BIOKEEMIA KORDAMISKÜSIMUSED JA VASTUSED (0)

BIOKEEMIA KORDAMISKÜSIMUSED JA VASTUSED
1. Ühe glükoosi molekuli täielik aeroobne lõhustumine tagab kuni 38 ATP molekuli sünteesi. Kirjeldage, millistest radades ja mil viisil sünteesitakse glükoosi täilikul lõhustumisel ATP-d.
Glükolüüsi energia saagis: Ühe glükoosi molekuli kaheks püruvaadi molekuliks konverteerumise käigus sünteesitakse kaks ATP molekuli ning tekib kaks NADH molekuli. NADH molekulid transporditakse mitokondritesse, kus nad annavad oma elektronid hingamisahelasse, millega kaasneb ATP süntees oksüdatiivse fosforüleerimise teel. Kuna nii glükoos-6- fosfaadi sünteesimine glükoosist kui ka fruktoos -1,6-bisfosfaadi teke fruktoos-6-fosfaadist vajavad mõlemad reaktsioonid 1 ATP molekuli, siis glükoosi lagundamine algab hoopiski energia kulutamisega. Energiat annavad glükoloosis kahe 1,3-bisfosfoglütseraadi molekuli muutumine kaheks makroergilist sidet omavaks 3-fosfoglütseraadi molekuliks (2 ATP-d) ja kahe fosfoenoolpüruvaadi molekuli muutumine kaheks püruvaadi molekuliks (2 ATP-d). Kokku on glükolüüsi energia saagis +2 ATP molekuli (+2 NADH).
Tsitraaditsüklis toodetakse ühe glükoosi molekuli kohta 2 molekuli GTP-d, mis annavad kokku 2 ATP molekuli. Oksüdatiivsel fosforüleerimisel mitokondrites saadakse veel 34 ATP molekuli: 2 NADH-d pärinevad glükolüüsist, annavad 6 ATP-d. 2 NADH molekuli saadakse püruvaadi muundumisel atsetüül-koensüüm-A-ks ja annavad 6 ATP-d. 6 NADH molekuli pärinevad tsitraaditsükli erinevatest etappidest ja annavad 18 ATP-d. Lisaks saadakse tsitraaditsüklis suktsinaadi konverteerumisel fumaraadiks 2 FADH2 molekuli, millest saab 4 ATP molekuli.
Kokku ongi glükoosi aeroobse lõhustumise energia saagis 38 ATP-d.
2. Kirjeldage nii üksikasjalikult kui saate glükolüüsi.
Glükolüüs on glükoosi osaline või lõplik oksüdatiivse lõhustumine, mille jooksul organism konverteerib glükoosis oleva energia endlae sobivasse vormi: ATP või NADH. Glükolüüs on üksikreaktsioonide jada. Glükoosi osaline lõhustumine toimub hapniku defitsiidi tingimustes nt. intensiivselt töötavates lihasrakkudes, erütrotsüütides. See toimub tsütoplasmas ja tekib laktaat. Glükoosi lõplik lõhustumine toimub hapniku juuresolekul. Tekivad CO2 ja H2O ning see toimub mitokondrites tsitraaditsükli vahendusel.
Glükoosi lõhustumise etapid:
I Glükoosi aktiveerimine fosforüleerimise teel. Süneesitakse glükoos-6-fosfaat ensüümi heksoosi kinaas vahendusel. Reaktsioon on sisuliselt pöördumatu ja vajab 1 molekuli ATP-d.
II Glükoos-6-fosfaat isomeriseerub fruktoos-6-fosfaadiks ensüümi fosfoglükoosi isomeraasi vahendusel. Reaktsioon on pöörduv ja mittereguleeritav.
III Fruktoos-6-fosfaat fosforüleeritakse ensüümi fosfofruktoosi kinaasi vahendusel (see on glükolüüsi keskne ensüüm, allosteeriliselt reguleeritav) fruktoos-1,6-bisfosfaadiks. Reaktsioon on pöördumatu ja vajab 1 molekuli ATP-d.
