Organismide koostis (orgaanilised ja anorgaanilised ained)+DNA ja RNA võrdlus (8)

BIOLOOGIA KONSPEKT
Organismide koostis
Kogu loodus koosneb anorgaanilistest ja orgaanilistest ainetest. Orgaanilised ained on omased elusloodusele, sest valdav osa neist moodustub organismide elutegevuse käigus. Organismides leiduvad need samad orgaanilised ained, mis eluta looduseski. Kõige enam on rakkudes hapnikku, süsinikku ja vesinikku (need esinevad kõikides organismides). Vähem on rakkudes lämmastikku, fosforit ja väävlit. Neid on vähem sellepärast, et nad esinevad peamiselt valkude ja nukleiinhapete koostises. Kuna neid on organismis väga vaja siis, siis nimetatakse neid kuut elementi makroelementideks (CHNOPS). CHNOPSi elemendid moodustavad 98% raku keemiliste elementide koostisest.
Mikroelementideks nimetatakse 16 elementi, mida on rakkudes väga vähe, kuid on sellegi poolest väga olulised. (K, Cl, Ca, Na, Mg, Fe, Zn, Cu, I, F jt).
Organismides on kõige rohkem anorgaanilisi aineid. Nende sisaldus üle 80%. Põhiline anorgaaniline aine on vesi. Organismide veesisaldus on 70% - 90%.
Orgaanilistest ainetest on rakkudes:

• kõige rohkem valke (sellepärast, et neil on rakus täita palju ülesandeid).
  
• Lipiidid – rasvad , õlid, vahad.
  
• Sahhariidid – glükoos, tärklis, tselluloos .
  
• Nukleiinhapped – sisaldus on suhteliselt madal, aga hädavajalikud kõikidele rakkudele.
  
• DNA – pärilikkuse kandja, üks elu tunnus.
  
• RNA – oluline roll päriliku informatsiooni avaldumises .
  

Keemiliste elementide ülesanded organismis:

• Süsinik – keskne eluelement, inimese elu on süsiniku põhine, kuulub kõikide biomolekulide koostisesse( valgud , rasvad, süsivesikud).
  
• CO2 – fotosünteesi lähte aine, hingamise ja käärimise lõpp- produkt .
  
• Vesinik – esineb kõikide biomolekulide koostises. Osaleb vesiniksidemete moodustamisel (O, N), mida rohkem on vesinikku, seda energiarikkam ühend.
  
• Hapnik – kuulub kõikide biomolekulide koostisesse. On tugev oksüdeeria, kindlustab hingamise.
  
• Lämmastik – esineb valkude aminohapetes, ATPs ja nukleiinhapetes. Leidub osades vitamiinides ja alkaloidides.
  
• Fosfor – esineb nukleiinhapete koostises. Esineb makroergiliste ühendite koostises.
  
• Väävel – esineb kahes aminohappes – metioniinis ja tsüstainis, ka osades vitamiinides.
  
• Naatrium, kaalium – naatrium raku väline element, raku sees leidub teda vähe. Kaalium on raku sisene element, väljaspool leidub teda vähe. naatriumi ja kaaliumi ioonid reguleerivad vee tasakaalu, närviimpulsside teket ja edasi andmist, kindlustavad rakkude laengu ning transportprotsessid rakkude tasandil.
  
• Magneesium – kuulub luude koostisesse(fosfaadina). On klorofüllis keskne element. Kuulub taime raku kesta koostisesse(magneesium pektaadist sõltub marjad küpsus)
  
• Kaltsium – kuulub luukoe koostisesse( fosfaadi ja karbonaadina). Osaleb verehüübimis protsessis. Kindlustab lihaste töö ( puudusel tekivad krambid), reguleerib vee hulka organismis.
  
• Raud – kuulub punalibledes oleva valgu hemoglobiini koostisesse(seob hapnikku). Rauaühend heem annab verele punase värvuse.
  
