Biokeemia III testiks (8)

BIOKEEMIA III TESTIKS | Mihkel Heinmaa YAGB22 | TTÜ kevad 2010
XX FOTOSÜNTEES
1. Kloroplasti ehitus. Tülakoidid on volditud struktuurid , nn lamellid, mis kokku pakituna moodustavad graani. Lahustuv on kloroplastist on strooma . Tülakoidvesiikulite sisu nim tülakoidruumiks või ­luumeniks. Valgusreaktsioonid toimuvad tülakoidmembraanis. Pimedusreaktsioonid stroomas .
2. Valguseaktsioonides püüavad fotosünteesivad rakud päikese valgusenergiat ja muudavad selle keemiliste sidemete energiaks NADPH kui redutseerija ja ATP kui energiakandja vormis, eraldub hapnik. + + 2 H2O + 2 NADP + x ADP + Xpi O2 + 2 NADPH + 2 H + x ATP + x H2O Pimereaktsioonides e süsinikufikseerimise reaktsioonides kasutatakse NADPH kui redutseerijat ja ATP hüdrolüüsi energiat endergoonilisteks protsessideks heksoossuhkrute jt orgaaniliste molekulide sünteesil CO2-st. + + 12 NADPH + 12 H + 18 ATP + 6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 12 NADP + 18 ADP + 18 Pi. Fotosünteesi üldvõrrand: CO2 + 2 H2A ( CH2O ) + 2 A + H2O
2+ 3. Klorofüllid on fotoreaktiivsed pigmendid. Planaarne, konjugeeritud asendatud tetrapürrooli tsüklite süsteem (kloriin). Fe on 2+ asendatud Mg . Pikaaehelaline ftüülrühm tagab rasvlahustuvuse ja võimladab ankurdada klorofülli membraan -valk komplekside külge. Aromaatsus muudab klorofülli efektiivseks nähtava valguse neelajaks. Kloroplastides leidub alati nii klorofülli a kui ka b vormi. Mõlema vormi esinemine laiendab veelgi neeldumisriba. Abipigmendid (ntks - karoteen ) laiendavad veelgi neeldumisriba sellistele spektrialadele, kus klorofüllid ei neela. Karotenoidid toimivad ka fotoprotektoritena lõhustades vabu hapniku radikaale. Fotosüsteem koosneb sadadest valgustpüüdvatest klorofüllide ja abipigmentide molekulidest pluss mõni eriotstarbeline fotokeemiliselt reaktiivne klorofülli molekul nn reaktsioonitsenter. Valguskvant kantakse resonantsenergia teel ühelt klorofüllilt teisele, kuni jõuab reaktsioonitsentrisse.
4. Kõik klorofülli molekulid kuuluvad ühte kahest fotosüsteemi. Fotosüsteem I (FSI (P700)) ­ absorbeerib kiirgust 700 nm juures (klrfl a ja lisapigmendid) Fotosüsteem II (FSI (P680)) ­ absorbeerib kiirgust 680 nm juures (klrfld a ja b ning lisapigmendid). Koosneb enam kui 20 subühikust. Tuuma moodustavad polüpeptiidid D1 ja D2, mis seovad P680, feofütiine ja kinoone QA ja QB. P700 paikneb luumeni poolel. Esineb 2 fotofosforüleerimise tüüpi: (1) atsükliline- osalevad FSII ja FSI, sünteesitakse ATP ja NADPH ning eraldub O2. Iseloomulik Z- skee . (2) tsükliline ­ osaleb ainult FSI, ATP on ainus produkt , O2 ei genereerita ja NADPH ei sünteesita.
5. Süsivesikute süntees Calvini tsüklis ­ pimereaktsioonid. Eristatakse nelja etappi : I etapp: CO2 sidumine pentoossuhkrust aktseptorile (ribuloos-1,5- difosfaat ) ning trioossuhkru (3-fosfoglütseraat) teke. CO2 seotakse ribuloos-1,5-difosfaadile ensüümi ribuloos-1,5-difosfaadi karboksülaasi/oksügenaasi (rubisco) poolt. Rubisco on bifunktsionaalne ensüüm, omades lisaks karboksülaasi aktiivsusele ka oksügenaasi aktiivsust, koosneb 8 suurest ja 8 väikesest subühikust. II etapp: 3-Fosfoglütseraadi konversioon glütseeraldehüüd-3-fosfaadiks III etapp: süsivesikute süntees glütseeraldehüüd-3-fosfaadist. IV etapp: ribuloos-1,5-difosfaadi regenereerimine . 1 molekuli glükoosi sünteesiks kulub 6 Calvini tsüklit ja 6 CO 2 ning sünteesitakse 12 molekuli glütseeraldehüüd-3-fosfaati, millest vaid 2 kasutatakse glükoosi sünteesimiseks, ülejäänud 10 kuluvad ribuloos-1,5-difosfaadi regenereerimiseks.