IV Fruktoos-1,6-bisfosfaat lõhustatakse glütseraldehüüd-3-fosfaadiks (GAP) ja dihüdroksüatsetoonfosfaadiks (DAP) ensüümi aldolaas vahendusel. Reaktsioon on pöörduv ja mittereguleeritav.
V Dihüdroksüatsetoonfosfaat ( ketoon ) konverteerub isomeriseerumisreaktsioonil glütseraldehüüd-3-fosfaadiks (aldoos) ensüümi trioosfosfaadi isomeraasi vahendusel. Nüüd on meil kaks molekuli glütseraldehüüd-3-fosfaati, mistõttu edaspidi tuleb saagis korrutada kahega.
VI Toimub GAP aldehüüdrühma oksüdeerimine, mille tulemusel tekib makroergilist sidet omav 1,3-bisfosfoglütseraat. Ensüümiks on glütseraldehüüd-3-fosfaadi dehüdrogenaas. Saagiseks on ka 1 NADH molekul .
VII Toimub 1,3-bisfosfaadi makroergilise fosfaatgrupi ülekanne ADP-le, mille tulemusel tekib 3-fosfoglütseraat ja ATP ensüümi fosfoglütseraadi kinaas vahendusel. Reaktsioon on pöörduv.
VIII Toimub fosfaatgrupi ülekanne asendist 3 asendisse 2, mille tulemusel tekib 2-fosfoglütseraat ensüümi fosfoglütseraadi mutaas vahendusel. Reaktsioon on pöörduv.
IX 2-fosfoglütseraat dehüdrateerub enolaasi vahendusel fosfoenoolpüruvaadiks. Reaktsioon on pöörduv.
X Fosfoenoolpüruvaadi energia arvel sünteesitakse püruvaadi kinaasi vahendusel ATP ja püruvaat. Reaktsioon on pöörumatu.
Nüüd on meil tekkinud ühest glükoosi molekulist 2 püruvaadi molekuli, mis aeroobsetes tingimustes oksüdeeritakse täielikult tsütraaditsüklis üle atsetüül-CoA.
3. Kirjeldage nii üksikasjalikult kui suudate tsitraaditsüklit.
Glükolüüsis tekkinud püruvaat difundeerub mitokondritesse, kus toimub tema lõplik oksüdatsioon üle atsetüül-CoA, reaktsiooni akatlüüsi püruvaadi dehüdrogenaasne kompleks.
Tekkinud atsetüül-CoA siseneb tsitraaditsüklisse oksaloatsetaadiga kondenseerudes. Toimub kahesüsinikulise atsetüüljäägi ülekanne neljasüsinikulisele ühendile (oksaloatsetaat) ja tekib kuue süsinikuline tsitraat. See dekarboksüülub, eraldub CO2, mille käigus tekivad viie ja neljasüsinikulised metaboliidid, millest viimane konvereerub oksaloatsetaadiks, mis saab liituda järgmisesse tsüklisse kondenseerudes atsetüül-CoA-ga. Tsitraaditsükli reaktsioonid:
I Atsetüül-CoA atsetüülgrupi ülekandega oksaloatsetaadile tekib ensüümi tsitraadi süntaas vahendusel tsitraat. Reaktsioon on pöördumatu.
II Tsitraat isomeriseerub isotsitraadiks ensüümi akonitaas vahendusel. Reaktsioon on pöörduv.
III Isotsitraadi osküdatiivse dekarboksüülimise tulemusel sünteesitakse α-ketoglutaraat, eraldub CO2 (väljub esimene C aatom ) ja toodetakse NADH ensüümi isotsitraadi dehüdrogenaasi (tsitraaditsükli võtmeensüüm) vahendusel. Reaktsioon on pöördumatu.
IV α-ketoglutaraadi osküdatiivse dekarboksüülimise tulemusel süneesitakse suktsinüül-CoA, eraldub CO2 (väljub teine C aatom ) ja toodetakse NADH. Ensüümiks on α-ketoglutaraadi dehüdrogenaasne kompleks (tsitraaditsükli võtmeensüümkompleks).
