
eelmolekulist kas eemaldatakse teatud lõigud
jaguneb teatud fragmentideks
lisatakse teatud järjestused
muudetakse keemilist koostist (N-aluseid)

27.  mRNA struktuur prokarüootidel ja eukarüootidel.

Erinevused:

- rakutuum

- geenis intronid, pre-mRNA läbib splaisingu, modifitseeritakse (5’cap ja 3’polüA-saba) ja eksporditakse tuumast tsütoplasmasse

- transkriptsiooniks on vaja aktivaatorvalke

- promootorid on keerulisemad

mRNA osad:

- avatud lugemisraam e ORF

· open reading frame, valku kodeeriv osa translatsiooni initsiaatorkoodonist kuni stopkoodonini

- mittekodeerivad järjestused 5’UTR ja 3’UTR

- eukarüootidel on 5’cap ja 3’polü-adenosiin-järjestus (polüA saba)

Translatsioon toimub ribosoomidel. RNA molekuli, millelt toimub translatsioon, nimetatakse mRNA-ks (inglise keelest messenger RNA). Prokarüootsetes rakkudes on primaarne transkript üldjuhul ka koheselt transleeritav. Eukarüootses rakus toimub aga primaarse transkripti,pre-RNA, protsessimine transleeritavaks mRNA molekuliks. Enamus eukarüootseid geene rakutuumas sisaldavad endis mittekodeerivaid alasid – introneid, mis vahelduvad kodeerivate piirkondadega – eksonitega. Intronjärjestusi sisaldavatelt geenidelt sünteesitakse transkriptsiooni käigus pre-mRNA, millest seejärel kõrvaldatakse mittekodeerivad järjestused splaissingu (splicing) teel. Slaissingureaktsiooni läbiviimiseks moodustub makromolekulaarne struktuur, mida nimetatakse splaissosoomiks. Enne splaissimist lisatakse pre-mRNA-le 5´-otsa 7-metüülguanosiin ja 3´- otsa polü-A järjestus – polüA saba, mis on 20-200 nukleotiidi pikk. Kõik need protsessid toimuvad rakutuumas. Protsessitud mRNA transporditakse tsütoplasmasse ning alles seal toimub translatsioon. Erinevalt eukarüootidest, kus transkriptsioon ja translatsioon on ajaliselt ja ruumiliselt teineteisest lahutatud, toimuvad prokarüootsetes rakkudes mõlemad protsessid korraga: parasjagu sünteesitavalt mRNA molekulilt algab kohe ka translatsioon.

 

MRNA protsessing

- Prokarüootidel on geeni poolt määratav esmane transkript võrdne mRNA-ga ning ta on ka kohe transleeritav. Eukarüootides toimub aga esmalt eellas- ehk pre-mRNA süntees, misjärel toimub nn. eellas-mRNA protsessing küpseks mRNA-molekuliks.

- Protsessimise käigus toimub enne translatsiooni pre-mRNA-lt spetsiifilise järjestuse kõrvaldamine ning transkripti mõlema otsa modifikatsioon. Enamikus eukarüootsetes geenides onmittekodeerivad järjestused e. intronid, mis lõigatakse RNA protsessingul RNA-st välja, ühendades sellega RNA-s geeni kodeerivad järjestused ehk eksonid. Hulkraksete intronid on reeglina palju pikemad (1500 nukleotiidi) kui eksonid (500 nukleotiidi).

- Intronite väljalõikamise protsessi nimetatakse geeni splaissinguks. Kogu info introni väljalõikamise (splaissmise) kohta paikneb intronis endas. Valku kodeerivate geenide pre-mRNA splaissingpeab toimuma väga täpselt, et mRNA saaks kodeerida funktsionaalset valku. Intronite täpne väljalõikamine peab toimuma nukleotiidi täpsusega, vastasel juhul läheb lugemisraam paigast ära.

