Molekulaarbioloogilised põhiprotsessid (0)

DNA JA RNA ON PÄRILIKU INFO KANDJAD
Nukleiinhapped – DNA ja RNA, nukleotiidide polümeerid; päriliku info kandjad e pärilikkusained
Monomeer – polümeeri ehitusüksus; moodustab teiste omasugustega liitunult polümeerse molekuli
Nukleotiid – nukleiinhappe ehitusüksus; koosneb suhkrust , fosfaatrühmast ja lämmastikalusest; suhkruks on RNA koostises riboos ja DNA-l desoksüriboos
Komplementaarsusprintsiip – lämmastikaluste paardumise seaduspära;(nt ühe DNA-ahela adeniini vastas on alati teise ahela tümiin ja guaniini vastas tsütosiin)
Kromosoom – terviklik DNA- molekul ja sellega seotud valgud
Kromatiin – rakutuumas asuv pärilikkusaine koos selle pakkimises osalevate valkudega
Tuumake – rakutuuma piirkond, kus sünteesitakse ribosoomi- RNAd (rRNA) ja moodustuvad ribosoomid
Genoom – liigiomases ühekordses kromosoomikomplektis sisalduv geneetiline materjal
Genotüüp – organismi kõigi pärilike tegurite kogu ja koostoime
Aluspaar – kaks omavahel vesiniksidemetega seotud nukleotiidi, mis esinevad vastastikustes komplementaarsetes DNA- või RNA-ahelates.
RAKKUDE TEGEVUSJUHISED ON SALVESTATUD NUKLEIINHAPETESSE
*RNA peamine ül : DNAs sisalduva info ülekandmine tsütoplasmasse, kus sünteesitakse raku elutegevuseks vajalikud valgud.
DNA EHITUS
*DNA ehitusüksused e monomeerid on desoksüribonukleotiidid.
*DNA-ahela selgroo moodustavad : fosfaatrühm ja desoksüriboosi jääk nukleotiidides.
*Monomeeride erinevused tulenevad lämmastikalustest, milleks on adeniin (A), tsütosiin (C), guaniin (G) ja tümiin (T).
*DNA-molekuli ehitus: redel , mis on keerdunud spiraaliks (heeliksiks).
Redelipostid: moodustunud desoksüriboosist(DNAs suhkruosa) ja fosfaatrühmast.
Redelipulgad: moodustunud lämmastikalustest, mis on liitunud desoksüriboosijäägiga.
*A ja T vahel 2 vesiniksidet; G ja C vahel 3 vesiniksidet. ( vesiniksidemed katkevad kergesti, see on oluline DNA toimimisel)
*Nukleotiidide arv ja järjestus DNAs ei ole juhuslik. Selles järjestuses peitubki kogu info selle kohta, kuidas ehitada valmis vastava genoomiga organism ning kuidas teda elus hoida.
RNA EHITUS
*RNA e ribonukleiinhappe monomeerid on ribonukleotiidid .
*Koosnevad samuti lämmastikalusest, suhkrust ja fosfaatrühmast.
*RNAs suhkruosaks riboos.
*Lämmastikalused: adeniin (A), guaniin (G), tsütosiin (C) ja uratsiil (U).
*RNA-molekul enamasti ühelaineline, samas DNA-molekul on kahelaineline.
*Olulisimad RNA tüübid: mRNA (informatsiooni-RNA), tRNA (transport-RNA), rRNA (ribosoomi-RNA).
*mRNA ül: viia DNAs sisalduv info ribosoomidesse
*tRNA ül: toob ribosoomidesse valgumolekuli sünteesiks vajalikud aminohapped
*rRNA ül: kuulub ribosoomi ehitusse.
*RNA peaül: edastada geenides sisalduv info tuumast ribosoomidesse, kus toimub valgusüntees.
GEEN ON DNA-LÕIK
*Geen on DNA-molekuli lõik, mis kodeerib valku või määrab mingi RNA-molekuli sünteesi.
*Valku kodeerivate geenide järgi sünteesitakse mRNA.
*Valke kodeerivad alad moodustavad 1,5% kogu inimese genoomist.
* Geenid asuvad kromosoomides.