V Suktsinüül-CoA makroergiline tioesterside hüdrolüüsub, mille arvel toimub GDP fosforüleerimine GTP-ks ja tekib suktsinaat ensüümi suktsinüül-CoA süntetaasi vahendusel. Reaktsioon on pöörduv. See on ainus reakstioon tsitraaditsüklis, mille käigus sünteesitakse energiarikas fosfaatside.
VI Suktsinaadi dehüdrogeenimine sukstinaadi dehüdrogenaasi vahendusel annab fumaraadi ja tekib FADH2. Reaktsioon on pöörduv.
VII Fumaraat hüdrateeritakse malaadiks ensüümi fumaraasi vahendusel. Reaktsioon on pöörduv.
VIII Toimub malaadi dehüdrogeenimine, mille tulemusel regeneeritakse oksaloatsetaat ning toodetakse NADH. Ensüümiks on malaadi dehüdrogenaas. Reaktsioon on pöörduv.
Oksaloatsetaat kondenseerub uue atsetüül-CoA molekuliga tsitraadiks ning algab uus tsükkel.
4. Millises vormis säilitatakse organismis rasvhappeid ?
Rasvhappeid säilitatakse inimorganismis triglütseriididena. Toidulipiidide seedimisest ja imendumisest pärinevad rasvhapped salvestatakse suures osas rasvkoe rakkudes ehk adipotsüütides triglütseriididena. Triglütseriidide lõhustumisel tekkinud rasvhapete edasisel oksüdatiivsel lõhustumisel saadakse atsetüül-CoA, mis protsessitakse edasi tsitraaditsüklis.
Osa rasvhapetest säilitatakse rakumembraanides ka kolesterooli või fosfolipiidide kujul.
5. Triglütseriidid on organismi põhiline energiavaru. Selgitage.
Lipiidide metabolism rahuldab umbes 30% organismi päevasest energiavarust.
Rasvhapete täielik oksüdatsioon annab 9 kcal /g energiat, samal ajal kui süsivesikud ja rasvad annavad 4 kcal/g. Rasvhapped on võrreldes süsivesikute ja valkudega enam redutseeritud. Rasvhapped on mittepolaarsed molekulid ja esinevad seetõttu anhüdreeritud vormis (võrluseks: 1g glükogeeni seob 2g vett).
70 kg kaaluval inimesel on energiavarust 100000 kcal triglütseriidides, 25000 kcal valkudes (lihastes peam), 600kcal glükogeenis ja 40kcal glükoosis. Triglütseriidide kaal samas on ainult 11kg. Kui sama energia oleks salvestatud glükogeenis, siis peaks inimese kaal olema 55kg suurem. Triglütseriididest jätkub inimesel energia saamiseks mitmeteks nädalateks, kusjuures glükogeeni ja glükoosi varud ammenduvad 24 tunni jooksul.
6. Kirjeldage triatsüülglütseriidide lagundamist.
Triglütseriidide lagundamine energia saamise eesmärgil toimub mitmes etapis. Triglütseriidid lagundatakse adipotsüütides rasvhapeteks ja glütserooliks. Vabanenud rasvhapped läbivad adipotsüüdi membraani ja seotakse veralbumiini poolt, mis transpordib nad energiat vajavatesse kudedesse, kus nad difundeeruvad rakkudesse. Rasvhapped transporditakse energiat vajavate kudede rakkude mitokondritesse, kus need aktiveeritakse lagundamiseks. Rasvhapped lagundatakse atsetüül-CoA molekuliseks, mida protsessitakse edasi tsitraaditsüklis.
Triglütseriidid lõhustatakse hüdrolüüsi teel, mida viivad läbi lipaasid. Protsess on hormoonide kontrolli all: lõhustumise viib läbi hormoon -tundlik lipaas . Triglütseriidide lõhustumine toimub etapiviisiliselt. Iga lipaas viib tratsüülglütseriidilt ära ühe rahvhappe jäägi. Iga reaktsioon vajab vastavalt lipaasi (triglütseriidi, diglütseriidi või monoglütseriidi lipaasi) ja ühte molekuli vett. Lõpuks tekib kolm erinevat rasvhapet ja glütserool.