- Enne splaissingut lisatakse pre-mRNA 5’-otsa 7-metüülguanosiinmüts ja 3’otsa transkriptsioonijärgselt pärast splaissingut 20–200 nukleotiidi pikkune polü-(A)-järjestus ehk polü-(A)-saba. 7-metüülguanosiinmüts aitab kaitsta kasvavat RNA-ahelat nukleaaside degradatsiooni eest ning eukarüootide mRNA polü(A)-saba suurendab oluliselt transkripti stabiilsust ja tal on tähtis roll mRNA transportimisel tuumast tsütoplasmasse. Küpses mRNA-s on ka mittekodeerivad piirkonnad (ingl. UTR-untranslated regions) – liider (alguses, 5’ osas), treiler (lõpus, 3’ osas)

- Splaissingu läbiviimiseks moodustub makromolekulaarne struktuur, mida nimetatakse splaissosoomiks. Kõik nimetatud protsessid toimuvad tuumas. Protsessitud mRNA transporditaksetsütoplasmasse, kus ta transleeritakse. Translatsioon on mRNA-s nukleotiidide järjestusena salvestatud informatsiooni ülekandmine aminohapete järjestuseks sünteesitava valgu molekulis. mRNA nukleotiidide triplettide vastavust aminohapetele valgu molekulis nimetatakse geneetiliseks koodiks.^[6][1]

- Järelikult on transkriptsioon ja translatsioon eukarüootidel ajaliselt ja ruumiliselt lahutatud. Seevastu prokarüootsetes rakkudes toimuvad transkriptsioon ja translatsioon järjestikku: sünteesitudmRNA osaleb kohe ka translatsioonil.

Geneetiline kood

- igat aminohapet polüpeptiidis kodeerib üks nukleotiiditriplett

- tripletid ei kattu omavahel ning pole ka väljajäetavaid nukleotiide

- kood on kõdunud – ühele aminohappele vastab rohkem kui üks koodon, erinevus on enamasti viimases nukleotiidis

- sarnastele aminohapetele vastavad sarnase järjestusega koodonid

- stopp-koodonid

- koodi universaalsus

Geneetiline kood- on vastavus, kus mRNA kolm järjestikust nukleotiidi (st. koodon) määravad ära ühe aminohappe paigutuse valgu molekulis.

 

TRNAde struktuur

 

tRNA on ribonukleiinhape, mis tegeleb rakus aminohapete transpordiga ribosoomi, kus geneetilise koodi alusel lisatakse aminohape sünteesitavasse valguahelasse.

tRNA molekulide sekundaarstruktuuri iseloomustatakse "ristikheinalehe" kujuga. tRNA sekundaarstruktuuri moodustavad 4 kaksikahelalist osa - õlga ja 4 üksikahelalist piirkonda - lingu, mis paiknevad vastavate õlgade otstes. tRNA molekuli otsad asuvad lähestikku, nende paardumisel tekkiv kaksikahelaline osa kannab nimetust "aktseptor-õlg", selle 3' otsa paardumata nukleotiididele liidetakse estersidemega aminohape. Aktseptor-õlg on 7 aluspaari pikk. T-õlg on saanud oma nime tänu modifitseerunud nukleotiididele, mis asuvad T-lingus. Need nukleotidid on ribosüültümidiin T ja pseudouridiin ψ. T-õla pikkus on 5 aluspaari, T-lingu pikkus varieerub harilikult 7-9 nukleotiidi ulatuses. D-õlg on saanud nime temas leiduva modifitseeritud nukleotiidi dihüdrouridiini D järgi. D-õla pikkus on harilikult 4 aluspaari, D-lingu pikkus on varieeruv. Antikoodon-õlg on alati 5 aluspaari pikk ja nagu nimestki on näha, sisaldab antikoodoni ling kolmest nukleotiidist antikoodonit mis vastab mRNA koodonile. Antikoodoni lingus on alati 7 nukleotiidi. Lisaks neile võivad paljud tRNA molekulid sisaldada lisalingu ja lisaõlga, mille pikkus võib olla suuresti varieeruv.

tRNA molekuli tasapinnaline struktuur

Funktsionaalselt on tRNA molekuli tähtsaim osa antikoodon, mille kolm nukleotiidi paarduvad komplementaarsusprintsiibi alusel mRNA koodoniga, mis on geneetilise translatsiooni ja geneetilise koodi strukturaalseks aluseks. Seetõttu on antikoodoni lingu ruumiline konformatsioon oluline täpse koodon-antikoodon seondumise toimumiseks. Antikoodoni ees paikneb konserveerunud U33 nukleotiid, mille järel teeb tRNA ahel järsu pöörde. Nukleotiid 34, esimene antikoodoni nukleotiid paardub mRNA koodoni viimase 3. nukleotiidiga ja seetõttu on oluline, et koodon-antikoodon seondumine lõppeks just 34. nukleotiidiga ega jätkuks U33 ga, niiviisi määrab tRNA ahelas toimuv järsk pööre ära koodoni pikkuse (3 aluspaari). Antikoodon on sobivas ruumilises struktuuris mRNA koodoniga paardumiseks. Antikoodoni järel paiknevad nn. hüpermodifitseeritud nukleotiidid, mis pole võimelised aluspaare moodustama, nii on tagatud translatsiooni täpsus.

