Rakubioloogia teine kursus kordamine (0)

1. Eukarüootide ja prokarüootide põhilised erinevused.

• Prokarüootsed ( eeltuumsed ) – bakterid ja arhed , rakutuumata, esineb ainult üks kromosoom , rõngas, superspiraliseerunud. Geenide hulk 400 – 4000. Rakkudel esineb rakusein, mis koosneb peptidoglükaanidest. Vastavalt rakuseina ehitusele toimub jaotus Gram (+)(ainult ühe membraanikihiga) ja Gram (-) (raku seina peal täiendav membraan , membraanide vaheline ala – periplasmaatiline ala) bakteriteks. Bakteritel esinevad rakumembraani sissesopistused mida nim mesosoomideks. Mesosoomid on seotud DNA sünteesi ja valkude sekreteerimisega. Prokarüootsel rakul võivad esineda väljakasvud. Kui need on lühikesed, siis neid nim pili’deks ja need on vajalikud pinnaga seostumiseks. Suuremad väljakasvud kannavad nime viburid (flagella) ja on olulised liikumises. Bakterite viburid erinevad eukarüootide viburitest. Ei sisalda mikrotorukesi. On raku pinnaga seotud valgust koosneva rõngaste struktuuri vahendusel. Bakterid võivad olla väga vastupidavad ebasoodsatele keskkonnatingimustele, moodustades endospoore – rakusiseseid tugeva kestaga moodustisi, milles tsütoplasma on dehüdreerunud. Aktinomütseedid on hargnevate rakkudega bakterid, mis produtseerivad näit streptomütsiini.
  
• Eukarüootsed – rakutuumaga. Tuumas paikneb DNA, mis on muust raku sisaldusest tuumamembraaniga eraldatud. Rakud on ruumalalt ~1000 korda suuremad kui prokarüootsed rakud. Lisaks tuumale ka teised organellid – mitokondrid , kloroplastid , lüsosoomid, endoplasmaatiline võrgustik (ER), Golgi kompleks jt. Eukarüootsetes rakkudes esinevad ka mittemembraansed võrkjad moodustised, nn tsütoskelett. Tsütoskelett annab rakule vormi ja osaleb organellide ja rakkude liikumises. Info selle kohta, milliseid valgu molekule rakk on suuteline sünteesima, paikneb DNA koostises ja info liigub valgu sünteesil ribosoomidesse mRNA vahendusel. (DNAmRNAvalk). DNA hulk haploidses rakus on 107 – 1011 bp. Suurem osa DNA-st mittekodeeriv (inimesel 98,5%). Eukarüootse raku DNA ( genoom ) on jagunenud erinevate kromosoomide vahel, mis on tuumas nähtavad ainult mitoosi ajal.
  

2. Rakutuum. Valgusmikroskoobis on ta kõige paremini nähtav raku osa. Hōlmab ca 10% raku kogu ruumalast, sinna on koondunud peaaegu kogu rakus olev DNA.
Tuumaümbris (tuuma lamiinid , tuuma poori kompleks, perinukleaarne ruum). Tuum on ümbritsetud kaksikmembraaniga, millest välimine membraan on otseses ühenduses tsütoplasmavõrgustiku membraaniga.Tuuma sise- ja välismembraani vahelist osa nim perinukleaarseks ruumiks. Sarnaselt tsütoplasma võrgustikuga võivad tuuma välismembraanile kinnituda ribosoomid . Tuuma sisemise membraani sisepinnal on ōhuke kiht nn. tuuma lamiine. Need on valgud , mis kuuluvad intermediaarseid filamente  moodustavate valkude hulka. Lamiinid toetavad tuuma sisemist membraani seestpoolt. Rakutuumas paiknev kromatiinaine on lamiinide vahendusel seotud tuumamembraani sisepinnaga. Väljastpoolt on tuum ümbritsetud intermediaarsete filamentide vōrgustikuga. . Tuuma ümbrises on teatud vahemikega spetsiaalsed struktuurid , nn. tuuma poori kompleksid  ( nuclear pore complex- NPC), mis on moodustunud oktagonaalselt organiseeritud teatud kindlatest valkudest (nukloepoorid). NPC-s osalevaid valke arvatakse olevat 60- 100 erinevat, üks poorikompleks koosneb ca 1000-st valgumolekulist.Tuumapoori valgud seovad tuumapoori servadel tuuma sise- ja välismembraani kokku. Vaatamata sellele ei difundeeru sisemembraanis olevad molekulid välismembraani ja vastupidi, ning sise- ja välismembraan jäävad oma koostiselt distinktseks.
Tuuma ja tsütoplasma vaheline ainete transport. Tuuma ja tsütoplasma vaheline ainete transport käib tuuma pooride kaudu. Transort läbi NPC on kas passiivne difusioon ( ioonid , väikesed valgumolekulid) või aktiivne transport, mis vajab energiat ning teatud lubava signaali olemasolu. Iga üksik NPC toimetab nii importi kui eksporti.
Rakutuumas sisaldub peale DNA suur hulk valkusid ( histoonid , DNA- ja RNA polümeraasid, geeni regulaatorvalgud, jne.), mis sünteesitakse tsütoplasmas ning mis peavad pääsema tuuma. Samal ajal on terve hulk makromolekule ning neist moodustunud supermolekulaarseid komplekse, mis sünteesitakse tuumas, kuid mis funktsioneerivad tsütoplasmas (mRNA, tRNA, ribosoomide subühikud). 
Passiivne ja aktiivne transport läbi tuuma pooride. Valkude transport tsütoplasmast tuuma. Tuuma lokaliseerumise signaal (NLS) ja seda äratundvad faktorid tsütoplasmas (importiin). Läbipääsuloaks raku tuuma pääsemiseks on valkudel teatud aminohappeline järjestus, mis sisaldab tavaliselt positiivselt laetud aminohappeid Lys ja Arg . Seda järjestust nim. nukleaarse lokalisatsiooni signaaliks (NLS), NLS võib valgul paikneda ükskõik millises kohas. Info NLS järjestuse jaoks on kodeeritud vastavas geenis. Eukarüootne rakk määrab oma geenide poolt mitte ainult valgu struktuuri, vaid ka koha, kus valk rakus peab paiknema. Laias laastus on NLS järjestusi kahte tüüpi: lühike 4-7-st aluselisest aminihappest koosnev järjestus või pikemad kaheosalised NLS-id, mis koosnevad 2-st aluseliste aminohapete blokist, mida eraldab ca 10 aminohapet. Valgu transport läbi tuumapooride on temperatuurist sōltuv ning ATP hüdrolüüsi vajav protsess. Kõik valgud ei pea tuuma pääsemiseks olema varustatud NLS- ga. See sõltub valgu suurusest . Alla 5000 Da molekulmassiga molekulid läbivad tuumapoore ilma mingi takistuseta. Üle 60 000 Da molekulmassiga valk ei suuda aga ilma NLS-ta tuuma siseneda. Väikesed valgud ja ioonid läbivad NPC pidevalt avatud keskkanalit (9 nm). NLS-ga varustatud valgud aga põhjustavad keskkanali ajutist laienemist kuni 26 nm-ni. NLS järjestust ei lõigata pärast tuuma sisenemist valgu küljest ära, pärast seda kui valk on tuuma transporditud. Pōhjuseks see, et NLS-i läheb korduvalt tarvis. Kui rakk alustab mitootilist jagunemist, siis tuumamembraan lahustub ning tuumavalgud satuvad taas tsütoplasmasse. Kui tütarrakkudes formeerub uus tuumaümbris, siis on vaja tuumavalgud tsütoplasmast taas kokku korjata. Importiin on valk, mis tunneb ära NLS-i. See valk koosneb kahest subühikust, mida tähistatakse a ja b . Esimene neist seostub vahetult NLS-ga, b -subühik aga aitab seostuda tuuma poori kompleksiga. Importiini mõlemad subühikud transporditakse kompleksis ‘laadungiga’ tuuma, kus see kompleks laguneb ning importiini subühikud saadetakse tuumast tsütoplasmasse tagasi.
Valkude ja RNA-de eksport tuumast. Ka valgu väljumisel tuumast on vajalik teatud signaaljärjestuse olemasolu, mis erineb aga oluliselt impordiks vajalikust NLS-järjestusest. Ekspordi signaali on hakatud tähistama NES (nuclear export signal ). Tuuma ekspordi signaalina toimivad järjestused, kus hüdrofoobsed aminohapped (Leu ja Ile) esinevad teatud kindlas asetuses. On teada ka vastav retseptorvalk , mis analoogselt importiinile tunneb ära ekspordi järjestust ning aitab valgud tuumast välja – eksportiin.
Miks on rakule kasulik hoida DNA eraldatuna valgusünteesiaparaadist? Kuigi pole lõplikku vastust küsimusele, miks selline kompartmentaliseeritus on vajalik, võib oletada, et valkude ja RNA vahetuse kontroll tuuma ja tsütoplasma vahel vōimaldab täiendavat geeni ekspressiooni ja DNA replikatsiooni kontrolli.
3. Tuumakese ehitus ja funktsioonid. Elektronmikroskoopiliselt eristatakse tuumakeses 3 eri piirkonda: 1) fibrillaarne tsenter , sisaldab DNA-d mida parasjagu ei transkribeerita; 2) tihe fibrillaarne komponent, sisaldab sünteesitavat RNA-d; 3) granulaarne komponent, sisaldab formeeruvaid ribosoomi partikleid. Tuumakeses toimub ribosoomi subühikute formeerumine rRNA-st ja valkudest.
Tuumakese organisaator (NOR), ribosoomi subühikute formeerumine RNA-st ja valkudest. Tuumake moodustub ribosomaalse RNA (rRNA) geene sisaldavate kromosoomilõikude ümber. Vastavat kromosoomi osa, kus see geeniklaster paikneb, nim. tuumakese organisaatori piirkonnaks (NOR). Inimese genoomis leidub NOR 5-l eri kromosoomil (13.,14.,15.,21. ja 22. kr.). NOR- d paiknevad kromosoomide lühikeste ōlgade otstes . Seega inimese diploidses rakus olevas tuumakeses on vastav DNA pärit 10-st kromosoomist, s.t. 10 kromosoomi NOR-d osalevad tuumakese moodustamisel. Kokku on inimese genoomis ca 200 rRNA koopiat, mis on tandeemselt organiseerunud. Iga rRNA geen annab ühesuguse transkripti, mis on tuntud kui 45S RNA. Sellest tekib edasise protsessingu teel 3 erinevat RNA-d (28 S, 5.8 S ja 18 S RNA), mis lähevad ribosoomi kas suure vōi väikese subühiku koosseisu. Nende 3 RNA pärinemine ühest transkriptist kindlustab selle, et neid saab vōrdsel hulgal.
Tuumakeste arv ja suurus. Tuumakese suurus peegeldab tema aktiivsust ja ta varieerub oluliselt erinevates rakkudes ning muutub ka ühes ja samas rakus rakutsükli eri faasides . Tuumake on väga väike neis rakkudes, kus elutegevus on väga aeglane (sünteesiprotsessid aeglased) kuid võib hõlmata kuni 25% tuuma ruumalast neis rakkudes, kus toimub intensiivne valgusüntees.
