Sissejuhatus: rakud ja DNA, RNA (0)

Sissejuhatus: rakud ja DNA, RNA
Prokarüoodid on organismid, kellel puudub rakutuum , sellepärast nimetatakse neid ka eeltuumseteks. DNA on koondunud ühte raku piirkonda (nim nukleoidiks). Nt bakterid , arhebakterid.
Eukarüootsed rakud on üldiselt 10 korda suuremad kui prokarüootsed rakud. Eukarüootsetes rakkudes esinevad organellid . Eukarüoodid on nt ainuraksed , taimed, seened, loomad.
Raku ehituselemendid:

• raku elu tugineb keemilistele reaktsioonidele
  
• kõige rohkem on rakkudes vett (70-90%)
  
• mitmesugused madalmolekulaarsed orgaanilised ühendid, anorgaanilised ioonid .
  
• makromolekulid ( valgud , polüsahhariidid , DNA/RNA)
  

Raku üldprintsiibid:

• kõik rakud säilitavad oma pärilikkuse informatsiooni DNA kujul lineaarse geneetilise koodina
  
• kõik rakud taastoodavad pärilikkusainet (ja selles olevat informatsiooni) matriitssünteesi abil
  
• kõik rakud transkribeerivad oma pärilikkuse informatsiooni RNA kaudu
  
• kõik rakud transleerivad RNA valkudeks kasutades sama printsiipi
  
• kõik rakud koosnevad sarnastest “ehitusblokkidest“ (nukleotiidid, aminohapped , rasvhapped )
  
• kõik rakud kasutavad funktsionaalsete ülesannete täitmiseks valke
  
• kõik rakud vajavad eluks energiat
  
• kõik rakud on kaetud rakumembraaniga
  
• kõik rakumembraanid on kahekihilised lipiidsed struktuurid
  
• rakumembraanides olevad valgud annavad raku erinevatele membraanidele spetsiifilisi funktsioone
  

PROKARÜOOTSED/EELTUUMSED RAKUD

• reeglina üherakulised organismid
  
• kaks peamist harju: bakterid ja arhed
  
• lihtsa struktuuriga, kuid suure biokeemilise variatsiooniga
  
• suur kohastumine erinevates elukeskkondades
  
• kiired paljunejad
  
• inimeses on rohkem bakterirakke kui omaenda rakke
  
• puuduvad kindlad membraansed struktuurid, biokeemilised protsessid toimuvad raku tsütosoolis
  
• DNA on kogunenud raku ühte piirkonna- nim nukleoidiks
  
• väike genoom , suurus 106-107 nukleotiidi, sisaldades 1000-6000 geeni
  

EUKARÜOOTNE/ PÄRISTUUMNE RAKK

• omavad rakutuuma
  
• märgatavalt keerulisem raku ehitus (organellid)
  
• eukarüootsele rakule on omane rakuorganellide mitmekesisus
  

Raku tuum:

• tuumas toimuvad DNA replikatsioon , geenide regulatsioon ja transkriptsioon
  
• enamik DNAst on rakutuumas kromatiini kujul
  
• kaetud tuumamembraaniga, mills on tuumapoorid
  
• aktiivsetel rakkudel moodustunud RNA rikas ala e tuumake
  
• tuumaskelett toetab tuuma struktuuri
  

Rakud moodustavad erinevaid kudesid .

• koed moodustuvad rakkudest ja rakuvälisest maatriksist
  
• koed omakorda võivad moodustada organeid
  
• algsed koed ja kehakuju moodustuvad varajases arengus, mille kujundab erinevate geenide avaldumine ja rakkude omavahelised kontaktid
  
• suur osa loomariigist jagab samasugust arengulist mustrit, selles väljendub arenguliste protsesside regulatsioon sarnaste molekulaarsete ja rakuliste mehhanismide kaudu
  

RAKUTSÜKKEL
Raku jagunemise käigus üks rakk jaguneb kaheks tütarrakuks. Eukarüootsetel rakkudel on oma rakutsükkel, mis määrab raku kasvu ja jagunemise faasid. Raku jagunemist kontrollitakse kontrollpunktidega. Rakud võivad väljuda rakutsüklist ja diferentseeruda spetsiaalseid funktsioone täitvateks rakkudeks. Rakkudel esineb programmeeritud raku surm, vajalik arengu käigus kudede morfoloogia tekkeks.
Peamised makromolekulid on nukleiinhapped ja valgud.
DNA on elu alus.
Matriitssüntees- geneetilise informatsiooni edasi kandmine.
Molekulaar - bioloogia klassikaline seisukohta:

• DNA -˃ DNA ehk DNA taastoodab ennast (replikatsioon)
  