Ribosoomide ehitus ja funktsioon

Ribosoom on kaheosaline molekulaarne masin, mis koosneb rRNA ja valgu molekulidest. Tema ülesandeks on katalüüsida peptiidahela moodustumist, lähtudes DNA pealt transkribeeritud mMRNA järjestusest. rRNAd sünteesitakse tuumakeses, valgud tsütoplasmas, pakitakse tuumakeses.

Ribosoomid koosnevad kahest subühikust, mis omavahel seondudes moodustavad funktsionaalse organelli. Mõlemad subühikud koosnevad ühest või mitmest rRNA molekulist ja nendega seondunud valkudest (väike ja suur subühik: prok. 30S+50S=70S; euk. 40S+60S=80S (S, Svedberg, sadenemisühik))

Ribosoomid moodustuvad tuumakestes. Sünteesijärgselt liiguvad nad mööda tuumamembraan pooride tsütoplasmasse. Seal kinnitub osa neist tsütoplasmavõrgustikule. Ribosoome võib leida ka mitokondrites ja kloroplastides.

 

31. Valgusünteesi regulatsioon

• Toimub ribosoomis.

• Osalevad mRNA, tRNA ja rRNA.

• mRNA seostub ribosoomiga.

• Translatsioon algab alguskoodoniga AUG.

• Komplementaarse antikoodoniga tRNA toob esimese (kindla) aminohappe ribosoomi. Teine tRNA mahub ka koos oma aminohappega ribosoomi.

• Kahe aminohappe vahele tekib tugev peptiidside

Translatsioon lõpeb stoppkoodonitega

 

Selle kohta võtsin lisainfo wikipediast, kus valgusünteesi regulatsioon oli transkriptsiooni tasandil ja translatsiooni tasandil.

32. Ribosüümid ja RNA maailm

Ribosüüm on ribonukleiinhape, millel on katalüütilised omadused. Ribosüümid on ensüümid, mis aga ei koosne polüpeptiididest, nagu enamik ensüüme, vaid polünukleotiididest.Ribosüüm- ensüüm, mis ei ole valguline, aga koosneb RNA ahelatest. Seda peetakse ensüümiks, sest ribosoomi koosseisu kuuluv rRNA sünteesib valgusünteesi käigus peptiididemeid aminohapete vahel.Arvatakse et RNA oli DNA eellane. Arvatakse, et olles üheahelaline ja võimeline moodustama mitmesuguseid tertsiaarstruktuure, võis kunagi olla ensümaatilise aktiivsusega ja katalüüsida ise enda replikatsiooni. Esmase info kandjaks olid RNA molekulid. 1982 a leiti, et on olemas RNA, millel on katalüüsi võime, mida nimetati ribosüümiks.

DNA-valk interaktsioonid

• regulatsioon toimib läbi paljude cis-acting elementide ja trans-acting faktorite vaheliste seoste. 

· mitte-kovalentsed 

· DNAga seostumiseks võib valgul olla vajalik seostuda enne teise valguga (valk-valk interaktsioon)

 

Restriktaasid

Restriktaasid- restriktaasid on ensüümid, mia lõikavad kindla DNA järjestuse(äratundmiskoht) katki nii, et tekivad iseloomulikud otsad.

Äratundmiskohad on sageli palindroomsed, pikkusega 4-8 nt (AIAS SADAS SAIA)

 

Restriktaasidel on omadus lõikata DNA topeltahel läbi kindlas piirkonnas (lõikepiirkond- ingl. k. cleavage site), mille määrab ära antud piirkonna DNA nukleiinhappeline-järjestus (äratundmis-järjestused; ingl. k. recognition sequences- koosnevad 4-8 nukleotiidipaarist), kusjuures iga ensüümi jaoks on see erinev.