4. Kromatiin ja kromosoomid . Kromatiini all mõistetakse rakutuumas olevat DNA-d, mis on seotud valkudega. Rakus kahes eri seisundis: 10% aktiivne (sisaldab DNA-d, mida atud rakus transkribeeritakse) ja 90% inaktiivne. DNA-ga seonduvaid valke on laias laastus kahte sorti: struktuursed ja regulatoorsed. Kõige paremini on uuritud struktuursed valgud histoonid, mis esinevad kõigil eukarüootidel. Histoonid on suhteliselt väikesed valgud suure hulga positiivselt laetud aminohapetega (Lys, Arg). Histoone on 5 tüüpi, mis jagunevad kahte rühma: nukleosoomsed histoonid (H2A, H2B, H3, H4) ja histoon H1.
Inimese haploidne genoom sisaldab ca 3 miljr. nukleotiidi paari, mis on jagatud 24-ks kromosoomiks (22 erinevat autosoomi ja 2 erinevat sugukromosoomi).
Histoonid ja DNA nukleosoomne struktuur. DNA pakkimine kõrgema järgu struktuuridesse. Kõikides eukarüootides on DNA kaksikahela esimeseks kõrgemaks organiseerituse astmeks nn. nukleosoomne struktuur. Nukleosoomi südamiku moodustavad nukleosoomsed histoonid, mida on igat molekuli 2 eksemplari, seega on nukleosoomi südamikus kokku 8 histooni molekuli. Übmer nukleosoomi südamiku on keerdunud 166bp pikkune DNA lõik. Kahe nukleosoomi vahele jäävat DNA lõiku nim. linker -DNA-ks, sinna seondub histoon H1, mis vastutab DNA pakkimise eest järgmisse kõrgema järgu struktuuri (30 nm kiud). Suur osa kromatiini rakutuumas ongi kokku pakitud kõrgema järgu struktuuridesse.
Heterokromatiin. Aktiivne ja inaktiivne kromatiin. Osa inaktiivsest kromatiinist on rakutuumas tugevasti kokku pakitud ja moodustab nn. heterokromatiini. Heterokromatiinis on kromatiin pakitud kõrgema järgu struktuuridesse. Heterokromatiin lokaliseerub tuuma ümbrise läheduses ja paistab elektronmikroskoobis hästi tumedana. Molekulaarbioloogilised uuringud on näidanud, et enamik heterokromatiini koostises olevat DNA-d on kõrgkordus DNA, mida praktiliselt üldse ei transkribeerita. Aktiivne kromatiin erineb ülejäänust selle poolest, et ta pole nii tugevasti kokku pakitud ning seetõttu on ta kergemini kättesaadav nukleaasidele (DNase I). Ta erineb ka biokeemiliselt muust kromatiinist.
Barr ’i kehake. X-kromosoomi inaktivatsioon . Kõikide emaste imetajate teine X-kromosoom kondenseerub ning seal olevad geenid inaktiveeruvad. X-kromosoomi inaktiveerumine algab kromosoomi kindlast piirkonnast , inaktivatsiooni tsentrist, ja see levib lineaarselt üle kogu kromosoomi. X-kromosoomi kondenseerumine toimub praktiliselt kõikides emaslooma somaatilistes rakkudes ning see on nähtav rakutuumas tumeda, tuuma membraani läheduses paikneva struktuurina, mida nim. Barr'i kehakeseks. X-inaktivatsioon toimub varajases embrüonaaleas. Kumb X-kromosoom inaktiveerub, kas isalt (Xp) või emalt (Xm) pärinev, see toimub juhuslikult. X-inaktivatsioon pole siiski täiesti pöördumatu. Meioosi läbimisel reaktiveeritakse kondenseerunud X-kromosoom ning tekkinud munarakkudes on nii isalt kui emalt päritud X-kromosoomid jällegi vōrdselt aktiivsed.
Kromatiini struktuur ja geenide ekspressioon. Lihtsustatud mudeli järgi struktuursed valgud ja transkriptsioonifaktorid konkureerivad DNA-ga seostumise suhtes, kusjuures struktuursed valgud takistavad nendega seoses oleva DNA kättesaadavust transkriptsiooni masinavärgile. Kui in vitro tingimustes lisada DNA-le histoone, et moodustuks nukleosoomne struktuur, surutakse transkriptsioon alla. Eriti tugevalt mõjub H1 lisamine. Aktiivselt transkribeeritavad geenid on nõrgalt seotud H1-ga või see puudub hoopis. Teatud piirkonnad kromosoomides (DNA ahelas) on nukleosoomi-vabad ning vastavad geeni regulaatorpiirkondadele.
Kromatiini struktuuri muutused rakutsüklis. Kui rakk alustab mitootilist jagunemist, kondenseerub kromatiin ning individuaalsed kromosoomid muutuvad valgusmikroskoobis nähtavaks. Peale mitoosi lõppu kromatiin dekondeseerub uuesti. Kondenseerumine-dekondenseerumine on täpselt reguleeritud, kusjuures oluline on H1 pöörduv fosforüleerumine.
Kromosoomide ehitus ( tsentromeer , telomeerid , replikatsiooni alguspunkt). Selleks, et kromosoom saaks säiluda ühest raku jagunemisest teise, peab ta sisaldama järgmisi funktsionaalseid piirkondi: tsentromeer, kaks telomeeri, replikatsiooni alguspunktid
Tsentromeer on kromosoomi unikaalne järjestuselement. Tsentromeeri ülesanne on hoida koos tütarkromatiide kuni mitoosi anafaasini (või meioosi II jagunemise anafaasini). Tsentromeeri külge moodustub jagunevas rakus spetsiaalne valguline struktuur - kinetohoor. Selle külge kinnituvad omakorda mikrotuubulid , ning saab toimuda kromosoomide lahknemine anafaasis.
Telomeer on kromosoomi otstes leiduv järjestuselement. Telomeerid võimaldavad kromosoomide replitseerimise kogu ulatuses. Telomeeridega on arvatavasti seotud nn. “kellamehhanism”, mis takistab kõrgemate organismide normaalsete rakkude piiramatut jagunemist. Iga jagunemistsükliga jäävad telomeerid järjest lühemaks(telomeerseid järjestuselemente ei lisata 3’ otsa juurde) ning teatud kriitilisest piirist alates raku jagunemine seiskub. Need rakud, mis peavad aga organismis kogu aeg paljunema (näit. idurakud, vereloome tüvirakud) lahendavad küsimuse sellega, et neis aktiveeritakse ensüüm telomeraas . See uuendab pidevalt telomeere.
Replikatsiooni alguspunkt - See on teatud järjestuselement kromosoomis, kust algab DNA replikatsioon . Replikatsiooni alguspunkte on võimalik nähtavaks muuta. Sellisel moel on näha, et ühel kromosoomil liigub palju replikatsiooni kahvleid. Peale selle on näha, et osa replik. alguspunkte paikneb tihedasti koos, klastritena, teatud piirkondades DNA molekulis, kromosoomi teistes osades nad aga puuduvad.
5. Tsütoplasma võrgustik (TV). Tsütoplasmavõrgustik e. endoplasmaatiline retiikulum (ER) on ühekordse membraaniga ümbritsetud terviklik kompartment, mis on iseloomulik kõigile eukarüootidele. ER-i membraan moodustab üle poole kogu raku membraanistikust. ER mängib keskset osa biosünteesiprotsessides. ER-i membraanis paiknevad ensüümid, mis sünteesivad kõikide teiste rakuorganellide membraanides vajaminevaid lipiide ja kolesterooli. Samuti toimub seal steroidhormoonide süntees, detoksifitseeritakse mitmeid kahjulikke aineid, modifitseeritakse sünteesitud valke. ER-i membraan ja valkude süntees on omavahel olulisel määral seotud, nimelt ER-i membraan seob ühe osa ribosoomidel sünteesitud valke.
Valkude kotranslatsiooniline seostumine ER-ga. Karedapinnaline ER. Liiderjärjestus, signaaliäratundja partikkel (SRP), signaalpeptidaas Sünteesitavate valkude seostumine ER-ga algab juba enne seda kui tema süntees on täielikult lõppenud, s.t. toimub kotranslatsiooniline seostumine. ER-ga seostuvatel valkudel on N-terminaalses osas nn. signaalpeptiid e. liiderjärjestus. Kuna valgu süntees algab valgu N-terminaalsest osast, siis liiderjärjestus valmibki kõige esimesena. Liiderjärjestuse tunneb ära ja seostub sellega signaaliäratundja partikkel e. SRP (signal-recognition particle ). SPR kujutab endast valgu ja RNA kompleksi. SRP omakorda seostub ER-i membraanis oleva SRP retseptoriga. Kuna SRP seondumise ajal oma retseptoriga valgu tagumist otsa alles sünteesitakse ribosoomide poolt, siis tulemuseks on see, et ka ribosoomid kinnituvad ER-i membraani külge. Ribosoomid, mis on seotud ER-ga, tekitavad rakus kompartmendi, mida nimetatakse karedapinnaliseks ER-ks (rER). ER-i seda osa, kus ribosoome pole, nimetatakse siledapinnaliseks ER-ks (sER).
Valkude modifitseerimine ER-s (N- seoseline glükosüleerimine, disulfiidsildade moodustumine, valkude kokkupakkimine ja edasitoimetamine Golgi kompleksi). N-seoseline glükosüleerimine toimub asparagiini lämmastiku aatomi kaudu. Vajalik on asparagiini jäägi esinemine järjestustes Asn-X-Ser või Asn-X-Thr (X on mingi suvaline aminohape ). Disulfiidsildade moodustumine toimub ER-is. Moodustuvad järjestikuste tsüsteiinide vahele, mõnikord ka mittejärjestikuliste vahele, kuid siis toimub sildade ümbermoodustumine, st tekivad valed sillad, kuid need korrigeeritakse hiljem. ER valendikus töötavad chaperon-valgud, mille ülesandeks on valkude õige kokkupakkimine. Kui valgu konvormatsioon on vale, siis suunatakse valk tagasi tsütosooli, kus ta lagundatakse. Kui valk on õige konformatsiooniga, siis ta pakitakse kokku ning suunatakse Golgi kompleksi. Valkude transport ER-st Golgi kompeksi toimub transportvesiikulite abil.
KDEL-järjestus kui ER hoidmissignaal. KDEL-järjestusega valgud suunatakse samuti Golgi kompleksi, ent sealt saadetakse ta transportvesiikuliga tagasi ER-i.