• Jood – osaleb kilpnäärme hormooni türoksiini sünteesis. Joodi puudusel kujuneb välja kilpnäärme haigus – struuma.
  

Anorgaanilised ained
Vesi on universaalne lahusti, sest vees lahustub rohkem aineid, kui üheski teises lahustis . Vee molekulid osalevad paljudes keemilistes reaktsioonides. Vesi on nii alg-, kui lõpp-produkt. Vee ülesanded:

• Tagab rakkude ainevahetuse ehk metabolismi – rakku saabunud ja rakust väljutatakse ained vesilahustena. Mida rohkem on rakus vett, seda kiirem on ainevahetus .
  
• Tagab raku siserõhu (turgori). Siserõhu vähenemisel taimed närtsivad ja inimese nahale tekivad kortsud.
  
• Kindlustab organismide ringeelundkondade töö( veri , lümf).
  
• Osaleb organismide termoregulatsioonis(kehatemperatuuri hoidmises), sest vee aurustumine jahutab keha. Osa loomi higistab, osa ei higista. Taimedel toimub transpiratsioon(aurustumine) õhulõhede kaudu. Suure soojusmahtuvuse tõttu aitab vesi säilitada organismi sisest püsivat temperatuuri
  
• Täidab kaitsefunktsiooni. Pisarad vähendavad hõõrgumist ja kõrvaldavad võõrkeha silmast, liigese võie „õlitab” liigeseid. Imetajate loode areneb amnionis( vesikestas ).
  

Orgaanilised ained
Biomolekulideks nimetatakse sahhariide , lipiide , valke ja nukleiinhappeid, sest nad on põhilised orgaanilised ained, mis kuulevad organismide koostisesse. Biomolekulid kuuluvad rakkude ehitusse, reguleerivad rakkude talitusi ja omavahelist koostööd, osalevad aine- ja informatsiooni vahetuses.
Bioaktiivsed ained on orgaaniliste ühendite eri klassidesse kuuluvad ühendid. Bioaktiivsed ained mõjutavad juba väikestes kontsentratsioonides organismide ainevahetust ja elutalitlust.
Põhilised bioaktiivsed ained on ensüümid, vitamiinid ja hormoonid. Enamik neist kuuluvad valkude ja lipiidide hulka, kuid on ka teisi. Näiteks antibiootikumid ja mürkained.
Sahhariidid ehk süsivesikud koosnevad süsinikust, vesinikust ja hapnikust. Sahhariidid jaotatakse liht-, oligo -, ja polüsahhariidideks. Kuna liht-, ja oligosahhariidid on enamasti magusad nimetatakse neid ka suhkruteks.
Monosahhariidid ehk lihtsuhkrud on madalmolekulaarsed orgaanilised ühendid, milles süsiniku arv on kolmest kuueni. Olulisimad monosahhariidid on riboos ja deoksüriboos. Nad kuuluvad nukleiin hapete koostisesse.( riboosi jäägid esinevad ribonukleiinhappe (RNA) ja desoksüriboosi jäägid desoksüribonukleiinhappe (DNA) ehituses. (riboos ja desoksüriboos on viiesüsinikulised). Looduses on olulised glükoos (viinamarjasuhkur) ja fruktoos (puuvilja suhkur). Glükoosil ja fruktoosil on sama üldvalem, kuid struktuurilt on nad erinevad. Glükoos ja fruktoos on organismide põhilised energia allikad. Taimedes moodustub glükoos fotosünteesi tulemusena, loomorganismid saavad seda aga toidust. Monosahhariidid on:

• Väga aktiivsed
  
• Reaktsiooni võimelised
  
• Erinevad struktuurilisel kujul
  

Oligosahhariidid on madalmolekulaarsed orgaanilised ühendid. Oligosahhariidid koosnevad kahest või kolmest monosahhariidi jäägist. Näiteks:

• Glükoos + fruktoos = sahharoos (roo- ja peedisuhkru peamine koostisosa ).
  