PÄRILIKKUSAINE ASUB TUUMAS
*Eeltuumsetel asub pärilikkusaine tsütoplasmas.
*Päristuumsete rakkudes ümbritseb tuuma tuumamembraan. See lahutab üksteisest geenide avaldumise etapid ja kaitseb DNAd füüsiliste ja keemiliste mõjutuste eest.
*Tuumamembraanis on tuumapoorid, mis reguleerivad ainete liikumist tuuma ja tsütoplasma vahel.
*Kõiki rakutuumas paiknevaid kromosoome kokku nim kromatiiniks ning selle kokkupakituse tase muutub rakutsükli käigus.
*Tuumas on ka üks või mitu tuumakest. Neis sünteesitakse ribosoomi-RNAd, samuti moodustuvad seal ribosoomid.
*Inimesel on rakus 46 kromosoomi v.a. sugurakkudes .
*Peale tuuma sisaldavad väikesel hulgal DNAd ka mitokondrid ja taimede kloroplastid .
DNA JA RNA SÜNTEES
DNA replikatsioon – protsess, mille käigus kopeeritakse DNA-molekul
Transkriptsioon – protsess, mille käigus DNAs paikneva info põhjal sünteesitakse RNA-ahel
Ensüümid – valgud, mis katalüüsivad keemilisi reaktsioone rakus (muudavad reaktsiooni kiirust või võimaldavad reaktsioonil toimuda sobimatuses tingimustes, nt madalama temp-ga kui muidu)
Helikaas – ensüüm, mis katkestab kahe DNA-ahela vahelised vesiniksidemed ja kerib DNA-kaksikheeliksi lahti.
DNA-polümeraas – ensüüm, mis viib läbi replikatsiooni
RNA-polümeraas – ensüüm, mis viib läbi transkriptsiooni
Promootor – geeni alguses asuv piirkond, millega RNA-polümeraas peab transkriptsiooni alustamiseks seonduma
DNA JA RNA OSA PÄRILIKU INFO AVALDUMISES
*DNA replikatsiooni tulemusena saadakse ühest DNA-molekulist kaks ühesuguse nukleotiidijärjestusega DNA-molekuli. Replikatsioon tagab, et pärilik info jõuab kõigisse organismi rakkudesse.
*Valgusüntees käib tsütoplasmas, vähesel määral ka mitokondrites.
*Et DNAs olev teave saaks avalduda, tuleb see toimetada rakutuumast välja ning muuta valke tootvatele ribosoomidele arusaadavaks. Seda osa päriliku info avaldumises täidab RNA. Toimub transkriptsioon.
*Avalduda saab vaid see DNAs sisalduv info, mis transkriptsiooni käigus RNA-molekulideks ümber kirjutatakse .
*Transkriptsioon ja replikatsioon on universaalsed protsessid, mis toimuvad ühtemoodi kõigis elusorganismides.
*Replikatsioon tagab päriliku info edasiandmise, transkriptsioon aga selle avaldumise.
*Kõigis keharakkudes on üks kromosoom välja lülitatud (see on täiesti juhuslik kumb neist välja lülitatud on). Transkriptsioon toimub ainult sisse lülitatud kromosoomis. (kilpkonna kasside geenide avaldumine)(laigulisuse karva efekt)
DNA KAHEKORDISTUMINE EHK REPLIKATSIOON
*DNA-molekulist tehakse enne raku jagunemist täpne koopia. Seda protsessi viivad läbi ensüümid.
*DNA-ahela kopeerimiseks on vaja kaks omavahel keerdunud ahelat eraldada.
*Ahelaid seovad nukleotiidide vahele moodustunud vesiniksidemed. DNA replikatsiooni alguses katkestab ensüüm helikaas need vesiniksidemed ja DNA-kaksikheeliks avaneb .
*Kuna iga kromosoomi koostises on üks väga pikk DNA-molekul, peab replikatsioon algama korraga paljudest kohtadest , vastasel juhul kestaks see väga kaua.
*Kohas, kus DNA- ahelad on lahti keerdunud, algab uue DNA süntees. Seda teeb ensüüm DNA-polümeraas. Tulemuseks on kaks uut DNA-kaksikheeliksit, milles mõlemas on üks ahel vanast kaksikheeliksist ja üks uus, värskelt sünteesitud ahel.
