Spordibiokeemia konspekt (0)

ELU TUNNUSED:
1) Paljunemine ( elus paljuneb, eluta ei paljune) Liiki tuleb taastoota, variatiivsus peab olema – maailm muutub ja muutuvas keskkonnas variatiivsusega oleme kaitstud muutuste suhtes
2) Energia. Eluta loodusele energiat andes tema struktuur muutub hägusemaks, laguneb (struktuur kaob ära). Elus materjal kasutab energiat struktuuri paremaks tegemiseks, säilitamiseks, üles ehitamiseks. Kasutab energiat korrapärasuse hoidmiseks.
3) Elus looduses on struktuuri ja funktsiooni vahel seos. Struktuuri muutes funktsioon muutub ja vastupidi. Eluta looduses struktuuri muutes funktsioon säilib (pastaka näksimine, aga kirjutab edasi). Funktsiooni muutes struktuur muutub (hankli tõstmisel muskel suureneb). Struktuuri mitte kasutades kaob ära, ei kasuta funktsiooni, siis energiat ei kulutata.
4) Kohanemine . Eluta loodus ei kohane (porilomp sügisel, talvel jääs, suvel üldse pole). Elus loodus kohaneb ( palav , siis võtame pluuse seljast) Treenimise tulemusel lükkame normipiire edasi, lihased peavad mitu korda enne taastuma, kui harjub jooksu kiirusega. Kohanemine normi piirides, sport lükkab normi piire edasi. Treening lükkab normi piire edasi, üle normi lähed, siis arstid lükkavad su normi piiridesse tagasi.
5) Keerukuse maht. Elus loodus on eluta loodusest palju keerukam . Koli bakterit me ei oska kokku panna, aga lennuki paneme kokku.
ENERGIA
Vajalik töö tegemiseks. Töö on mingi massi liigutamine (kg/m). Tööd tehes kandub energia üle ühest liigist teise.
-Potentsiaalne energia – arhiveerib energia, võimalus tööd teha, energia mis üles ehitamisel rakkudesse jäänud on.
-Kineetiline energia – töö tegemise energia
Tööd tehes on lihase kasutegur 35% ehk energiast nii palju läheb lihastes päris töö tegemiseks ning 65% hajub soojusena.
Kõige madalama kvaliteediga (kvaliteet ehk sobib kasutamiseks) energia on soojusenergia . Soojusenergiat me ei kasuta (soojusenergia osakesed liiguvad suvalises suunas).
Kasutame keemilist energiat, mis asub toidus (päikse energia –> taimed -> fotosüntees –> energia toidus -> sööme taimi või söövad loomad taimi -> me sööme loomi). Toit peab sisaldama energiat, ehitusmaterjali, vitamiine ja mineraale .
Termodünaamika seadused:
1) Energia ei teki ega kao, vaid muundub ühest liigist teiseks. Muundub suunalt soojusenergia poole.
Vaba ( Gibbsi ) energia – see energia, millega tööd tehakse/ mis on töötamise jaoks kätte saadav. Kui reaktsiooni Gibbsi energia on negatiivne, toimub reaktsioon saaduste suunas, kui positiivne, siis lähteainete suunas ning kui Gibbsi energia on 0, siis reaktsioon on jõudnud tasakaaluolekusse ning reageerimine lõppeb.
2) Kõik protsessid liiguvad töö käigus korrapäratuse (entroopia) suunas ja kaotavad osa energiast soojusena.
3) Teoreetiline seisund, kus üldse tööd teha ei saa, ükski osake ei liigu. Absoluutne 0 = -273oC
*99% elusloodusest koosneb 4 keemilisest elemendist: C, H, O, N – seepärast nimetatakse neid põhielementideks. Inimesest moodustavad need 95%.
VESI
Anorgaaniline aine.
2/3 vett saame joogiga ja 1/3 toidust. Vett kaotame uriiniga, väljahingamisel ja naha kaudu.
