Molekulaar- ja rakubioloogia konspekt (0)

TRANSLATSIOON e valgusüntees, toimub tsütoplasmas, ribosoomides. Aminohapetest sünteesitakse polüpeptiidahel. Protsessi viib läbi ribosoomikompleks, mis koosneb:

• 30S subühikust ( eukar : 40S) ja 50S subühikust ( prokar : 60S); või vastavalt väike ja suur subühik
  
• mRNA (sisaldab geneetilist koodi)
  
• initsiaator -tRNA
  
• initsiatsiooni- või elongatsioonifaktor (oleneb faasist).
  

Protsessis on kolm faasi: initstiatsioon -> elongatsioon -> terminatsioon.
Ribosoom läbib selle käigus valgusünteesi ribosoomi tsükli.
Vastavalt faasidele toimub: funktsionaalse ribosoomi moodustumine -> aminohapete lisamine peptiidahelasse -> sünteesitud valgu vabastamine ribosoomist.
Tegu on kahe-astmelise dekodeerimisprotsessiga:

preribosomaalne etapp -> aminoatsüül-tRNA süntees

ribosomaalne etapp -> koodon - antikoodon translatsioon ja peptidsideme süntees ribosoomil.
Avatud lugemisraam e valkukodeeriv järjestus - nukleiinhappe järjestus, mis sisaldab järjestikuseid aminohappeid kodeerivaid koodoneid ja mis algab initsiaator-koodoniga ning lõpeb stop-koodoniga.

Initsiaator-koodonile eelneb ribosoomi sidumispiirkond RBS (ribosome
binding site) ehk Shine - Dalgarno järjestus.
Bakteriaalne initsiatsioon :

• IF1 ja IF 3 koos ribosoomi väikese subühikuga ja fMet-tRNAi seondub mRNAle-RBSile, 70S initsiatsioonikompleks saavutatakse kui IF2 vahendatud GTP hüdrolüüsi energia arvelt viiakse kokku väike ja suur alaühik.
  

Shine-Dalgarno järjestus ( Shine-Dalgarno box), on ribosomaalne seondumissait, mis paikneb 6-7 nukleotiidi ülevalpool start koodonist. See on kuue aluseline konsensusjärjestus mis aitab ribosoomi väikesel subühikul õigesti positsioneeruda, kusjuures see toimub üle anti-Shine-
Dalgarno järjestuse (CCUCCU) 16S rRNA-l
Eukarüootne initsiatsioon toimub mRNA 5’ otsa juures:

• eIF3 ja eIF6 hoiavad ribosoomi dissotsieerunult. eIF 2, GTP ja Met-tRNA moodustava aktiivse ternaarkompleksi, selle ühinemisel 40S subühikuga
  
• zeIF3- fosforüleerimise kaudu reguleeritakse initsiatsiooni
  
• 40S subühiku interaktsiooni mRNA 5’ cap osaga vahendab eIF4, mRNA-d skaneeritakse kuni AUG koodonini
  

Kozaki järjestus- spetsiifilised järjestuse AUG ümber, mis kergendavad äratundmist 
ACCAUGG

• IRES- internal ribosome entry sites 
Eukarüootne initsiatsioon algab reeglina mRNA 5’ otsa juures, osadel juhtudel aga ka sisemistel saitidel
  

Elongatsioon – aminoatsüül-tRNA liigub läbi kolme ribosomaalse saidi (A, P ja E) Terminatsioon – valgusüntees termineeritakse mRNA stoppkoodonini jõudmisel ribosoomi vastavate faktorite poolt
Aminoatsüül-tRNA süntees
Põhilised ensüümid, mis peavad tRNA molekuli identifitseerima on aminoatsüül-tRNA süntetaasid e. ligaasid .
Aminoatsüül-tRNA süntetaas aktiveerib aminohapped ja liidab need tRNAle.
Iga aminohappe jaoks on oma, spetsiifiline aminoatsüül-tRNA süntetaas.
Need jagatakse kahte klassi.
Aminohappe liitmine on kaheastmeline:

Liituvad süntetaasiga AH ja ATP- moodustub aminoatsüül adenülaat


Estersideme süntees COOH ja riboosi 2’ või 3’ C vahel.
Aminoatsüleerimise suur täpsus tagatakse editeerimisaktiivsusega - hüdrolüütilist aktiivsust, mille abil välditakse vale aminohappega laetudtRNA vabanemist.

• Ülekande- eelne editeerimine: kontrollitakse aminoatsüleerimisreakatsiooni esimest etappi, st välditakse vale aminoatsüüladenülaadi moodustumist (vale aminoatsüül-adenülaat lagundatakse enne selle ülekannet tRNA külge.
  
• Ülekande-järgne editeerimine: kontrollitakse aminoatsüüladenülaadi ülekandmist tRNA-le. (hüdrolüüsitakse esterside aminoatsüül-adenülaadi ja vale tRNA vahel).
  

RIBOSOOMIDE FUNKTSIOON- viivad läbi valgusünteesi kasutades aminoatsüül-tRNA’d substraadina.
Ribosoomi subühikute vahele jääb põhiline aktiivtsenter, mis moodustab tRNA’de sidumiskohad:

• A-saiti seondub aminoatsüül-tRNA - paikneb nii väiksemal kui suuremal subühikul.
  
• P-saiti seondub peptidüül-tRNA.
  
• E-sait on deatsüleeritud tRNA spetsiifiline.
  

TRANSKRIPTSIOON on matriitssüntees, mille käigus sünteesitakse DNA molekuli ühe ahela nukleotiidse järjestusega komplementaarne RNA molekul . Transkriptsioon toimub eukarüootidel tuumas, prokarüootidel tsütoplasmas.
Prokarüoodi transkriptsiooni initsiatsioon: RNA polümeraas seondub ühega paljudest spetsiifilistes tranksriptsiooni faktoritest (σ-faktor) moodustades holoensüümi. Saab seonduda promootor -piirkonnaga DNA’l. -35 – -10 regioon sisaldab prokarüootset promootorit.. Selles staadiumis DNA on kaksikheeliks. DNA põimub lahti üksikahelaks initsiatsiooni saidi lähedal. RNA-polümeraas transkribeerib DNA’d,kuid toodab umbes 10 “värdjalikku” (lühike, mitteproduktiivne) transkripti. Need transkriptid ei saa polümeraasist väljuda, kuna väljapääs on blokeeritud σ-faktoriga. Lõpuks σ-faktor dissotseerub holoensüümist ja järgenb elongatsioon.
Eukarüoodi transkriptsiooni initsiatsioon: on keerulisem kui prokarüoodil, RNA polümeraas ei tunne otseselt ära promootor-järjestust, selleks on vajalikud transkriptsioonifaktorid, mis kinnituvad esmalt promootorjärjestusele ja seejärel saab seonduda alles polümeraas. Koos moodustavad nad transkriptsiooni initsiatsiooni kompleksi.

• TBP sõltuv initsiatsioon – selline initsitatsioon sisaldab promootorjärjestuses TATA-boxi, TBP on sellele seonduv TFIID alaühik. See on esimene valk, mis nö istub TATA-box alale . Järgneb TFIIB seondumine promootorile. TFIIB interakteerub kahel pool TATA-boxi TBP ja DNAga, samas kui tema N- terminaalne ots stabiliseerib tekkinhd interaktsiooni. Järgneb TFIIF ja RNA-pol II seondumine. (Hiljem peavad lisanduma ka TFIIF ja TFIIH).
  
• TBP sõltumatu initsiatsioon – sellises initsitatsioonis ei ole TATA-box ala promootrjärjestuses ning ei ole TBP. Nende asemel on kas näiteks initsiaator kompleks või CpG saarekesed .
  

