Molekulaarbioloogilised põhiprotsessid (0)

Bioloogia kontrolltöö: Molekulaarbioloogilised põhiprotsessid 1)  hindab   pärilikkuse   ja   keskkonnategurite   osa   organismi   tunnuste
kujunemisel;    Organismi tunnused kujunevad geenide ja keskkonna koosmõjus. Ka haigestumine
võib   olla   tingitud   nii   pärilikkusest,   keskkonnast   kui   ka   geenide   ja   keskkonna
koosmõjust.   Ühe   geeni   poolt   põhjustatud   ehk  monogeenseid  haigusi   on
geeniuuringutega lihtne tuvastada.  Kui suguvõsas leidub selliseid haigusi, siis on
pärilikkusnõustamise abiga võimalik välja selgitada, kui suure tõenäosusega kandub
haigus   edasi   järglastele.   Lootevett   uurides   on   võimalik   varakult   selliste   haiguste
esinemist   tuvastada   ning   ravimatute   raskete   haiguste   puhul   võib   arst   soovitada
raseduse   katkestada.  Sirprakne   aneemia  on   raske   monogeenne   haigus,   mida
põhjustab mutatsioon hemoglobiini, verelibledes asuva hapnikku siduvat molekuli
tootvas geenis. Selle mutatsiooni tulemusena moodustab hemoglobiin ahelaid ning
punased   verelibled   on   tavapärase   kausja   kuju   asemel   sirpjad.   Muutunud   kujuga
verelibled ei  saa  veresoontes vabalt liikuda  ning põhjustavad  ummistusi.  Enamik
pärilikest   haigustest   kujunevad   välja   aga   mitme   geeni   koosmõjus   ehk   on
polügeensed  ning   seetõttu   on   nende   esinemist   veel   geeniuuringutega   raske
avastada. Paljude haiguste, näiteks allergia, vererõhktõve, I tüüpi diabeedi ja Alzheimeri tõve
puhul   loovad   geenid   haiguse   tekkimiseks   eelsoodumuse,   kuid   haiguse   välja
kujunemine  sõltub keskkonnateguritest.  Kui inimene  väldib  keskkonnategurit,  mis
haiguse   käivitaks,   ei   pruugi   inimene   haigestuda.   Näiteks   kõrgvererõhutõppe
haigestumise käivitab tavaliselt liigne stress või soola liigtarvitamine. Paljud päriliku
eelsoodumusega   haigused   võivad   käivituda   aga   mõne   teise   haiguse,   näiteks
viirusnakkuse mõjul. Alzheimeri tõbi avaldub vananedes, alla 65-aastastel on haigus
väga haruldane, kuid hilisemas eas kahekordistub haigestunute arv iga 5 aastaga.
Mõned   uurimused   on   leidnud,   et   Alzheimeri   tõve   riski   suurendavad   ravimata
depressioon,  üksindus  ja  passiivne  eluviis.  See  näitab,  et hoolitsema peab  lisaks
oma füüsilisele tervisele ka oma vaimse tervise ja suhete eest.   Keskkond   võib   päriliku   eelsoodumusega   haigusi   kiirendada,   kuid   ka   pidurdada.
Sugupuu uuringud võivad aidata välja selgitada, missuguste haiguste esinemine on
inimese suguvõsas rohkem levinud, kuid sellegipoolest ei ole võimalik kõiki haiguste
eelsoodumusi   tuvastada.   Seetõttu   on   haigestumise   ennetamise   seisukohalt   väga
oluline tervislik eluviis, sealhulgas mitmekesine ja tasakaalustatud toitumine, piisav
liikumine ning enda kaitsmine ohtlike keskkonnategurite eest nagu liigne UV-kiirgus
ja vähki tekitavad keemilised ühendid. Inimese   tervisliku   seisundi   kujunemisel   on   oluline   roll   nii   pärilikkusel,
keskkonnal kui ka mõlema koosmõjul. Monogeenseid haigusi on geenitesti
abil võimalik kergesti tuvastada, kuid polügeenseid haigusi mitte. Paljud
haigused   kujunevad   välja   päriliku   eelsoodumuse   ja   keskkonnategurite
koosmõjus.   Haigestumise   riski   aitavad   vähendada   kahjuliku   mõjuga
keskkonnategurite vältimine ja tervislikud eluviisid. 2) analüüsib DNA, RNA ja valkude osa päriliku info avaldumises;   


Pärilikkuseks  nimetatakse   looduse   üldist   seaduspärasust,   millele   vastavalt
järglased  sarnanevad  ehituselt ja  talitluselt oma  vanematega.  Järglased pole  küll
vanematega identsete tunnustega, kuid on siiski märksa sarnasemad kui ülejäänud
liigikaaslased.   Sellist   sarnasust   määrav   pärilik   info   lähtub   vanemorganismide
kromosoomides   olevatest   geenidest.   Kaasajal   teame,   et   kromosoomide   põhiosa
moodustab   desoksüribonukleiinhape   (DNA).  DNA  on   biopolümeer,   mille
monomeerideks on desoksüribonukleotiidid. Desoksüribonukleotiid on moodustunud
lämmastikalusest, sahhariidist desoksüriboos ja fosfaatrühmast. DNA   koostises   on   neli   erinevat   desoksüribonukleotiidi   (lühendatult   nukleotiidi).