Siledapinnaline ER. Lipiidide süntees siledapinnalises ER-s (atsüültransferaasid, fosfolipiidi translokaasid), ainete detoksifikatsioon. Lipiidide sünteesi läbiviivad ensüümid paiknevad ER-i membraanis, nende aktiivtsentrid aga on suunatud tsütoplasma poole, kus leiduvad vajaminevad metaboliidid. Süntees toimub 3- etapiliselt. Esimesena liidetakse ensüüm atsüültransferaasi poolt kaks rasvhappemolekuli glütseroolfosfaadile, tekib fosfatiidhape. Järgnevates etappides modifitseeritakse tekkinud fosfatiidhapet, vastavalt sellele tekivad eri tüüpi fosfolipiidid . ER-i membraanis on ensüümid fosfolipiidi translokaasid e. flipaasid mis võimaldavad sünteesitud lipiidimolekulidel "hüpata" ka bilipiidkihi valendikupoolsesse külge (toimub flip- flop kaksikkihi ühest kihist teise).
ER membraanide eraldamine rakust (mikrosoomid). Fragmenteerunud ER-i vesiikulid ehk mikrosoomid on ER-i nn vähendatud kujutised, kus toimuvad kõik ER protsessid. Karedapinnalisest ER-st pärit mikrosoomid on raskemad (nende pinnal on ribooomid) kui siledapinnalisest ER-ist pärit mikrosoomid.
6. Golgi kompleksi (GK) ehitus, selle eri piirkonnad (cis-, kesk-, trans-Golgi võrgustik). Golgi kompleks (GK) on membraanidest moodustunud lamedate põiekeste või tsisternide kogum, mida ümbritsevad membraaniga kaetud vesiikulid. Need vesiikulid transpordivad aineid GK-i ja sealt edasi. Kuigi GK käsitletakse kui ühte organelli , lokaliseeruvad tema eri piirkondades eri ensüümid, mis katalüüsivad eri reaktsioone. GK-s eristatakse 3 funktsionaalset piirkonda: cis-Golgi, kesk-Golgi ja trans-Golgi. Cis-Golgi paikneb ER-i pool
Transpordivesiikulite pungumine GK-st. Brefeldiin A toime GK-le. Valgusünteesi käigus ER-ga seotud valgud transporditakse pärast nende sünteesi lõppemist ER-st GK-i. See toimub transportvesiikulite vahendusel, mis punguvad ER- st ja ühinevad cis-Golgiga, andes sinna oma sisaldise ja membraani. Edasi liiguvad ained Golgi keskossa ning sealt trans-Golgisse. Trans-Golgist pungunud vesiikulid aga kannavad aineid nende lõplikku funktsioneerimiskohta. Brefeldiin A on seenest pärit alkaloid , mis blokeerib transpordi ER-st Golgisse. Selle tulemusel GK kaob ja valkude sekretsioon rakust lakkab. Kui see aine rakkude kasvukeskkonnast eemaldada, siis taastub normaalne GK.
Valkude modifitseerimine GK-s (glükosüleerimine, sulfaatimine ja fosforüleerimine). O- ja N-seoseline glükosüleerimine, glükosüültransferaasid. Valkude glükosüleerimise tähtsus. Mutsiinid kui eriti tugevasti glükosüleeritud valgud. Suhkrujääkide tähtsus rakkudevahelises äratundmises. GK membraanis paiknevad valkude ja lipiidide glükosüleerimist viivad läbi glükosüültransferaasid. Need on transmembraansed valgud, mille aktiivtsenter on suunatud Golgi valendiku poole. Substraadiks neile ensüümidele on nukleosiid di- või monofosfaatsuhkrud, kus on makroergiline side. Need suhkrud liidetakse kas juba paigas olevale eelmisele suhkrujäägile, kui on tegemist oligosahhariidse ahela pikendamisega (N-seoseline glükosüleerimine asparagiini lämmastiku aatomile), või aminohappele (O-seoseline glükosüleerimine seriini või treoniini OH rühma hapniku aatomile). Valkude glükosüleerimine kaitseb valke lagundamise eest proteolüütiliste ensüümide poolt. Mutsiinid on ulatuslikult glükosüleeritud valgud, suhkrukomponentide molekulmass on kuni 80% valgu kogu molekulmassist. Tänu sellele on mutsiinid väga vastupidavad proteolüütilistele ensüümidele, samuti madalatele pH väärtustele. Valkudel olevad suhkrujäärgid on olulised ja rakkude omavahelises äratundmises. Ühe raku pinnal olevad suhkrujäägid on ligandiks teistel rakkudel olevatele retseptoritele ja nende omavahelise seondumise tulemusel rakud kleepuvad omavahel. Fosfotransferaasid varustavad valgu fosfaatrühmaga, sulfotransferaasid sulfaatrühmaga.
7. Lüsosoomide ehitus ja funktsioonid. Lüsosoomides paiknevad ensüümid. Lüsosoom on membraaniga ümbritsetud hüdrolüütilisi ensüüme sisaldav organell, mis toimetab makromolekulide kontrollitud lagundamist rakusiseselt. Tuntakse umbes 40 hüdrolüütilist ensüümi, mis paiknevad lüsosoomis. Need jagunevad proteaasideks, nukleaasideks, glükosidaasideks, lipaasideks, fosfolipaasideks, fosfataasideks, sulfataasideks. Kõik lüsosoomide ensüümid on happelised hüdrolaasid, mille pH optimum on umbes pH 4.8 - 5.
Kuidas satub lagundatav materjal lüsosoomidesse (endotsütoos, autofaagia, fagotsütoos)? Makromolekulid võetakse väliskeskkonnast endotsütoosi teel varajastesse endosoomidesse. Osa neist läheb tagasi plasmamembraani, osa hilistesse endosoomidesse. Autofaagia, mille käigus lagundatakse raku enda vananenud komponente autofagosoomides ja hiljem autofagolüsosoomides. Fagotsütoos esineb rakkudes, mis on spetsialiseerunud suuremate osakeste ja mikroorganismide fagotsüteerimisele. See toimub fagosoomis, mis hiljem ühineb endosoomiga moodustades fagolüsosoomi.
Kuidas satuvad lüsosoomidesse määratud ensüümid lüsosoomidesse (mannoos-6- fosfaat ja selle retseptor )? Lüsosomaalsed ensüümid kannavad unikaalset markerit - mannoos-6-fosfaat grupi näol, mis pannakse külge ainult lüsosomaalsetele ensüümidele. See toimub cis-Golgi alas, kus fosforüleeritakse lüsosomaalse ensüümi küljes olev mannoosi jääk. Trans-Golgi membraanis on aga retseptorvalk, mis tunneb ära M6P, sidudes endaga kõik M6P kandvad valgud. Sel moel M6P-retseptor kontsentreerib lüsosomaalsed ensüümid nendesse trans-Golgi retiikulumist punguvatesse vesiikulitesse, mis ühinevad endosoomiga, andes sinna ära oma "laadungi".
8. Valkude degradatsioon tsütoplasmas olevates proteasoomides. Ubikvitiin. Valkude degradatsioon tsütoplasmas toimub erilistes valgulistes kompleksides, proteosoomides, mida leidub hulgaliselt raku tsütoplasmas. Iga proteasoom koosneb tsentraalsest silindrist, mis moodustub paljudest eri proteaasidest, mille aktiivtsentrid on suunatud silindri sisemuse poole. Silindri kumbaski otsas paiknevad valgulised kompleksid. Nende proteasoomi otstes paiknevate valkude ülesanne on arvatavasti selekteerida lagundamisele määratud valke ja sööta neid silindri sisemusse . Proteasoomides lagundatakse neid valke, millele on kovalentselt külge seotud ubikvitiin. Ubikvitiin seotakse aga degradeerimisele määratud valgu külge ensümaatiliselt, lüsiini jäägi külge. Ubikvineeritud valgud tuntaksegi ära proteasoomide poolt.
Mehhanismid , mille abil proteasoomides tekkinud peptiidsed fragmendid satuvad rakuvälispinnale kompleksis koesobivusantigeenidega. Selle protsessi tähtsus organismi rakulise immuunsuse seisukohalt (näit. kuidas T-lümfotsüüdid suudavad ära tunda viiruse poolt nakatatud rakke). Kui mingi rakk on viiruse poolt nakatatud ja raku valgusünteesiaparaat on hakanud tootma viiruslikke valke (vaatamata sellele, et need valgud ei pruugi omada üldse transmembraanset domääni ega saa membraaniga seostuda sel moel, nagu seda teevad "normaalsed" membraanivalgud), siis paratamatult ka osa viiruslikke valke lagundatakse proteasoomides, vastavad peptiidid pumbatakse ER-i, seal nad seostuvad MHC (suure koesobivuskompleksi klass I ) valkudega ning need omakorda jõuavad raku välismembraanile, kus nad tuntakse ära T-lümfotsüütide poolt.
9. Eksotsütoos. Ekso - ja endotsütoos tähendab membraaniga ümbritsetud transportvesiikulite teket ja nende ühinemist kas välismembraaniga (eksotsütoos) või endosoomi membraaniga (endotsütoos).
Pidev e. konstitutiivne ja reguleeritud eksotsütoos. Pidev eksotsütoos toimub kõigis eukarüootsetes rakkudes - transportvesiikulid kannavad pidevalt uusi membraanikomponente Golgi kompleksist välismembraani. Eksotsütoosi teel toimub pidev plasmamembraani uuendamine. Pidevalt eksotsüteeritakse valke, mida antud rakk ise ei vaja, kuid mida on organismil kui tervikul tarvis. Reguleeeritud eksotsütoosi puhul kogutakse vastavad ained sekretoorsetesse vesiikulitesse, mis ühinevad raku välismembraaniga pärast keskkonnast tulevat kindlat signaali. Reguleeritud eksotsütoos esineb neis rakkudes, mis on spetsialiseerunud oma produkti kiirele ja vastavalt vajadusele sekreteerimisele. Näit. pankrease endokriinsed rakud sekreteerivad insuliini, pankrease atsinaarrakud aga seedeensüüme.
Endotsütoos. pinotsütoos - lahustunud makromolekulide sissevõtmine väikeste ( fagotsütoos - suurte partiklite ( mikroorganismid , surnud rakkude osad jne.) sissevõtmine. Enamik eukarüootseid rakke pinotsüteerivad pidevalt. Fagotsütoosiks on võimelised ainult spetsialiseerunud rakud. Seetõttu kasutatakse mittefagotsüteerivate rakkude kohta termineid endotsütoos ja pinotsütoos võrdväärseina.
Kaetud vesiikulid. Klatriin. Retseptor-vahendatud endotsütoos. Pinotsütootilised vesiikulid moodustuvad plasmamembraani teatud piirkonnas, mida nimetatakse kaetud lohuks, millest omakorda moodustub kaetud vesiikul. Kaetud vesiikuli eluiga on lühike; sekundite jooksul kaob talt nn. "kate" ja ta on valmis ühinema endosoomiga. Kaetud lohu ja kaetud vesiikulite nn."katte" moodustab valk - klatriin. See on ilmselt vajalik sissesopistuse tekitamiseks. Retseptor-vahendatud endotsütoos tähendab, et mingi molekul , mis on rakku ümbritsevas keskkonnas, seostub kõigepealt plasmamembraanis oleva temale spetsiifilise retseptormolekuliga, seejärel käivitub endotsütoos ning see molekul satub klatriiniga kaetud vesiikulisse kompleksis oma retseptoriga.