Sigma faktor (σ) on prokarüootne transkriptsiooni initsiatsiooni faktor, mis võimaldab spetsiifilise RNA polümeraasi spetsiifilist seondumist geeni promootoriga. Erinevad sigma faktorid aktiveeritakse vastuseks erinevatele keskkonna tingimustele. Iga RNA polümeraas sisaldab täpselt ühte sigma-faktorit.
Operon on geneetilise materjali funktsionaalne ühik, mis koosneb kimbust geenidest , mis on kõik allutatud ühele regulatoorsele signaalile või promootorile. Geenid transkribeeritakse koos mRNA ahelasse.
Mediaatorkompleks moodustab molekulaarse silla aktivatsioonidomäänide ja RNAPolII vahel. Mediaator mõjutab otseselt transkriptsiooni preinitsatsiooni kompleksi kokkupanekut
Inteiin on valgu segment, mis on võimeline iseennast välja lõikama ja järele jäänud valguosade vahele sünteesima peptiidsideme.
RNAPolI-sõltuv initsiatsioon. Initsiatsiooniks absoluutselt vajalik on core element (ulatub -40bp kuni +5bp). Initsiatsioonikompleksi moodustumine algab multimeerse UAF (ülavoolu-aktiveeriv-faktor) sidumisega -155bp kuni -60bp alale. Järgnevalt seondub trimeerne core-faktor koos TBP’ga core-elemendile. Viimases etapis RNAPolII eelmoodustunud kompleks koos Rnp3’ga assotseerub seondunud valkudega, paigutades polümeraasi startsaidi lähedusse.
RNAPolIII-sõltuv initsiatsioon. Promootoralad asuvad täielikult transkribeeritava ala sees (tRNA geenidel A box ja B box, 5SrRNA geenidel C box). Initsiatsiooniks on vaja 3 GTF’i: TFIIIC ja TFIIIB osalevad nii tRNA kui 5SrRNA, TFIIIA vaid 5SrRNA transkriptsiooni initsiatsioonil. On vajalik, et spetsiifilised GTF’d istuksid teatud DNA järjestustele. TFIIIB alaühik BRF suunab polümeraasi õigele elemendile. Kui TFIIIB on sidunud, siis saab RNAPolIII seonduda ja rNTPde olemasolul initseerida transkriptsiooni.

N-terminaalne DNAd - siduv domään, mis seondub teatud DNA järjestustele,

C-terminaalne aktivatsiooni domään, mis interaktsioonis teiste valkudega aktiveerib transkriptsiooni.

N-terminuses asuva domääni mutatsioon võtab ära võime DNA-le seonduda. C- terminaalse domääni muteerimine vähendab transkriptsiooni aktiivsust.
Transkriptsiooniline regulatsioon eukarüoodis – translatsioonilised repressorid, nt akonitaas, uORF, IRES (ei teki kompleksi 5’ capil), eIF4E defosforülatsioon (inhibeerib 5’ sõltuvat translatsiooni)
prokarüoodis – Shine Dalgarno järjestuse blokaad valguliste regulaatoritega (repressorid), Shine Dalgarno järjestuse paardumine mRNA komplementaarse osaga.
Replikatsioon algab järjestusest, mida kutsutakse origin ’iks, igas DNA-s on neid palju. DNA polümeraasid ei saa DNA- ahelat lahti keerata. Replikatsioonis üks ahel pikeneb järjest (juhtiv ahel) ja teine pannakse kokku juppidest (mahajääv ahel), mis ühendatakse DNA- ligaasi abil. Helikaas keerab biheeliksi lahti kasutades ATP energiat. Primaas teeb lühikese RNA praimeri, mis on komplementaarnte templeit DNA-ga ja seejärejl hakkab polümeraas α seda pikendama moodustades lühikese 5’RNA-3’DNA tütarahela. Seejärel võtab polümeraas δ üle ja jätkab ahela pikendamist.

• Helikaas – keerab DNA biheeliksi lahti
  
• DNA güraas e. topoisomeraas – kompenseerib lahtikeerdumist (aitab struktuuri hoida)
  
• DNA-polümeraasid – vastutavad polünukleotiidahelate sünteesi eest 5’->3’ suunas
  

• α − 4 subühikut, polümeraasi tootlikus, pole 3’ eksonukleaasi aktiivsust
  
• β − vigade parandus
  
• γ − replitseeriv ensüüm mitokondrites
  
• δ − peamine polümeraas! Omab 3’-eksonukleaasi aktiivsust, teeb vähem vigu
  

• DNA-primaas – sünteesib oligonukleotiidse praimeri
  
• DNA- ligaas – ühendab mahajääva ahela fragmente
  

Okazaki fragmendid on lühikesed DNA jupid, millest pannakse kokku ahel, mis on komplementaarne DNA replikatsioonil mahajäävale ahelale. RNA-praimerid, millest fragmendid alguse saavad, lõigatakse ära ja asendatakse pikeneva DNA ahelaga. Fragmendid ühendatakse DNA ligaasi poolt.

Pseudogeen - funktsionaalse geeniga homoloogiline järjestus, mida ei transkribeerita. Evolutsiooni käigus on lisandunud neisse geenidesse geneetilise triivi (genetic drift) tulemusena rida muutusi, mis translatsiooni enneaegselt termineerivad või inhibeerivad mRNA protsessingut, nii et need alad on muutunud mittefunktsionaalseks ehkki neilt transkribeeritakse RNAd . Teine võimalus pseudogeenide tekkeks on RNA pöördtranskriptsioon cDNAks ja viimase integratsioon genoomi intron -vaba DNAna.
Transformatsioon – geneetilise informatsiooni ülekandumine ühest rakust teise rakust isoleeritud DNA abil. Pärilik muutus raku omadustes. Võõras DNA satub raku koosseisu ja sellelt hakatakse geene eksprsesseerima.
SEKUNDAARSED VAHENDAJAD – rakusisesed molekulid, mille struktuur muutub pärast mingi kindla aine retseptorile seondumist, kutsuvad esile rea ensümaatilisi protsesse, mille tulemusena realiseerub geeniekspression; aktiveerivad spetsiifilisi proteiinkineaase.
RAS- valgud e väikesed G-valgud on GTPaasse aktiivsusega lülitid ja nende tsükkel on järgmine: toimub üleminek aktiivse ja inatkiivse vormi vahel.
G-valgud ehk guaniininukleotiide siduvad valgud on perekond, mis tegeleb väljaspoolt rakku tulevate keemiliste signaalide ülekandega raku sisemusse .
G-valgud on olulised signaaliülekandes osalevad molekulid rakus. Mitmed haigused nagu diabeet, südame-veresoonkonna haigused ning kindlad vähktõve vormid on seotud G-valkudega seotud retseptorite (GPCR) väärtalitlusega signaaliülekandes. Sellest tulenevalt on ligikaudu 40% tänapäeva ravimitest suunatud just GPCR-le.
G-valgud võib jagada kahte rühma:

• heterotrimeersed ehk nn suured - valke aktiveerivad GPCR-id ja need koosnevad alfa (α), beeta (β) ja gamma (γ) alaühikutest.
  
• monomeersed ehk nn väiksed - kuuluvad väikeste GTP-aaside alla kuuluvasse Ras superperekonda. On homoloogiline heterotrimeerse G-valgu alfa alaühikuga. Seostuvad ka GTP ja GDP-ga ning osalevad signaaliülekandes.
  

G-valgud on rakumembraanile seestpoolt kinnituvad valgud, kusjuures nad kinnituvad rakumembraanile lipiidse ankru abil, mis seotakse G-valgu külge vastava ensüümi poolt kovalentselt.

• Aktiivne tähendab seda, et valguga on seotud GTP ja valk käivitab rakus mitmeid sündmusi.
  
• Inaktiivne tähendab seda, et G-valguga on seotud GDP. Kui ligand seostub retseptoriga, siis selle tulemusel muutub retseptori konformatsioon , GDP tuleb G-valgu küljest lahti ning sinna asemele läheb GTP, mis aktiveerib G-valgu
  

G-valkudega seotud retseptorid aktiveerivad või inaktiveerivad mingit membraaniga seotud ensüümi või ioonkanalit kaudselt , G-valkude vahendusel..
G-valkudega seotud retseptorid (GPCR) on kõige enamlevinum retseptori tüüp. Nad vahendavad raku vastust väga erinevatele signaalmolekulidele: hormoonid, neurotransmitterid , lokaalsed mediaatorid. Neile retseptoritele on iseloomulik 7 transmembraanse domääni olemasolu, s.t. et polüpeptiidahel käib 7 korda edasi-tagasi läbi plasmamembraani. Retseptori rakuvälised osad võivad olla glükosüleeritud. Need rakuvälised aasad sisaldavad ka kahte tsüsteiinijääki, mis moodustavad disulfiidsidemeid, mis stabiliseerivad retseptori struktuuri.
Kokkuvõtvalt saab G-valguga seotud retseptorid jagada kuude klassi, põhinedes järjestuste homoloogial ja funktsionaalsetel sarnasustel:

• A-klass (või 1. klass) (rodopsiini- laadsed )
  
• B-klass (või 2. klass) (sekretiini retseptori perekond)
  
• C-klass (või 3. klass) (metabotroopse glutamaadi retseptor )
  
• D-klass (või 4. klass) (seente paljunemisferomoonide retseptorid)
  
• E-klass (või 5. klass) ( cAMP retseptorid)
  
• F-klass (või 6. klass) (kräsuline/silutud)
  

Retseptor türosiinkinaasid (RTK) ja RAS valgud
Retseptor-türosiinkinaasid koosnevad transmembraansest retseptorist, millel on tsütoplasmasse ulatuv türosiinkinaasi domeen . Retseptor-türosiinkinaasid mängivad olulist rolli rakkude jagunemise, diferentsieerumise ja morfogeneesi reguleerimisel.
Struktuur
Ligandi siduvaks molekuliosaks on rakuväline domeen. See võib olla iseseisev üksus, mis on ülejäänud retseptoriga ühendatud disulfiidsidemega. Samasugune mehhanism esineb ka kahe retseptori sidumisel homo- või heterodimeeriks. Membraani läbiv osa koosneb ühest α-heeliksist, rakusisene domeen täidab mitmeid regulatoorseid funktsioone ning on ka vastutav kinaasi aktiivsuse eest.
Regulatsioon
Ligandi sidumisega kaasneb:

• Kahe monomeerse retseptorkinaasi dimeriseerumine või dimeeri stabiliseerumine. Selline mehhanism võimaldab rakuvälise signaali saamisel edastada keerulisi vastuseid.
  