Vabanenud glütserool liigub maksa, kus ta fosforüleeritakse (aktiveeritakse) ning kasutatakse ka triglütseriidide biosünteesiks või konveteeritakse glütseraldehüüd-3-fosfaadiks, mida saab kasutada glükoneogeneesiks (glükoosi biosüneesiks) või edasiseks konvereerimiseks püruvaadiks ning lõhustumiseks tsitraaditsüklis.
7. Mis on rasvhapete oksüdatiivse lagundamise põhiline metaboolne rada? Kirjeldage lühidalt.
Rasvhapete lagundamine toimub põhiliselt maksas , samuti südamelihases, skeletilihastes ja neerudes. Rasvhapete täielik oksüdatsioon CO2-ka ja H2O-ks toodab rohkesti ATP-d. Rasvhappe lagundamise metaboolne rada on β-oksüdatsioon, mille tulemusel eraldub rasvhappe ahelast 2-süsinikuline molekul . β-oksüdatsioon toimub mitokondite maatriksis.
β-oksüdatsiooniks on vajalik rasvhappe aktiveerimine, mis toimub mitokondrite välismembraanis. Rasvhappe molekulile lisatakse CoA molekul, mille tulemusel tekib atsüül-CoA. Ensüümiks on rasvhappe atsüül-CoA süntetaas. Atsüül-CoA transporditakse mitokondrite maatriksisse karnitiini ( vitamiin Bt) abil, sest pikaahelalised rasvhapped ei suuda vabalt läbida mitokondrite membraani. Mitkondri maatriksis algab β-oksüdatsioon. β-oksüdatsiooni ühes ringis erladub 1 FADH2 molekul ja 1 NADH molekul.
8. Mis on ajukoe peamine energiaallikas ? Miks?
Ajukoe peamine energiaallikas on glükoos, sest aju ei ole suuteline lagundama rasvasid ja lipiide. Pikemaajalise nälgimise korral saab aju energiat ketokehadest. Ajukoes puuduvad energiavarud , mistõttu aju vajab pidevalt glükoosiga varustamist. Aju kasutab ca 120 g (420kcal) glükoosi ööpäevas, mis on ca 60% kogu organismi glükoosi kasutamisest.
9. Kirjeldage nii üksikasjalikult, kui suudate aminohapete aminorühma lõhustumise etappe .
Aminohapete α-aminorühm kantakse α-ketoglutaraadile, mille tulemusel tekib glutamaat, millelt omakorda eemaldatakse aminogrupp ammoniaagi vormis. Aminohapete aminorühma ülekanne on transamiinimine. Aminohappelt aminogrupi elimineerimine ammoniaagi vormis on oksüdatiivne desamiinimine. Ainult glutamaadilt saab aminorühma eemaldada NH+ vomris. Teistelt aminohapetelt tuleb NH3 üle kanda glutamaadile.
Transamiinimine on aminohapete metabolismi keskne protsess. See on aminohapete lõhustumise esimene etapp. Transamiinimine on α-aminorühma ülekanne α-aminohappelt α-ketohappele. Aminorühma loovutanud aminohappest tekib talle vastav ketohape, aminorühma vastu võtnud α-ketohappest tekib talle vastav α- aminohape . Ensüümiks on aminotransferaas. Inimorganismis on aminorühma vastuvõtjaks enamasti α-ketoglutaraat, millest tekib glutamaat. Inimorganismi peamised aminotranferaasid on aspartaadi aminotransferaas ja alaniini aminotransferaas.