XXI GLÜKONEO GENEES. GLÜKOGEENI METABOLISM
1. Glükoneogenees on uute glükoosimolekulide süntees metaboliitidest, mis pole süsivesikud. Püruvaat, laktaat, glütserool, valdav osa aminohappeid ja kõik tsitraaditsükli intermediaadid sobivad glükogeneesi substraatideks. Toimub maksas ja 1
neerudes. Ei ole glükolüüsi pöördprotsess, sest: vajab stardiks lisaenergiat; 7 etappi (2 ja 4-9) on samad, mis glükolüüsil, 3 Lehekülg
etappi (1,3 ja 10) on glükogeneesis asendatud 4 unikaalse reaktsiooniga: nende kaudu toimub regulatsioon , uued reaktsioonid toovad sisse spontaansuse. + + 2 Püruvaat + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + 2 H + 6 H2O Glükoos + 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi + 2 NAD . 2. Glükogeen koosneb glükoosi jääkidest, mis on ühendatud (1,4)-glükosiidsidemetega. (1,6)-glükosiidsidemetega hargenmised iga 8-12 jäägi järel. Erinevalt tärklisest on glükogeen rohkem hargnenud. Glükogeeni katabolism . -amülaas on endoglükosidaas, mis hüdrolüüsib glükogeeni maltoosiks või teisteks väikesteks oligosahhariidideks (aktiivsus hargnemissaitide läheduses). -amülaas on eksoglüoksidaas, mis lõikab maltoosijääke amülopektiini harude mitteredutseerivatest otstest. Dekstrinaas lõikab 'jääkdekstriine'. Glükogeeni fosforülaas lõikab glükoosijääke glükogeeni mitteredutseerivast otsast, produktiks on suhkur glükoos-1- fosfaat , mis on glükolüüsi substraadiks . Glükoos-1-fosfaat 3. UDP-glükoos (uridiindifosfaatglükoos) on glükoosijääkide doonor kasvavale glükogeeni polümeeri molekulile. Glükogeeni süntaasi reaktsioon moodustab (14) glükosiidsidemed. Esimene glükoos seotakse glükogeniini (valgu) türosiini ­OH rühmale. Glükogeeni süntaas kannab glükosüülühikud UDP-glükoosilt C-4 hüdroksüülrühmale glükogeeni mitteredutseerivas otsas. Amülo-(1,41,6)-trans-glükosülaas katalüüsib lineaarse ahela lõikamist ja liitmist C-6 OH-rühmale, millega moodustab uue haru. UDP-glükoos Glükogeeni fosforülaasi ja glükogeeni süntaasi regulatsioon toimub ka kovalentse modifitseerimise teel, mis on hormonaalse kontrolli all.
4. Glükoosi oksüdatsiooni pentoosfosfaadirada on aeroobne rada, mis toodab pentoosfosfaati, CO2 ja redutseerijat. Algab glükoos-6-fosfaadist ja koosneb 8 reaktsioonist. 2 oksüdatiivset protsessi, millele järgneb 5 mitteoksüdatiivset etappi (4 ensüümi). Varustab biosünteesi protsesse NADPH-ga kui redutseerijaga. Produtseerib riboos -5-fosfaati nkleiinhapete sünteesiks. Toimub maksa ja adipooskoe rakkude tsütoplasmas. Saadakse ATP ja NADPH, suhkrud suunatakse glükolüüsi.wzz
XXII RASVADE JA RASVHAPETE KATABOLISM
1. Rasvad sobivad hästi energia säilitamiseks kuna: (1) rasvades on süsinik peaaegu täielikult taandatud, seetõttu vabaneb nende oksüdatsioonil maksimaalne kogus energiat. (2) rasvad ei ole hüdraaditud, see võimaldab neid palju tihedamalt pakkida säilituskudedes. Adipooskude = rasvkude, adipotsüüt = rasvarakk. Rasvhapped vabanevad adipooskoe triglütseriididest hormoon -reguleeritava lipaasi toimel. Pankrease lipaasid hüdrolüüsivad triglütseriide (TAG) 1. Ja 3. Asendist.
2. Peensooles rasvhapped emulgeeritakse sapphapete poolt mitsellidesse, mis difundeeruvad epiteelirakkudesse. Seal nad taasesterdatakse triatsüülglütseriidideks, mis agregeeruvad lipoproteiinidega külomikroniteks. Viimased tungivad kapillaaridesse, kus nad transporditakse maksa ja teistesse organitesse.
3. Rasvhapete -oksüdatsioon on rasvhapete oksüdatiivne degradatsioon atsetüül-CoA-ks, mis toimub mitokondrites. Eelduseks on rasvhapete aktiveerimine CoA-ga: Rasvhappe-CoA süntetaas kondenseerib rasvhapped CoA-ga samaaegselt ATP hüdrolüüsiga AMP-ks ja PPi-ks. rasvhappe karboksülaat atakeerib ATP ning moodustab atsüül-adenülaat vaheühendi. CoA ataki tulemusena atsüüladenülaadile moodustub atsüül-CoA tioester. Lühikesed rasvhapped kantakse otse mitokondri maatriksisse. Pikkade rasvhapete CoA estrid konverteeritakse kõigepealt atsüülkarnitiinideks ning seejärel transporditakse translokaasi poolt läbi mitokondri sisemembraani. Rasvhapete -oksüdatsioon on 4 reaktsioonist koosnevate tsüklite korduv jada 1.reaktsioon: C-C sideme oksüdeerimine atsüül-CoA dehüdrogenaasiga. Elektronid suunatakse elektronide ülekandeks flavoproteiinile ja seejärel elektronide transpordiahelasse. 2.reaktsioon: lisab vee kaksiksidemele enoüül-CoA hüdrataasiga. 3.reaktsioon: oksüdeerib -hüdroksüülrühma hüdroksüatsüül-CoA dehüdrogenaasiga. 4.reaktsioon: -Ketoatsüül-CoA lõikamine.