*DNA kahekordistumine on keeruline protsess, milles võib esineda vigu. Replikatsiooni käigus võib polümeraas eksida ja lülitada ahelasse vale nukleotiidi. Samuti võib mõni nukleotiid lisanduda või ära jääda. Ensüümid suudavad parandada mõningaid vigu, kuid mitte kõiki. Kui vigu ei suudeta parandada, siis tekivad mutatsioonid, mille tagajärjeks või olla nt vähkkasvaja.
RNA SÜNTEESITAKSE DNA-S PAIKNEVATE JUHISTE JÄRGI
*Valgusüntees ( translatsioon ) toimub ribosoomides, aga juhised selleks asuvad DNA järjestuses. Vajaliku info viib tsütoplasmasse mRNA.
*RNA sünteesi e transkriptsiooni käigus kopeeritakse DNAs paiknev info RNA-ahelasse. mRNA-ahela pikkus on keskmiselt 1000-1500 nukleotiidi. Selle molekuli süntees toimub järgmiste etappidena.
1. RNAd sünteesiv ensüüm seondub promootoriga (geeni alguses oleva DNA-järjestusega).
2. Seejärel alustab RNA-polümeraas uue RNA-ahela sünteesi. Polümeraas katkestab vesiniksidemed DNA- ahelate vahel. Ensüümi möödumisel taastuvad DNAs olevad vesiniksidemed kohe. Sünteesitav RNA on komplementaarne ühega kahest DNA- ahelast .
3.Ribonukleotiide üksteise külge kinnitades liigub RNA-polümeraas piki DNAd edasi, kuni jõuab geeni lõpuni. Seal värskelt sünteesitud RNA vabaneb ja RNA-polümeraas lahkub DNAlt.
PÄRILIK INFO AVALDUB VALKUDE SÜNTEESI KAUDU
Valgud – elusorganismides mitmesuguseid ül täitvad biomolekulid, mis koosnevad paljudest omavahel ühendatud aminohapetest
Aminohapped – aminorühmast, karboksüülrühmast ja kõrvalahelast koosnevad molekulid, millest osa kuulub valkude koostisesse, osa aga täidab organismis muid olulisi ülesandeid
Peptiidside – ühe aminohappe karboksüülrühma ja teise aminohappe aminorühma vahel tekkiv keemiline side, mis seob eri aminohapped kokku valkudeks
Asendamatud aminohapped – aminohapped, mida meie keha ei suuda ise sünteesida ja mida me peame saama toidust
Translatsioon – valkude sünteesimine e aminohappeahela koostamine vastavalt mRNAs olevatele juhistele
Ribosoomid - rakuorganellid, kus sünteesitakse valke
Koodon – ühele aminohappele vastav mRNA nukleotiidikolmik
Geneetiline kood – seaduspära, mille järgi mRNA nukleotiidikolmikutele vastavad aminohapped
Antikoodon – mRNA koodoniga komplementaarne koodon tRNAs, mis tagab õige aminohappe jõudmise ribosoomi
VALGUD KOOSNEVAD AMINOHAPETEST
*Mõned valgu ül-d : transpordivad aineid, kiirendavad/aeglustavad keemilisi reaktsioone, muudavad kahjutuks haigusi tekitavaid mikroobe
*Kõik organismile vajalikud valgud moodustatakse rakkude sees aminohapetest.
*On olemas aminohapped, mida meie keha suudab ise sünteesida ning asendamatud aminohapped, mida peame toiduga kätte saama.
*Toidus sisalduvad valgud lõhustuvad seedimisel aminohapeteks, mis vereringe kaudu rakkudesse transporditakse.
*Kõigil aminohapetel on keskseks aatomiks süsinikuaatom (C), millega on seotud vesinikuaatom (H), aminorühm (-NH2), karboksüülrühm (-COOH) ja kõrvalahel (R). Kõrvalahel määrab aminohappe keemilised omadused.
VALGUD SÜNTEESITAKSE DNA JUHISTE JÄRGI
*Valgu sünteesile eelneb mRNA süntees rakutuumas e transkriptsioon.
*Valmis mRNA liigub tuumast tsütoplasmasse.