Oksüdatiivne desamiinimine on aminohappelt aminogrupi elimineerimine ammoniaagi vormis. Aminohappest tekib α-ketohape, mida saab kasutada nii aminohaoete biosünteesiks kui lõhustumisekstsitraaditsükli vahendusel energia saamise eesmärgil. Tekkinud ammoniaaks kas lülitub karbamiidi ( uurea ) biosünteesi ning väljutatakse või kasutatakse aminohapete biosünteesiks. Inimorganismis toimub efektiivselt vaid glutamaadi oksüdatiivne desamiinimine (tekib α-ketoglutaraat, ensüümiks on glutamaadi dehüdrogenaas). Glutamaadi oksüdatiivne desamiinimine on aminohapete metabolismi üks võtmereakstioone ja glutamaadi dehüdrogenaasi reguleeritakse allosteeriliselt (ATP ja GTP inhibiitorid ja ADP, GDP aktivaatorid ). Energia vähenedes suureneb aminohapete oksüdatsioon.
Seriini ja treoniini α-aminorühmad konverteeritakse otse ammoniaagiks, kuna nende aminohapete β-süsiniku küljes pn hüdroksüülrühm.
Oksüdatiivses desamiinimises tekkinud ammoniaak on toksiline ja tuleb kiiresti väljutada, mistõttu konverteeritakse ammoniaak maksas karbamiidiks (uureaks) ja väljutatakse neerude kaudu.
10. Kirjeldage nii üksikasjalikult, kui suudate uureatsüklit.
Uurea tsükkel ehk karbamiidi biosüntees on maksas toimuv rada. Toksiline ammoniaak muudetakse neutraalseks vesilahustuvaks karbamiidiks. Üks karbamiidi lämmastiku aatomist kantakse üle aspartaadilt. Teine lämmastik tuleb ammoniaagist ja süsinik tuleb süsihappegaasist; nende kandjaks on ornitiin.
I Tsükkel algab karbamoüülfosfaadi tekkega NH4+-st ja CO2-st (bikarbonaadi vormis). Reaktsioon on mitmeastmeline ja vajab kahte ATP molekuli. Ensüümiks on karbamoüülfosfaadi süntetaas I.
II Karbamoüülfosfaat kondenseerub ornitiiniga andes tsitrulliini, mis transporditakse tsütosooli. Karbamoüülfosfaadi karbamoüülgrupp kantakse üle aminohappele ornitiin. Ensüümiks on ornitiini transkarbamoülaas. Reaktsioon toimub mitokondrite maatriksis.
III Tsütosüüli transporditud tsitrulliin ühineb aspartaadiga arginosuktsinaadiks ensüümi arginosuktsinaadi süntetaasi vahendusel. Reaktsiooniks vajalik energia saadakse ATP hüdrolüüsist.
IV Argininosuktsinaat lõhustub arginiiniks ja fumaraadiks ensüümi argininosuktsinaasi vahendusel.
V Arginiin lõhustub karbamiidiks ja taastub ornitiin ensüümi arginaasi vahendusel. Arginaasi leidub vaid maksas. Karbamiid difundeerub verre, viiakse neerudesse ja väljutatakse. Ornitiin transporditakse mitokondritesse, kus ta lülitub uureatsükli uude ringi.
Argininosuktsinaadi lõhustumisel tekkinud fumaraat konverteeritakse tsitraaditsüklis oksaloatsetaadiks, mille edasine transamiinimine annab aspartaadi, mis lülitub uureatsüklisse.
11. Kirjeldage aminohapete süsinikskeleti lagundamist.
Aminohapete süsinikskeletid kas lõhustatakse energia saamise eesmärgil tsitraaditsüklis või kasutatakse glükoosi ja lipiidide biosünteesiks. Süsinikskeleti lülitumiseks tsitraaditsüklisse muundatakse aminohapped võtmeühenditeks. 20 aminohappe süsinikskeletid kanaliseeritakse seitsmeks võtmeühendiks: püruvaadiks, atsetüül-CoA-ks, atsetoatsetüül-CoA-ks, α-ketoglutaraadiks, suktsinüül-CoA-ks, fumaraadiks või oksaloatsetaadiks.