XIII LIPIIDIDE BIOSÜNTEES 2
1. Süntees toimub tsütosoolis (lagundamine mitokondrites). Selgroogsetes loomades on sünteesiensüümide kompleks (6 Lehekülg
aktiivsust) ühe polüpeptiidi kujul. Kasutab NADPH kui redutseerijat. Substraatideks on Atsetüül-CoA ja malonüül-CoA. Atsetüül- CoA karboksüleerimisel ensüüm ACC'ga saadakse Malonüül-CoA. Loomne ACC ensüüm täidab kolme funktsiooni: biotiin - karboksüüli kandja, biotiin karboksülaas ja transkarboksülaas. Sünteesirada initseeritakse atsetüül-ACP ja malonüül-ACP sünteesiga transatsülaaside poolt. Dekarboksüleerimine juhib atsetüül-CoA ja malonüül-CoA kondensatsiooni. Ülejäänud 3 etappi on -oksüdatsiooni pöördreaktsioonid. Rasvhapete süntaasi toimel tekib palmithape .
2. Monoküllastamata rasvhapete sünteesil lisavad eukarüoodid kaksiksideme ahela keskele . Polüküllastamata rasvahapete sünteesis toimub vaheldumisi uue kaksiksideme moodustamine ning 2C lisamine. Imetajad peavad -6 või -3 polüküllastamata rasvhapete sünteesi prekursorid (linoolhape ja -linoolhape) omastama toiduga ­ asendamatud rasvhapped. Rasvhapete sünteesi reguleerivad hormoonid. Glükagoon aktiveerib lipaase/ inhibeerib ACC. Insuliin inhibeerib lipaase/ aktiveerib ACC.
3. Triatsüülglütseroolid sünteesitakse pmslt adipooskoes, maksas ja peensooles. Toiduga omastatud rasvad hüdrolüüsitakse peensooles lipaaside poolt. Saadud 2-monoatsüülglütseroolid imenduvad ja peensoole mukoosas atsüleeritakse uuesti triatsüülglütserooliks. Glütserolipiidid sünteesitakse fosfatiidhappest Sfingolipiidide süntees. Tseramiid on prekursoriks kõikidele sfingolipiididele. Ser ja palmitüül-CoA kondensatsioon on esnimene reaktsioon. Ketoon taandatakse NADPH abil. Atsüleerimisele järgneb kaksiksideme lisamine. Eikosanoidid on lokaalsed rakuhormoonid, mis osalevad mediaatoritena reproduktiivses funktsioonis, vereliistakute agregatsioonis, vererõhu regulatsioonis, neerufunktsiooni tagamisel, maohappe sekretsiooni regulatsioonis, kuid ka põletikuprotsessides ja vähkkasvajate tekkes jne. Tsüklooksügenaas oksüdeerib ja vabastab arahhidoonhappe. Esindajaid: prostaglandiinid, tromboksaanid ja leukotrieenid. Kolesterool reguleerib loomarakkude membraanide voolavust. Oluline eellane mitmetele bioaktiivsetele ühenditele: steroidhormoonid , sapphapped , vitamiin D. Biosüntees toimub peamiselt maksas. Süntees algab tsütosoolis mevalonaadi sünteesiga atsetüül-CoA-st; esimene aste on tiolaasi katalüüsitud reaktsioon; teises astmes sünteesitakse HMG-CoA; kolmas aste on kiirust limiteeriv etapp kogu kollesterooli biosünteesiahelas. Mevalonaadist saadakse skvaleen ja skvaleenist kolesterool. Sapphapped on hädavajalikud toidu seedimisel, eelkõige toiduga omandatud rasvade solubiliseerimisel. Koolhappe konjugatsioonil tauriini ja glütsiiniga moodustuvad taurokool- ja glükokoolhapped.
4. Lipoproteiinid on lipiididest ja valkudest koosnevad agregaadid, mis transpordivad vees lahustumatuid lipiide vereringes. Struktuur: kolesterooliestrid ja rasvad on ümbritsetud fosfolipiidmembraaniga, milles paiknevad kolesterool ning valgud ­ apolipoproteiinid. HDL ­ kõrge tihedusega lipoproteiinid ­ kolesterooli ja kolesteriidide transportija perifeersetest kudedest tagasi maksa. LDL ­ madala tihedusega lipoproteiinid ­ peamine kolesterooli ja kolesterooli estrite kandja maksast perifeersete kudedeni. VLDL ­ väga madala tihedusega lipoproteiinid ­ endogeensete rasvade, kolesterooli ja kolesteriidide transport maksast kudedesse.