• DNA -˃ RNA ehk DNAst sünteesitakse RNA (transkriptsioon)
  
• RNA -˃ valk ehk RNAst sünteesitakse valk ( translatsioon )
  

DNA sisaldab valkude sünteesiks vajalikku informatsiooni, mis on struktuursetes ühikutes- geenides. RNA on vajalik valkude tootmiseks. DNA ja RNA on nukleotiidide polümeerid.
DNA lämmastikalused (desoksüribonukleotiid):

• A adeniin (adenosiin)
  
• G guaniin (guanosiin)
  
• C tsütosiin (tsütidiin)
  
• T tümiin (tümidiin)
  

Suhkrujääk desoksüriboos , fosforhappejääk.
RNA-l on tümiini asemel uratsiil, seega A, G, C ja U; suhkrujääk riboos, fosforhappejääk.
Nukleosiid: alus+suhkur
Nukelotiid: alus+suhkur+1-3 fosfaatrühma
Sidemed nukleotiidide vahel:

• lämmastikaluse ja suhkru vahel on glükosiidne side
  
• nukleotiidide vahel on fosfodiester sidemed
  
• H ja O vahel on vesinikside
  

DNA struktuur:
4 desoksüribonukleotiidi

• A adenosiin
  
• G guanosiin
  
• C tsütidiin
  
• T tümidiin
  

Paardumine vesiniksidemete abil:

• A ja T kaksikside
  
• G ja C kolmikside
  

DNA kaksikahelad pole paralleelsed, kuid on komplementaarsed. Kaksikahelad on paremale pöörduvad. Molekulaarsed vaod: väike vagu, suur vagu.
RNA on üheahelaline, DNA on kaheahelaline.
DNA võib muutuda üheahelaliseks ja tagasi kaheahelaliseks. Klassikaline viis denantureerida DNAd on teda kuumutada (90+ kraadi). Täpne sulamistemperatuur sõltub DNA pikkusest ja GC nukleotiidide osakaalust.
DNA peamine struktuur on parmale pöörduv kaksikheeliks ehk B-konfromatsioon. B-struktuuris on ühe täispöörde kohta 10 nukleotiidi. Alternatiivsed struktuurid:

• A- konformatsioon (ka paremalepöörduv kaksikheeliks, aga 11 nukleotiidi pöörde kohta)
  
• Z-konformatsioon, vasakulepöörduv kaksikheeliks, 12 nukleotiidi pöörde kohta (esineb GC rikaste järjestuste ja negatiivse superspiraali korral ka in vivo )
  

Superspiralisatsioon (superkeerud) on DNA tertsiaarstruktuur ja on vajalik, et DNA-d võimalikult kompaktselt kokku pakkida. Tekib ainult siis kui DNA otsad on fikseeritud. Saab eristada:

• positiivne spiralisatsioon – kui keerdumine on samas suunas heeliksi suunaga (paremale), tekib tihedam DNA struktuur.
  
• negatiivne spiralisatsioon - kui keerdumine on vastassuunas (vasakule), tekib lõdvem DNA struktuur
  

Eukarüootne DNA on pakitud kromosoomidesse. Imetaja kromosoom on lineaarne DNA molekul , mis on tihedalt pakitud valkude kompleksis. Genoom on organismi kõigi kromosoomide DNA.
Eukarütoosed genoomid:
Reeglina suur genoom. Umbes 98% genoomist ei kodeeri valkudeks. Kuid osa sellest transkribeeritakse RNA-ks. Vahel nimetatakse “rämps“ DNAks.
Inimese genoomne DNA on 3x109 aluspaari.
Lisaks nukleaarsele DNA-le esineb ka mitokondriaalne ja kloroplastide DNA.
Suur osa genoomist moodustavad kordusjärjestused. Ainult mõni protsent genoomist on kodeeritav valguks.
Inimese genoom on pakitud 24 kromosoomi.
Eukarüootses rakus on mitmeiid geenide regulatoorseid mehhanisme :

• sageli rakuvälised stiimulid reguleerivad geenide aktiivsust
  
• ka geenilt kodeeritav valk võib otse/ kaudselt reguleerida omaenda geeni aktiivsust (nii positiivselt kui negatiivselt)
  

Genoomne DNA on tuumas tihedalt pakitud nukleosoomidesse. Nukleosoomid on moodustunud histoonivalkudest. Histoonid on tugevalt aluselised valgud. Nukleosoom moodustub histoonide oktameerist. Histoonide N-terminaalsed modifikatsioonid määravad kromatiini avatuse. Enim on modifitseeritud histoonid H3 ja H4.
Nukleosoomides olevate oktameersete histoonide sabasid modifitseeritakse.