Kolmesüsinikulised aminohapped konverteeruvad püruvaadiks (nt alaniin transamineeritakse püruvaadiks ja glutamaadiks). Glutamaadi edasine oksüdatiivne transamiinimine annab NH4+-i ja α-ketoglutaraadi. (Alaniin, tsüsteiin, glütsiin, seriin, treoniin , trüptofaan – püruvaadiks).
Neljasüsinikulised aminohapped konverteeruvad okaloatsetaadiks ( aspartaat ja asparagiin).
Viiesüsinikulised aminohapped konverteeruvad α-ketoglutaraadiks.
Isoleutsiin, leutsiin , trüptofaan – atsetüül-CoA-ks
Leutsiin, lüsiin, fenüülalaiin, trpptofaan, türosiin – atsetoatsetüül-CoA-ks
Arginiin, glutamaat, glutamiin , histidiin, proliin – α-ketoglutaraat
Isoleutsiin, metioniin, treoniin, valiin – suktsinüül-CoA-ks
Aspartaat, fenüülalaliin, türosiin – fumaraadiks
12. Kirjeldage puriin - ja pürimidiinnukleotiidide biosünteesi.
Nukleiinhappeid ei ole toidus palju ja nad ei ole inimorganismi jaoks toitained . Vajaminevad nukleotiidid saadakse peamiselt lämmastikaluste ja nukleotiidide de novo sünteesi kaudu.
Puriinnukleotiidide de novo sünteesiks kasutatakse glütsiini, aspartaati, glutamiini, CO2 ja formüüljääki. Puriinnukleotiidide biosüntees algab riboos -5-fosfaadist aktiivse fosforibosüülfosfaadi (PRPP) tekkega, mille külge ahitatakse erinevate fragmentide liitmisega puriintuum. Fosforibosüülpürofosfaadist sünteestikase N9 sisestamisega fosforibosüülamiin, mille külge ehitatakse etapiviisiliselt puriintuum. Kõigepealt lisatakse glütsiin fosforibosüülamiini aminorühmale. Siis toimub formüülgrupi ülekanne glütsiinijäägile. Kolmandana toimub amiidrühma fosforüleerimine ja konverteerumine amidiiniks. Siis tekib tsükliline imidisoolrühm. Seejärel toimub süsinikuaatomite lisamine imidasoolrühmale ning kõige lõpuks toimub imidasoolkarboksülaadi fosforüleerimine ja väljatõrjumine aminorühma poolt.
Purimidiinnukleotiidide biosüntees. Pürimidiintuuma C2 ja N3 aatomid tulevad karbomoüülfosfaadist, ülejäänud aspartaadist. Erinevalt puriinnukleotiidide de novo sünteesist sünteesitakse eraldi terviklik pürimidiintuum ja seejärel kantakse fosforibosüülfosfaadile, misjäel tekib vaheühend orotidiinmonofosfaat. Selle baasil sünteesitakse uridiilmonofosfaat. Uridiilmonofosfaadi baasil sünteesitakse tsütosiintrifosfaat.
13. Kirjeldage organite metaboolset spetsialiseerumist.
Organite metaboolsed ekstiivsused erinevad sõltuvalt sellest, milliseid biomolekule nad kasutavad energia allikatena.
70 kg kaaluva inimese energiavarud kcal: Veri : glükoos või glükogeen 60; triatsüülglütseriidid 45; valgud 0. Maks: 400; 450 & 400; Aju 8; 0 & 0. Lihas 1200; 450 & 24000; adipotsüüdid 80; 135000 & 40.
Ajukoe sisuliselt ainus energiallikas (va pikaajalise nälgimise korral) on glükoos. Ajukoes puuduvad energiavarud, mistõttu aju vajab pidevalt glükoosiga varustamist. Aju kasutab ca 120 g (420kcal) glükoosi ööpäevas, mis on ca 60% kogu organismi glükoosi kasutamisest. Enamus energiast kulub ajul Na+-K+ membraani potentsiaali hoidmiseks, mis on vajalik närviimplusside ülekandeks. Biosünteetilistest protsessidest on ajus olulised neurotransmitterite süntees.