XXIV LÄMMASTIKU OMASTAMINE JA AMINOHAPETE METABOLISM - - + 1. Lämmastiku omastamine tähendab oküdeeritud vormide (N2; NO2 ; NO3 ) taandamist NH4 -ks. + Lämmastiku fikseerimine on atmosfääri N2 taandamine NH4 -ks nitrogenaasi kompleksi abil mõningates prokarüootides, nagu tsüanobakterid. Nitrifitseerimine ­ ammooniumi oksüdatsioon nitraadiks nitrifitseerivates bakterites (kemoautotroofid), kus see protsess on ainsaks energiaga varustamise vormiks. + - - NH4 NO2 NO3 Denitrifitseerimine ­ hingamise vorm anaeroobsetes bakterites, mille juures lämmastikoksiidid toimivad hapniku - asemel elektronide aktseptorina (NO3 N2). Sel viisil toimub Lämmastikuringe N2 tagastamine atmosfääri. Peamised reaktsioonid, mille kaudu ammoonium viikase orgaanilistesse ühenditesse: 3
(1) Karbamoüül- fosfaadi süntees uurea tsüklis | karbamoüül-fosfaadi süntetaas I Lehekülg
(2) Glutamaadi -karboksüüli ATP-sõltuv amideerimine glutamiiniks | glutamiini süntetaas (3) Alfa-ketoglutaraadi taandav amineerimine glutamaadiks | glutamaadi dehüdrogenaas. 2. Imetajatele asendamatud aminohapped : (8+2): Ile, Leu, Lys, Met, Phe, Thr, Trp, Val + Arg, His. Aminohapete biosünteesi perekonnad (5-1):
Histidiin kulub 5-fosfribosüül-PP ja ATP perekonda
Transamineerimisreaktsioonid on vahetusreaktsioonid, milles vaba ammooniumi ei teki. Ensüüme, mis katalüüsivad neid reaktsioone, nim aminotransferaasideks e transaminaasideks. Üldjuhtudel toimub lämmastiku ülekanne ühe aminohappe molekulist teise. Kõige levinum lämmastiku doonor on glutamaat, kuna ta on seotud glutamaadi dehüdrogenaasi kaudu lämmastikuga anorgaanilises maailmas. Aromaatseid aminohappeid (Phe, Tyr, Trp) sünteesitakse korismaadist.
3. Aminohapete degradatsioon. Aminohappeid, millest tekivad glükooso sünteesi eelühendid, nim glükogeenseteks. Neid, mis degradeeritakse atsetüül-CoA või atsetoatsetaadiks, nim ketogeenseteks. Mõned aminohapped kuuluvad mõlemasse rühma ­ glükogetogeensed. Aminohapete desamineerimisel tekib glutamaat.
4. Uurea tsükkel on energiamahukas tsükliline rada ammooniumi konverteerimiseks. Toimub maksas. Tulemuseks uurea ehk karbamiidi moodustumine. Uurea elimineeritakse uriini abil.
XXV NUKLEOTIIDIDE METABOLISM
1. Peaaegu kõik organismid sünteesivad puriine ja pürimidiine de novo ­ lihtsatest biomolekulidest, ntks imsuliinmonofosfaat sünteesitakse 11 etapiga -D-riboos-5-fosfaadist. Paljud organismid suudavad säästa puriine ja pürimidiine degradatsioonist. Riboosi degradatsioon annab energiat, puriinide ja pürimidiinide oma mitte. Rakkudele on energeetiliselt ratsionaalne säästa lämmastikaluseid edasisest degradatsioonist ning lülitada nad uuesti nukleotiidide sünteesi. Puriinide ja pürimidiinide sünteesi erinevused: pürimidiine ei sünteesita nukleotiidide derivaatidena. Pürimidiinide puhul sünteesitakse lämmastikalus enne kui lisatakse riboos-5-fosfaat. Pürimidiinringi kõik 4 C ja 2 N aatomit pärinevad karbamoüül-P ja aspartaadist.
2. Puriini ringsüsteem ehitatakse üles riboos-5-P baasil. IMP ­ insuliin-5'-monofosfaat, tema baasil sünteesitakse AMP ja GMP. Sünteesis kasutatavad aminohapped: Glu, Gly, Gln, Asp. AMP süntees: (1) 6-O asendamine aspartaadiga (2) fumaraadi mittehüdrolüütiline eraldamine. GMP süntees: (1) oksüdatsioon C2 juures (2) Amiidi-N ülekanne glutamiinilt.
3. Puriinide 'säästmine' ­ reaktsioone katalüüsivad fosforibosüültransferaasid. Pürofosfotaasid hüdrolüüsivad PP i, muutes sellega vabaneva energia arvel reaktsioonid pöördumatuks. PRPP ­ fosforibosüülpürofosfaat on puriinide sünteesis limiteeriv aine. Seedetraktis toiduga omistatud nukleiinhapped hüdrolüüsitakse nukleotiidideks nukleaaside ja fosfodiesteraaside toimel. Nukleotidaasid ja nukleosidaasid vabastavad riboosi ja fosfaadid, mille tulemusena tekivad vabad lämmastikalused. Degradatsiooni lõpp- produkti , kusihappe, eritavad inimesed uriiniga, kuigi suurem osa lämmastikust väljub uurea kujul. Linnud , maismaa- roomajad ei tooda uureat ning eritavad lämmastiku ainult kusihappe kujul (tahkelt), mis aitab säästa vett.