65% on meeste keha veesisaldus (naistel 50%, sest rasvasisaldus suurem). Ajukoes on kõige rohkem vett, luukoes (hamba emailis) kõige vähem. Vesi võib kehas olla: rakusisene, rakkudest väljas pool, plasma (vere vedel osa)
Tema omadused tulenevad H2O molekuli ehituslikest iseärasustest.
Täidab mitmesuguseid funksioone:
1) Ta on hea lahtusti ja osaleb enamikes keemilistes reaktsioonides (fotosünteesi lähteaine ; hingamise lõpp-produkt).
2) Transpordifunktsioon – kindlustab organismide siseelundkondade töö
3) Kaitsefunktsioon – pisarad, sülg, loode
4) Tagab siserõhu rakkudes (selle vähenedes tekivad kortsud )
5) Suure soojusmahtuvusega – aitab säilitada organismisisest püsivat temperatuuri.
Vesi lahustina
Vesi on polaarne lahusti. Vesi on lahusti ka endale, sest vees osa H2O molekule lõhutakse ja tekivad H+ ja OH- aatomid .
Lahusti – keskkond, kus midagi lahustuma hakkab.
Diffusioon – lahustunud osakeste liikumine madalama kontsentratsiooni suunas.
Osmoos – kui lahustunud osake ei saa liikuda läbi membraani, liigub lahus selleks, et ainete konsentratsioonid võrdsed oleks
Osmolaarsus – lahustunud osakeste arv lahustis . Reguleerib lahusti liikumist rakkudest piiritletud ruumis.
Hüdrofoobne – vett hülgav. Rasv , sest ta on neutraalne . Rasv tõrjutakse äärtesse või surutakse kokku.
Hüdrofiilne – kõik osakesed, millel on mingit sorti laeng. Vesi tõmbab osakesed laiali ja tekib fibrillaarne molekul .
- Rasvhapete hüdrofoobsed lõigud (sabad) moodustavad kogumeid, et veega mitte kokku puutuda ning polaarsed osad (pead) paigutuvad maksimaalse kontaktpinnana. Nii tekib rakumembraan.
- Valgumolekulide polaarne lõik tõmmatakse vee molekulide poolt pikaks (fibrillaarne) ja ahela neutraalne lõik pressitakse tihedaks gloobuliks ( globulaarne )
Vee 3 olekut: happeline, neutraalne, aluseline
pH – lähtub vesinikioonide arvust ehk mõõdab prootonite arvu lahuses. OH- ja H+ ioonide kontsentratsioonide korrutis on alati konstantne (10-14), järelikult võimalik arvutada teine pool. pH’st sõltub enamik bioloogilisi protsesse.
Homeostaas – optimaalse pH taseme hoidmine kudedes protsesside stabiilsuse tagamiseks puhversüsteemide abil
Puhversüsteemid – tagatakse happelisuse-aluselisuse tasakaal teatud vahemikus
1) Bikarbonaatne – piimhappe prootoni sidumine ja kehast välja viskamine
2) Aminohapped – võib siduda aluseid või happeid
Vesinikside -Nõrk side. Hoiab valgusideme stabiilsena nii et geneetiline kood ei läheks kaduma.
Veebilanss - veetasakaalu hoidmine toimub negatiivse tagasiside abil
Vere osmootne kontsentratsioon tõuseb -> signaal vee kaotamisest on vee saamisest suurem -> hüpotalamus 1) stimuleerib ajus asuvat janukeskust või 2)stimuleerib ajus asuvat käbikeha sünteesima antidiureetilist hormooni -> mida rohkem hormooni, seda rohkem imatakse neerudest esmauriini tagasi -> vett palju, muutub veri lahjemaks -> hormooni eritumine verre väheneb -> vähem hormooni -> vähem vett imatakse neerudest organismi tagasi -> uriini hulk suurem ja lahjem. (Mida tumedam uriin, seda vähem organismis vett)
SÜSIVESIKUD ( sahhariidid )
Orgaaniline aine.
Süsivesikud reguleerivad isu ja toitumiskäitumist veresuhkru kaudu. Toit sisaldab 50-60% süsivesikuid, 30% rasvu ja 10% valke. Iga neljas tarbitud süsivesik läheb ajju, süsivesikud kesknärvisüsteemi ainsaks toiduks.