Skeletilihase olulised energiaallikad on glükoos, rasvhapped ja ketokehad . Skeletilihas erineb ajukoest selle poolest, et lihases on suuremad glükogeeni varu (1200kcal). Ca 75% organismi glükogeenist säilitatakse skeletilihastes. Lihaskude ei ole suuteline sünteesima karbamiidi. Aktiivselt töötavas skeletilihases on piiratud hapniku kontsentratsiooni tõttu glükolüüsi aktiivsus palju kõrgem kui tsitraaditsükli aktiivsus, mistõttu tekib palju püruvaati. Aktiivselt töötavas skeletilihases toodetud laktaat ja alaniin transporditakse maksa, kus toimub nende konverteerumine glükoosiks. Glükoos transporditakse tagasi skeletilihasesse, kus seda kasutatakse energia tootmiseks.
Erinevalt skeletilihastest töötab südamelihas peaaegu täielikult aeroobselt (palju mitokonderid rakkudes) ja seal praktiliselt puudub glükogeeni varu. Südamelihase peamine energiaallikas on rasvhapped, vähemal määral ketokehad ja laktaat.
Adipotsüütides toimub tratsüülglütseriidide süntees, mis annavad väga suure energiavaru: 70kg kaaluvas inimeses on 15 kg tratsüülglütseriide, mille vastav energiavaru on 135000 kcal.
Maksal on oluline roll aju, lihase ja teiste eprifeersete organite varustamisel kütusega. Maks eraldab imendunud glükoosist ca 65% ning praktiliselt kõik monosahhariidid (glükogeeni tootmine ja lagundamine). Maksal on tsentraalne roll ka lipiidide metabolismis (transportimine adipotsüütidesse ja ketokehade tootmine) ja veresuhkru taseme hoidmisel (glükogeeni tootmine ja glükoosi vabastamine vastavalt vajadusele).
14. Mida mõeldakse geeni ekspresseerumise all? Kirjeldage geeni ekspressiooni erinevaid etappe.
Geeni ekspresseerumise all mõistetakse tema poolt kodeeritud valgu sünteesi. Kui geeni ekspresseeritakse, siis kopeeritakse geenist üheahelaline mRNA matriits, mis seejärel suundub rakutuumast ribosoomi, kus toimub geneetilise koodi alusel mRNA-st tRNA ja mitmete ensüümide abil aminohappeahelate sünteesimine, millest moodustub valk. Valguahela süntees ehk valgu biosüntees toimub ribosoomides ja seda nim. translatsiooniks. Peale ribosoomide osalevad translatsioonis ka tRNA molekulid, mille antikoodoni komplementaarne seostumine mRNA-l oleva koodoniga määrab, milline aminohape lülitatakse ribosoomidel sünteesitavasse polüpeptiidahelasse. Ribosoomid koosnevad rRNA ja valkude molekulidest ning seostuvad mRNA ja tRNA molekulidega.
Valgu süntees algab alati metioniiniga – startkoodon on tavaliselt AUG, harvem CUG või UUG (leutsiin).
Translatsiooni alustamise esimene etapp on translatsiooni intsiaatorfaktorite js ribosoomi 40S subühiku seostumine mRNA 5’ otsas oleva mütsikesega. Edasi liikub initsiaatorkompleks 3’ suunas edasi kuni leitakse startkoodon (scanning). Peale startkoodoni leidmist seostub ribosoomi 60S subühik ja algab valgu süntees.
mRNA tranlastioon toimub 5’-> 3’ suunal, mistõttu lisatakse aminohappeid polüpeptiidahela C-terminusse.
Translatsiooni mehhanism: Peptidüül-tRNA asub ribosoomi suure alaühiku P-kohas. Aminoatsüül-tRNA seostub A-kohta. Toimub peptiidsideme moodustumine. Elongatsioonifaktor G mõjul liigub mRNA kolme aluse võrra edasi, erinevad tRNA-d liiguvad erinevatesse saitidesse ning algab uus tsükkel.