• Kinaasi trans-autofosforüleerimine (fosforüleerimine dimeeris või multimeeris oleva teise kinaasi poolt)
  

Autofosforüleerimisega kaasneb kinaasi kahe alamdomeeni nihkumine teineteise suhtes, mis omakorda avab kinaasi domeeni ATP-le. Mitteaktiivses vormis on alamdomeenid ruumiliselt paigutunud nii, et ATP ei pääseks ligi kinaasi katalüütilisele tuumale. Kui kinaasis on mitu fosforüleeritavat aminohapejääki, suureneb kinaasi aktiivsus iga sellise jäägi fosforüleerimisega. Sellisel juhul on esimese fosforüleerimise näol tegemist cis-autofosforüleerimisega, mis lülitab kinaasi mitteaktiivsest olekust nn "ooterežiimi".
Retseptoriga seotud türosiinkinaasid
Retseptoriga seotud türosiinkinaasid osalevad mitmetes signaalikaskaadides, sealhulgas tsütokiinidega ning kasvuhormoonidega seotud signaaliradades. Üks selline retseptoriga seotud türosiinkinaas on Janus kinaas (JAK), mille efekte kannavad edasi STAT-valgud
RTK signaalirada effektorvalguni, MAP kinaas
RTKd seovad lahustunud peptiidhormoone, mis toimivad tavaliselt kasvufaktoritena. Ligandi seondumine kutsub esile retseptori türosiinkinaasse aktiivsuse, fosforülatsiooni tagajärjel retseptor aktiveerub ja see omakorda käivitab signaaliülekande rakus. RTKd on tavaliselt aktiveeritud olekus dimeersed.
RTK rajad on olulised rakkude vananemise signaalide vahendamisel ja metabolismi moduleerimisel. RTKd transmiteerivad signaali RAS-valkudeni. RAS-valgud on GTPaasse aktiivsusega lülitid, mis aktiveerituna indutseerivad kinasse signaalikaskaadi, mis omakorda viib MAP kinaasi aktivatsioonini.
MAP-kinaaside rada – MAP kinaas on seriini/treoniini kinaas, mida iseloomustab võime translokeeruda tuuma ja fosforüleerida erinevaid valke, seeläbi reguleerivad MAP kinaasid transkriptsiooni. Kinaaside kaskaadid lubavad hormoonsignaale võimendada ja täpselt reguleerida.
Sekretoorne rada – valkude süntees toimub karedapinnalisel ERil, kust vastsünteesitud valgud suunatakse läbi Golgi kompleksi erinevatesse lokalisatsioonidesse rakus või sellest väljaspool; selle kaudu sorteeritakse ER, Golgi kompleksi, lüsosomaalsed, membraansed ja sekreteerivad valgud.
Tim valgud - sisemembraaniga seotud mitokondriaalsete valkude transpordiga seotud valgud
Tom valgud – välismembraaniga seotud mitokondriaalsete valkude transpordiga seotud valgud.
PROKARÜOOTSED POLÜMERAASID – üks RNA polümeraas. Sünteesib miRNAd ja ncRNAD.
Kaks α subühikut; β ja β’ subühik; ω subühik ja σ –faktor.
EUKARÜOOTSED POLÜMERAASID – I – III on struktuurilt samad, mis prokarüootsed polümeraasid.

polümeraas I – preRNA

II – mRNA prekursorid, snRNA , micoRNA

III – tRNA, rRNa, muud väikesed tuuma/tsütosooli RNAd

IV – siRNA taimedes

V – sünteesib RNAsid, mis on seotud siRNADe juhitud heterokromatiinide moodustumisel taimedes.
Valgu funktsiooni reguleerimise raku poolt

Rakk hakkab valku tootma alles siis, kui selleks tekib vajadus. Näiteks kui E.Coli keskkonda ilmub laktoos , hakkab ta tootma laktoosi lõhustavaid valke.


Rakk jaotab erinevate ülesannetega valgud eri organellide vahel. Niimoodi ei lähe substraadid ja produktid segi, ning vastupidised protsessid saavad korraga toimuda raku eri osades.

Rakk saab kontrollida valkude aktiivsust erinevate lülititega:


Allosteeria ehk ligandi sidumisest põhjustatud tertsiaar-või kvarternaarstruktuuri muutus.

GTPaaside superperekond.

Seriini, Treoniini, Türosiini fosforüleerimine mõjutab valgu aktiivsust.

Proteolüütiline lõikamine in/aktiveerib pöördumatult.
HDAC deatsetüleerib histoonid , mistõttu seonduvad need tagasi DNA fosfaatide külge ja tekib kondenseerunud struktuur.
HAT-i roll on täpselt vastupidine – viib atsetüül-koensüümA-lt atsetüüli positiivsete aminohapete neutraliseerimiseks.
Histoonne kood on hüpoteetiline “kood”, mis kontrollib kromatiini kondensatsiooni. Histoonne kood tähistab kõiki histoonide N-terminuses toimunud modifikatsioone.
Vaigistamine telomeersetes DNA alades - vaigistamisele mittekuuluvad histoonid saama hüperatsetüleeritud, mis takistaks SIR3 ja SIR4 seondumist sinna. Mitu koopiat Rap1 seob iga telomeerialas paiknevale korduvjärjestusele, seejärel seondub sinna Sir2, 3 ja 4 koosnev kompleks. Moodustuv heterokromatiinne struktuur ulatub Rap1-siduvate saitidega külgneva DNA ~4kb alale. DNA on selles konformatsioonis välistele valkude toimele ligipääsmatu.
Nukleosoom on histoonidest oktameer, mille ümber on keeratud umbes 146bp pikkune DNA jupp.
Kromosoomi struktuur - DNA kaksikheeliks keerdub 2x ümber histooni oktameeri moodustades nukleosoomid. Nukleosoomid on keerdunud solenoidideks (6 nukleosoomi pöördes), moodustades nii filamente . Filamendid omakorda moodustavad silmuseid, mis kinnituvad tuumamaatriksile. 18 silmust keerduvad rosettideks. Ligikaudud 106 rosetti eksisteerib inimese 4. kromosoomi igas kromatiidis.
Kromatiini struktuur mõjutab transkriptsiooni otseselt. Mida kondenseeritum kromatiin on, seda raskendatum on transkriptsioon, una vajalikud valgud ei pääse DNA saitidele ligi.
Kromatiini immunosadestamine võimaldab jälgida valk-DNA interaktsioone üle terve genoomi ning seeläbi võimaldab leida transkriptsioonifaktorite seostumisi in vivo ja seeläbi anlüüsida regulatoorseid võrke. Valk koos kromatiiniga on rakulüsaadis ajutiselt seotud, DNA-valk kompleks lõigutakse ja DNA fragmendid seotud uuritava valguga seejärel immunosadestatakse. Siis need DNA lõigud puhastatakse ja leitakse nukleotiidne järjestus. Need DNA järjestused peaksid olema seotud uuritava valguga in vivo.
Kromatiini histoonseid sabasid kontrollitakse lisaks veel pöörduva fosforüülimise (Ser, Thr), pöörduva monoubikvitineerimise (Lys H2A C-terminuses) ning mittepöörduva metüleerimisega (Lys). Metüleerimisel on tähis roll kromatiini kondensatsioonis. Ntks heterokromatiinses vormis on H3 Lys positsioonis 9 sageli metüleeritud.
FISH’l (fluorestsents in situ hübridisatsioon) põhineb ntks kromosoomide värvimine, mida kasutatakse kromosoomi alade täpsemaks kirjeldamiseks. (FISH kasutab fluorestsents proobe, mis seonduvad ainult neile kromosoomi piirkondadele, kus nad näitavad kõrget taset järjestuse sarnasuses).
MAR ( matrix attachment region ) on spetsiifiline DNA järjestus, mille kaudu seotakse kiududeks keeratud nukleosoomid valgumaatriksile. Ehk siis nende regiooni abil organiseeritakse kromatiin strukturaalseteks üksusteks.
Nonsense mediated decay (NMD) – ühe või enam eksoni vahele jätmine, mis põhjustab ekson-intron liidese vahetus 3’ läheduses Stop koodoni sissetuleku. Kõigi korrektselt splaisitud mRNAde puhul Stop koodon on viimases eksonis. Nonsense mediated decay vahendab kiiret mRNAde lgundamist, kus Stop koodonid esinevad mRNAs enne viimast splaisiliidest.
Muteerides uuritavat transkriptsiooni regulaatorit nii, et see enam ei funktsioneeri, tuleb kaardistada muutus geeniekspressioonis. Geenid, mille ekspressioon on selle tagajärjel muutunud, ongi antud transkriptsiooniregulaatori märklaud geenid.
Heat -shock geenid - Nende geenide ekspressiooni regulatsiooni mehhanism on evolutsiooniliselt kujunenud selliseks , et ekstremaalsetes tingimustes on transkriptsiooniks kõik olemas, st pole vaja kromatiini lahti pakkida ega transkriptsiooni preinitsiatsiooni kompleksi kokku panna.
Peaagu kõik mRNAd sisaldavad järjestust AUAAA, mis asub polü(A) sabast 10-35bp ülavoolu. Kui see AUAAA ära muteerida, siis RNA transkriptide polüadenüülimist peaagu ei esine. Muteerimisel need polü(A)-sabata transkriptid kogunevad tuuma ning suunatakse lagundamisele.