1) Monosahhariidid – C aatomite arv on 5-6 vahel, lihtsüsivesik
* Viiesüsinikulistest on olulisemad riboos (RNA koostises) ja desoksüriboos (DNA koostises)
* Kuuesüsinikulistest on tähtsad glükoos ja fruktoos – organismide põhilised energiaallikad . Loomsed organismid saavad glükoosi toidust. Glükoosi oksüdatsioonil vabaneb energia (17kJ/g), mis talletatakse makroergilistesse ühenditesse (ATP), lihastesse ja maksa glükogeenina hilisemaks kasutamiseks.
2) Oligosahhariidid – moodustunud 2-3 monosahhariidi omavahelisel ühinemisel, ühinemisel tekib glükoosiidside.
*Sahharoos = glükoos+fruktoos
* Laktoos = glükoos+ galaktoos
3) Polüsahhariidid – koosneb suurest hulgast monosahhariididest
*Tärklis – taimede säilitusorganiks talletunud glükoos
*Tselluloos – taimede rakukesta peamine koostisaine. Taimne toit raskesti seeditav, sest see koosneb tselluloosist. Mida pikem seedetrakt , seda väiksem aju.
Hüaluroonhape – glükuroonhappe ja atsetüülglükosamiini plümeer . Katab liigesepindu ja on kõhrkoe ainevahetuses.
Kondriotiin – kõhrede ja luukoe osa
Hepariin – pärsib vere hüübimist ( maksas , arterite ja kopsude seintes). Kasutatakse selleks, et ei tekiks veenilaiendeid.
Verevarustus : 70% veenid (et vajadusel verevarustust suurendada saaks), 20% arterid ja 10% kapillaarid ( ainevahetus käib kähku). Liigestes pole veresooni, sest need läheks suure koormuse tõttu katki.
RASVHAPPED ( lipiidid )
Orgaaniline aine.
Sinna kuuluvad rasvad , õlid , steroidid jt. vees enamasti mittelahustuvad ühendid. Nad lahustuvad mitmetes orgaanilistes lahustites ( alkohol , eeter).
Organismide energiaallikas. Lipiidide oksüdeerumisel vabaneb energia (38,9kJ/g).
1) Neutraalsed rasvad
- Lihtlipiid – koosneb glütseroolist ja rasvhapete jääkidest
- Liitlipiid – tekib kui üks rasvhappejäägi rühm on asendatud (nt fosforiga).
2) Steroidid – vees mittelahustuvad. Nende arv väheneb kui rasvkude suureneb. Toodetakse väikestes kogustes kuna efekt suur.
* Kolesterool – moodustub kui toit sisaldab palju rasva ja suhkrut; kuulub loomaraku membraani koostisse. Liigne kolesterool põhjustab veresoonte lupjumist (ateroskleroosi) –> verevool on veresoontes raskendatud -> kõrge vererõhk -> infarkt . Kolesteroolist toodetakse steroidhormoone.
* Hormoonid – moodustuvad loomorganismide sisesekretsiooninäärmetes. Neid toodetakse neerupealistes (säsis – adrenaliin - ja koores –anaboolsed steroidid ). Reguleerivad ja koordineerivad mitme elundkonna talitlusi – humoraalne regulatsioon . Mõju pole lokaalne, vaid üldine.
Testosterooni retseptoreid rohkem kõhu piirkonnas(kuna meestel testosterooni rohkem, siis ka rasva salvestatase rohkem kõhu ümber); östrogeeni retseptoreid reie, tuhara ümber.
Ümber kõhu 2 sorti rasva –üks lihaste peal, vahel ja teine lihaste all, seedetrakti ümber(ohtlik, kui on palju, sest soodustab veresoonte seintes rasvade ladustamist) – lihtsam lahti saada kõhu ümber olevast rasvast, kuna see on ainevahetuslikult aktiivsem, kui see, mis asub reite, tuharate ümber.