Kasutades erinevaid restriktaase, võime saada DNA fragmente, millel on kas tömbid (Hpa I) või siduvad otsad (ingl. k. cohesive ends). Viimased kujutavad endast lühikesi ühekordse ahela juppe. Siduvate otsadega fragmente võib omavahel taas liita. Seega vôib teoreetiliselt mistahes geene omavahel liita.

Restriktaasid on ensüümid, mida toodavad bakterid enesekaitseks – need lõikavad DNA lõikudeks, aga nii, et tekivad üheahelalised otsad – “kleepuvad otsad”.

Selliste otstega DNA juppe on komplementaarsuse tõttu võimalik mugavalt liita. DNA ligaas sünteesib paardunud otste vahele fosfordiestersideme ehk ühendab.

Erinevate DNA-de liitmisel saame rekombinantse DNA.

 

Plasmiidid

Bakteri tsütoplasmas on lisaks rõngaskromosoomile tihti mõned väiksemad DNA rõngad, need ongi plasmiidid. Põhiliselt on neil ainevahetuslik tähtsus. Plasmiidid sisaldavad geene, mis on vajalikud bakteri kasvukeskkonna eripärast tulenevate ensüümide sünteesiks. Need aitavad lagundada ümbritsevas keskkonnas leiduvaid orgaanilisi aineid. See on vajalik toitumiseks, aga ka elutegevuseks kahjulike ainete lagundamiseks või nende toime vältimiseks. Nt sisaldavad plasmiidid geene, mille põhjal sünteesitud valgud aitavad bakteritel antibiootikumi keskkonnas ellu jääda. Ühes rakus sisalduvate plasmiidide koguarv ja neis sisalduvate geenide arv ei ole püsiva suurusega, geenid liiguvad rõngaskromosoomist plasmiididesse ja tagasi.

 

Rekombinantse DNA puhul peab plasmiidil olema replikatsiooni origin, resistentsusmarkergeen (et oleks antibiootikumi suhtes resistentne) ja kloneerimise võimaldamiseks restiktaasi lõikamiskoht (et saaks plasmiidi lahti lõigata)

 

DNA kloneerimise etapid

DNA kloneerimine- ühesuguste plasmiidide koopiate tegemine bakteri paljunemise tulemusena.

Geeni paljundamise põhietapid plasmiide abiga on järgmised:

1) plasmiidi isoleerimine bakterirakust (tavaliselt kasutatakse E. coli plasmiide);

2) plasmiidi "lõikamine" spetsiifilise restriktaasiga;

3) paljundatava geeni vôi DNA-lôigu "väljalõikamine" kromosoomist sama restriktaasiga- s.o. geeni isoleerimine;

4) isoleeritud geeni "istutamine" plasmiidi

5) plasmiidi viimine bakterirakku ja bakteri kasvatamine, mille käigus paljuneb ka vastav plasmiid.

6) paljundatud geeni isoleerimine plasmiididest

 

42. DNA sekveneerimise – selle kohta Pata slaidides

DNA sekveneerimine- DNA nukleotiidse järjestuse kindlaks tegemine.

Ensümaatilise meetodi puhul kasutatakse DNA-polümeraasi abil toimuva topeltahela sünteesi blokeerimist kindla nukleotiidi kohal. Tulemuseks on erineva pikkusega fragmendid, mille elektroforeesil joonistub välja DNA molekuli NH järjestus, need saab siis tuvastada.

 

43. Polümeraasi ahelreaktsioon

See oli revolutsioon molekulaarbioloogias, sest võimaldab eksponentsiaalselt DNA-d paljundada.

 

PCR viiakse läbi biokeemilise reaktsioonina ja selle puhul ei vajata elusorganisme DNA kopeerimiseks. Reaktsioon pôhineb ensüümi- DNA-polümeraas kasutamisel, mis katalüüsib DNA komplementaarse ahela sünteesi. PCR on DNA-molekuli paljundamine kunstlikes tingimustes.

Reaktsiooni läbiviimiseks on vajalik teada uuritava DNA lõigu otste nukleotiidset järjestust.

Reaktsiooni käivitamiseks kasutatakse kahte oligonukleotiidset (väiksest arvust nukleotiididest koosnevat (8..30) praimerit (ingl. k. primer), mis kumbki vastavad ühe komplementaarse DNA ahela alguse nukleotiidsele järjestusele ja talitlevad kui ensüümi substraat, kuna neil on vabad otsad uute nukleotiidide sidumiseks.