Viiruste sisenemine rakku. Paljud viirused sisenevad rakku retseptor-vahendatud endotsütoosi abil. Paljudel loomaviirustel on fosfolipiidne kaksikkiht , mis ümbritseb viiruse geneetilist materjali ja valgulist katet. See fosfolipiidne kaksikkiht pärineb eelmise peremeesraku membraanist, kust viirus on pungunud. Viiruspartikkel läheneb plasmamembraanile väljastpoolt ning ühineb sellega. Sel moel pääseb viiruslik nukleiinhape tsütoplasmasse.
Transtsütoos. Ainete ja võõrkehade liikumine läbi plasmamembraani kindla retseptori abil.
Fagotsütoos. Neutrofiilid ja makofaagid. Algloomadel on fagotsütoos toitumisviis. Hulkraksetel pole enamik rakke võimelised fagotsüteerima, seda teevad selleks spetsialiseerunud rakud. Imetajatel on kaks põhilist klassi fagotsüüte: makrofaagid ja neutrofiilid (mõlemad ühisest eellasest). Et saada fagotsüteeritud, peab osake seostuma raku pinnale teatud retseptorite abil, mis on funktsionaalselt seotud raku fagotsütootilise masinavärgiga. Makrofaagide ülesandeks on ka vananenud rakkude ”äraseedimine”.
10. Vesikulaartransport rakkudes e klassikaline sekretoorne rada. Vesiikulite pungumine lähtekompartmendist ja ühinemine sihtkompartmendi membraaniga. Kattevalkude (klatriin, COP) tähtsus. Membraaniga ümbritsetud transportvesiikulid kannavad laadungi ühest kohast teise. Selline transport käib ER-i ja Golgi kompleksi vahel, Golgi kompleksi ja lüsosoomide ning välismembraani vahel. Selle transpordi puhul toimub transportvesiikuli pungumine lähtekompartmendist, selle liikumine mikrotuubulite abil teise kohta ning lõpuks ühinemine sihtkompartmendi mebraaniga. a) konstitutiivne sekretoorne suund läheb endoplasmaatilisest retiikulumist Golgi kompleksi ja sealt raku välispinnale; b) lüsosomaalne suund kus M6P poolt märgistatud valgud suunatakse läbi endosoomi lüsosoomi; c) reguleeritud sekretoorne suund esineb spetsialiseeritud rakkudes, kus on nn. kontrollitud eksotsütoos. Valkudel peavad olema signaaljärjestused, mis määravad nende jõudmise trans-Golgi sekretoorsetesse vesiikulitesse. Transportvesiikulite teket katalüüsivad spetsiaalsed katte valgud, mis kinnituvad vesiikulit tekitava membraani tsütoplasmapoolsele küljele. Nende valkude kaasabil justkui imetakse teatud osa membraanist välja ja tekitatakse vesiikul. Erinevalt klatriinist vajab COP-valkudest koosneva katte teke ATP energiat. Ka ei tule COP-valkudest koosnev kate vesiikuli küljest kohe peale vesiikuli teket ära (nagu klatriini puhul) ja saadab vesiikulit kuni selle ühinemiseni sihtmembraaniga.
11. Mitokondrite ja plastiidide ehitus, nende evolutsiooniline päritolu. On kahekordse membraaniga ümbritsetud organellid. Neil on olemas oma genoom, oma ribosoomid. Mitokondrid on olemas kõigil eukarüootsetel rakkudel; kloroplastid esinevad taimerakkudes. Need organellid tegelevad energia muundamisega sellisesse vormi, mida on võimalik kasutada rakus eluprotsesside läbiviimiseks. Nende eripäraks on see, et nende sisemembraani hulk on märkimisväärselt suur. Sisemembraaniga on seotud elektronide transpordiga tegelevad ensüümid, mis võimaldavad oksüdatiivsete reaktsioonide energiat muuta ATP-ks. Mitokondrites on energia allikaks suhkrud või rasvhapped , mida O2 oksüdeerib CO2-ks ja H2O-ks; oksüdatsioonil vabanev energia muudetakse ATP-ks. Kloroplast on samuti ATP-d tootev kompartment, kuid seal on energiallikaks päikesevalgus.
Mitokondri subkompartmendid (intermembraanne ruum, maatriks ). Mitokondreid ümbritseb 2 membraani.Sellest tulenevalt on mitokondril 2 subkompartmenti: Välis- ja sisemembraani vaheline intermembraanne ruum ja mitokondri siseosa e. maatriks. Välimine membraan sisaldab palju transportvalku - poriini; see moodustab kanaleid, mis lasevad läbi valke molekulmassiga kuni 10 kD ja muid madalmolekulaarseid molekule. Intermembraanne ruum on väikeste molekulide suhtes ekvivalentne tsütoplasmaga, maatriks sisaldab aga selekteeritud molekulide komplekti. Sisemine membraan on selektiivselt läbilaskev; tal on palju sissesopistusi, mida nimetatakse kristadeks.
Katabolismi rajad rakus (üldiselt). Energeetilise metabolismi rajad mitokondris . Elektroni transpordi ahela ensüümide ja tsitraaditsükli ensüümide paiknemine mitokondrites. Mitokondri maatriksis paiknevate ensüümide abil muudetakse püruvaat ja rasvahapped atsetüül- CoA-ks. See omakorda oksüdeeritakse tsitraaditsüklis, mille ensüümid asuvad ka mitokondri maatriksis. Tsitraaditsükli põhimõttelised lõpp-produktid on CO2 ja NADH. CO2 väljub rakust kui jääkaine, NADH aga on peamine elektronide allikas elektroni transpordi ahelale .
Prootoni gradiendi teke läbi mitokondri sisemembraani. Elektronide liikumisega NADHlt ja FADH2-lt hapnikule kaasneb prootonite liikumine maatriksist mitokondri membraanidevahelisse ruumi ja tekib prootonite kontsentratsiooni gradient , mida kasutatakse ATP sünteesiks.
Valkude import mitokondritesse (imporditavate valkude transiitjärjestus, Hsp 70 valgu osalus impordis). Suur osa mitokondris vajaminevaid valke süntesitakse tsütoplasmas ja imporditakse seejärel mitokondrisse. Impordiks on vajalik valgu kindel transiit-järjestus, mida tunnevad ära membraanis olevad retseptorid . Valgu import mitokondrisse vajab ATP energiat, oluline on ka prootoni gradiendi olemasolu. Enne sisenemist mitokondrisse peab imporditav valk tsütoplasmas seonduma spetsiaalse saatevalguga, nn. chaperoniga. Impoditava valgu võtab seestpoolt vastu mitokondriaalne hsp70 valk.
Kloroplast ja selle subkompartmendid (intermembraanne ruum, strooma , tülakoidid). Valgus- ja pimedusreaktsiooni toimumise kohad kloroplastis. Valkude import kloroplasti. Neil on hästi läbilaskev välismembraan, tunduvalt vähem läbilaskev sisemembraan ning kitsas intermembraanne ruum. Sisemembraan ümbritseb ruumi, mida nimetatakse stroomaks. Seal asub DNA, RNA, ribosoomid jne. Erinevalt mitokondritest on kloroplastidel üks lisakompartment - tülakoidid. Tülakoidides toimuvaid reaktsioone nimetatakse ka valgusreaktsioonideks, sest valgus on seal otseseks energiaallikaks (elektroni võtmine vee molekulilt ja hapniku teke). Kloroplasti stroomas toimub süsiniku fikseerimise reaktsioon e. pimeduse reaktsioon (sest seal pole otsest valgusenergiat vaja, seal kasutatakse ATP energiat, mis on saadud valgusreaktsioonist). See reaktsioon jätkub tsütoplasmas. Valkude importi kloroplasti vahendab transiit- peptiid .
12. Peroksüsoomid, nende ülesanne ja nende ensüümid. Peroksüsoomid on väikesed (ca 0.2-1 µm läbimõõdus), ühekordse membraaniga ümbritsetud organellid, mis esinevad kõikides loomsetes rakkudes (v.a. erütrotsüüdid) ja paljudes taimerakkudes. Peroksüsoomides esineb mitmeid oksüdatiivseid ensüüme: D-aminohapete oksüdaas, uraatoksüdaas, lutsiferaas (viimane esineb jaanimardika vastsetel e. 'jaaniussidel' ning põhjustab helendumist). Erinevates kudedes võib peroksüsoomide ensüümkomplekt erineda, kuid kindlasti sisaldavad peroksüsoomid katalaasi, mis lagundab tekkivat vesinikperoksiidi.
Ensüümide import peroksüsoomi. Peroksüsoomides vajaminevad ensüümid korjatakse kokku tsütoplasmast. Äratundmissignaaliks on tripeptiid Ser- Lys-Leu.
Peroksüsoomide funktsioneerimise häiretest tingitud haigus (Zellwegeri sündroom). Neil haigetel on aju, maksa ning neerude talitluse häired ning nad surevad varsti peale sündi. Üks selle haiguse vormidest on tingitud mutatsioonist peroksüsoomi membraanivalku määravas geenis, mis ei võimalda ensüüme korralikult importida. Selle tulemusel nende patsientide peroksüsoomides pole peaaegu üldse vajalikke ensüüme ning tagajärjeks on raske ainevahetuse häire.
Glüoksüsoomid taimedel. Taimedes olevad peroksüsoomid, mille ülesandeks on rasvhapete muutmine suhkruteks, mida kasvavale taimele hädasti vaja on.
13. Tsütoskelett I. Tsütoskelett osaleb sellistes protsessides nagu raku liikumine substraadil, lihasraku kontraktsioon , organellide ümberpaigutamine tsütoplasmas, tsütoplasma tsirkulatsioon, tsütokinees jne. Tsütoskelett puudub prokarüootsetel organismidel.
Aktiini filamendid. F- aktiin ja G-aktiin. Treadmillingu nähtus. Aktiinifilamendi pluss ja miinus otsad . Aktiin on valk, mida eukarüootsetes rakkudes on kōige rohkem, tema hulk vōib olla kuni 5% raku kogu valgu hulgast. Aktiin esineb rakkudes 2 vormis: G-aktiin e. globulaarne aktiin, mis polümeriseerumisel annab F-aktiini e. filamentaarse aktiini. Tavaliselt kuni 50% raku kogu aktiinist on G-vormis. Üleminek G- vormist F-i ja vastupidi toimub siis, kui seda on vaja, s.t. rangelt kontrollitult. G-aktiini molekul on mittekovalentselt seotud ühe ATP molekuliga , mis läheb üle ADP-ks kui G-aktiini molekul lülitub F-aktiini koosseisu. Aktiini filamentidele on iseloomulik struktuurne polaarsus , filamenti kasv toimub eelistatult ühest otsast, mida nimetatakse + otsaks. See on vōimalik seetōttu, et monomeeri konformatsioon muutub pärast lülitumist F-aktiini koosseisu, võimaldades järgmise monomeeri lülitumist soodustatult. Monomeeri lülitumine -otsa toimub tunduvalt väiksema tõenäosusega. See annab rakule vōimaluse määrata filamendi kasvu suunda, eeldades et +ots on rakus orienteeritud vajalikus suunas. Seoses sellega esineb aktiinifilamentidel nn. treadmilling nähtus. Kui G-aktiini kontsentratsioon langeb teatud kriitilise piirini, nii et polümerisatsioon +otsast saab vōrdseks monomeeride eraldumisega -otsast, siis filamendi netopikkus küll ei muutu, muutub aga iga üksiku monomeeri asend filamendis. Treadmilling vōib olla üks mehanism, mille abil genereeritakse rakus liikumine.