3) Rasvades lahustuvad vitamiinid
D- vitamiin – organism sünteesib ise UV-kiirguse abil. Ainevahetus, luude tegevus.
Rasvhapete jagunemine:
1) Küllastunud ja küllastumatud:
*Küllastunud on toatemperatuuril pigem tahked . Vähem tervislikud , loomsed, ladestuvad. Põhjustavad lupjumist.
*Küllastumatud on toatemperatuuril õlijad. Tervislikud, taimsed, ei ladestu nii hästi. Leidub kalas , kellel palju küllastumata rasvhappeid .
Omega 3, omega 6 rasvhapped – polüküllastumatud rasvhapped. Kasutatakse ajurakkude membraanide koosseisus . Omega 3 – kaksikside kolmanda süsiniku küljes; pärit vetikatest (kalad söövad neid, me kalu); lülitub rakumembraani; osaleb ainevahetuses
Omega 6 – kaksikside kuuenda C küljes; omega 6 leidub põhiliselt seemnetes ja taimeviljades; ei lülitu palju rakumembraani; eesmärk pigem rasvu talletada
2) Reservlipiidid – rasvakude selleks hetkeks, kui süüa ei saa
3) Protoplasmaatilised lipiidid – rakumembraani koostises
VALGUD (aminohapped)
Orgaaniline aine.
Valgud on aminohapetest moodustunud polümeerid. Moodustuvad vaid elusorganismides.
Moodustuvad kui kahe aminorühma vahele tekib peptiidside. Peptiidsidemete kaudu osaleb valkude ehituses alati ka lämmastik (16% valgust on N). Lämmastikubilanss on siseneva ja väljuva N suhe. Lämmastiku tarbimist mõõdetakse selleks, et saada infot valgu tarbmise ja omastamise kohta (kuna valgu tarbimist otse mõõta ei saa). Peale trenni hakkab kehas toimuma valgusüntees . Kui siis on uuria määr madal ning lämmastikubilans negatiivne, toimuvad kehas valgu hulga taastumise ja ülesehitamise protsessid. Kui uuria määr on kõrge, toimuvad alles lagundamisprotsessid. Lämmastikubilansi mõõtmiseks mõõdetakse uuria tase hommikuti peale ärkamist.
Geneetilises koodis kirjeldatud aminohappeid (20 +2) nimetatakse proteinogeenseteks aka „valke valmistavateks“. Neist 9 on asendamatut (organism ei suuda ise sünteesida) ja 11 asendatavat.
Valguallika kvaliteet:
1) kõrge kvaliteet – sisaldavad kõiki asendamatuid aminohappeid: piim, munad, liha
2) keskmine – puudu kuni kaks AH’d: pähklid, riis , soja, kartul , kaer
3) madal kvaliteet – puudu rohkem kui 2 AH’d: nisujahu , oad
Keskmiselt 0,8g/kg kohta/ päevas tarbida valku on ok. 1,5g/kg/päevas, kui tahta lihasmassi kasvatada. Üle 2g pole kasu. Valgu ületarbimine: suureneb koormus maksale (toodab uuriat – valgu lagundamisel aminohappe vabastatud lämmastik) ja neerudele (uriin). Suureneb veekadu.
Funktsioonid:
1) Ensümaatiline. Ensüümid on valgud, mis reguleerivad biokeemiliste reaktsioonide kiirust. Iga ensüüm seostub ainult kindla lähteainega. Ei tööta vitamiinide juuresolekuta.
2) Ehituslik. Rakuorganellides; karvad , küünised, sõrad , suled.
3) Kaitse. Antikeha koosnevad valkudest. Antikeha seostub ainult selle molekuliga , mille vastu ta on sünteesitud.
4) Regulatoorne. Valgulised hormoonid (nt insuliin, adrenaliin)
5) Liikumisfunktsioon. Kontraktsioonivalgud – võimelised muutma oma struktuuri ja molekuli mõõtmedi. Lihasvalkudel on kontraktsioonivõime – annab loomadele liikuvuse .