PCR pôhietapid on järgmised:

1) topeltahelalise DNA denaturatsioon kaheks üksikahelaks kôrge temperatuuriga (90-95 °C; 40-60 sek);

2) praimerite hübridiseerimine e. "istutatamine" kummalegi üksikahelale, milleks temperatuur viiakse alla ca 50 °C juurde 30 sekundiks ehk praimerite paardumine.

3) komplementaarse DNA ahela süntees DNA-polümeraasi toimel (72 °C juures aeg sôltub lôigu pikkusest, kuid ca 1-3 min). Ensüüm on termostabiilne ja on isoleeritud kuumavee allikates elavatest bakteritest (näit. Thermus aquaticus ja temalt saadud ensüümi nimetatakse TaqI).

Reaktsioonis kasutatavad komponendid (maatriks DNA, praimerid, ensüüm ja vabad nukkleotiidid- viiakse kohe algselt ühte katsutisse. Kuna ahelreaktsiooni etapid toimuvad erineva temperatuuri juures, siis on kogu protsess juhitav temperatuuri abil ja vastavaid tsükleid vôib korrata kümneid kordi. Igas tsüklis DNA hulk teoreetiliselt kahekordistub. Praktiliselt hilisemates tsüklites on reaktsiooni efektiivsus väiksem, kuna ensüümi aktiivsus langeb, samuti lôpevad otsa vabad nukleotiidid. Neid juurde pole aga vôimalik lisada. Saadud koopiate arv ulatub aga 30 tsükli järel juba miljonitesse, mis on rohkem kui küll olenematra, mis eesmärgil reaktsioon läbi viidi.

PCR produkt eraldatakse lahusest elektroforeesiga agargeelis.

PCR-i saab kasutada ka diagnostilisel eesmärgil: teatud DNA vôi RNA järjestuse (viiruste vôi bakterite) avastamiseks uuritavas materjalis vôi näiteks geenidefektide avastamiseks genoomis. Tema tundlikkus on teoreetiliselt selline, et kui uuritavas materjalis on üks DNA-molekul, mille järjestus ühtub materjalile lisatava praimeriga, siis me selle ka avastame. PCR- on kôrvaletôrjumas DNA sondide meetodit geneetiliste haiguste uurimisel, viirusinfektsioonide tuvastamisel ja mikroobide tüpiseerimisel.

 

44.  Elektroforees – selle kohta ka Pata slaidides

Elektroforees on elektriliselt laetud osakeste liikumine vedelikus elektrivälja mõjul: positiivsed osakesed katoodile ja negatiivsed osakesed anoodile.

Elektroforees on meetod, kus laetud osakesed liiguvad elektrijuhtivust omavas vedelas keskkonnas elektrivälja mõjul.

 

Geel-elektroforees - DNA kaksikahel liigub geelis elektriväljas kiirusega, mis on pöördvõrdeline log₁₀–ga tema massist (suurusest).

       1. maatriks on agaroos või polüakrüülamiid

                   2. puhver tagab, et DNA on laetud negatiivselt

                   3. DNA liigub suunas - + (katoodilt anoodile).

 

45. Nukleiinhapete hübridiseerimine

Kindla NA järjestuse tuvastamine NA molekulide segust kasutates komplementaarsusel põhinevat üksikahelate paardumist.

- Geelis lahutatud DNA/RNA kantakse üle (nailon)membraanile, nii et nad oleksid üksikahelad

-  Meid huvitav järjestus märgistatakse radioaktiivselt vm meetodil (proov)

- Lastakse üksikahelatel omavahel paarduda.       

- Mitteseostunud proov pestakse maha ja NA asukoht tuvastatakse märgise järgi.

 

Tamme loeng 4, slaid 61

3 etappi:

1. Valgu lahusesse viimine ja esmane fraktsioneerimine

2. Kromatograafiline puhastamine

3. Lõplik „poleerimine“

Kromatograafia on üldmõiste mitmesuguste laboratoorsete füüsikalis-keemiliste meetodite kohta, mida kasutatakse ainete segu komponentide lahutamiseks paljukordse sorptsiooni(gaasi, vedeliku või mõne nende komponendi neeldumine vedelikus või tahkes aines või kogunemine tahke aine pinnale) ja desorptsiooni(sorptsiooni pöördprotsess) tingimustes.