mitokonder – 2 membraani, oma DNA. Raku hingamine , toitainete lagundamine (ensüümide ja hapniku abil), moodustub vesi, süsihappegaas, energia ATP kujul.

rakukest – (taimed, seened, bakterid )eraldab väliskeskkonnast,kaitseb, taimedes –tugifunktsioon. Selle kaudu toimub diffusioon ja osmos

endoplasmaatiline võrgustik

Karedapinnaline – sellel paiknevad ribosoomid , Valkude süntees, talletamine ja bioühendite suunamine „koju”.

Siledapinnaline – süsivesikute ja lipiidide süntees; osade mürgiste ühendite lagundamine. Siledapinnalisest ER-ist tekib karedapinnaline kui sellele moodustuvad ribosoomid. Raku kuju säilitamine.

vakuool - vee reservuaar , kindlustab raku turgori, toitainete varu/jääkinete varu ja kus toimuvad lõhustumisprotsessid.

plasmamembraan – eraldab väliskeskkonnast, kaitseb, reguleerib energia ja ainevahetus raku ja väliskeskkonna vahel, seob eraldi rakud kiududesse, retseptoorne –välissegnalide vastuvõtt

Golgi kompleks – Glükoproteiinide jm membraanikomponentide valmimine, uute valgumolekulide süntees. Materjal tuleb ER-ist, see sorteeritakse, muudetakse ( lihtvalk -> liitvalk), tihendatakse, pakendatakse membraanstruktuuridesse. Osavõtt rakumembraani formeerumisel, taimerakkudes – ka rakukesta.Lüsosoomide teke

tuum – DNA replikatsioon, tRNA, mRNA ja tuumavalkude süntees

Plastiidid - kloroplast :fotosüntees, leikoplastid:toitainete varu, kromoplastid : ergas värv meelitab tolmeldajaid .

lüsosoom – Sisaldavad lõhustava toimega ensüüme ja lagundavat materjali.

tsütoskelett – Tsütoskelett on eukarüootsetel rakkudel, see koosneb tuubulitest ( mikro ) ja filamentidest (vahe, mikro), valgud: aktiin, tubuliin, müosiin. Funktsioonid: struktuurne raku kuju formeerimine, säilitamine, muutmine; sideme loomine rakuorganellide vahel; transport. Tagab raku ja tsütoplasma liikumisvõime.

peroksüsoom – aminohapete oksüdeerimine, Peroksisoomid sisaldavad ensüüme, mis kasutavad orgaaniliste molekulide oksüdeerimiseks molekulaarset hapnikku. Osa neist ensüümidest toodavad keemiliste reaktsioonidega vesinikperoksiidi, mis on väga tugev oksüdeerija, teised jälle lagundavad seda.

ribosoom – Koosnevad kahest rRNA molekulist ja 34 valgumolekulist (rRNA-d rohkem kui valku). Valgumolekulid asuvad pinnal. Jagunevad suureks (50S/60S) ja väikseks (30S/40S) subühikuks. Ribosoomid (70S/80S) moodustavad tuumakestes. Seal toimub valkude süntees (asuvad tsütoplasmas,
Eukarüootse pre-mRNA protsessimise jooksul toimub 3 peamist sündmust:
(1) 5’ capping – 5’ cap lisatakse vahetult pärast transkriptsiooni initsiatsiooni. Capping on iseloomulik vaid mRNAdele. Capping ensüüm seondub fosforüülitud RNAPolII CTD’ga. Ensüümi fosfotaasi aktiivsusega alaühik eemaldab ühe terminaalse fosfaatrühma. Seejärel lisatakse terminaalsetele fosfaatidele GTP, kaotades 2 protsessi käigus 2 GTP fosfaatrühma. Tulemuseks on 5’-5’ trifosfaatne struktuur. Guaniini 7N asendis olevale lämmastikule kantakse üle metüülrühmad ning RNA 5’ otsas paiknevate ribooside 2’ oksügeenidele.
(2) 3’ lõikamine ja polüadenüülimine. Peaaegu kõik mRNAd sisaldavad järjestust AUAAA. Lõikamis- ja polüadenüülimis-spetsiifiline faktor (CPSF), mis koosneb neljast erinevast valgust, moodustab ebastabiilse kompleksi. Seejärel lisanduvad kompleksile vähemalt 3 valku: lõikamist stimuleeriv faktor, 2 lõikamisfaktorit ning polü(A) polümeraas (PAP), mis seondub kompleksile vahetult enne lõikamist. PAP liidab omavahel lõikamise ja polüadenüülimise protsessid, nii et lõigatud transkript saab koheselt polüadenüülitud. Polüadenüülimine toimub kahes etapis:

12 A lisamine toimub väga aeglaselt

kiire 200 või enama A lisamine.
(3)RNA splaisimine. Introni 5’ otsast on invariantsed nukleotiidid GU ja 3’ otsas AG. Adenosiinne hargnemispunkt ( branch point) on samuti invariantne. Pre-mRNA splaissingus osalevad 5 väikest U rikast tuuma RNAd (snRNA) (tähist U1,…,U6; v.a U3), mis on assotseerunud tuuma ribonukleopartikli valguga (snRNP). Splaissingus hädavajalik on U1 5’ otsa ja pre-mRNA 5’ splaissaidi paardumine. U2 roll on splaisingus branch point’I kõrval asuva konserveerunud järjestusele komplementaarse pinna tekitamine, branch point ise lingub välja, mis võimaldab tema 2’ hüdroksüülrühmal osaleda RNA splaisingu esimeses transestrifikatsiooni reaktsioonis. Käibel oleva mudeli kohaselt assambleeruvad viis splaisingus osalevat snRNAd pre-mRNAle moodustades suure ribonukleovalkkompleksi, mida nim splaisosoomiks. Pärast splaisosoomi moodustamist viib snRNPde ja pre-mRNA ulatuslik paardumine U1 ja U4 snRNPde vabastamiseni. Katalüütiliselt aktiivne ümberstruktureeritud splaisosoom viib läbi transesterifikatsiooni reakstiooni nii, et (1) moodustub branchpoint A 2’hüdroksüülrühma ja introni 5’ otsa fosfaatrühma vaheline 2’5’-fosfodiesterside. Teise struktuurse muutuse tulemusena, teise transesterifikatsiooni reaktsiooni käigus, (2) ligeeritakse kaks eksonit omavahel 3’5’fosfodiestersideme moodustumise tulemusena, nii et intron vabaneb harulise lariaat-struktuurina. Pikkade pre-mRNAde puhul osalevad eksoni äratundmisel SR valgud. SR valgud interakteeruvud eksoni järjestusega, mida nim eksoonseteks splaisingu võimendajateks (ESE). Pärast ESEga seondumist vahendavad nad U1snRNPde kooperatiivset sidumist korrektsele 5’ splaissaidile ja U2snRNPde õige branch point’I äratundmist. Nende ja teiste splaisingfaktorite kompleks, mis moodustub eksoni peale nim cross -exon recognition complex .
RNA editing on pre-mRNAde järjestuste muutmise alternatiivseks mooduseks. Editing on protsess, mille tagajärjel muudetakse pre-mRNA järjestust, st küpse mRNA järjestus erineb vastavast genoomsest järjestusest. RNA editing on väga levinud ainuraksete ja taimede mitokondrite ning ka kloroplastide mRNAde puhul. Kõrgemates eukarüootides on RNA editing suhteliselt harv nähtus.
AINETE TRANSPORT. Ainete transport rakku võib olla passivne (ei vaja energiat) või aktiivne (energia varud).