• Glükoosjääk + glükoosijääk = maltoos ( linnasesuhkur ).
  
• Glükoos + galaktoos = laktoos ( piimasuhkur ).
  

Polüsahhariidid on kõrgmolekulaarsed orgaanilised ühendid (polümeerid), mille monomeerideks on monosahhariidid. Põhilised looduslikud polüsahhariidid on tärklis, tselluloos ja glükogeen. Fotosünteesi tulemusena moodustunud glükoosi varud talletatakse säilitusorganites ( mugulad , sibulad jne) tärklise kujul. Kui fotosüntees lakkab (nt. talvel), siis lõhustavad taimed tärklise uuesti glükoosi molekulideks ja saavad sealt energiat. Glükogeeni säilitatakse maksas ja lihastes loomsetärklisena.
Süsivesikute ülesanded:

• Energeetiline – ühe grammi süsivesikute oksüdatsioonil vabaneb 17,6 kJ energiat.
  
• Struktuurne – kitiin ja tselluloos täidavad struktuuri ehk kesta ülesannet.
  
• Ligimeelitav – õistaimedel nektar putukate ligitõmbamiseks.
  
• Varuaine – talletatakse taimedes tärklise ja inuliinina. Ning loomades ja seentes glükogeenina.
  
• Kaitsefunktsioon – taimedes raku tsütoplasma suhkrustamine.
  
• Toitefunktsioon – piimasuhkur imetajate piimas
  
• Biosünteetiline – lähteaine teiste ühendite sünteesil. (süsivesikud = lipiidid, riboos ja desoksüriboos = nukleiinhapped). Süsivesikud on fotosünteesi pimedus staadiumis alg-, vahe- ja lõpp-produktiks.
  
• Bioregulatoorne – koos valkudega kuuluvad hormoonide koostisesse.
  

Lipiidid on orgaaniliste ühendite klass, kuhu kuuluvad rasvad õlid, vahad ja steroidid . Lipiidid on vees lahustumatud ained. Neid suudavad lahustada ainult alkoholid ja eetrid. Lipiidid on alkoholi ja rasvhapete estrid. Lipiidid on organismide energiaallikaks (38,9 kJ/g).
Mitmel talve uneks valmistuval loomal koguneb naha alla rasvakiht , mis annab talvel magades energiat. Kevadeks on rasvakiht peaaegu kadunud. Vees elavatel imetajatel kaitseb rasvakiht külma vee eest ja annab voolujoonelise kuju. Rasvkude ümbritseb ka kõhuõõne siseorganeid kahjulike välismõjude eest.
Küllastunud rasvhapetes esinevad süsinike aatomite vahel üksiksidemed. Sellised rasvad on tahked (neid nimetatakse ka loomseteks rasvadeks ).
Küllastumata rasvhapetes esinevad süsinike aatomite vahel kaksiksidemed. Sellised rasvad on vedelad (õli seemnetes).
Vahad on pika ahelaliste ühe hüdroksüülsete (1 OH rühm) alkoholide ja rasvhapete estrid. Vahad on tahked, enamasti plastsed ained, mis on vastupidavad teiste keemiliste ainete toimele. Puuviljadel, okstel , vahalillede lehtedel esinevad taimsed vahad, mis täidavad kaitsefunktsiooni. Mesilasvaha on loomne vaha, sellest valmistavad mesilased oma kärjed.
Liitlipiidid sisaldavad mitut lihtlipiidi. Näiteks. Fosfolipiidid sisaldavad lisaks klütseroolile ja rasvhapetele fosforhappe jääki. Kuuluvad rakumembraani koostisesse.
Steroidid on veel lahutumatud tsüklilised ühendid, mis esinevad loomarakkudes . Neerupealsete hormoonid ja meessuguhormoon (testosteroon)ja naissuguhormoon (östrogeen) on steroidid. D-vitamiin on samuti steroid . Steroid kolesterool kuulub loomsete biomembraanide koostisesse. Kolesteroolis sünteesitakse sapphappeid, suguhormoone ja D-vitamiini eelühendit. kui kolesterooli on liiga palju, siis ta tekitab veresoonte lupjumist.
Lipiidide funktsioonid:

• Energeetiline – ühe grammi rasva täielikul oksüdatsioonil laguneb 38,9 kJ energiat.
  