4. Pürimidiinide biosüntees. Lähteühendid: karbamoüülfosfaat, aspartaat , 5-fosforibosüülpürofosfaat. Tsükkel sünteesitakse 6 astmega. Uridiinmonofosfaat (UMP) on aluseks ntks CTP sünteesiks. CTP süntees UTP-st. Amineerimine UTP pürimidiinringi 4. asendis. Eukarüootides pärineb aminorühm glutamiini amiidrühmast, + bakterites on allikaks NH4 . Pürimidiinide sünteesi regulatsioon. Loomades on allosteerilise regulatsiooni ensüümiks karbamoüülfosfaadi süntetaas: ATP ja PRPP aktiveerivad ning produktid UDP ja UTP inhibeerivad.
5. Desoksüribonukleotiidide ainus roll on olla DNA sünteesi eelühendiks. 4
Enamikus organismidest on substraatideks vastavad nukleosiid - Lehekülg
difosfaadid. 2'-OH asendamine hüdriidiga katalüüsitakse ribonukleotiidi reduktaasi poolt. Tümidiinnukleotiidide (dTMP) süntees. DNA sisaldab uratsiili asemel tümiini, mis sünteesitakse dTMP kujul. Otseseks eellaseks dTMP sünteesil on dUMP, mis omakorda sünteesitakse kas CDP-st või UDP-st.
XXVI DNA REPLIKATSIOON . REKOMBINATSIOON . VIGADE PARANDUS
1. DNA replikatsioon on semikonservatiivne. DNA replikatsiooni tulemusena tekivad uued DNA dupleksmolekulid, mille üks ahel pärineb lähtemolekulist ja teine on täiesti uus. DNA replikatsioon on kahesuunaline, mis sisaldab kahte replikatsioonikahvlit, mis liiguvad vastassuunas. Replikatsiionikahvel ­ DNA jookseb läbi raku substruktuuridele immobiliseeritud replikatsioonimasina. DNA replikatsioon on poolkatkendlik. Juhtivahel kopeerub katkematult, mahajääv ahel segmentide kaupa (Okazaki fragmendid ), mis seejärel ühendatakse.
2. DNA polümeraase tähistatakse I-V vastavalt avastamise järjekorrale. Polümeraas III on peamine DNA replikatsiooni ensüüm, I, II ja V osalevad pmslt vigade parandamisel. Replikatsioon bakterites: helikaasid keerutavad biheeliksi lahti; lahtikeerdumist kompenseerivad topoisomeraas ; DNA polümeraas III kasutab RNA-praimereid; DNA primaas sünteesib oligonukleotiidsed RNA-praimerid. DNA polümeraas I lõikab praimerid välja. DNA ligaas täidab lüngad Okazaki fragmentide vahel. Replikatsiooni erinevused eukarüootides: eukarüootidel on mitu replikatsiooni saiti e replikaatorit.
3. Pöördtranskriptaas e RNA-juhitav DNA polümeraas retroviirustes, mis sünteesib RNA ahelale temaga komplementaarse DNA ( cDNA ) ahela. Pöördtranskriptaas on väga vigade aldis ensüüm, mille tõttu on viiruse genoom pidevas muutumises. Praimeriks on üks tRNA molekul , mille viirus haarab peremeesrakust.
4. DNA rekombinatsioon ­ geneetilise info ümbergrupeerumine DNA molekuli piires või kahe DNA molekuli vahel. Homoloogiline (üldine) rekombinatsioon võib toimuda iga kahe DNA molekuli vahel, millel esineb järjestuste homoloogiat. Eukarüootides sagedane meioosis. Kõikides organismides roll replikatsioonis DNA vigade parandamisel. Asendispetsiifiline rekombinatsioon ­ rekombinaasid lõikavad DNA-d spetsiifiliste järjestuste juurest ning ligeerivad väljalõigatud lõigud teise DNA molekuli. Võib toimuda igas rakus. Funktsioonideks DNA integratsioon ja geeni ekspressiooni regulatsioon. Transpositsioon ­ mobiilsete DNA segmentide lülitamine uude asukohta genoomis , seda nii kromosoomi piires kui kromosoomide vahel. DNA vigade tüübid: replikatsioonivead, kühmud liigsete või puuduvate jääkide tõttu, UV indutseeritud muutused nagu pürimidiini dimeerid, fosfodiestersidemete või desoksüriboosi katkestused ja kovalentsed ristsidemed ahelate vahel. Parandamine: 2 põhimõttelist mehhanismi: vale paardumise korrigeerimine ja meetodid keemiliste kahjustuste kõrvaldamiseks vigaste lõikude väljalõikamise teel. Ensüümidest osalevad endo - ja eksonukleaasid, polümeraasid ja ligaasid.