PASSIIVNE – valgumolekulide vahel on kanalid, läbi pääsevad väikesed molekulid

• Difusioon – molekulide iseeneslik liikumine kontsentratsiooni gradiendi järgi
  

Passiivne difusioon

Laenguta osakestel -> ei vaja spetsiifilisi valke, liiguvad oma kontsentratsiooni gradiendi suunas

Laenguga osakesetel -> sõltub osakeste kontsentratsioonist kahel pool membgraani, osakeste laengust ja elektrokeemilisest potentsiaalide vahest

Soodustatud difusioon – ained liiguvad termodünaamiliselt eelistatud suunas

Osmoos – vee molekuli liikumine läbi poolläbilaskva membraani.

AKTIIVNE – transportervalude abil, energia on vajalik

• Membraanipumbad - transmembraansed valgud, mis viivad erinevaid ioone vastu nende kontsentratsiooni gradiente.
  
• Endotsütoos – raku väliskihi lähedal olevad ained ümbritsetakse välismembraaniga nii, et moodustuvad transportervesiikulid, mis sisenevad rakku
  

Fagotsütoos – suurte partiklite sisse võtmine

Pinotsütoos – lahustunud makromolekulide sisse võtmine väikeste vesiikulite abil

• Eksotsütoos – jääkained pakitakse membraani vesiikulitesse, mis sulavad kokku raku välismembraaniga, mis väljutavad oma sisu keskkonda.
  

MEMBRAANIVALKUDE TÜÜBID:

perifeersed valgud – globulaarsed , kinnituvad membraani integraalsetele valkudele ; kerge membraanilt dissotseerid

intergraalsed valgud – tugevasti kinnitunud lipiidi 2-kihti; võimalik eemaldada ainult membraani denatureerides

lipiid-ankurdatud valgud – ankurdatud tänu kovalentsele sidemelde lipiididega. Pöördruv ankurdamine ja vabastamine kontrollib signaaliülekannet.
FUNKTSIOONID:

ioonpumbad – (ATPaasid), transpordivad ioone vastu gradienti

transportervalgud

uniport – kinnitub korraba ainult ühele lahustunud aine molekulile

sümport – ioonid ja transporditavad aminohapped liiguvad samas suunas

antiport – ioonid ja transporditavad a.h liiguvad vastassuundades

kanalivalgud – aitavad transportida ioone piki gradienti

retseptorvalgud
ATP- PUMBAD on transmembraansed valgud, mis viivad ioone vastu nende kontsgr.

• P-klassi pumbad – H+ pump taimede, seente rakumembraanis ; Ca2+ pump kõikide eukarüootide rakumembr.
  
• V-klassi prootonipumbad – taimede, seente vakuolaarsetes rakumembr
  
• F-klassi prootonipumbad – bakterite rakumembr; mitokondri sisemembr.
  
• ABC superperekond – bakterite plasmamembraanis
  

Membraanipotentsiaal on elektrilise potentsiaali erinevus plasmamembraani sise- ja väliskihi vahel, mille tagab transporterite töö. Tekitavad K+ kanalid.
EKSAMIVARIANDID (erinevate aastate omad)
I VARIANT

Defineeri

• Transkriptsiooni ühik - DNA osa, mida transkribeeritakse RNA molekuliks ja see kodeerib vähemalt ühte geeni.
  

DNA transkriptsiooni ühik, mis kodeerib valku, sisaldab peale otse valku transleeritava järjestuse (kodeeriva järjestuse) ka regulatoorseid järjestusi, mis juhivad ja reguleerivad antud valgusünteesi. Transkripti 5'- poolsed järjestused on ülesvoolu ja 3'-poolsed järjestused allavoolu RNA järjestused.

• Transkriptsiooni faktori aktiivsuse tuvastamine - All organisms have ways to control when and where their genes can be transcribed. For instance , nearly all the cells in our bodies contain the full set of human genes, but in each cell type only some of these genes are active , or turned on, and used to make proteins. That’s why liver cells produce some proteins that are not produced by kidney cells, and vice versa. Moreover , many cells can respond to external signals or changes in external conditions by turning specific genes on or off, thereby adapting their repertoire of proteins to meet current needs. Such control of gene activity depends on DNA-binding proteins called transcription factors, which bind to DNA and act as switches, either activating or re- pressing transcription of particular genes. The activities of many transcription factors are indirectly regulated by binding of extracellular proteins and peptides to cell-surface receptors. These receptors activate intracel- lular signal transduction pathways that regulate specific transcription factors through a variety of mechanisms.
  

• Transposoon - A segment of DNA that is capable of independently replicating itself and inserting the copy into a new position within the same or another chromosome or plasmid. Transposons act somewhat similarly to viruses and in humans are an underlying cause of hemophilia , certain cancers, and other diseases. In other organisms, they can become a permanent and even beneficial part of the genome, as in maize corn , where transposons account for half the genome, and certain bacteria , where genes for antibiotic resistance can spread by means of transposons. Also called jumping gene.
  

• Trasktriptsiooni faktori sidumissait - Sidumissait on ala DNA-l, millele transkriptsioonifaktor seondub. Regioon (valgus, DNA-s jne), mis on spetsiifiliseks seostumiseks teistele molekulidele, ioonidele.
  

• Speiser - geenide vaheline ala. Puuduvad prokarüootsetes geenides.
  

• TBP - The TATA-binding protein (TBP) is a general transcription factor that binds specifically to a DNA sequence called the TATA box. Kuulub TFIID kompleksi. TBP is a subunit of the eukaryotic transcription factor TFIID. TFIID is the first protein to bind to DNA during the formation of the pre-initiation transcription complex of RNA polymerase II. TBP is also a necessary component of RNA polymerase I and RNA polymerase III, and is, it is thought , the only common subunit required by all three of the RNA polymerases.
  

• HAT – histoonide atsetüültranseferaas. Histone acetyltransferases (HATs) are enzymes that acetylate conserved lysine amino acids on histone proteins by transferring an acetyl group from acetyl CoA to form ε-N-acetyllysine. DNA is wrapped around histones, and by transferring an acetyl group to the histones, genes can be turned on and off. Histone acetylation increases gene expression. In general, histone acetylation is linked to transcriptional activation and associated with euchromatin. Jaguneb A tüüpi (nukleosoomis) ja B tüüpi (tsütoplasmasa) HAT’ deks .
  

• Transkriptsioon on matriitssüntees, mille käigus sünteesitakse DNA molekuli ühe ahela nukleotiidse järjestusega komplementaarne RNA molekul. Protsess toimub rakutuumas interfaasi ajal. Seda viib läbi ensüüm RNA-polümeraas, mis peab transkriptsiooni alustamiseks seostuma vastava geeni algusosaga. DNA nukleotiidset järjestust, millega ensüüm sünteesi alustamiseks ühinema peab, nimetatakse promootoriks.
  

Mis vahe on miRNA ja siRNA vahel.
miRNA – micoRNA, on lühikesed, keskmiselt 22 nukleotiidi pikad ribonukleiinhapped (RNA), mis esinevad eukarüootsetes rakkudes. MiRNAd on posttranskriptsioonilised regulaatorid , mis seonduvad messenger RNA (mRNA) transkriptide komplementaarsetele järjestustele. Tavaliselt on selle tagajärjeks translatsiooniline repressioon või märklaud-mRNA degradatsioon ja geeni vaigistamine.
siRNA - väike interfeeriv RNA, osaleb transkriptisoonijärgses geenide vaigistamises. Is a class of double - stranded RNA molecules, 20-25 base pairs in length. siRNA plays many roles, but its most notable is in the RNA interference pathway, where it interferes with the expression of specific genes with complementary nucleotide sequence.
The process of RNA interference can be moderated by either siRNA or miRNA, but there are subtle differences between the two.. siRNA is considered exogenous double-stranded RNA that is taken up by cells, or enters via vectors like viruses, while miRNA is single stranded and comes from endogenous (made inside the cell) non-coding RNA, found within the introns of larger RNA molecules.
Another difference is that, in animals , siRNA typically binds perfectly to its mRNA target, a perfect match to the sequence, whereas miRNA can inhibit translation of many different mRNA sequences because its pairing is imperfect. In plants , miRNA tends to have a more perfectly complimentary sequence which induces mRNA cleavage as opposed to just repression of translation.
RNA interferents (RNAi) on süsteem elavates rakkudes, mis osaleb geeniaktiivsuste määramisel. RNA interferentsiks on olulised kaks tüüpi väikseid RNA molekule – mikroRNA (miRNA) ja väike interfereeriv RNA (siRNA).