Aktiini- ja müosiinifilamentide organiseeritus skeletilihasrakus. Sarkomeeri ehitus ja kontraktsiooni printsiip. Ca-ioonide osalus kontraktsioonil. Lihasrakus peenetes filamentides peale aktiini veel troponiin ja tropomüosiin, paksud filamendid müosiinist. Kontraktsioon käib libisevate filamentide teooria põhiselt, kus närviimpulsi saabumisel vabastatakse Ca-ioonidsarkoplasmaatilisest retiikulumist sarkoplasmasse, pela kontraktsiooni pumbatakse Ca-ioonid tagasi SR-i. Aktiini filamendid on kinnitunud +otsaga Z-diskile. Kontraktsiooni puhul on sunnitud Z-diskid üksteisele lähenema nind aktiini filamendid libisevad müosiinifilamentide peale. Kontraktsiooni puhul muutuvad kitsamaks heledad vöödid, punased vöödid ei muutu.
Aktiiniga seostuvad valgud. Aktiinifilamentidest moodustunud struktuurid rakkudes ( mikrohatud , filopoodid , stressi fiibrid, aktiini rõngas). Aktiinifilamendid moodustavad struktuure: a) paralleelsete kimpudena, mis moodustavad raku mikrohattusid ja filopoode, aktiinifilamente seovad kimpudeks valgud fimbriin , villiin ja a-aktiniin. b) kontraktiilsete struktuuridena, nt. aktiini rõngas. Aktiini rõngas on ajutine kontraktiilne struktuur, mis moodustub tsütokineesi ajal. Seal on aktiinifilamendid orienteeritud antiparalleelselt ja nendega on seotud mootorvalk müosiin. c)geelitaolise võrgustikuna, kus aktiinifilamendid on omavahel paljudest kohtadest seotud teatud valkudega. Tuntuim valk, mis tekitab ühendusi üksteisega ristuvate aktiinifilamentide vahele ja põhjustades sellega kolmemõõtmelise võrgustiku tekke, on filamiin .
Aktiini polümerisatsioon ja selle regulatsioon . G-aktiin on seostunud tsütoplasmas teatud madalmolekulaarsete valkudega, mis aitavad kontrollida tema polümerisatsiooni. Enamtuntud on selles suhtes tümosiin ja profiliin.
14. Tsütoskelett II. Mikrotuubulid ja nende tekke mehhanism . Mikrotuubulid koosnevad tubuliinist. Iga tubuliini molekul koosneb kahest subühikust, alfa- ja beeta-tubuliinist. Nagu aktiini puhulgi, pole tubuliin kodeeritud mitte ühe, vaid mitmete geenide poolt. Kuigi tubuliini esineb kõigis eukarüootsetes rakkudes, esineb teda kõige rohkem selgroogsete loomade ajus (10-20% kogu lahustunud valgust on tubuliin). Sarnaselt aktiinile, seostub ka tubuliin paljude lisavalkudega, mis moduleerivad mikrotuubulite omadusi ja võimaldavad kinnitumist raku erinevatele struktuuridele. Tubuliini assambleerumisel moodustuvad lineaarsed protofilamendid, igas mikrotuubulis on 13 protofilamenti, mis moodustavad seest ōōnsa struktuuri. Üldiselt mikrotuubulid funktsioneerivad tsütoplasmas igaüks omaette , aktiinifilamendid seevastu on seotud tavaliselt võrgustikuks või kimpudeks. Sarnaselt aktiini filamentidele esineb tubuliini protofilamentidel struktuurne polaarsus, + ja -ots. Kui rakk alustab mitootilist jagunemist, siis tsütoplasmas olevad tuubulid lagunevad laiali ning agregeeruvad uuesti, moodustades kääviniidistiku. See moodustub väga kiiresti ning sama kiiresti ka laguneb pärast mitoosi lōppu, millest nähtub, et see on väga labiilne struktuur.
Mikrotuubulite osalus organellide ja vesiikulite transpordis . Mikrotuubulid funktsioneerivad kui rakusisesed maanteed, mida mööda reisib suur hulk raku sisestruktuure. Interfaasi ajal (kui rakk ei jagune) on reisijateks organellid (mitokondrid, lüsosoomid, tsütoplasmavõrgustik), transportvesiikulid, mis viivad aineid ER-st Golgi kompleksi ning sealt edasi kas mõnda organelli või raku välispinnale eksotsüteerimiseks; raku jagunemise ajal (anafaasis) liiguvad mööda mikrotuubuleid tütarkromatiidid, pärast viljastumist peavad kokku saama ja ühinema kumbagi gameedi tuumad . Vesiikulite liikumine on kōige paremini nähtav närvirakkude aksonites, kus nad liiguvad mōlemas suunas raku keha ja jätkete vahel.
Mikrotuubulitega seotud valgud. Et takistada mikrotuubulite kiiret desassambleerumist ning vōimaldada interaktsioone teiste raku komponentidega, on mikrotuubulid seotud mitmete nn. MAP-valkudega (microtubule- associated proteins). Tuntumad MAP-valgud seostuvad piki kogu mikrotuubulit.
Mikrotuubulitest moodustunud struktuurid rakus ( tsentriool , viburid, ripsmed ). Tsentriool - väike silindrikujuline organell, esinevad kōikidel loomarakkudel ja alamate taimede rakkudes. Lokaliseerub rakus tuuma lähedal. Koosneb 9- st mikrotuubulite tripletist, iga triplett on suunatud tsentraalse telje suunas 45-kraadise nurga all. Rakutsentris e. tsentrosoomis on 2 tsentriooli, mis on omavahel risti. Tsentrioolid uuenevad rakus duplitseerumise teel. Tsentrioolide duplitseerumine toimub tavaliselt ligikaudu samal ajal , kui algab DNA replikatsioon. Tsentrioolid täidavat rakus kaht eri funktsiooni: tsentrosoomi koosseius on nad mikrotuubulite organisatsiooni tsentriks ; viburite või ripsmetega varustatud rakus on nad aga basaalkehaks, kust vastavad moodustised välja kasvavad. Ripsmed ja viburid on väikesed karvataolised moodustised, ripsmed lühemad ja neid tavaliselt rohkem, viburid pikemad ja neid tavaliselt vähem. Viburite ja ripsmete funktsioon on kas vedeliku või mingite osakeste edasi toimetamine (munajuhas munaraku kulgemine on tingitud ripsepiteeli tegevusest), või raku enda liikumise tagamine (spermid).
Aksoneemi nn. 9+2 struktuur. Viburite liikumise mehhanism. 9 mikrotuubulite dupletti paiknevad ringikujuliselt ümber kahe üksiku mikrotuubuli. Selline 9+2 struktuur esineb kōikide eukarüootide viburite ja ripsmete südamikus, mida nimetatakse ka aksoneemiks. Aksoneemi koosseius olevad mikrotuubulid on seotud omavahel spetsiaalsete valkude düneiini ja neksiini abil. Aksoneemi liikumine pōhineb tema koosseisus olevate mikrotuubulite libisemisel üksteise suhtes. Pōhimōtteliselt on liikumist genereeriva mehanismi aluspōhi sama, mis aktiini-müosiini puhul: ATP hüdrolüüsiga kaasnevad konformatsioonilised muutused, mis nihutavad molekule üksteise suhtes.
15. Tsütoskelett III. Intermediaarsete filamentide ehitus ja nende ülesanne. Intermediaarsed filamendid (IF) on jäigad ja püsivad moodustised enamiku kõrgemate eukarüootide tsütoplasmas. Primaarne funktsioon on tagada rakule mehhaaniline toestus ! Loomsetes rakkudes moodustavad nad rakutuuma ümber korvitaolise struktuuri ning ulatuvad sealt ka raku perifeeriasse. Intermediaarsed filamendid on väga stabiilsed struktuurid. Ei lahustu tavalistes detergentides. Nende peamine funktsioon on struktuurne, nad ei osale raku liikumisfunktsioonides. Nendega pole seotud ühtki mootorvalku (nagu müosiinid, kinesiinid või düneiinid). IF moodustavad monomeerid pole seotud ATP vōi GTP-ga, nagu seda on aktiin või tubuliin. Erinevalt aktiinist ja tubuliinist, mis on globulaarsed valgud, on IF monomeerideks fibrillaarsed valgud, mis agregeeruvad külg-külje vastu üksteisega osaliselt kattudes. IF on heteropolümeerid, s.t. et polümeeri koostises on erinevat tüüpi monomeere. Aktiini filamendid ja mikrotuubulid seevastu on alati homopolümeerid (koosnevad ühesugustest monomeeridest)
Keratiinid, neurofilamendid, tuuma lamiinid. Keratiinid on väga heterogeenne valkude perekond. Tuntakse üle 20 eri keratiini, mis esinevad inimese epiteelkudedes. Peale selle tuntakse vähemalt 8-t nn. tugevat keratiini, mis on iseloomulikud juustele ja küüntele. Tsütokeratiine jaotatakse 2-ks alagrupiks: happelised keratiinid ning neutraalsed ja aluselised keratiinid. Neurofilamendid on pōhiline tsütoskeleti komponent närvirakkude aksonites ja dendriitides. Tuuma lamiinid (lamiinid A, B ja C) - neil on sarnane aminohappeline järjestus teiste intermediaarsete filamentide valkudega, kuid erinevad neist mitmete omaduste poolest. Nad moodustavad kahemõõtmelisi filamentide kihte, mis tekivad ja kaovad mitoosi kindlatel etappidel . Moodustavad võrgustiku, mis asub tuuma sisemembraanil.
Epidermolysis bullosa simplex kui näide haigusest, mis on tingitud intermediaarsete filamentide puudulikkusest. Haigus tingitud mutatsioonist keratiini geenis, tulemuseks on epidermise basaalrakkude keratiinifilamentide puudulikkus, see muudab rakud väga tundlikuks mehaanilistele mõjutustele.