5. Mutatsioonid on spontaansed või indutseeritud päritavad muutused kromosoomi nukleotiidide järjestuses. Mutageenid on indutseeritud mutatsioonide esilekutsujad: ioniseeriv radiatsioon, UV-kiirgus, keemilised mutageenid (lämmastikushape, heterotsüklilised aluste analoogid, alküleerivad ja interkaleeruvad agendid ). (keemilised mutageenid põhjustavad peamiselt vist valesid paardumisi).
XXVII TRANSKRIPTSIOON ja GEENI EKSPRESSIOONI REGULATSIOON
1. Transkriptsioon prokarüootidel. Staadiumid: (1) RNA polümeraasi holoensüümi seondumine promootorsaiti; (2) polümerisatsiooni initsieerimine. RNA ahela elongatsioon e pikenemine . (4) RNA ahela terminatsioon e lõpetamine. RNA polümeraas seondub DNA promootorjärjestusega ning keerutab biheeliksi lahti ja initsieerib mRNA sünteesi. Promootorid on DNA järjestused, kuhu seonduvad RNA polümeraasid. Koosnevad reeglina ~40 bp piirkonnast, mis asub RNA sünteesi alguskohast 5'-suunas. Promootor sisaldab 2 konsensusjärjestust: (1) ,,-35 regioon" TTGACA konsensusjärjestus ja (2) Pribnow järjestus TATAAT konsensusjärjestus -10 juures. RNA ahela elongatsiooni katalüüsib põhipolümeraas, mitte sigma subühik. Polümeraasi täpsus on 1 viga 10000 aluse kohta. Elongatsiooni kiirus on 20-50 alust sekundis ( aeglasem 3 vesiniksideme-rikastes piirkondades). Topoisomeraasid e güraasid eelnevad ja järgnevad polümeraasile, et leevendada despiraliseerumisest tingitud pingeid. Ahela terminatsioon. (1) ,,juuksenõela" mehhanism : G:C rikas piirkonda transkriptsioonil moodustub sisemise homoloogsusega RNA, mis moodustab sekundaarseid kaksikahelaid e. juuksenõela struktuure. See struktuur aeglustab RNA polümeraasi liikumist 5
ja viib A:T rikkas piirkonnas transkriptsiooni terminatsioonini. (2) (roo)-faktori mehhanism: roo-faktor seondub mRNA äratundmissaiti, liigub mööda mRNA ahelat kuni RNA polümeraasini. Kui see peatub terminatsioonisaidis (G:C rikas piirkond), Lehekülg
kerib roo-faktor lahti DNA-RNA hübriidi ning RNA vabaneb. 2. Transkriptsioon eukarüootides. Eukarüootides on DNA keritud ümber histoonide, moodustades nukleosoome ja need kromatiine. Nukleosoomid takistavad geeni ekspressiooni. RNA polümeraasid I, II ja III transkribeerivad vastavalt rRNA, mRNA ja tRNA geene. Transkriptisooni faktorid . Polümeraasid I, II ja III interakteeruvad oma promootoritega transkriptsioonifaktorite vahendusel. Transkriptsioonifaktorid on DNA-le seonduvad valgud, mis tunnevad ära ja initseerivad transkriptsiooni spetsiifiliste promootorjärjestuste juures.
3. Transkriptsiooni regulatsioon prokarüootides. Ühe metaboolse raja geenid kromosoomis on grupeeritud klastriteks, mida nim operonideks. See võimaldab koordineritud ekspressiooni. Operaatoriks nim regulatoorset järjestust, mis eelneb klastrile ning mis määrab selle transkribeerimise. Regulatoorsed valgud kontrollivad geenide transkriptsiooni operaatorite vahendusel. Induktsioon ja repressioon on operonide transkriptsiooni kontrollimise meetodid. Induktsioon on geenide ekspressiooni suurenemine vastuseks metaboliidi (substraadi) kontsentratsiooni tõusule. Repressioon on ekspressiooni vähenemine vastuseks metaboliidi kontsentratsiooni tõusule. Transkriptsiooni regulatsioon eukarüootides. Kromatiin takistab regulatoorsete valkude juurdepääsu eukarüootsetele promootoritele. Eukarüootsetes rakkudes domineerib positiivse regulatsiooni mehhanismid , st iga geen vajab transkriptsiooniks aktiveerimist. Eukarüootsed regulatoorsed valgud on suured ning keerulised multimeersed kompleksid . Transkriptsioon ja translatsioon on lahutatud, esimene tuumas, teine tsütoplasmas. Enhanser ­ võimendusjärjestus, regulatoorne DNA järjestus, millele seonduvad regulaatorvalgud, mis mõjutavad transkriptsiooni kiirust. DNA-le seonduvate regulatoorsete valkude struktuurid. Iseloomulikukd tunnuseks DNA-seonduvatele valkudele on - helikaalsete segmentide esinemine, mis sobivad täpselt B-vormi DNA suurde nõkku. Heeliks -pööre-heeliks (HTH) motiiv : koosneb spetsiifilisest äratundmisheeliksist ja stabiliseerivast heeliksist, mis on teineteisest eraldatud lühikese lingjärjestusega. Zn-finger motiiv. Leutsiini tõmbluku (Leu Zipper) motiiv.