Joonista

Eukarüootse geeni struktuur ning täida ära struktuursed elemendid

Nukleosoom ning täida ära struktuursed elemendid
.
II VARIANT

Kirjelda retseptor türosiinkinaaside toimimist ja signaalirada, mis viib effektorvalgu aktiveerimiseni. (5p)
Ligandi seondumine kutsub esile retseptori türosiinkinaasse aktiivsuse, fosforülatsiooni tagajärjel retseptor aktiveerub ja see omakorda käivitab signaaliülekande rakus.
cAMP on sünteesitud adenosiintrifosfaadist (ATP) ja see osaleb rakusiseses närvisignaali ülekandes.
näiteks osaleb cAMP hormoonide (nagu glükagoon ja adrenaliin ) signaalide ülekandes.
cAMP on seotud proteiinkinaaside aktivatsiooniga ja reguleerib adrenaliini ja glükagooni efekte.
Retseptor-türosiinkinaasid koosnevad transmembraansest retseptorist, millel on tsütoplasmasse ulatuv türosiinkinaasi domeen. Retseptor-türosiinkinaasid mängivad olulist rolli rakkude jagunemise, diferentsieerumise ja morfogeneesi reguleerimisel.
Autofosforüleerimisega kaasneb kinaasi kahe alamdomeeni nihkumine teineteise suhtes, mis omakorda avab kinaasi domeeni ATP-le. Mitteaktiivses vormis on alamdomeenid ruumiliselt paigutunud nii, et ATP ei pääseks ligi kinaasi katalüütilisele tuumale. Kui kinaasis on mitu fosforüleeritavat aminohapejääki, suureneb kinaasi aktiivsus iga sellise jäägi fosforüleerimisega. Sellisel juhul on esimese fosforüleerimise näol tegemist cis-autofosforüleerimisega, mis lülitab kinaasi mitteaktiivsest olekust nn "ooterežiimi".

Kuidas toimub eukarüootses rakus TBP-sõltuv ja TBP-sõltumatu transkriptsiooni initsiatsioon. Milline on initsiatsioonikompleksi ehitus? (5p)
TBP-sõltuv
Asi algab TFIID seondumisega promootorile. TFIID koosneb valgust TBP (TATA binding protein) ja sellega seondunud valkudest TAF-idest (TBP associated factors).
TBP eelistab seonduda DNA järjestusele TATAA ning tema seondumisega kaasneb DNA ahela käändumine. Samas seondub TBP ka nendele promootoritele, mis TATA-box-i ei sisalda.
Eukarüootne RNA polümeraas ei tunne otseselt tuumikpromootorjärjestust ära. Selle asemel vahendavad transkriptsioonifaktorid RNA polümeraasi seondumist ja transkriptsiooni initsiatsiooni. Alles pärast kindla transkriptsioonifaktori ühendumist promootorjärjestusele seondub RNA polümeraas sellele. Täielik kogum, mis seondub promootorile, moodustades transkriptsiooni initsiatsiooni kompleksi, koosneb transkriptsioonifaktoritest ja RNA polümeraasist.
TBP on TFIID subühik, mis vastutab TATA boxi järjestuse ära tundmise eest ja TFIID-l sellele seostumise eest, unikaalne DNA- painutamine pärast TBP seostumist aitab ka teistel TF-del DNA-le seostuda. Nii moodustubki transkriptsiooni initsiatsiooni kompleks.
Prokarüootidel toimub tranksriptsiooni initsiatsioon teisiti, ilma TBPta:
Bakteriaalse polütsistroonse mRNA ribosoomaalsed sidumissaidid asuvad mRNA valkekodeeriva ala ehk tsistroni ees. Translatsiooni initsiatsioon võib alata ükskõik milliselt neist paljudest ribosoomi sidumissaitidest, mille tulemusena üks mRNA võib kodeerida erinevaid valke.

Enamike eukarüootsete mRNAde puhul määrab 5’-cap struktuur ära ribosoomi sidumiskoha ja translatsioon algab lähimalt AUG koodonilt. Selle tulemusena translatsioon saab alata vaid ühelt saidilt. Paljudel juhtudel eukarüootsed valku- kodeerivad primaarsed transkriptid protsessitakse üht tüüpi mRNAks, millelt sünteesitakse ühte tüüpi valk.
Promootorid määravad ära transkriptsiooni initsiatsiooni koha ja suunavad RNA polümeraas II sidumist. Eukarüoodi DNAs on leitud kolme tüüpi promootorjärjestusi. TATAbox, kõige sagedasem , mis esineb tavaliselt kõrge transkriptsiooni tasemega geenide promootorites. Mõnedel geenidel on Initsiaatoriga promootorid ja teistele on iseloomulikud CpG (saarekestega) promootorid.

Mis on Okazaki fragmentide funktsioon replikatsioonis? (3p)
Okazaki fragmendid on lühikesed DNA jupid, millest pannakse kokku ahel, mis on komplementaarne DNA replikatsioonil mahajäävale ahelale. RNA-praimerid, millest fragmendid alguse saavad, lõigatakse ära ja asendatakse pikeneva DNA ahelaga. Fragmendid ühendatakse DNA ligaasi poolt.

Mis toimub eukarüootses valgus RNA-ga peale transkriptsiooni ja enne translatsiooni? (3p)

• 5´capimine - 5’cap on spetsiaalselt muudetud nukleotiid prekursos mRNA 5’ otsas. 5’ cappimine on oluline, et luua küps mRNA, mis oleks võimeline läbima translatsiooni. Cappimine tähendab 7-mteüülguanosiini lisamist 5’ otsale.
  
• 3´cleavage –
  
• Polüadenüleerimin - sisaldab 250 adeniini jäägi lisamist, et moodustuks polü(A)-saba.
  
• Splaicing – intronid , alad mis ei kodeeri valke, lõigatakse RNAst välja ja järele jäänud ekesonid ühendatakse.
  
• RNA editing
  

Mis vahe on eukarüootsel ja prokarüootsel mRNA-l? (2p)
Enamus eukarüootsetest geenidest kodeerib monotsistroonseid mRNAsid sisaldades pikki introneid. Paljud bakteriaalsed mRNAd on polütsistroonsed, st et üks mRNA molekul (näit. Trp operoni kodeeriv mRNA) sisaldab kodeerivaid järjestus, mis kodeerivad mitut, samas bioloogilises protsessies osalevat valku. Eukarüootsed mRNAd on aga monotsistroonsed, st iga mRNA molekul kodeerib ühte valku. Polütsistroonsete ja monotsistroonsete mRNAde erinevus on seotud nende mRNAde translatsiooniprotsesside fundamentaalse erinevusega.
III VARIANT

Translatsiooniprotsess, presibosomaalne ja ribosomaalne etapp
Translatsioon on kaheastmeline dekodeerimisprotsess

• Preribosomaalne etapp: aminoatsüül tRNA süntees (ligaasid, ARS või ARL)
  
• Ribosomaalne etapp: koodon-antikoodon translatsioon ja peptiidsideme süntees ribosoomil
  

posttranskriptsioonsed DNA modifikatsioonid
3 peamist sündmust: 1) 5’ capping 2) 3’ lõikamine ja polüadenüülimine 3) RNA splaisimine. pre-mRNA protsessitakse juba tuumas transkriptsiooni ajal ning vaid funktsionaalne mRNA transporditakse tsütoplasmasse.
5’ cap lisamine sünteesitud RNAdele toimub vahetult pärast transkriptsiooni initsiatsiooni. Kui RNAPolII on jõudnud sünteesida uuest transkriptist 25-30 nukleotiidi, siis 7- metüülguanosiin ja teised 5’cap komponendid on juba mRNAde 5’ otsa küljes. Seda algset staadiumi RNA protsessingus katalüüsib dimeerne capping ensüüm, mis seostub RNAPolII fosforüülitud CTDga.
In most protein-coding genes, a conserved AAUAAA poly (A) signal lies slightly upstream from a poly(A) site where cleavage and polyadenylation occur. A GU- or U rich sequence downstream from the poly(A) site contributes to the efficiency of cleavage and polyadenylation.
A multiprotein complex that includes poly(A) polymerase (PAP) carries out the cleavage and polyadenylation of a pre-mRNA. A nuclear poly(A)-binding protein, PABPII, stimulates addition of A residues by PAP and stops addition once the poly(A) tail reaches 200–250 residues.
Küpse, funktsionaalse mRNA tekkimine hõlmab veel protsessi, mida nim. splaisinguks, mille käigus intronid lõigatakse välja ja eksonid liidetakse kokku. mRNA-d ümbritsevad valgud ja ta toimetatakse rakutuumast välja. Tsütoplasmas vahetuvad mRNAga seotud valgud (hnRNP-d tuuma tagasi). Seejärel seondub ribosoomi väike subühik AUG järjestusele, liitub Met-tRNA, seejärel suur subühik ning algab translatsioon

Kas diferentseerunud rakk võib valida mõne muu arengusuuna?
Üldjuhul seda enamasti ei toimu, aga vahel võib. Varem arvati, et raku diferentseerumine on pöördumatu protsess. Katseliselt näidati esmalt, et hiire luuüdirakkudest võivad areneda skeletilihased. Ajaliselt võttis see nädalaid, seega võib eeldada, et metaplaasia on mitmeastmeline protsess. Näiteks luuüdi päritoluga rakust on siiani saadud vöötlihas, endoteeli, südamelihas. Vöötlihasest aga luuüdi. Närvkoest vererakke, vöötlihasrakke, lootekudesid.