Nende   erinevused   tulenevad   üksnes   monomeeride   koostisse   kuuluvast   neljast
erinevast lämmastikalustest; sahhariid desoksüriboos ja fosfaatrühm on kõigil neljal
nukleotiidil ühesugused. DNA lämmastikalused on adeniin (A), tümin (T), tsütosiin
(C)   ja  guaniin   (G).   Pärilik   info   tulenebki   nende   nelja  monomeeride   järjestusest   –
millised   nukleotiidid   millises   järjekorras   on   DNA   molekulis.
Molekulaargeneetika on   teadusharu,   mis   uurib   pärilikkusega   seotud   protsesse
molekulaarsel tasemel. Mitmete molekulaargeneetiliste protsesside seas eristatakse
kolme universaalset põhiprotsessi: o DNA süntees e. replikatsioon, o RNA süntees e. transkriptsioon, o valgu süntees e. translatsioon. Molekulaargeneetika uurib molekulaarsel tasemel, kuidas ja millal DNA molekulides
paiknev pärilik info avaldub konkreetsetes tunnustes. Replikatsioon on   DNA   kahekordistumise   protsess,   mis   toimub   enne   rakkude
jagunemist.   Sellega   tagatakse,   et   pooldumisel   (mitoosil) moodustunud   tütarrakud
saaksid täpselt sama päriliku info. Üldistatult võime öelda, et indiviidi pärilikud tunnused kujunevad paljude valkude
koostoime   tulemusena. Valgud on   biopolümeerid,   mille   monomeerideks   on
aminohapped. Enamiku valkude koostisest leiame 20 erinevat aminohapet. Valkude
erinevad   omadused   tulenevad   aga   nende   20   aminohappe   järjestusest   –   millised
aminohapped millises järjekorras on valgu molekulis. Valkude sünteesiks vajalik info
(nende   aminohappelise   järjestuse   kohta)   tuleb   geenide   koostises   oleva   DNA
nukleotiidide  järjestusest.   Ehk teisisõnu,  DNA monomeeride  järjestus  määrab  ära
valgu monomeeride järjestuse. Transkriptsioon on   RNA   süntees,   mille   käigus   kopeeritakse   DNA   nukleotiidne
järjestus   RNA   nukleotiidsesse   järjestuse.   Enamasti   toimub   see   kopeerimine   ühe
geeni   ulatuses.   Sel   juhul   võime   väita,   et   üks   geen   määrab   ühe   valgu   molekuli
aminohappelise järjestuse. Translatsioon on valgu süntees, mille käigus saadakse
vastavalt   mRNA   molekuli   nukleotiidsele   järjestusele   kindla   aminohappelise
järjestusega valk.  Valkude   süntees   e. translatsioon toimub   päristuumsete   organismide
tsütoplasmavõrgustikul   paiknevates   ribosoomides.   Pärilik   info   DNA   nukleotiidses
järjestuses   on   aga   rakutuumas   paiknevates   kromosoomides.   Seega   peab


rakutuumas   olev   info   jõudma   ribosoomidesse.   Selleks   info   kandjaks
on informatsiooni-RNA (mRNA),   mille   lühend   tuleneb   molekuli   ingliskeelsest
nimetusest messenger   RNA. RNA on   biopolümeer,   mille   monomeerideks   on
ribonukleotiidid. Ribonukleotiid   on   moodustunud   lämmastikalusest,   sahhariidist
riboos ja fosfaatrühmast. Sarnaselt DNA molekuliga, kuulub ka RNA koostisse neli
erinevat   nukleotiidi   ning   nende   ainus   erinevus   tuleneb   neljast   erinevast
lämmastikalusest. RNA lämmastikalused on adeniin (A), uratsiil (U), tsütosiin (C) ja
guaniin (G).  Molekulaargeneetilised põhiprotsessid on DNA süntees e. replikatsioon, RNA süntees
e.   transkriptsioon   ja   valgu   süntees   e.   translatsioon.   Replikatsioon   on   DNA
kahekordistamine,   millega   tagatakse,   et jagunemisel moodustunud   tütarrakud
saaksid   täpselt   sama   päriliku   info.   Pärilikkuse   avaldumisega   on   otseselt   seotud
transkriptsioon   ja   translatsioon.   Pärilik   info   tuleneb   DNA   molekuli   nukleotiidsest
järjestusest.   Indiviidi   pärilikud   tunnused   kujunevad   paljude   valkude   koostoime
tulemusena. Valkude omadused sõltuvad aga nende aminohappelisest järjestusest.