4. mRNA transkriptsioonijärgen modifitseerimine . Prokarüootides mRNAd ei modifitseerita. Eukarüootides mRNA primaarne transkript modifitseeritakse küpseks mRNA-ks tuumas enne suunamist tsütoplasmasse. Sünteesi käigus modifitseeritakse mRNA primaarseid transkripte kovalentselt nii 5'- kui 3'-otsast, muutes nad erinevateks teiste polümeraaside poolt toodetud RNA-dest. Kapseldamine ja metüleerimine. Primaarsed transkriptid varustatakse kõigepealt 5'-otsast 7-metüülguanosiin- rühmaga, mis seotud ebatavalise 5',5'-trifosfaatsidemega. G-jääk seejärel metüleeritakse 7-asendis. Järgnevalt metüleeritakse 2'-O asendid järgmisel kahel jäägil ning esimese adeniini 6-aminorühm. 3'-polüadenüleerimine. Primaarne transkript 3'-ots modifitseeritakse samuti kovalentselt: kui RNA polümeraas II on lõpetanud, lõigatakse sünteesitud ahel polüadenülaadi polümeraasi poolt lühemaks ning lisatakse polü(A) järjestus. Splaising. Kapseldatud, metüleeritud ja polüadenüleeritud RNA on splaisingu substraadiks. Splaisingu käigus lõigatakse välja intronid ning eksonid 'õmmeldakse' kokku küpseks mRNA-ks.
XXVIII GENEETILINE KOOD ja VALGU SÜNTEES
1. Geneetiline kood on keemiliste juhiste süsteem, mille alusel geneetilisest infost luuakse mRNA vahendusel proteiine. Kolmest nukleotiidist koosnev järjestus mRNA polünukleotiidahelas (koodon) kodeerib ühte aminohapet. Geneetiline kood on kattumatu (ükski mRNA nukleotiid ei kuulu samaaegselt kahe kõrvuti asetseva koodoni koosseisu). Aluste järjestust loetakse fikseeritud lähtepunktist ning see on pidev. Kood on degeneratiivne. Geneetilise koodi iseärasused. Kõik koodonid omavad tähendust. Koodonid on ühetähenduslikud. Koodonid on degenereerunud (v.a Trp ja Met, kodeerib iga aminohapet 2 või enam koodonit ). Geneetiline kood on universaalne (koodonkasutus on üldjoontes sama kõigis organismides). Kui koodoni 2. alus on pürimidiin, siis harilikult vastab sellele mittepolaarne aminohape . Kui koodoni 2. alus on puriin , siis kodeerib ta polaarset või laetud aminohapet.
2. Aminohapete aktiveerimine valgu sünteesiks. mRNA koodoni ja tRNA antikoodoni aluste paardumine toob vajaliku aminohappe ribosoomi juurde. Aminoatsüül-tRNA süntetaasid täidavad kahte ülesannet ­ nad aktiveerivad aminohapped liitmiseks peptiidahelasse ning täidavad informatsioonilünga koodoni ja aminohappe vahel. Aminoatsüül-tRNA süntetaasid vastutavad selle eest, et õige aminohape liidetakse vastavale tRNAle.
3. Kolmanda aluse degeneratiivsus ja võnkehüpotees. Kuidas seletada koodoni degeneratiivsust? (1) kas on 61 erinevat antikoodonit omavat tRNA-d või (2) piisab väiksemast tRNAde arvust, kuna kolmandas asendis puudub selektiivsus. Crick'i võnkehüpotees veenab teise võimaluse kasuks ­ esimene alus antikoodonis, mis vastab koodoni kolmandale alusele on nn 6
võnkuvas asendis, st üks antikoodon on võimeline ära tundma rohkem kui ühe koodoni. Võnkumise bioloogiline roll: tRNA Lehekülg
dissotsiatsioon mRNA-lt on kiirem ja samuti valgu süntees. 4. Ribosoomid on kompaktsed ribonukleiinproteiinid. Nad on rRNA ja valkude kompleksid, mis liiguvad mööda mRNAd, juhivad koodon-antikoodon interaktsioone ning katalüüsivad peptiidsidemeid. Ribosoom on piisavalt suur, et sinna mahuks 2 tRNA molekuli korraga. Translatsiooni staadiumid. Initsieerimine sisaldab mRNA ja initsiaator aminoatsüül-tRNA sidumist ribosoomi väikesele subühikule, millele järgenb seostumine suurele subühikule. Elongatsioon: kõikide peptiidsidemete süntees. Terminatsioon leiab aset kui jõutakse ,,stop" koodonini. Valgu süntees eukarüootides. Iseärasuseks on mRNA-1,5'-metüül-GTP ,,cap" ja polü-A saba. Valgu sünteesi initsieerimisel eukarüootides osaleb vähemalt 11 valgulist initsieerimisfaktorit.