Lihtsustatult: praktikas kantakse ainete segu läbi sorbendi (liikumatu faas) sobiva vedeliku või gaasi vooluga (liikuv faas). Segu komponentide spetsiifilise sorptsiooni ja desorptsiooni tulemusena toimub nende jaotumine liikumatu ja liikuva faasi vahel vastavalt jaotuskoefitsientidele ning nende aktide paljude korduste tagajärjel komponendid liiguvad edasi erinevate kiirustega. See viib ainete lahutumisele ning moodustuvad kiiremini ja aeglasemalt liikunud komponentide tsoonid. Protsess teostatakse kas kolonnis, kapillaaris, paberil või plaadil. Lahutunud komponendid detekteeritakse füüsikaliste või keemiliste meetoditega.

 

Tamme, loeng 6, slaid 14

• Valgu molekulaarse struktuuri võib määrata tuumamagnetresonantsi abil

• Valgu funktsioonide üle võib otsustada tema järjestuse võrdlemisel mõne tuntud funktsiooniga valgu järjestusega

• Affiinsuskromatograafia ja immunosadestamine võimaldavad leida seostunud valke

Valgu funktsiooni uurimisel võib kasutada liitvalke (fusion proteins), samuti võib nende abil valku rakus lokaliseerida.

48. Antikehade ja liitvalkude kasutamisvõimalusi

Tamme, Loeng 6, slaid 16

Antikehade kasutamine molekulaarbioloogias Flourentsmikroskoopia: Väga laialt on levinud rakubioloogias nn. immuunfluorestsentsi meetod, mis põhineb fluorestseeruvat värvainetega konjugeeritud antikehade kasutamisele. Enamlevinud fluorokroomidena antikehade märgistamiseks kasutatakse FITC (fluorestsiin-isotiotsüanaat), TRITC (tetrametüül-rodamiin- isotiotsüanaat) PE (fükoerütriin) jt. Fluorestsentsmikros-koobis on valgusallikaks elavhõbedalamp, mis annab lühilainelist kiirgust (paljudel lainepikkustel).
Immuunfluorestsents: Elavhõbedalambiga valgustatakse helendavate värvainetega märgistatud antikehasid.

 

49. GMO-de tootmine ja kasutamisvõimalusi

Organism(id), mille DNA on muudutud/modifiteseeritud insenergeneetiliste meetoditega selleks, et saada soovitud omadustega nt põllumajandusele kasulikke taimi.

Eesmärgid:

• kahjurikindlus: seened, putukad

• resistentsus taimemürkidele – võimaldab valikuliselt tappa umbrohtu

• säilivusaeg

• toiteväärtus

Transgeensed - organismid, kelle genoomi on siirdatud mõne võõrliigi geene, mis neis avalduvad ja järglastele päranduvad.

On olemas ka geeninokaut, mis tähendab seda, et mingi geen on vaigistatud (huvipakkuv geen), tegelikult siis 2 sarnast ala vahetatakse ära)

Võiks saada veiseid, kes toodaksid piima, mis sisaldab inimesele kasulikke ühendeid.

Loomad, kes oleksid suured ja neilt oleks võimalik palju liha saada.

Riisi, sojat, maisi, õlisid (GM raps)

Viiruste peamised klassid

Viirused on endoparasiidid, mil pole rakulist ehitust:

- Väljaspool elusat rakku ei ole viirus bioloogiliselt aktiivne,

- Viiruse paljunemine rakus toimub viiruse struktuursete osade sünteesi ja kokkupanemise teel (mitte pooldumise teel).

- Viirus ei kodeeri tervikliku translatsioonisüsteemi.

Viirused erinevad mobiilsetest geneetilistest elementidest selle poolest, et viirus on võimeline peremeesrakust väljuma ja uusi rakke nakatama

Viirused jaotatakse neis sisalduva nukleiinhappe järgi RNA(hepatiit C, gripp)- ja DNA-viirusteks(herpes, papilloomid) (mõlema viirused: HI, hepatiit B)

Viirused on eluta ja elusa looduse piirimail olevad rakulise ehituseta ainult elusrakkudes paljunevad bioloogilised objektid.

Viirus on rakuta moodustis, tema koostises on vähemalt:

• genoom (nukleiinhape- DNA või RNA)- nikleiinhaped säilitavad pärilikku info.Viirusel peab olema vähemalt kolm geeni
• kapsiid (valgud)- kaitseb genoomi keskkonnamõjutuste eest ja aitab viiruse genoomi peremeesrakku.