Kuidas erinevad difusioon ja membraanne transport üle valke?
Difusioon saab toimuda, kui kontsentratsiooni gradient on erinev, osakesed liiguvad tihedamast keskkonnast hõredamasse. Saavad: hüdrofoobsed ja mittepolaarsed molekulid (O2, CO2, N2, benseen ), väiksed laenguta polaarsed molekulid (vesi, uurea , glütserool)
Aktiivne transport: Membraanipumbad - Transmembraansed valgud, mis viivad erinevaid ioone vastu nende kontsentratsioonigradiente; ATP- aasid - kasutavad transpordiks ATP energiat; Ei moodusta poore vaid ioonide liikumine läbi konfomatsiooniliste muutuste.

Joonistada nukleosoomi ehitust
Nukleosoom on DNA-valk(liitvalgu histooni, mis koosneb 8 valgust - H2A, H2B,H3 ja H4, kahest koopiast) kompleks, kromatiini primaarstruktuuri elemendid. Nukleosoom on, histoonidest oktameer, mille ümber on keeratud umbes 146bp pikkune DNA jupp nukleosoomne tuum(147bp)+ linker DNA(15-55 bp).
IV VARIANT

Translatsiooni initsiatsioon. Eukarüootide ja prokarüootide initsiatsiooni erinevused.
Bakteriaalne initsiatsioon:

• IF1 ja IF 3 koos ribosoomi väikese subühikuga ja fMet-tRNAi seondub mRNAle-RBSile (Shine-Dalgarno sequence)
  
• 70S initsiatsioonikompleks saavutatakse kui IF2 vahendatud GTP hüdrolüüsi energia arvelt viiakse kokku väike ja suur alaühik.
  

Eukarüootne initsiatsioon toimub mRNA 5’ otsa juures:

• eIF3 ja eIF6 hoiavad ribosoomi dissotsieerunult. eIF 2, GTP ja Met-tRNA moodustava aktiivse ternaarkompleksi, selle ühinemisel 40S subühikuga (+eIF1A ja eIF3 moodustub preinitsiatsioonikompleks).
  
• eIF3- fosforüleerimise kaudu reguleeritakse initsiatsiooni
  
• 40S subühiku interaktsiooni mRNA 5’ cap osaga vahendab eIF4, mRNA-d skaneeritakse kuni AUG koodonini
  

Transkriptsiooni initsiatsioon. (TBP) sõltuv ja TBP sõltumatu.
TATA box–binding protein TBP interacts with the minor groove in DNA, bending the helix considerably. Niipea kui TBP on seotud TATA-boxile saavad teised TF-id ja PolII järjest seonduda. TFIIB sidumisele järgnevalt toimub preformeeritud tetrameerse TFIIF ja RNAPolII sidumine.
In bacteria, a domain of prokaryotes, transcription begins with the binding of RNA polymerase to the promoter in DNA. RNA polymerase is a core enzyme consisting of five subunits: 2 α subunits, 1 β subunit, 1 β' subunit, and 1 ω subunit. At the start of initiation, the core enzyme is associated with a sigma factor (number 70) that aids in finding the appropriate -35 and -10 base pairs downstream of promoter sequences.
Eukaryotic RNA polymerase does not directly recognize the core promoter sequences. The most common type of core promoter in eukaryotes is a short DNA sequence known as a TATA box. The TATA box, is the binding site for a transcription factor known as TATA binding protein (TBP), which is itself a subunit of another transcription factor TFIID. After TFIID binds to the TATA box via the TBP, five more transcription factors and RNA polymerase combine around the TATA box in a series of stages to form a preinitiation complex. One transcription factor, DNA helicase, has helicase activity and so is involved in the separating of opposing strands of double-stranded DNA to provide access to a single-stranded DNA template . After transcription factors are attached to the promoter does the RNA polymerase bind to it. The completed assembly of transcription factors and RNA polymerase bind to the promoter, forming a transcription initiation complex.

Raku organellide funktsioonid.

• mitokonder – 2 membraani (sisemembraani sopistised – kristad ), oma DNA (väike, sageli muutuv, pärandub emaliini pidi). Raku hingamine, toitainete lagundamine (ensüümide ja hapniku abil), moodustub vesi, süsihappegaas, energia ATP kujul.
  
• rakukest – (taimed, seened, bakterid)eraldab väliskeskkonnast,kaitseb, taimedes –tugifunktsioon. Selle kaudu toimub diffusioon ja osmos
  
• endoplasmaatiline võrgustik – Karedapinnaline – sellel paiknevad ribosoomid, Valkude süntees, talletamine ja bioühendite suunamine „koju”. Siledapinnaline – süsivesikute ja lipiidide süntees (lihasrakkudes kaltsiumi säilitamine); osade mürgiste ühendite lagundamine. Siledapinnalisest ER-ist tekib karedapinnaline kui sellele moodustuvad ribosoomid. Raku kuju säilitamine.
  
• vakuool - vee reservuaar, kindlustab raku turgori, toitainete varu/jääkinete varu ja kus toimuvad lõhustumisprotsessid.
  
• plasmamembraan – eraldab väliskeskkonnast, kaitseb, reguleerib energia ja ainevahetus raku ja väliskeskkonna vahel, seob eraldi rakud kiududesse, retseptoorne –välissegnalide vastuvõtt
  
• Golgi kompleks – Glükoproteiinide jm membraanikomponentide valmimine, uute valgumolekulide süntees. Materjal tuleb ER-ist, see sorteeritakse, muudetakse (lihtvalk -> liitvalk), tihendatakse, pakendatakse membraanstruktuuridesse. Osavõtt rakumembraani formeerumisel, taimerakkudes – ka rakukesta.Lüsosoomide teke
  
• tuum – DNA replikatsioon, tRNA, mRNA ja tuumavalkude süntees
  
• Plastiidid- kloroplast:fotosüntees, leikoplastid:toitainete varu, kromoplastid: ergas värv meelitab tolmeldajaid .
  
• lüsosoom – Sisaldavad lõhustava toimega ensüüme ja lagundavat materjali.
  
• tsütoskelett – Tsütoskelett on eukarüootsetel rakkudel, see koosneb tuubulitest (mikro) ja filamentidest (vahe, mikro), valgud: aktiin, tubuliin, müosiin. Funktsioonid: struktuurne raku kuju formeerimine, säilitamine, muutmine; sideme loomine rakuorganellide vahel; transport. Tagab raku ja tsütoplasma liikumisvõime.
  
• peroksüsoom – aminohapete oksüdeerimine, Peroksisoomid sisaldavad ensüüme, mis kasutavad orgaaniliste molekulide oksüdeerimiseks molekulaarset hapnikku. Osa neist ensüümidest toodavad keemiliste reaktsioonidega vesinikperoksiidi, mis on väga tugev oksüdeerija, teised jälle lagundavad seda.
  
• ribosoom – Koosnevad kahest rRNA molekulist ja 34 valgumolekulist (rRNA-d rohkem kui valku). Valgumolekulid asuvad pinnal. Jagunevad suureks (50S/60S) ja väikseks (30S/40S) subühikuks. Ribosoomid (70S/80S) moodustavad tuumakestes. Seal toimub valkude süntees (asuvad tsütoplasmas, karedapinnalisel ER-il, mitokondrites, kloroplastides).
  