• Ehituslik – biomembraanid koosnevad fosfolipiidide kaksikkihist.
  
• Varuaine – loomadel varuaine rasvikutes, taimedel õlid seemnetes, viljades.
  
• Kaitse – nahaalune rasvkude on halb soojusjuht ja kaitseb organismi temperatuuri muutuste eest. Siseorganeid ümbritsev rasvakiht kaitseb mehhaaniliste mõjutuste eest.
  
• Bioragulatoorne – tsüklilised bioaktiivsed lipiidid reguleerivad ainevahetuslikke protsesse.
  
• Lahusti – teatud hüdrofoobsed ained talletuvad rasvkoes. On lahutiks rasvas lahutuvatele vitamiinidele (K, A, D, E)
  
• Ainevahetuslik – rasvade oksüdatsioonil vabaneb metapoolne vesi, mida kasutavad kõrbeloomad veetehvitsiidi korral (1kg rasva = 1,1 kg vett).
  

Valgud
Valgud on aminohappejääkidest moodustunud polümeerid ehk polüpeptiidid. Polüpeptiidideks nimetatakse valke sellepärast, et aminohappe jääkide vahel tekivad peptiidsidemed. Peptiidsidemed moodustuvad kahe aminohappejäägi ühinemisel ühe karboksüül rühma ja teise amino rühma ühinemisel. (kõikide valkude koostisesse kuulub aminorühm - NH2 ja karboksüülrühm – COOH, ülejäänud osad tähistatakse R-ga). Kahe peptiid sideme tekkel eritub molekulist vett. Valkude süntees toimub ribosoomides. Valkude molekulmass varieerub väga suures vahemikus, sest eri valkude koostisesse kuuluvate aminohappejääkide arv algab kümnest ja lõpeb tuhandetega. Valkude omaduste erinevused tulenevad aminohappe jääkide järjestusest ja nende hulgast valgu molekulis.
Valkude struktuur:

• Esimest järku struktuur (primaarstruktuur) – näitab, kui palju aminohappejääke ja millises järjekorras on polüpeptiidahelasse lülitunud. See on anna ülevaadet valgu struktuurist, kuid annab ülevaate valgu omadustest.
  
• Teist järku struktuur (sekundaarstruktuur) – tekib polüpeptiidi keerdumisel kruvi kujuliseks heeliksiks. Heeliksit hoiavad koos vesinik sidemed.
  
• Kolmandat järku struktuur (tertsiaarstruktuur) – keraja kujuga ja kannab nime gloobul . Gloobulit stabiliseerivad mitmesugused keemilised sidemed, mis moodustuvad molekuli eri osades paiknevate aminohappejääkide vahele.
  
• Neljandat järku struktuur (kvaternaarstruktuur) – moodustub, kui omavahel ühinevad kaks või enam polüpeptiidi.
  