Translatsioon lõpeb siis kui valguline vabastusfaktor tunneb A-kohas oleva stoppkoodoni (millega komplementaarsed tRNA molekulid puuduvad) ära ning toimub peptidüül-tRNA hüdrolüüs. Toimub ribosoomi disassotsieerumine, mille tulemusel vabanevad tRNA ja mRNA molekulid.
15. Kirjeldage nii üksikasjalikult kui suudate informatsiooni edastamist närvisüsteemis.
Närvirakk omab puhkeseisundis membraanipotentsiaali – puhkepotentsiaali. Raku sisemembraanil on negatiivne, välismembraanil aga positiivne laeng. Sellist tasakaalu kontrollivad kaks faktorit : ioonkanalid (selektiivsed) ja ioonide aktiivtransport (Na+-K+ pump ). Puhkepotentsiaali suurus on -60 kuni -90 mV. Enamus närvirakke kasutab aktsioonipotentsiaali (suur lühiajaline mempraanipotentsiaali muutus, mis levib mööda aksoneid) informatsiooni edastamiseks pikema maa taha. Puhkepotentsiaal tekib, sest puhkesesiundis laseb närviraku membraan läbi rohkem K+ ioone kui Na+ ja Cl- ioone. Selle tulemusel liiguvad K+ ioonid rakust välja. Kui kanal on avatud, siis määrab ioonide liikumise elektrokeemiline gradient. Tekib puhkepotentsiaal, mille suurus on lähedane K+ ioonidetasakaalupotentsiaalile (-75mV). Ioonide kontsentratsioonide gradienti hoitakse ioonide aktiivtraspordi abil (Na+-K+ pump).
Aktsioonipotentsiaal tekib närviraku ärritamise tulemusel Na+ ja K+ ioonkanalite transientse avamise ja sulgumisega. Närviraku ärritamine kutsub esile membraani ioonide läbilaskvuse muutuse, mille tulemusel tekib Na+ ioonide laviinitaoline sissevool rakkudesse, millega kaasneb depolarisatsioon – puhkepotentsiaali vähenemine (muutub ajutiselt positiivseks , mille tagajärjel rakk repolariseerub). Aktsioonipotentsiaal tekib, kui membraanipotentsiaali vähenemine küündib kindla ulatuseni -45 mV kuni -55mV-ni. Seda kutsutakse läviväärtuseks. Läviväärtuse ületanud signaal kutsub alati esile aktsioonipotentsiaali, mis levib ainult ühes suunas kuna tagasisuunas liikumine on takistatud refraktaaruse poolt.
Närviimpulss on suure kiirusega piki aksoneid leviv aktsioonipotentsiaalide laine. Närvirakk genereerib ühe aktsioonipotentsiaali iga 4 millisekundi järel ja see levib piki aksonit kiirusega kuni 100m/s. Kui aktsioonipotentsiaal on jõudnud aksonit pidi närviraku lõppu, siis vabaneb neurotransmitter , mis põhjustab teise närviraku membraani depolarisatsiooni ja aktsioonipotentsiaali indutseerimine. Närviraku sees edasikanduv signaal on elektriline, närvirakkudevaheline signaal on aga keemiline. Kahe närviraku kontakti kohta nim. sünapsiks.
Elektrilised sünapsid vahendavad informatsiooni kahe neuroni vahel otsese elektrilise kontakti teel: post- ja presünaptilised membraanid on omavahel tihedalt ühendatud valguliste struktuuride vahendusel (tiheliidus). Läbi tiheliiduse suunatakse elektriimpulss otse ühelt rakult teisele, signaali ülekandumine toimub otse ilma keemiliste vahendajateta. Sünaptiline närviimpulsi ülekanne on aga valdavalt keemiline ja toimub neurotransmitteri kaudu. Neurotransmitter sünteesitakse presünaptilise raku tsütoplasmas, kust ta sekreteeritakse sünaptilisse pilusse. Neurotransmitter seostub spetsiifiliste retseptoritega.
5