Nendele võib lisanduda ümbris, mille viirus rakust väljudes kaasa võtab. St. viiruse ümbris koosneb rakumembraani koostisosadest: lipiitidest ja valkudest. Kapsiid ja ümbriis on genoomi kaitseks, aga ka viiruse rakku tungimise tagamiseks (taku äratundmiseks). Viiruse ümbrise pinnal on valgus, mis käituvad signaalidena. Kui raku membraani pinnal plevad valgud seonduvad viiruse valkudena, siis rakk arvab, et see on mingi signaal ja viirus viiakse raku sisse..Siis viirus alustab raku sees oma tegevust.

 

HIVi molekulaarbioloogia

HIV on retroviirus, mis tähendab seda, et DNA asemel sünteesib viirus hoopis RNA. Retroviiruste puhul on unikaalne see, et pole DNA replikatsiooni, on ainult RNA pöördreaktsioon.

 

 

Bioteaduste meetodika

Loodusseadused on teaduslike faktide üldistused, mis võimaldavad samaaegselt selgitada mitmeid loodusnähtusi.

Bioteaduste uurimisobjektid pärinevad loodusest: biomolekulid, rakud, organismid, populatsioonid, liigid, ökosüsteemid.

Kasutatavad meetodid jaotatakse: vaatlus, võrdlus (võrdlev anatoomi, geenijärjestuse võrdlus), katse (kui muudetakse üht tingimust ja võrreldakse tulemusi nii muudetud kui muutmata tingimustega katse puhul)

TEADUSLIKUD FAKTID

                                                             ∨

Uurimisobjekt <     PROBLEEMI PÜSTITAMINE > muutuja

                                                                   ∨

                                      TAUSTAINFO KOGUMINE > teadusinfo

                                                                   ∨                                 

Probleemi oletatav vastus < HÜPOTEESI SÕNASTAMINE 

                                     ∨                                  

Vaatluste, kastsete korraldamine>HÜPOTEESI KONTROLLIMINE>katse-ja vaatlustulemused

                                                       ∨         

                                    TULEMUSTE ANALÜÜS JA JÄRELDUSED

                                                       UUED TEADUSLIKUD FAKTID

 

HÜPOTEES TÕESTATAKSE või LÜKATAKSE ÜMBER (e HÜPOTEES PEAB OLEMA FALTSIFITEERITAV)

                                                                   ∨

PÄDEVA TEADUSLIKU TEOORIA ALUSEL ON VÕIMALIK

ENNUSTADA NÄHTUSI/FAKTE, MILLE OLEMASOLU HILJEM EKSPERIMENTAALSELT TÕESTATAKSE

 

Elu organiseerituse tasemed

- MOLEKULAARNE tase – molekulaarbioloogia, geenitehnoloogia, süsteemibioloogia (BIOMOLEKULID ainult ELUSlooduses). Esmane organiseerituse tase. Kõikjal, kus on elu, esinevad biomolekulid: sahhariidid, lipiidid, valgud, nukleiinhapped.

- ORGANELLI tase – (molekulaarne) rakubioloogia. Uuritakse raku organelle: tuum, ribosoomid, mitokondrid jne. Kui need rakkudest eraldada, ei kanna nad enam elu tunnuseid. Organellide koostööst tulenevad rakkude omadused.

- RAKU tase – rakubioloogia. Rakk on elu esmane organiseerituse tase, kus ilmnevad kõik elu omadused.

- KOE tase - histoloogia, arengubioloogia/embrüoloogia. Inimesel põhikoed: epiteel-, lihas-, närvi- ja sidekude. Rakkude ehitus ja talitlus on kooskõlas vastavate kudede ja organite talitlusega. Sarnase ehituse ja talitlusega rakud moodustavadki koe.

- ELUNDI tase – ERI KOED (Tissues) moodustavad ELUNDID e. ORGANEID (anatoomia, füsioloogia). Organitest moodustuvad ELUNDKONNAD e. ORGANSÜSTEEMID (füsioloogia). Elundkond on samuti elu organiseerituse üks tase.

Organismist eraldatuna ei ole ühelgi koel, organ(süsteemil) elu tunnuseid. Seetõttu peetakse rakust järgmiseks oluliseks tasemeks organismi taset.