DNA nukleotiidne järjestus määrab ära valgu aminohappelise järjestuse. DNA-s olev
info jõuab ribosoomidesse informatsiooni-RNA (mRNA) vahendusel. Transkriptsiooni
käigus   kopeeritakse   DNA   nukleotiidne   järjestus   RNA   nukleotiidsesse   järjestusse.
Lähtuvalt mRNA molekuli nukleotiidsele järjestusele saadakse translatsiooni käigus
vastava aminohappelise järjestusega valk. 3) võrdleb DNA ja RNA sünteesi kulgu ning tulemusi;    REPLIKATSIOON TRANSKRIPTSIOON Eesmärk Päriliku info jõudmine 
kõigisse rakkudesse ja 
selle edasiandmine 
järglastele Päriliku info avaldumine Sisu DNA-ahela kopeerimine 
enne raku jagunemist RNA-ahela sünteesimine 
DNA-ahelas sisalduva info 
alusel Toimumiskoht Rakutuum Rakutuum Info päritolu DNA DNA Kopeeritav või 
ümberkirjutatav 
materjal Kogu DNA Väike osa DNA-ahelast, 
üks geen Osalevad nukleotiidid Desoksüribonukleotiidid 
lämmastikalustega A, T, G 
ja C Ribonnukleotiidid 
lämmastikalustega A, U, G
ja C Nukleotiidide lisamise 
alus Komplementaarsuseprintsi
ip Komplementaarsuseprintsi
ip Reaktsiooni tegijad DNA-polümeraas; 
abistavad muud 
ensüümid, näiteks 
helikaas RNA-polümeraas Tulemus Kaks täpselt ühesugust 
kaheahelalist DNA- DNA-ahelaga 
komplementaarne 


molekuli üheahelaline RNA-molekul     4)  hindab geeniregulatsiooni osa inimese ontogeneesi eri etappidel ning
väärtustab elukeskkonna   mõju geeniregulatsioonile;    Geenide avaldumise alusel saame eristada nelja gruppi geene: 1. Geenid, mis on pidevalt avaldunud organismi kõigis rakkudes. Nendelt geenidelt
sünteesitakse RNA ja edasisel translatsioonil ka valgu molekule, mida rakud vajavad
kogu elutegevuse vältel. Siia kuuluvad näiteks tRNA ja rRNA molekulid. 2. Geenid, mis avalduvad ainult ühe koe rakkudes. Need on seotud konkreetse koe
ehituse ja talitlusega. Vastavaks näiteks on sülge eritavad süljenäärme rakud või siis
vöötlihaskoe rakud, mis kasutavad kokkutõmbumiseks ATP energiat. 3. Geenid, mis avalduvad ainult rakkude elutegevuse kindlal perioodil. Siia gruppi
kuulub näiteks arvukaid geene, mis avalduvad üksnes inimese looteea erinevatel
perioodidel uute kudede ja elundite moodustamisel. 4.   Geenid,   mis   kunagi   ei   avaldu.   Valdavalt   on   need   geenid   saadud   evolutsiooni
eellastelt. Valdavalt  on  need  geenid  saadud  kaugetelt eellastelt.  Kunagi  vajalikud
olnud   geenid   on   minetanud   oma   tähtsuse,   kuid   on   evolutsiooni   jooksul   siiski
säilinud. Geeniregulatsioon  seisneb   transkriptsiooni reguleerimises –   millised   geenid   on
konkreetsel ajahetke aktiivsed ja millised mitte. Geeni   avaldumine   sõltub   ensüüm   RNA-polümeraasi   seostumisest   DNA
promootorpiirkonnaga. Kui ensüüm saab sinna kinnituda, siis transkriptsioon toimub
ja   kui   ei   saa,   siis   transkriptsiooni   ei   järgne.   RNA-polümeraasi   seostumisest   DNA
promootoriga võib takistada mõni teine valk, mida nimetatakse repressoriks. Kui
repressor on kinnitunud promootorpiirkonnaga, siis ensüüm sinna seostuda ei saa
ning   transkriptsiooni   ei   järgne.   Repressori   kinnitumine   promootoriga   või   sellest
vabanemine   ei   toimu   juhuslikult.   Enamasti   juhib   seda   protsessi   regulaatoraine,
milleks võivad olla väiksemad biomolekulid (vitamiinid, hormoonid jt.). Osa   geenide   puhul   ei   suuda   RNA-polümeraas   iseseisvalt   seostuda   promootoriga
ning   sellele   peab   eelnema   aktivaatorvalgu   seostumine.   Alles   pärast   aktivaatori
ühinemist   promootorpiirkonnaga,   liitub   sinna   ka   RNA-polümeraas   ning   geen
avaldub. Geenide avaldumise regulatsiooni tasemed: 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 toimud 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. Organismi   geenide   avaldumist   mõjutab  keskkond:   nii   väline   keskkond,   milles
organism areneb ja elab, kui ka organismi sisekeskkond: hormoonid ja ainevahetus.