*Valke sünteesitakse tsütoplasmas asuvates ribosoomides.
*Ribosoomid võivad olla vabalt tsütoplasmas, kuid võivad olla ka kinnitunud tsütoplasmavõrgustikule.
*Peale transkriptsiooni toimub päristuumsetes rakkudes veel mRNA töötlemine – osa järjestusi lõigatakse välja ning järelejäänud jupid pannakse uuesti kokku.
*Nii võib ühe geeni pealt saada palju erinevaid mRNA-molekule, mille põhjal sünteesitakse eri valke.
GENEETLINE KOOD
*mRNAs olev info on kodeeritud
*Igale kolmenukleotiidilisele lõigule vastab üks aminohape .
*4 nukleotiidi võivad kolmekaupa kombineeruda 64-ks erinevaks koodoniks.
*mRNA sisaldab translatsiooni alguskoodonit (AUG), millele vastab aminohape metioniin.
*Stoppkoodoneid on kolm: UGA, UAA ja UAG. Neile koodonitele ei vasta ükski aminohape.
*Kui ribosoomi jõuab üks neist kolmest koodonist, siis aminohappeahela sünteesimine katkeb.
VALGUSÜNTEESI KÄIK
*Tsütoplasmasse jõudnud mRNA kinnitub ribosoomile, mis omakorda liigub piki mRNAd kuni jõuab alguskoodonini. mRNAs sisalduva info tõlkimiseks vajatakse tRNA molekule. tRNA-molekulid kannavad enda küljes aminohappeid . Selle, milline aminohape tRNA külge kinnitunud on, määrab tRNAs sisalduva kolmest nukleotiidist koosnev antikoodon.
*Antikoodon seostub komplementaarsusprintsiibi alusel mRNA-ahelas oleva koodoniga ning toob nii ribosoomi mRNA koodonile vastava aminohappe.
*Rakus on olemas igale aminohappe koodonile vastavad tRNA-molekulid.
*Kui alguskoodonile vastav aminohape metioniin on ribosoomi teine tRNA-molekul, mille küljes on järgmisele koodonile vastav aminohape. Aminohapete vahele sünteesitakse peptiidside. Nüüd vabaneb esimest aminohapet kandnud tRNA ja väljub ribosoomist. Ribosoom liigub piki mRNA-molekuli edasi ning tekkiva aminohappeahelaga liitub üha uusi aminohappeid, kuni jõutakse stoppkoodonini. Sellele ei vasta ükski tRNA antikoodon ning aminohappeahela sünteesimine lõppeb.
MILLIST ÜL TÄIDAVAD VALGUSÜNTEESIS tRNA-MOLEKULID?
tRNA kannab aminohappeid.
VALGU KÜPSEMINE
*Aminohappeahel ei ole veel valmis valk.
Primaarstruktuur - aminohapete järjestus
Sekundaarstruktuur- aminohappeahela keerdumine spiraaliks või kõrvalahelate kokkuvoltimine
Tertsiaarstruktuur - ahela edasisel kokkukeerdumisel moodustub
Kvaternaarstruktuur- tekib kahe või enama tertsiaarstruktuuriga aminohappeahela liitumisel.
*Valgu kolmemõõtmelise ehituse ja muud omadused määrab aminohapete järjestus.
*Osa valke jääb peale sünteesi tsütoplasmasse ja omandab seal kokku voltudes lõpliku kuju.
*Teised valgud, mis on vaja viia rakust välja või mida tuleb muuta, lisades neile nt suhkrumolekule, satuvad tsütoplasmavõrgustikku. Sealt liiguvad need Golgi kompleksi, kus neid veel töödeldakse ja nad transpordiks kokku pakitakse. Seejärel saadetakse läbi rakumembraani välja rakust väljaspool kasutatavad valgud, nt toidu lõhustamisel osalevad ensüümid.
GEENIDE AVALDUMISE REGULATSIOON
Geenide avaldumise regulatsiooni tasemed :
1)kontroll transkriptsiooni tasemel
2)kontroll mRNA töötlemise tasemel
3)kontroll RNA transpordi tasemel
4)kontroll translatsiooni tasemel
5)kontroll mRNA lagundamise tasemel
6)translatsiooni-järgne kontroll
GEENID AVALDUVAD ÕIGEL AJAL JA ÕIGES KOHAS
*Rakkude erinevused tulenevad hoopis geenide valikulisest avaldumisest.