Atsetülaasi tähtsus.
Histooni sabad on tavaliselt positiivse laenguga tänu lüsiini ja arginiini jääkidele, mistõttu histoonid saavad hästi siduda negatiivse laenguga DNA-d. Atsetüleerimine neutraliseerib laengud ja DNA keerdub lahti, saab toimuda transkriptsioon. HDAC deatsetüleerib histoonid, mistõttu seonduvad need tagasi DNA fosfaatide külge ja tekib kondenseerunud struktuur. HAT-i roll on täpselt vastupidine – viib atsetüül-koensüümA-lt atsetüüli positiivsete aminohapete neutraliseerimiseks.

Mis vahe on totipotentsel, pluripotentsel ja multipotentsel rakul?
Totipotentne –võib olla eellaseks kõikidele rakkudele. Viljastatud munarakk on totipotentne, st ta sisaldab geneetilist infot, et areneda igaks keharakuks ja ka platsentaks ning embrüovälisteks rakkudeks, seega arenema terviklikuks inimorganismiks. Inimese arengu 4.-5. päevaks on see totipotentne rakk 3-4 jagunemise tulemusena andnud järglastena hulgaliselt omasuguseid. Pluripotentne – on arenenud totipotentsest rakust, võib olla eellaseks peaaegu kõikidele rakkudele, määravaks on looteleht . (Embrüonaalne tüvirakk (ES)): Umbes 5ndal arengupäeval hakkavad need totipotentsed rakud diferensteeruma (e. spetsialiseeruma) ja moodustavad seest tühja rakukogumi, mida nim. blastotsüstiks. Blastotsüsti välimine rakukiht areneb platsentaks ja sisemisest rakukihist arenevad edasise arengu käigu kõik keha rakud. Sisemine rakukiht on pluripotentsete rakkude kogum, st et neil rakkudel on võime areneda igaks keha rakutüübiks va platsenta ja looteväliste kudede rakud ega seega ole võimelised arenema terviklikuks organismiks. Pluripotentseid rakke saab eraldada blastostüstist ja loote sugurakkudest Multipotentne – võib areneda mitmeks rakutüübiks, tingimuseks on sama kude (sama rakutüüp). Pluripotentsed rakud spetsialiseeruvad/ diferentseeruvad edasi multipotentseteks rakkudeks, mida tihti nim. ka somaatilisteks tüvirakkudeks. Multipotentsiaalsed tüvirakud on eritüübilised tüvirakud, mis on võimelised arenema vaid kindlateks kudedeks : veretüvirakud vereks, nahatüvirakud nahaks jne. Multipotentsed rakud on olemas nii varases arengus ka täiskasvanud organismis. Senini on suudetud identifitseerida umbes 60 erinevat tüvirakku, st ei ole teada, kas kõigi erinevate rakutüüpide jaoks on oma tüvirakud.

Tingimused rakkude kasvatamiseks.
Optimaalne temperatuur, Niiskus, Õige pH, Lahustunud toitained , Hapniku olemasolu/puudumine, Fotosünteesivatel valgus, Vähe jääkaineid
V VARIANT

Kirjelda G-valk seoseliste retseptorite (GPCR) struktuure ja olulisi domääne. Kirjelda signaali edasikanne kuni sekundaarsete vahendajateni. Klassifikatsioon . (5p)
GPCRs are integral membrane proteins that possess seven membrane-spanning domains ortransmembrane helices (Figure 1). The extracellular parts of the receptor can be glycosylated. These extracellular loops also contain two highly -conserved cysteine residues that form disulfide bonds to stabilize the receptor structure. Some seven-transmembrane helix proteins (channelrhodopsin) that resemble GPCRs may contain ion channels , within their protein.
Suurem osa imetajate rakupinnaretseptoritest on G-valguga seotud retseptorid (GPRCd). Sellised retseptorid on funktsionaalselt kompleksis trimeersete GTPaasse aktiivsusega valkudega. Ligandi seondumine retseptoriga aktiveerib G valgu, see omakorda aktiveerib effektorensüümi, mis sünteesib sekundaarse vahendaja .
Class A (or 1) (Rhodopsin-like), Class B (or 2) (Secretin receptor family), Class C (or 3) (Metabotropic glutamate/pheromone), Class D (or 4) (Fungal mating pheromone receptors), Class E (or 5) (Cyclic AMP receptors), Class F (or 6) (Frizzled/Smoothened)

Võrrelge transkriptsiooni initsiatsiooni protsesse prokarüootidel ja eukarüootidel. (5p)
TATA box–binding protein TBP interacts with the minor groove in DNA, bending the helix considerably. Niipea kui TBP on seotud TATA-boxile saavad teised TF-id ja PolII järjest seonduda. TFIIB sidumisele järgnevalt toimub preformeeritud tetrameerse TFIIF ja RNAPolII sidumine.
In bacteria, a domain of prokaryotes, transcription begins with the binding of RNA polymerase to the promoter in DNA. RNA polymerase is a core enzyme consisting of five subunits: 2 α subunits, 1 β subunit, 1 β' subunit, and 1 ω subunit. At the start of initiation, the core enzyme is associated with a sigma factor (number 70) that aids in finding the appropriate -35 and -10 base pairs downstream of promoter sequences.
Eukaryotic RNA polymerase does not directly recognize the core promoter sequences. Enhancer, promotor-proximal elements . The most common type of core promoter in eukaryotes is a short DNA sequence known as a TATA box. The TATA box, is the binding site for a transcription factor known as TATA binding protein (TBP), which is itself a subunit of another transcription factor TFIID. After TFIID binds to the TATA box via the TBP, five more transcription factors and RNA polymerase combine around the TATA box in a series of stages to form a preinitiation complex. One transcription factor, DNA helicase, has helicase activity and so is involved in the separating of opposing strands of double-stranded DNA to provide access to a single-stranded DNA template. After transcription factors are attached to the promoter does the RNA polymerase bind to it. The completed assembly of transcription factors and RNA polymerase bind to the promoter, forming a transcription initiation complex.

Loetle DNA replikatsioonil osalevad ensüümid koos nende põhifunktsioonidega. (3p)

• Helikaas – keerab DNA biheeliksi lahti
  
• DNA güraas e. topoisomeraas – kompenseerib lahtikeerdumist (aitab struktuuri hoida)
  
• DNA-polümeraasid – vastutavad polünukleotiidahelate sünteesi eest 5’->3’ suunas
  

• α − 4 subühikut, polümeraasi tootlikus, pole 3’ eksonukleaasi aktiivsust
  
• β − vigade parandus
  
• γ − replitseeriv ensüüm mitokondrites
  
• δ − peamine polümeraas! Omab 3’-eksonukleaasi aktiivsust, teeb vähem vigu
  

• DNA-primaas – sünteesib oligonukleotiidse praimeri
  
• DNA-ligaas – ühendab mahajääva ahela fragmente
  

Tsentromeeride funktsioon, struktuur. (2p)
A centromere functions in sister chromatid adhesion, kinetochore formation, and pairing of homologous chromosomes during meiosis, prophase and metaphase. The centromere is also where kinetochore formation takes place : proteins bind on the centromeres that form an anchor point for the spindle formation required for the pull of chromosomes toward the centrioles during anaphase and telophase of mitosis. Improperly functioning centromeres result in the chromosomes that do not align and separate properly, resulting in aneuploidy or daughter cells receiving the wrong number of chromosomes. Aneuploidy can cause conditions such as Down syndrome if the cells survive at all. The centromeric DNA is normally in a heterochromatin state, which is essential for the recruitment of the cohesin complex that mediates sister chromatid cohesion after DNA replication as well as coordinating sister chromatid separation during anaphase. In this chromatin, the normal histone H3 is replaced with a centromere-specific variant, CENP-A in humans.

Peamine erinevu prokarüootse ja eukarüootse mRNA vahel. (1p)
The mRNAs of many bacteria and bacteriophages are polygenic or polycistronic. A polycistronic mRNA is transcribed by the several structural genes of an operon. It contains several sites for initiating and terminating polypeptide synthesis . On the other hand all known eukaryotes have only one site for initiation of protein synthesis. Thus eukaryote mRNAs are monocistronic.
In most bacterial mRNAs translation begins while the mRNA is still being transcribed on DNA. In eukaryotes the mRNA transcribed on the chromosomes passes through the nuclear pores into the cytoplasm. Here it forms complexes with ribosomes, which synthesize proteins. Thus translation usually begins only after transcription is completed.

Kataboliitne aktivaator (CAP-valk) seondub: (1p)
c. DNA-le ÕIGE

Võrrelge taime- ja loomarakku. 5 erinevust, 5 sarnasust .
Loomarakul puudub 1) tsentraalvakuool 2) rakukest 3) plastiidid 4) rakkude vahel pole selliseid polüsahhariide nagu pektin, selle asemel kollageen 5) turgor