16. Raku mootorvalgud . Kinesiinid, düneiinid ja müosiinid kui mehhanokeemilised ensüümid. Näited nende osalusest rakkude liikumises. Rakus toimuvad liikumised on seotud vähemalt ühega 3-st mootorvalkude perekonnast: müosiinide, düneiinide või kinesiinidega. Müosiinid on aktiinifilamentide poolt aktiveeritavad ATP- aasid , düneiinid ja kinesiinid aga mikrotuubulite poolt aktiveeritavad ATP- aasid. Liikumise tekitab ATP-hüdrolüüsi toimel mootorvalgus tekkiv konformatsiooniline muutus, mispeale mootorvalk nihkub vastava tsütoskeleti komponendi (aktiinifilamendi või mikrotuubuli) suhtes. Nii kinesiinid ,düneiinid kui müosiinid on sarnase ehitusega. Need valgud koosnevad mitmest polüpeptiidahelast, tüüpiliselt kahest raskest ja mitmest kergest ahelast . Raske ahel sisaldab globulaarset, ATP-aasi aktiivsusega peaosa ning kepikujulist sabaosa. ATP-aasina töötav peaosa ongi just see, mis seostub mikrotuubulite või aktiinifilamentidega ning kus toimub konformatsiooniline muutus ja mis viibki mootorvalgu nihkumisele kas mikrotuubuli või aktiinifilamendi suhtes. Raske ahela sabaosa aga seostub raku erinevate komponentidega, määrates ära transporditava struktuuri.
17. Plasmamembraan. Lipiidne kaksikkiht. Lipiidid kui amfipaatilised molekulid. Kaksiklipiidse kihi ebasümmeetria. Membraanides asuvad valgud ja nende seondumine membraaniga. Membraanivalkude ülesanded rakus. Membraanide spetsialiseeritud ülesanded polariseeritud rakkudes. Plasmamembraan e. välismembraan ümbritseb igat elusrakku, määrates tema piirid ning säilitades erinevused sise- ja väliskeskkonna vahel. Ta on kōrgelt selektiivne filter ning kannab ka aktiivset transporti vōimaldavaid süsteeme, mis võimaldavad toitainete sisenemist rakku ning jääkproduktide eemaldamist. Samuti genereerib ta ioonide kontsentratsioonierinevusi raku sise- ja väliskeskkonna vahel. Lipiidid on amfipaatilised, s.t. et molekuli üks ots on hüdrofoobne, teine hüdrofiilne. Fosfolipiidi hüdrofoobse osa moodustavad 2 rasvhapete kõrvalahelat. Üks rasvahappe kõrvalahel on küllastamata, teine küllastatud. Molekuli hüdrofiilse osa moodustab aga laengut kandev pea. Tänu amfipaatilisusele moodustavadki lipiidid kaksikkihte, nende hüdrofoobsed rasvhapete ahelad paiknevad vastakuti, moodustades kaksikkihi hüdrofoobse südamiku. Membraanides leidub põhiliselt nelja tüüpi fosfolipiide, glükolipiide ja kolesterooli. Membraanivalkude ülesanneteks on: ainete transport läbi membraani, ioongradiendi tekitamine, signaalide vastuvõtt ja edastamine , vahendavad membraanidele tsütoskeleti kinnitumist, kontaktid teiste rakkude ja ekstratsellulaarse maatriksiga. Valkude seondumine membraaniga: transmembraansed valgud, kovalentselt seotud rasvhappe molekuli abil seostuvad valgud, kovalentselt seotud fosfatidüülinositooli (glükosüül-fosfatidüül-inositool ankur ) abil seostuvad valgud, mittekovalentselt teiste membraanivalkudega seotud valgud.
18. Rakkudevaheline signalisatsioon . Keemiline signalisatsioon (endokriinne, parakriinne , autokriinne, sünaptiline). Kontaktsignalisatsioon. Signalisatsioon aukliiduste abil. Loomarakud kommunikeeruvad kolmel erineval moel: a)Rakud eritavad aineid, mis on mujal paiknevatele rakkudele signaaliks (keemiline signalisatsioon); b)Rakud ekspresseerivad oma membraanis signaalmolekule, mis toimivad rakkude otsesel kokkupuutel(kontaktsignalisatsioon); c)Rakud moodustavad aukliiduseid, mis ühendavad kahe naaberraku tsütoplasmat (võimaldab signaalmolekulide liikumist rakust-rakku). Endokriinse signalisatsiooni puhul teatud rakud sekreteerivad hormoone, mis satuvad vereringesse ja võivad toimida üle kogu keha laiali paiknevatele rakkudele. Endokriinsed rakud paiknevad tavaliselt kindlates endokriinnäärmetes, sealt satub hormoon ekstratsellulaarsesse ruumi, kust nad difundeeruvad edasi kapillaaridesse ja satuvad seega vereringesse. Endokriinne signalisatsioon on suhteliselt aeglane, sest selleks on vaja hormooni sattumine vereringesse ja selle laialikandumine. Parakriinne signalisatsioon - rakud toodavad lokaalseid mediaatoreid, mis toimivad ainult vahetus läheduses olevatele rakkudele; lokaalsed mediaatorid lagundatakse või seotakse väga kiiresti, nii et ringlusse satub neist väga tühine hulk. Sünaptiline signalisatsioon - esineb närvikoes, kus rakud sekreteerivad neurotransmittereid (atsetüülkoliin, epinefriin, norepinefriin), mis toimivad ainult kindlale postsünaptilisele rakule (kaugus 50 nm). Peale neurotransmitteri sekretsiooni korjatakse ta sünaptilisest lõhest (synaptic cleft) ära kas hüdrolüütiliste ensüümide abil või pumbatakse ta tagasi aksoni terminaali. Autokriinne signalisatsioon seisneb selles, et mingi rakkude grupp on võimeline reageerima teatud induktoritele, kuid üksik isoleeritud rakk ei reageeri samale induktorile.
19. Signaalide ülekanne rakus ning selles osalevad retseptorid ( ioonkanal -, katalüütilised-, G-valk-seoselised retseptorid). G-valkude osalus signaaliülekandes. Sekundaarsed käskjalgmolekulid (Ca-ioonid, cAMP ). Kui signaalmolekul on seostunud rakupinnal temale spetsiifilise retseptoriga, siis selle tagajärjel tekitatakse üks või mitu rakusisest signaali, mis muudavad selle sihtraku käitumist. ioonkanal-retseptor. Ioonkanal-retseptorid - Ligandi seostumisel retseptoriga muutub selle konformatsioon ning tekib vaba läbipääs teatud ioonidele. Selline on näit. atsetüülkoliini retseptor lihasrakkudel. Katalüütilised retseptorid - kui ligand on seostunud, siis retseptor muutub ensümaatiliselt aktiivseks. Selliste retseptorite katalüütiline domään paikneb retseptori tsütoplasmaatilises osas ning see katalüüsib mitmete sihtvalkude fosforüleerimist. G-valkudega seotud retseptorid 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. Käskjalgmolekulid mõjutavad rakus toimuvaid protsesse just oma kontsentratsioonide erinevustega.
20. Rakkudevahelised ühendused e. liidused . Tiheliidused seovad epiteelrakud omavahel kokku nii, et isegi väikesed molekulid ei saa läbi. Need liidused peavad tagama selle, et epiteelkude oleks selektiivne barjäär (näit. peensoole epiteel - soole epiteel peab hoidma sooles olevaid toitaineid soole valendikus, samal ajal peavad nad pidevalt pumpama kindlaid toitaineid läbi epiteelrakkude kihi teisele poole, kus nad lähevad veresoontesse).
Ankurliidused võimaldavad rakkudel (näit. epiteelrakud) funktsioneerida robustse struktuurse ühikuna. Ühendades rakkude tsütoskeleti elemendid, annavad nad epiteelkoele mehaanilised omadused. Neid on kõige rohkem seal, kus kude peab pidevalt taluma mehaanilisi pingeid (näit. südamelihas, naha epiteel). Sõltuvalt sellest, milliseid tsütoskeleti elemente vastavad ankurühendused seovad, eristatakse: aktiinifilamentide ühenduskohad, intermediaarsete filamentide ühenduskohad.
Aukliidused võimaldavad väikestel molekulidel minna otse ühest rakust teise. On kõige levinum ühenduse vorm, leidub hulgaliselt enamikus kudedes. Elektronmikroskoobis paistab ta piirkonnana, kus kaks membraani on lähestikku, kuid nende vahele jääb kitsas vahe (3 nm). Aukliidus võimaldab anorgaanilistel ioonidel ja muudel väikestel vees lahustunud molekulidel minna ühest rakust teise, nad ühendavad rakke nii elektriliselt kui metaboolselt.
21. Rakutsükkel, selle faasid ja kestus. Rakutsükkel jaguneb M-faasiks ( mitoos e karüokinees + tsütokinees) ja interfaasiks (ajaliselt u 90% või rohkem rakutsükli kestusest). Interfaas jaguneb: G1-, S- ja G2- faasiks. S-faasis toimub DNA täpne replitseerumine, samuti toimub seal histoonide süntees, et tagada vastreplitseerunud DNA kokkupakkimine kromosoomidesse. G1 ja G2 faas annavad rakule vajaliku aja kasvamiseks. M-faasis toimub raku jagunemine.
Rakutsükli tähtsamad kontrollpunktid. Esimene kontrollpunkt asub G1-faasi lõpus, kus kontrollitakse raku suurust. Olulised on G1-tsükliinid, mis seostuvad tsükliini-sõltuvate kinaasidega (CDK) G1 faasis ja annavad loa rakul suunduda S-faasi ning alustada DNA replikatsiooni. Teine oluline kontrollpunkt asub G2 faasi alguses, kus kontrollitakse, kas DNA replikatsioon on lõpule jõudnud ning kas värskelt replitseeritud DNA on vigadeta. Siin on olulised mitootilised tsükliinid, mis seostuvad tsükliini-sõltuvate kinaasidega (CDK) G2 faasis ning annavad loa M-faasi käivitamiseks.
22. Mitoos ja selle faasid. Mitoos jaguneb 6 faasiks, esimesed 5 on nn tuumajagunemine ja viimane on tsütoplasma jagunemine ehk tsütokinees. Profaasis kromatiin kondenseerub kromosoomideks. Lagunevad tsütoplasmaatilised mikrotuubulid ja hakkab tekkima kääviniidistik. Prometafaasis algab tuumamembraani lagunemine vesiikuliteks. Kromosoomide tsentromeeride külge moodustuvad kinetohoorid. Metafaasis on kromosoomid reastunud ühele tasapinnale kahe pooluse vahele. Tütarkromatiidid on tsentromeeri abil veel ühendatud. Anafaasis alustavad tütarkromatiidid pooluste poole liikumist. Telofaasis jõuavad tütarkromatiidid poolustele , tütartuumade ümber moodustub uus tuumaümbris, ilmuvad uuesti tuumakesed. Tütokinees ajal moodustub aktiini rõngas, mis asetseb risti kääviniidistikuga, toimub plasmamembraani sissenöördumine, see lõpeb kahe tütarraku eraldumisega teineteisest.