5. Post-translatsiooniline valkude modifitseerimine. (1) valkude pakkimine; (2) biokeemiline modifitseerimine; (3) translokatsioon raku erinevatesse organellidesse; (4) degradatsioon proteasoomidesse ja lüsosoomides. Valkude pakkimisele osalevad molekulaarsed tsaperonid. Hsp70 tunneb ära uute sünteesitud peptiidahelate kokkupakkimata piirkonnad, eriti hüdrofoobsed alad. Ta seondub nendele piirkondadele ning kaitseb neid kuni produktiivse kokkupakkimiseni. Biokeemiline modifitseerimine: proteolüütiline lõikamine, aminohappeline modifitseerimine, glükosüleerimine, fosforüüliminie, prostetiliste rühmade lisamine.
XXIX HORMOONID. SIGNAALIÜLEKANNE
1. Hormoonid on bioaktiivsed endogeensed ained, mida keskknärvisüsteemi kontrolli all sünteesitakse endokriinnäärmetes ja mis vere vahendusel reguleerivad metaboolseid protsesse ja füsioloogilisi funktsioone. Hormoonide klassid keemilise ehituse järgi. Steroidid ­ sünteesitud kolesteroolist, reguleerivad soolade/vee tasakaalu, põletikuprotsesse, seksuaalfunktsiooni. Aminohapete derivaadid ­ epinefriin jt ­ reguleerivad silelihaste kontraktsioone, vererõhku, südametegevust, lipolüüsi, glükogeeni fosforolüüsi. Peptiidid reguleerivad mitmeid funktsioone kudedes, kaasaarvatud teiste hormoonide vabanemine . Eikosanoidid (prostaglandiinid, tromboksaanid, leukotrieenid) ­ rakuhormoonid, oluline regulatoorne roll kudede homöostaasis ning põletiku ja vähkkasvajate tekkes. Klassifikatsioon sünteesi- ja toimumiskoha järgi. Endokriinne ­ endokriinnäärmete rakud sünteesivad hormooni ja sekreteerivad selle verre, kus transporditakse sihtkohta. Parakriinne ­ hormoon sünteesitakse rakkudes ning toimib naaberraku retseptoritele. Autokriinne ­ hormoon sünteesitakse rakkudes ning toimib sama raku retseptoritele. Neurokriinne ­ hormoon sünteesitakse närvirakus ning toimib naaberraku retseptoritele. Neuroendokriinne ­ hormoon sünteesitakse närvilõpmetes ja sekreteeritakse ekstratsellulaarsesse ruumi, kust vere kaudu transporditakse sihtkohta.
2+ 2. Hormoon on esmane signaali ülekandja, vahel neist ei piisa. Sekundaarne signaali ülekandja võib olla Ca , cAMp , cGMP , IP3, · DAG, NO jt, vabaneb rakus, kui hormoon seondub sihtmärk-raku ekstratsellulaarsele retseptorile. Aktiveerib või inhibeerib tsütopasmas või tuumas kulgevaid protsesse. Tuleb degradeerida või kõrvaldada rakust. Hormonaalse signaali ülekanderaja üldskeem: Hormoon sihtmärk-raku retseptor membraanis sekundaarsed ülekandjad spetsiifiliste valkude fosforüleerimine/defosforüleerimine metaboolne vastus.
3. Signaaliülekande retseptorid. Mittesteroidsed hormoonid seonduvad plasmamembraanis lokaliseeruvatele retseptoritele, mille abil aktiveerivad signaali ülekande raja raku sees. Steroidhormoonid võivad seonduda plasmamembraanis paiknevatele retseptoritele, siseneda rakku, seonududa tsütoplasmas lokaliseeruvatele retseptoritele, liikuda rakutuuma ja seonduda seal. Retseptorite põhitüübid: retseptorvalgud (adrenaliini retseptor) ­ ekstratsellulaarne hormooni ( ligandi ) sidumissait ; intratsellulaarne sait G-valguga seondumiseks. Retseptorensüümid (insuliini retseptor) ­ ekstratsellulaarne hormooni (ligandi) sidumissait; intratsellulaarne katalüütiline domeen. Oligomeersed ioonkanalid, tuumaretseptorid.
4. Peamised signaaliülekande rajad (1) 7-TMS retseptorilt GTP-siduvate valkude (G valgud) vahendusel toimiv rada. cAMP sekundaarse ülekandjana. Ionisitoolfosfaat (IP3) ja diatsüülglütserool (DAG) sekundaarsete ülekandjatena. (2) 1-TMS retseptorensüümide rada ­ türosiini kinaasi rada, cGMP sekundaarse ülekandjana. (3) hormoontundlike ioonkanalite mõjutamise kaudu toimiv rada (4) tsütoplasmaatiliste retseptorite (steroidhormoonide, kilpnäärmehormoonide) rada. 7
5. Steroidhormoonide retseptorvalgud võivad Lehekülg
Steroidhormooni toime sihtmärk- lokaliseeruda tuumas või plasmamembraanis. Steroidid rakus on hüdrofoobsed ja difundeeruvad vabalt tuuma; retseptorvalgud kannavad steoridi tuuma.