Organismiväliselt   mõjutavad   geenide   avaldumist   näiteks   erinevad   kemikaalid,
ravimid,   temperatuur,   valgus   ja   toitainete   kättesaadavus.   Keskkonnatingimuste
mõjul võivad geenid lülituda sisse või välja, mõjutades nii tunnuste avaldumist.    5)   koostab   sellise   eksperimendi   kavandi,   mis   tõestab   molekulaarbioloogia
põhiprotsesside   universaalsust;    6)  toob näiteid inimese haiguste kohta, mis seostuvad geeniregulatsiooni
häiretega;    Liigsõrmusust  ehk polüdaktüüliat põhjustab geenide avaldumise häire,mis tekib
lootefaasis. Huntingtoni tõbi on autosoomne dominantne pärilik neurodegeneratiivne haigus.
Haigust põhjustab CAG korduste rohkenemine. 7)     selgitab     geneetilise     koodi     omadusi     ning     nende     avaldumist
valgusünteesis;  Geneetiliseks   koodiks  nimetatakse   mRNA   kolmele   järjestikulise   nukleotiidi
vastavust   ühele   aminohappele   valgu   molekulis.   mRNA   kolme   järjestikulist
nukleotiidi, millele vastab üks aminohape, nimetatakse koodoniks. Igale koodonile
vastab üks kindel aminohape. Selles seisneb geneetilise koodi ühetähenduslikkus.
Translatsioon algab initsiaatorkoodoniga ja lõpeb stoppkoodoniga. Geneetiline kood
on  mittekattuv,   sest   mRNA   ükski   nukleotiid   ei   kuulu   samaaegselt   kahe   kõrvuti
asetseva   koodoni   koostisse.   Geneetiline   kood   on  universaalne,   sest   kehtib
samasugusena enamikus eel- ja päristuumsetes organismides.   8)   selgitab   valgusünteesi   üldist   kulgu. Valgusünteesiks  vajatakse   ühte   mRNA   molekuli,   erinevaid   aminohappeid   ja
ensüüme,   energiaallikatena   ATP   ja   GTP   molekule   ning   erinevaid   tRNA   molekule.
tRNA   molekulide   põhiülesandeks   on   aminohapete   toomine   tsütoplasmast
ribosoomidesse.   Iga   uus   aminohape   lülitatakse   sünteesitavasse   peptiidahelasse
vaid   siis,   kui   seda   aminohapet   toonud   tRNA   molekuli   antikoodon   suudab
komplementaarselt paarduda mRNA koodoniga. 1. Ribosoomile kinnitunud mRNA alguskoodonile kinnitub vastava antikoodoniga tRNA. Selle küljes on alguskoodonile vastav aminohappejääk – metioniin.


2. Järgmisele   koodonile   seostub   sellele   vastav   tRNA   ning   nendega   seotud aminohappejääkide vahele sünteesitakse peptiidside. 3. Peptiidsideme   sünteesil   vabaneb   esimene   tRNA   enda   küljes   olnud aminohappejäägist.   Esimene   aminohappejääk   on   nüüd   teisega   seotud   ja
teine aminohape on omakorda teisele koodonile vastava tRNA küljes. 4. mRNA kulgeb läbi ribosoomi, tehes ruumi järgmistele tRNAdele. Nii kandub moodustuv   valk   ühelt   tRNA   molekulilt   teisele   edasi,   kasvades   järjest
pikemaks. Stoppkoodonile ei vasta ühtegi tRNAd. Valguga seotud tRNA väljub
ribosoomist   ning   valk   eraldub   omakorda   sellest.   Kasutatud   tRNAde   külge
seotakse   uued   aminohapped,   loetud   mRNA   on   valmis   uuesti   ribosoomile
kinnituma ja saab edasi küpseda.