23. Meioos ja selle faasid. I profaas on kõige pikem faas meioosi jooksul (90% või rohkem), kus toimuvad põhilised iseloomulikud sündmused. Profaas jaotatakse viieks alafaasiks. Leptoteen . Algab kromosoomide kondenseerumisega. Iga kromosoom kinnitub oma mõlema otsaga tuumamembraani külge erilise struktuuri, kinnitusdiski abil. Sügoteen. Algab homoloogsete kromosoomide paardumine . Paardunud kromosoomi osade vahele moodustub valguline struktuur, mis hoiab homoloogseid kromosoome koos. Pahhüteen. Kui homoloogid on kogu pikkuses paardunud, moodustuvad sünaptonemaalsesse kompleksi (valguline struktuur) rekombinatiivsed sõlmed, mis kujutavad endast multiensüümkomplekse ja võimaldavad krossingoverit. Diploteen. Sünaptonemaalne kompleks laguneb, homoloogid eemalduvad veidi teineteisest, kuid jäävad siiski veel seotuks nendest kohtadest, kus toimus krossingover - kiasmidest. Diploteeni staadiumis meioos võib peatuda , algab osaline kromosoomide lahtipakkimine, hakatakse sünteesima RNA-d ja valke. Diakinees. Lakkab RNA süntees, kromosoomid kondenseeruvad ja eralduvad tuumamembraanist. Valgusmikroskoobis on eristatavad kõik 4 kromatiidi. I metafaasis hoiavad homoloogide paare kuni anafaasini koos kiasmid, mis täidavad siin sama funktsiooni kui tsentromeerid tavalises mitoosis. I anafaasis lahknevad poolustele homoloogilised kromosoomid, mis koosnevad 2 tütarkromatiidist. Homoloogilised kromosoomid lahknevad sõltumatult, mis tähendab seda, et kumbki tütarrakk saab juhusliklt nii isas - kui emasvanemalt pärit homolooge. Mida rohkem on kromosoome organismil, seda suurem on võimalike kombinatsioonide arv, inimesel näiteks 223, mis teeb umbes 8 miljonit erineva kromosoomikomplekti. I telofaasis jätkavad kromosoomid liikumist raku poolustele, moodustuvad tuumakatted ja järgneb tsütoplasma pooldumine. Meioosi esimese poole (reduktsioonjagunemise) jooksul moodustub ühest diploidsest rakust kaks haploidset tütarrakku. Kahe meiootilise jagunemise vahele jääb lühike periood (interfaas), kus ei toimu DNA replikatsiooni, vaid kinetohooride ümberorienteerumine vastavalt uue jagunemise tasapinnale. Meioosi II osa toimub esimesest palju kiiremini. Ekvatsioonjagunemine on analoogiline mitoosiga, erinevuseks on, et jagunevad kaks haploidset rakku. II profaasis kaovad tuumakate ja tuumakesed ning moodustub käävisüsteem. II metafaasis koonduvad kromosoomid raku keskossa. II anafaasis lahknevad eri poolustele kromatiidid, kusjuures ka kromatiidid lahknevad juhuslikult ja sõltumatult, mis annab oma panuse geneetiliselt erineva alleelse koosseisuga sugurakkude tekkimisele. II telofaasis tekivad tuumakatted ja järgneb tsütokinees. Meioosi lõpuks on tekkinud neli haploidset tütarrakku.
Meioosi tüübid (spoorne, gameetne, sügootne meioos). Vastavalt sellele, millisel organismi arenguetapil toimub meioos, eristatakse 3 eri meioosi tüüpi: Sügootne meioos - Meiootiliselt jaguneb viljastatud munarakk , millest tekivad haploidsed rakud, mis jagunevad edasi mitootiliselt. Organism on haploidne (askomütseedid, basidomütseedid, paljud vetikad ). Spoorne meioos (kõrgemad taimed). Meiootiliselt jaguneb spoori lähterakk, tekivad haploidsed spoorid. gameetne meioos (kõigil loomadel ja real alamatel taimedel, näit. koppvetikas) . Selle tulemusel moodustuvad gameedid, mis ei ole jagunemisvõimelised ning mis on kõrgelt kohastunud viljastumiseks.
Meioos inimesel. Spermatogenees ja oogenees . Mitoosi ja meioosi võrdlus. Embrüonaalses ovaariumis toimub idurakkude mitootiline jagunemine, sellele järgneb meiootiline jagunemine, moodustuvad primarsed ootsüüdid, need moodustuvad 3-8 lootekuul. Ootsüüdid jäävad pidama I profaasi diploteeni ja jäävad sinna suguküpsuse algusest fertiilse ea lõpuni. Spermatogeneesi puhul alustavad pidevalt uued rakud meiootilist jagunemist. Oogeneesi puhul alustavad meioosi kindel hulk rakke ja see toimub juba embrüonaaleas (3-8 kuul). Spermatogeneesi puhul igast meioosi alustanud rakust tekib 4 funktsionaalset haploidset rakku, oogeneesi puhul aga ainult üks (rakusisese aine ebavõrdne jagunemine tütarrakkude vahel). Spermatogeneesi puhul pärast meioosi lõppu järgneb veel keerukas diferentseerumine , mida nim. spermiogeneesiks. Meioosi ja mitoosi pōhilised erinevused on seotud meioosi 1. jagunemisega, eriti selle profaasiga. Meioosi lõpuks tekib neli haploidset gameeti, mitoosi lõpuks tekib kaks diploidset rakku. Meioos toimub sugurakkude lähterakkudes, mitoos toimub kõikides rakkudes.
24. Rakkude diferentseerumine ja selle üldpõhimõtted. Diferentseerumine on protsess, mille käigus vähespetsialiseerunud rakk muutub kõrgesti spetsialiseerunud rakuks. Diferentseerumise protsessile on iseloomulik(üldreeglid): geenide valikuline ekspressioon; diferentseerumisega kaasneb tihti rakkude jagunemisvõime vähenemine; rakkude erinevad diferentseerumisastmed on stabiilsed ja mittetagasipööratavad.
Mehhanismid, mille abil säilitatakse rakkude vajalik hulk kudedes. Tüvirakud (uni- ja pluripotentsed ning embrüonaalsed tüvirakud). Rakud, mida kõrgemad loomad ei suuda asendada nende hävimise korral. Asendamatud rakud – tekivad kindlal hulgal organismi embrüonaalses eas ning säilivad kogu organismi eluea jooksul. Need rakud ei jagune enam mitte kunagi ja neid ei saa ka asendada hävimise korral. Selliseid rakke pole väga palju -närvirakud, südamelihase rakud, kõrva kuulmisretseptorid ja silma läätse rakud. Antud rakud on väga pika elueaga ning peavad olema hästi kaitstud keskkonnas. Tüviraku all mõistetakse selliseid rakke, mis ei ole ise terminaalselt diferentseerunud, võivad piiramatult jaguneda (vähemalt organismi eluea jooksul) ning säilitavad ise oma populatsiooni, s.t. jagunemisel tekkinud tütarrakkudest osa jääb edasi tüvirakkudeks, osa aga alustab lõplikule diferentseerumisele viivat rada. Uuenemine tüvirakkude abil - tüvirakke vajatakse seal, kus on pidev tarvidus diferentseerunud rakkude järele, mis ise ei ole jagunemisvõimelised. Kuigi tüvirakk on lõplikult diferentseerumata, on ta siiski determineeritud - ta saab diferentseeruda ainult teatud kindlates suundades (tema arengupotentsiaalid on piiratud). Neid tüvirakke, mis annavad ainult üht tüüpi diferentseerunud rakke, nimetatakse unipotentseteks (epidermise tüvirakud, skeletilihase satelliitrakud e. müoblastid, spermatogoonid). Kui üks tüvirakk annab alguse mitmetele rakutüüpidele, nimetatakse teda pluripotentseks. Tüüpiline pluripotentse tüviraku näide on vereloome tüvirakk.
Rakkude programmeeritud surm e. apoptoos . Apoptoos e. kontrollitud raku surm on raku surm, mis on raku enda poolt käivitatud ja kontrollitud. Apoptoosi käigus laguneb rakk väikesteks membraaniga ümbritsetud vesiikuliteks, kusjuures tema tsütoplasma komponendid ei satu ekstratsellulaarsesse ruumi. Nekroos on raku surm, mis ei allu tema enda kontrollile. Selle käigus kaob raku membraani terviklikkus ning tema tsütoplasma komponendid satuvad ekstratsellulaarsesse ruumi, mis võib kahjustada teisi rakke ja põhjustada põletikku.
25. Erinevad geeniekspressiooni tasemed rakkude kasvu ja diferentseerumise regulatsioonis. Geeniekspressiooni kontroll transkriptsiooni ja RNA protsessingu tasemel. mRNA eksport ja rakusisene lokalisatsioon. Rakkude arengu kontroll translatsiooni ja posttranslatsiooniliste modifikatsioonide tasemel. Kontroll transkriptsiooni tasemel – kontrollitakse kui sageli ja millal transkribeeritakse vastavat geeni. Kontroll RNA protsessingu tasemel – kontrollitakse, kuidas toimub primaarse transkripti splaising (RNA transkriptist eemaldatakse intronid ja seejärel ühendatakse eksonid). Kontroll RNA transpordi tasemel – kontrollitakse, milliseid mRNA molekule viiakse tsütoplasmasse, kus toimub valkude süntees. Kontroll translatsiooni tasemel – kontrollitakse, milliste tsütoplasmas leiduvate mRNA molekulide abil toodetakse valke ribosoomides. Kontroll mRNA degradatsiooni tasemel – selleks lagundatakse selektiivselt mõnesid mRNA molekule tsütoplasmas. Posttranslatsiooniline kontroll – selleks selektiivselt aktiveeritakse või inaktiveeritakse toodetud valke või transporditakse neid erinevatesse raku osadesse.
26. Vähirakud. Põhjused, miks rakkude jagunemine ei ole enam kontrollitav. Embrüo rakkudes ja mõnedes tüvirakkudes muudab telomeraas telomeeri struktuuri sedavõrd, et rakk saab jaguneda kauem. Ent ka neil juhtudel aja jooksul telomeraasi hulk väheneb ja lõpuks rakkude jagunemine peatub. Vähirakkudes aga jätkab telomeraas telomeeride struktuuri muutmist palju pikema perioodi jooksul kui normaalsetes rakkudes ning rakud muutuvad „surematuteks“ ehk lõputult jagunevateks, mis viibki kasvaja arenguni. Lisaks toodavad kasvajarakud angiogeneetilisi faktoreid, mis indutseerivad kapillaaride teket, see omakorda tagab kasvajarakkudele pideva toitainete ja hapniku voo, mistõttu kasvajarakud saavad omakorda edasi areneda ja paljuneda ning kokkuvõttes viib see kasvaja pideva suurenemiseni.
Onkogeenide ja tuumor -supressorgeenide mõiste. Onkogeenid – geenid, mis muudavad normaalse raku kasvajarakuks. Raku kasvu või jagunemise kontrollis osaleva normaalse geeni (protoonkogeeni) mutantne vorm. Kasvajate supressorgeenid –geenid, mille inaktiveerumine põhjustab kasvajaid, nende aktiivsus on vajalik raku normaalseks elutegevuseks.