*Geenid avalduvad, kui nende pealt sünteesitakse RNAd. Geenide avaldumise lõppeesmärgiks võib olla organismile või rakule vajaliku valgu süntees.
*Kõik geenid ei sisalda infot valgusünteesiks, vaid nende pealt sünteesitakse nt rRNAd või tRNAd.
*Hulkrakse organismi teeb keerukaks veel see, et on palju erinevate omadustega rakutüüpe. Naharakk on teistsugune kui närvirakk ning seal peavad avalduma teistsugused geenid.
*Geenide avaldumine peab olema ajas ja ruumis hästi kontrollitud ja koos kõlas keskkonnatingimustega.
*Kui kontroll ära kaob, siis võivad rakud hakata piiramatult paljunema ning tagajärjeks võib olla vähkkasvaja teke.
KUIDAS KONTROLLITAKSE GEENIDE AVALDUMIST ?
*1)kontroll transkriptsiooni tasemel : kui sageli ja millal kirjutatakse vastava geeni pealt mRNAd
2)kontroll mRNA töötlemise tasemel : millised muutused toimuvad mRNA-ahelas enne translatsiooni algust
3)kontroll RNA transpordi tasemel :millised tuumas toodetud mRNA-molekulid viiakse tsütoplasmasse, kus toimub valkude süntees
4)kontroll translatsiooni tasemel : millised tsütoplasmas leiduvad mRNA-molekulid kaasatakse valgusünteesi ribosoomides
5)kontroll mRNA lagundamise tasemel : millised tsütoplasmas leiduvad mRNA-molekulid suunatakse lagundamisse
6)translatsiooni-järgne kontroll : millised toodetud valkudest aktiveeritakse või inaktiveeritakse, millistesse raku osadesse valgud transporditakse
*Geenide avaldumise esimene etapp on transkriptsioon. RNA-polümeraas seostub promootoriga ja hakkab sünteesima mRNAd.
KESKKOND MÕJUTAB GEENIDE AVALDUMIST
*Nii väline keskkond kui ka sisekeskkond : hormoonid ja ainevahetus . Organismiväliselt mõjutavad geenide avaldumist nt kemikaalid , ravimid , temp, valgus ja toitainete kättesaadavus.
*Keskkonnatingimuste mõjul võivad geenid lülituda sisse või välja, mõjutades nii tunnuste avaldumist.
GEENIDE AVALDUMISE HÄIRED
Mutatsioon – päranduv geneetilise informatsiooni muutus
Downi sündroom – kromosoomihäire, mille korral keharakkudes on kolm 21. Kromosoomi; põhjustab organismi arengu pidurdumist ja sageli ka vaimset alaarengut
Healoomuline kasvaja – kasvaja, mis ei suuda levida organismi kudedesse ega tekitada siirdeid; nt sünnimärgid
Vähkkasvaja – kasvaja, mis võib levida organismi kudedesse ja tekitada siirdeid
Prioonid – ainult valgust koosnevad haigusetekitajad; valesti kokkupakitud valgud, mis võivad muuta teise valke endasarnaseks
GEENID PEAVAD AVALDUMA ÕIGEL AJAL, ÕIGES KOHAS JA ÕIGEL MÄÄRAL
*Kui kontroll geenide avaldumise üle lõdveneb ja avalduma hakkavad valed geenid valel ajal, siis ei arene organism normaalselt välja. Nt kui muteerub geen, mis juhib sõrmede arengut, siis selle tagajärjel avalduvad valel ajal ja vales kohas paljud geenid, mis osalevad sõrmede tekkes . Nii võib kasvada nt kuue sõrmega käsi.
*Paljud geneetilised haigus on pärilikud, kuid sageli tekivad häired geenide avaldumises ka seetõttu, et genoomis on tekkinud täiesti uusi mutatsioone . Mutatsioonide tagajärjel hakatakse tootma vigast valku, mis enamikul juhtudest mõjub organismile halvasti. Sageli piisab juba ühe nukleotiidi muutusest DNAs, et peptiidiahelasse lülitataks vale aminohape.