Denaturatsioon – kui valk kaotab teist ja kolmandat järku struktuuri (temperatuuri tõusu, mehaaniliste vigastuste jms tagajärjel). Katkevad ainult nõrgad sidemed, peptiid sidemed ei katke - seetõttu säilib ka esialgne kuju.
Renaturatsioon – on denaturatsiooni pöördprotsess, mis toimub vaid siis, kui denaturatsiooni mõju pole olnud liiga tugev.
Erinevaid aminohappeid on valkude ehituses 20. Inimene on evolutsiooni käigus kaotanud võime sünteesida mõningaid aminohappeid. Neid aminohappeid, mida üldse ei saa asendada on 8, neid saab inimene ainult toidust. Osaliselt asendatavaid valke on 3, neid sünteesib inimene ise, kuid ainult osaliselt. Asendatavaid valke on 9, neid suudab inimene ise sünteesida. Valgud moodustuvad vaid elus organismides, seetõttu on nimetatakse neid biopolümeerideks.
Valkude funktsioonid:

• Ensümaatiline – kõik ensüümid on valgud
  
• Geeni regulatoorne – histoonid osalevad geeni aktiivsuse regulatsioonis
  
• Bio regulatoorne – osa hormoone on valgud (Nt: insuliin ).
  
• Transpordifunktsioon – hemoglobiin transpordib hapnikku ja membraanides on valgulised transportijad.
  
• Struktuurne funktsioon – küüned, juuksed, karvad, sõrad, kõõlused, kõhred.
  
• Kaitsefunktsioon – antikehad on valgud ja verehüübimisvalgud.
  
• Kokkutõmbe ehk kontraktsiooni funktsioon – lihaskoe valgud, ripsmed , viburid .
  
• Retseptoorne funktsioon – raku membraani pinna retseptorid ja silmavõrkkest retseptorvalk rodopsiin.
  
• Varufunktsioon – munavalge
  
• Energeetiline funktsioon – ühe grammi valgu oksüdatsioonil vabaneb 17,6 kJ energiat.
  

Nukleiinhapped
Nukleiinhape on orgaaniline kõrgpolümeer, mis kannad pärilikku informatsiooni. DNA ehk deoksüribonukleiinhape asub päristuumsetel rakutuumas ja kannab endas keneetilist informatsiooni. RNA ehk ribonukleiinhape kopeerib DNA informatsiooni ja kannab rakus selle vajalikku kohta. Nukleiin happed on biopolümeerid, mille monomeerideks on nukleotiidid . Nukleotiid koosneb süsivesikust (S), fosfaadi rühmast (P) ja lämmastik alusest (A).
A – adeniin
C – tsütosiin
G – guaniin
T – tümiin
U – uratsiil (RNAl T asemel)
Võrdlus
DNA
RNA
monomeer
desoksüribonukleotiid
ribonukleotiid
süsivesik
desoksüriboos
riboos
Lämmastik alused
Aedniin, tsütosiin, guaniin, tümiin
Adeniin, tsütosiin, guaniin, uratsiil
nukleotiidid
Adenosiin fosfaat ; tsütosiin fosfaat; guaniin fosfaat; tümidiin fosfaat.
Adenosiin fosfaat; tsütosiin fosfaat; guaniin fosfaat; uratsiin fosfaat.
primaarstruktuur
Ühe ahelaline nukleotiidide jada.
Ühe ahelaline nukleotiidide jada.
sekundaarstruktuur
Biheeliks. Nukleotiidide ahelate lämmastik aluste vahel on vastavalt komplementaarsusele vesiniksidemed. A-T; C-G.
Kohati molekuli siseselt kahe ahelaline, kus lämmastik aluste vahel on vastavalt komplementaarsusele vesinik sidemed. A-U; C-G.
tertsiaalstruktuur
DNA on histoonide (valkude) abil kokkupakitud.
RNA on histoonide abil kokku pakitud (ribosoomis).
ülesanded
On kromosoomide koostisosa. Päriliku info säilitamine ja ülekandmine tütarrakkudesse raku jagunemise ajal.
Võtab osa geneetilise info realiseerimisest. On kolme tüüpi RNAd:

• mRNA – käskjalg(informatsiooni tooja). mRNA abil päriliku info ülekanne rakutuumast ribosoomidesse.
  
• tRNA – transpordi RNA. tRNA – aminohapete transportimine tsütoplasmast ribosoomidesse.
  
• rRNA – valkude süntees ribosoomides.