27. Vereloome. Vererakud , nende eellasrakud ning vererakkude diferentseerumine. Vereloome faktorid. Vereloome e. hematopoeesi (ka hemopoees ) käigus arenevad kõigepotentsetest vereloome tüvirakkudest kindlatesse diferentseerumisradadesse kuuluvad küpsed vererakud. Iga vererakkude diferentseerumise rada reguleeritakse individuaalselt. Täiskasvanud organismis toimub vereloome luuüdis ja põrnas, harvem (peamiselt patoloogiliste seisundite korral) ka maksas , neerudes, neerupealistes ja rasvkoes. Kõikidel vererakkudel on piiratud eluiga ja neid produtseeritakse pidevalt juurde. Vererakud jagunevad: erütrotsüüdid, leukotsüüdid ning vereliistakud e.trombotsüüdid. Vereloome tüvirakud asuvad luuüdis. Iga rakutüübi produktsioon on kontrollitud individuaalselt. Vereloomet e. hemopoeesi reguleerivad valgulised faktorid. Paremini uuritud faktor on erütropoetiin, mida toodavad neeru rakud. Krooniliste neeruhaiguste puhul, kui er ütropoetiini produktsioon langeb ja sellest tekib aneemia e. kehvveresus , kasutatakse erütropoetiini raviotstarbel.
28. Immuunvastuse vormid. Kaasasündinud immuunsus kaitseb peremeesorganismi varases infektsiooni faasis, milles mikroorganismid endotsüteeritakse ja lagundatakse fagotsüteerivate rakkude poolt. Omandatud immuunsus on antigeen - spetsiifiliste lümfotsüütide vastus antigeenile, mille käigus areneb immunoloogiline mälu. Tekib lisaks kaasasündinud immuunsusele ning annab pikaajalise kaitse haiguste vastu.
Humoraalne ja rakuline immuunsus. Humoraalne immuunsus on spetsiifiline immuunsus, mis on vahendatud plasmarakkude poolt toodetud antikehade poolt. Rakuline immuunsus on igasugune omandatud immuunsus, mille puhul organismile võõrad struktuurid tuntakse ära ja kõrvaldatakse teatud rakkude poolt (neutrofiilid, makrofaagid, T-lümfotsüüdid). Lümfokiinide (neid toodavad T-abistaja rakud) sekreteerimise teel saavutatud immuunsus.
Immuunsüsteemi komponendid. B-lümfotsüüdid. B-lümfotsüüdid-arenevad vereloome tüvirakkudest loote maksas ja hiljem diferentseeruvad luuüdis. Nendest tekivad plasmarakud kui antigeen seostub nende pinnal ekspresseeruva retseptoriga ning nad saavad T-abistaja rakkudelt signaali. Iga plasmarakk sekreteerib ainult ühe kindla spetsiifikaga antikehi e. Immunoglobuliine. T-abistajad - tunnevad ära viiruse peptiide kui need on esitletud antigeeni esitlevate rakkude pinnal kompleksis MHC klass II valguga. Sekreteerivad tsütokiine ning aktiveerivad makrofaage ja B-lümfotsüüte. T-allutajad - suruvad maha teiste T-rakkude ja/või B-rakkude poolt vahendatud immuunvastust. Tsütotoksilised T-lümfotsüüdid - tunnevad ära viiruse peptiide, mis on seotud MHC klass I molekulidega. Nad aktiveerivad ja lüüsivad rakke, mille pinnal viiruse peptiid on esitletud.
Immunoglobuliinide ehitus. Nn Y- kujulised , koosnevad kahest kergest ahelast ja ühest raskest, omavahel ühendatud disulfiidsildadega.
Lümfotsüütide klonaalse selektsiooni teooria. See on omandatud immunsuse põhimõiste, mis väidab, et omandatud immuunvastuse annavad iseseisvad antigeen- spetsiifilised lümfotsüüdid, mis on organismi enda suhtes tolerantsed.
T-lümfotsüütide ja loomulike tapjarakkude funktsioonid. Tsütotoksiline T-lümfotsüüt tunneb ära viiruse peptiide kui need on eksponeeritud MHC klass I molekulide poolt nakatunud raku pinnal. Nad aktiveeruvad ja lüüsivad rakke eraldades tsütotoksiine. Loomulikud tapjarakud e. NK-rakud tunnevad ära viirusest nakatunud või kasvajarakke, mille pinnalt puuduvad MHC klass I molekulid. Nad lüüsivad rakke sama mehhanismi abil kui tsütotoksilised T-lümfotsüüdid. (Loomulikud tapjarakud hävitavad neid kahjulikke rakke, mida ei tunne tsütotoksilised T-lümfotsüüdid ära.)
AB0 veregrupid . A- veregrupp : A- antigeenid asuvad erütrotsüütide pinnal, vereplasmas asuvad b- antikehad . B-veregrupp: B-antigeenid asuvad erütrotsüütide pinnal, vereplasmas asuvad a-antikehad. AB-veregrupp: erütrotsüütide pinnal nii A-antigeenid kui B-antigeenid, vereplasmas a ja b antikehasid pole. 0-veregrupp: erütrotsüütide pinnal a ja b antigeenid puuduvad, vereplasmas asetsevad a-antikehad ja b-antikehad.
29. Närvirakkude üldehitus ( dendriit , akson , kasvukoonus, müeliintupp, sünaps, aksoni terminaal ). Inimesel võib neuroni pikkus ületada 1 m. Iga neuron koosneb raku kehast (kus asub ka tuum) e stroomast ning paljudest jätketest. Tavaliselt on neuronil 1 pikk akson, mis juhib signaale eemale raku kehast erinevate märklaudade suunas, ning mitmeid lühemaid harunevaid dendriite, mis võtavad vastu signaale teiste närvirakkude aksonitelt. Signaale võib vastu võtta ka neuroni keha. Nii aksonid kui dendriidid võivad olla väga ulatuslikult jagunenud. Aksonid on kaetud erilise isoleeriva, nn. müeliini kihiga (müeliini tupp ). Müeliini tekitavad spetsiaalsed rakud, mis paiknevad ümber aksonite - Schwanni rakud perifeersetes närvides ja oligodendrotsüüdid kesknärvisüsteemis. Need rakud produtseerivad suurel hulgal plasmamembraani materjali, mis pakitakse spiraalselt ümber aksoni. Sellega isoleeritakse akson, mistõttu ta sarneneb oma omadustelt elektrikaablile. Iga kasvava jätke (akson või dendriit ehk neuriit ) tipus on spetsiaalne laienenud struktuur - kasvukoonus. Sealt ulatuvad välja filopoodid (nagu sõrmed peaopesast). Kasvukoonus juhib kasvavat neuriiti vajalikus suunas. Sünaps on koht, kus närviraku neuriit puutub kokku teise närviraku neuriidiga, närviraku stroomaga või efektorelundiga. Elektrilise sünapsi puhul on ühenduskohad tihedad ning närviimpulss antakse edasi vahetult ning muutmata kujul. Keemilise sünapsi puhul on sünapsi poolte vahel sünapsi pilu , mistõttu närviimpulsi ei kanta edasi vahetult vaid selleks on vajalik kindel mediaatoraine .
30. Taimeraku ehitus ja sele eripära võrreldes loomse rakuga. Taimeraku diferentseerumise eripärad. Taimede mikropaljunduse põhimõte. Kattekude e. dermaalkude (e. epidermis) - selle kaudu toimub vee ja ioonide omastamine juurtes ning gaasivahetus lehtedes ja varres. Selle rakud moodustavad õhulõhed ja karvad .
Põhikude – toestav kude kus toimub toitainete ümbertöötlemine ja ladustamine . Jaguneb: a) Parenhüüm – elusad jagunemisvõimelised rakud, millel on õhuke primaarne rakukest ; b) Kollenhüüm – elusad paksu seinaga piklikud rakud, mis on pakitud köietaolisteks fiibriteks. Annavad taimele tugevuse ja esinevad põhiliselt taime varres; c) Sklerenhüüm – valdavalt surnud rakud tugevasti ligniiniseerunud sekundaarse rakukestaga. Annavad taimele tugevuse ja toestuse.
Juhtkude e. vaskulaarkude - Juhib vee ja selles lahustunud ainete liikumist taime organite vahel ning annab taimele mehhaanilise tugevuse. Jaguneb: a) floeem - lahustunud orgaaniliste ainete transport; b) ksüleem - juhib vett ja selles lahustunud ioone. Taimerakk erineb eelkõige loomarakust: a) võime poolest siduda süsihappegaasi fotosünteesi käigus, kasutades valgusenergiat; b)jäiga rakukesta olemasolu, mis takistab neil sellist laadi liikumisi , mis on iseloomulikud loomsetele organismidele. Taimed on seetõttu istuva eluviisiga. Samas tuleb tõdeda, et DNA replikatsioon, valkude süntees ja membraanide ehitus on sarnane loomarakuga (kui mitte ühesugune). Erinevalt loomarakust toimub taimeraku Golgi kompleksis mõningate maatriksi komponentide süntees ning taimerakus on GK tsisterne tunduvalt rohkem, kui loomarakus. Tselluloosi substraadid saadakse tsütoplasmast, tekivad tselluloosi ahelad, mis väljutatakse rakumembraani välispinnale kus nad ühinevad mikrofibrillideks. Iga uus mikrofibrillidest kiht tekib vanast sissepoole. Taime puhul peavad toitained ja jääkproduktid läbima rakukesta, kuna rakukest on poorne , siis madalmolekulaarsed (alla 20kD) ühendid difundeeruvad sealt läbi. Suuremad valgud läbi ei pääse, mistõttu peab taimerakk hakkama saama madalmolekulaarsete ühenditega, seetõttu on ka rakuvahelised signaalmolekulid madalmolekulaarsed. Rakukesta mehaaniline tugevus võimaldab taimerakul viibida hüpotoonilises keskkonnas. Rakku ümbritsev vedelik on alati hüpotoonilisem kui raku sisekeskkond. Seetõttu tekib taimerakus hüdrostaatiline rõhk, mida nimetatakse turgoriks. See on taimedele eluliselt tähtis, kuna turgor on peamine liikumapanev jõud raku kasvamisel ning ta annab taime koele suure osa mehaanilisest tugevusest. Taimeraku diferentseerumine ei pruugi olla taimeraku arengu lõppjärk. Teatud tingimustel võib taimerakk alustada uut arenguteed, võib toimuda ümberdiferentseerumine. Taimekoe vigastamisel tekib vähediferentseerunud rakkude mass, nn. kallus. Kalluse rakud aga võivad uuesti rediferentseeruda ja moodustada teisi raku tüüpe. Teatud juhtudel dediferentseerunud kalluse rakud võivad moodustada uue tipumeristeemi, mis võib aluse panna terviklikule uuele taimele. Diferentseerunud loomarakust pole võimalik mitte mingil tingimusel regenereerida uut terviklikku organismi, taimeraku puhul on see aga võimalik.
31. Valik rakubioloogia meetoditest. Valgusmikroskoopia eri liigid (faaskontrast-, interferents -, tumeväli-, fluorestsents-, dekonvulsiooni- ja konfokaalmikroskoopia). FRET meetod. Flourestseeruvad valgud. Läbivoolu tsütofluorimeetria põhimõte ja kasutusvõimalused. Polü- ja monoklonaalsete antikehade saamise põhimõte ning nende kasutamine teaduslikus uurimistöös ja meditsiinis. Lektiinide kasutamine rakubioloogias .