HÄIRED KROMOSOOMIDES
*Ühe sellise kromosoomihäire tagajärjeks on Downi sündroom. Sel juhul pole rakus 21. Kromosoomi mitte kaks, vaid kolm. Sellest tulenevalt on paigast ära väga paljude geenide avaldumine. 21. Kromosoomis asuvate geenide mõjul sünteesitakse teatud aineid liiga palju. Seetõttu pidurdub organismi areng: lapselikud näojooned säilivad ka täiskasvanueas, samuti kaasneb selle sündroomiga vaime alaareng .
GEENIDE AVALDUMIST MÕJUTAVAD ORGANISMIVÄLISED TEGURID
*Keskkonnamõjurid, nt ravimid ja mürgid, on eriti ohtlikud raseduse ajal, mil uus organism areneb kiiresti. Seetõttu tuleb raskeduse ajal vältida kokkupuudet mürgiste ainetega ning ravimitega, mille mõju lootele pole teada.
* Talidomiid oli mõeldud ravimiks rasedatele hommikuse iivelduse vastu. Ei teatud aga, et talidomiid takistas tulevase lapse veresoonte kujunemist, mistõttu lapsed sündisid ilma jäsemeteta, labakäed ja labajalad kinnitusid õlgadele ja puusadele. Vaime areng oli aga normaalne.
GEENIDE AVALDUMISE HÄIRED PÕHJUSTAVAD VÄHKKASVAJATE TEKET
*Rakke, mis saaksid kontrollimatult paljunema hakata, tekib meie kehas iga päev, kuid enamikul juhtudel suudavad organismi kaitsemehhanismid, nt immuunsüsteem, need rakud ära tunda ja kõrvaldada.
*Kui kontrolli alt väljunud rakud ümbritsevasse kudedesse tungida ei suuda, siis on tegemist healoomulise kasvajaga.
*Kui aga reguleerimine on nii põhjalikult paigast ära, et rakud suudavad tungida ümbritsevatesse kudedesse, siis on kasvaja pahaloomuline: välja on arenenud vähk.
VEAD VÕIVAD TEKKIDA KA VALKUDE VOLTUMISEL
*Rakkudes kontrollitakse valkude kvaliteeti hoolikalt, vigaselt kokkupakitud valgud lagundatakse ja nende aminohappeid kasutatakse uute valkude sünteesimiseks. Mõned vigaselt kokkupakitud valgud võivad siiski kontrollist läbi pääseda. Sellised valgud hakkavad raku elutegevust segama . Veelgi hullem, teatud valesti voltunud valgud panevad ka teisi sama aminohappelise järjestusega valke enda moodi valesti voltuma. Niisiis on tegu paljunevad haigusetekitajaga. Tagajärjeks võib olla prioonhaigus , mida tekitavad aminohappejärjestuselt normaalsed, kuid vigase struktuuriga valgud-prioonid.
PRIOONHAIGUSED INIMESTEL
Creutzfeldti- Jakobi tõbi
*U ühel miljonist.
*Enamikel teadmata põhjusel.
*Põhjustab prioonide kogunemist ajju, mistõttu aju kahjustub pöördumatult. Mälu ja mõtlemisvõime nõrgenevad ja haigus lõpeb surmaga.
Kuru
*Sümptomid sarnanevad C-J tõvele: esinesid tahtmatud lihastõmblused, käitumise muutused, nõtrus.
*Haiguse levik oli seotud hõimu kannibaalse rituaaliga: surnud hõimuliikmete ajust keedeti supp , mida sõid naised ja lapsed. See rituaal keelati siiski Austraalia valitsuse poolt ära pärast haiguse avastamist ning al 90ndates pole avastatud ühtegi sellist haigusjuhtu enam.
Gerstmanni-Sträussleri-Scheinkeri tõbi
* Esinemissagedus 1 juhtub 15 miljoni kohta aastas
*Pärilik surmaga lõppev
*Sümptomiks on muu hulgas süvenev dementsus .
Fataalne perekondlik unetus
*Leitud ainult 28 perekonnas
*Haigus kahjustab ajuosa, mis reguleerib magamist.
*Haiguse arenedes tekkiv täielik unetus on ravimatu ja lõpeb surmaga.