Rakud (1)

Rakud - biopolümeeridest ehitatud isepaljunevad, diferentseeruvad ja erifunktsioone täitvad mikroskoopilised mullreaktorid
Prokarüootsed rakud – bakterid - 1µm
Eukarüootne rakk - >10µm
Mullreaktor – rakus toimuvad reaktsioonid, rakk on reaktor , rakus toimub ainevahetus , metabolism
Madalamolekulaasete ainete metabolismi põhiblokid - nende
nimed - glükolüüs, Krebsi tsükkel, hingamisahel , pentoosfosfaaditsükkel,Madalamolekulaarsete ainete metabolismi põhiülesanded: tagada erinevatest substraatidest põhimonomeeride süntees, tagadarakuprotsesside energiaga varustamineRakkudes toimuvate tähtsamate reaktsioonide tüübid:
“ tavalised ” ensüümreaktsioonid – Michaelis-Menten’i kineetika,
molekulaarsed masinad :
DNA replikatsioon , transkriptsioon , translatsioon , transpordiprotsessid filamentidel (kinesiin) ATP-süntaasid,lihasrakkude töö,mitoosis ja meioosis kromosoomide liikumine, viburid , ...
Rakkudes on kõikide reaktsioonide jaoks katalüsaatorid (ensüümid) – kõik reaktsioonid on katalüütilised
Katalüsaatorid kiirendavad keemilisi reaktsioone ilma nende tasakaaluolekut muutmata – katalüsaatorid kiirendavad tasakaalu saabumist
Rakkudes on katalüsaatoriteks valdavalt ensüümid – valgud .
Tänu unikaalsele ruumilisele struktuurile (valgud on perioodilised kristallid ) on ensüümid:

väga efektiivsed – nad kiirendavad reaktsioone tuhandeid ja rohkem kordi , ja

väga spetsiifilised – tarvitseb substraadi molekulis muuta ainult ühe rühma asendit ja ensüüm ei tunnista muudetud molekuli enam substraadina
Siiani eksisteerib ensüümide kõrge efektiivsuse ja spetsiifilisuse saladus – pole teada efektiivsuse ja spetsiifilisuse füüsikalis-keemilisi mehhanisme
Ensüümid on efektiivsed, spetsiifilised hästi reguleeritavad katalüsaatorid.
Reguleerida saab rakus ensüümide aktiivsust ja nende hulka

• aktiivsuse regulatsioon – allosteerilised ensüümid,
  
• ensüümide hulkade regulatsioon – geenide aktiivsuse regulatsioon ( klassika – operoni mudel)
  

Molekulaarbioloogia tsentraalne dogma – bioloogilise informatsiooni “voolu” suund on DNA RNA valk
DNA replikatsioon on “poolkonservatiivne” – tütar-DNAd saavad kumbki ühe vanadest ahelatest – väga tähtis fakt DNA replikatsioonimehhanismi mõistmiseks.
DNA replikatsiooni kiirus on konstantne , ei sõltu rakkude kasvutingimustest ja on 800-1000 aluspaari (bp – base pairs) sekundis.
Prokarüootsete rakkude DNA replikatsiooni alustab üks DNA polümeraas ja ta viib replikatsiooni ka lõpule (vt. järgmine slaid), mis tähendab, et näiteks E. coli puhul võtab DNA replikatsioonitsükkel aega 40 minutit ja seda lühendada ei saa. Nimetatud asjaolu on tähtis, kui püüda aru saada, kuidas korraldada rakutsükleid, mille pikkus on väiksem, kui 40 minutit (E. coli on võimeline kasvama 20 minutilise rakutsükliga)
Eukarüootsete rakkude DNA (100-1000 korda pikem kui prokarüootsete rakkude DNA) replikatsioon toimub tänu paljude DNA polümeraaside samaaegsele tööle (multitsentriline replikatsioon)
Transkriptsioon on teine tähtis lüli molekulaarbioloogia tsentraalses dogmas ning valkude biosünteesi ahelas. Transkriptsiooni käigus sünteesitakse kõik rakus vajaminevad RNA molekulid.
Madalamolekulaarsete ainete metabolismil on rakus kaks põhieesmärki:

• toota energiat
  
• toota monomeere
  

Energia tootmine toimub glükoosi (substraatide) oksüdatsiooni käigus heterotroofides, fotosünteetikud eksisteerivad Päikese kiirguse energia arvelt:
C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O
Bioloogiline oksüdatsioon erineb põlemisest selle poolest, et bioloogilise oksüdatsiooni käigus toimub astmeline oksüdatsioon
Kasvusubstraatide molekulide oksüdeerimise käigus vabanevat energiat (ATP, NADH2 jne) kasutatakse energiat vajavate reaktsioonide käitamiseks – NB! konjugeeritud reaktsioonid
ATP ongi rakkudes “energiakonserv”, mis kannab 7 kcal / mool portsjonidena energiat kuhu vaja
NAD on ATP kõrval teiseks tähtsaimaks energiakandjaks.
Energiakandjateks on rakus ka kõik teised nukleotiidid , samuti membraanpotentsiaal
Madalamolekulaarsete ainete metabolismi teine ülesanne on toota monomeere. Tsütoskelett on eukarüootsetes rakkudes nii toestussüsteemiks kui ka transpordivõrguks – “postimaanteede” võrguks
Üheks tähtsamaks, prokarüootide jaoks ehk kõige tähtsamaks, protsessiks on rakutsükli koordineeritud ja keskkonnatingimustele vastava kiirusega realiseerimine . Selleks on vaja kooskõlastatult replitseerida DNA, kopeerida kõik ülejäänud polümeerid ning tagada raku jagunemine.