- ORGANISMI tase –  organism talitlus sõltub tema elundite(kondanse) koostööst, regulatsiooniga tagatakse sisekeskkonna stabiilsus, neuraalne regulatsioon, humoraalne regulatsioon. Organismid koos omakorda moodustavad POPULATSIOONIDES taseme – ühel asustusalal elavad sama liiki organismid.

- LIIGI tase – üks peamisi. Uurib, mis on ühe konkreetse liigi eripära

ÖKÖSÜSTEEMI TASE – organismid + keskkond (st ümbritsev elus- ja eluta lodus – ökoloogia). Ühisel territooriumil omavahel toitumissuhetes olevad organismid – Kogu ELU KÕRGEIM TASE – BIOSFÄÄR, hõlmab kogu Maad ümbritsevat elu sisaldavat kihti.

3. Suhkrute lühiiseloomustus

Sahhariidid ehk süsivesikud on orgaanilised ained, mille koostisse kuuluvad süsinik, vesinik ja hapnik. Sahhariidid jaotatakse kolme rühma mono-, oligo- ja polüsahhariidid. Et mono-ja oligosahhariidid on magusamaitselised, nim. neid ka suhkruteks.

Monosahhariidid ehk lihtsuhkrud koosnevad enamasti kolmest kuni kuuest süsinikust. Neist tähtsamad on viiesüsinikulised riboos ja desoksüriboos, mis kuuluvad nukleiinhapete koostisesse. Lisaks on olulised kuuesüsinikulised glükoos ehk viinamarjasuhkur ja fruktoos ehk puuviljasuhkur, mis mõlemad on olulised makroenergilised molekulid, mida organismid kasutavad oma elutegevuseks.

Oligosahhariidid on orgaanilised ühendid, mis on enamuses moodustunud kahe- kolme monosahhariidi (disahhariidid) ühinemisel. Näiteks sahharoos (roo-ja peedisuhkur), mis on moodustunud glükoosi ja fruktoosi ühinemisel, maltoos ehk linnasesuhkur, mis on moodustunud kahest glükoosijäägist ja laktoos ehk piimasuhkur, mis on moodustunud glükoosist ja galaktoosist. Neid suhkruid kasutatakse samuti peamiselt energia saamiseks.

Polüsahhariidid on kõrgmolekulaarsed orgaanilised ühendid, mis koosnevad monosahhariidide lülidest ehk monomeeridest. Tuntumad polüsahhariidid on tärklis, mis on fotosünteesi käigus sünteesitud glükoosi varu (talletunud tärklise kujul), tselluloos, samuti sünteesitud glükoosist ning mis on taime rakukesta ja tugikoe rakkude peamine koostisosa, kitiin, lülijalgsete välisskeleti ja seente rakukesta peamine koostisosa, ja glükogeen, loomne tärklis, mida sälitatakse glükoosivarudena maksas ja lihastes.

Sahhariide kasutatakse peamiselt energia saamiseks, varuainena ning ehitusliku elemendina.

 

 

Lipiidide iseloomustus

Lipiidid on vees mittelahustuvad orgaanilised ühendid, mille alla kuuluvad rasvad ehk lihtlipiidid, õlid, vahad ja steroidid.

Rasvad ehk lihtlipiidid on glütseroolist ja rasvhappejääkidest koosnevad estrid. Mida rohkem on rasvhappejääkides kaksiksidemeid, seda vedelam rasv on (esinevad nii taimede kui ka loomade rakkudes)

Lihtlipiidide ühinemisel teiste keemiliste ühenditega moodustuvad liitlipiidid, näiteks fosfolipiidid

(kuuluvad rakumembraani koostisesse).

Õlid on vedelad rasvad, mille rasvhappejäägid sisaldavad ohtralt kaksiksidemeid.

Vahad on lipiidid, mille molekulides esinevad glütserooli asemel muud alkoholid, näitek taimsed vahad puuviljadel, okastel, mis täidavad kaitsefunktsiooni; loomsed vahad näiteks mesilasvaha (mesilaste kärjed).

Steroidid madalmolekulaarsed tsüklilised ühendid, mille hulka kuuluvad kolesterool, hormoonid ja vitamiin D.

Hormoonid on bioaktiivsed ained, mis reguleerivad ja koordineerivad samaaegselt mitme elundkonna talitusi, näiteks neerupealised hormoonid ja suguhormoonid testosteroon ning östrogeen.

 

Kokkuvõte- lipiidide funktsioonid