6) Transpordifunktsioon. Transportvalgud juhivad kindlat tüüpi molekule nii rakkude sisse kui ka sealt välja (nt hemoglobiin – O2 rakkudesse)
7) Retseptoorne. Retseptorvalk edastab väliskeskkonnast infot raku sisse muutes oma kuju.
8) Energeetiline. Valkude lagundamisel vabaneb energia (17kJ/g). Energia saamiseks kasutatakse valke alles tugeva nälgimise või kurnatuse korral, sest valke on loodusest raske kätte saada ning neil on eluspüsimiseks teised tähtsad funktsioonid.
Struktuur:
1) Esimest järku (primaarne) – valgu aminohappeline järjestus, mida hoiavad koos peptiidsidemed. Annab ülevaate, kui palju on aminohappejääke ja millises järjekorras on nad polüpeptiidahelasse lülitunud. Määrab ära valgu ülejäänud omadused.
2) Teist järku ( sekundaarne ) – tekib polüpeptiidi keerdumisel heeliksiks või kõrvuti asetsevate ahelate voltumisel. Pärilikkuse kaitsmiseks. Nõrgad vesiniksidemed. Juuste ja küünte valkude lõplik tase – fibrillaarne valk.
3) Kolmadat järku (tertsiaarne) – keraja kujuga gloobul . Kuju sõltub ka aminohapete lisaahelast. Struktuuri stabiliseerivad mitmesugused keemilised sidemed molekuli eri osades paiknevate aminohappejääkide vahel.
*Hemoglobiin valguline, seda mõjutab pH. 1mm3 veres on 5 miljonit punaliblet, neist igas 20 miljonit hemoglobiini molekuli. Punalible kuju vajalik efektiivseks gaasivahetuseks. Sirbi -kujuline aneemia – verelible vale kujuga (põhjustab ummistusi), sest viga aminohappes.
4) Neljandat järku (kvaternaarne) – kui omavahel ühinevad kaks või enam polüpeptiidi. Ehk suuremate molekulide teke väiksemate struktuuride ühinemisel funktsionaalsuse saavutamiseks.
* Denaturatsioon – valkude kõrgemat järku struktuuride lagunemine (kuumutamisel, tehnilisel töötlemisel), kus soojusenergia toime nõrgad sidemed katkevad , aga peptiidsidemed mitte.
* Renaturatsioon – kõrgemat järku struktuuride taastamine. Toimub, kui denatureerivate tegurite mõju pole olnud liiga suur ja valgu struktuurid pole veel lõplikult lagunenud.
Ensüümid
On valgud, (s.t. omadus sõltub pärilikust infost) mis suurendavad keemilise reaktsiooni tõenäosust
Klassid :
1. Oksüdoreduktaasid – katalüüsidvad oksüdatsiooni-ja reduktsioonireaktsioone
- Dehüdrogenaasid nagu laktaadidehüdrogenaas(LDH, eemaldab piimhapet)
- katalaas (vananemise vastane ensüüm)
2. Transferaasid–kannavad ühte või mitut funktsionaalset rühma kahe substraadi vahel
3. Hüdrolaasid–teostavad molekulide lõhkumist vee juuresolekul
4. Lüaasid–loovad või lammutavad keemilisi sidemeid
5. Isomeraasid–teostavad molekulide teisendusi, paigutades sama molekuli ulatuses ümber funktsionaalseid rühmasid
6. Ligaasid –liidavad substraate ATP kasutamise abil
Töö põhimõte:
Substraat + koensüüm + ensüüm ->produkt. Ensüüm jääb ise muutmatuks.
Koensüüm – osaleb spetsiifilises katalüütilises protsessis
Prosteetiline rühm – vaja ensüümi aktiivsuse regulatsioonis
Ensüümi spetsiifilisus:
Reaktsioonispetsiifilisus – ensüüm viib läbi ainult kindla reaktsioon
Substraadi spetsiifilisus – ensüüm moodustab katalüüsi jaoks vajaliku komplekti ainult kindlate ainetega.
Treenitus ja valgusüntees:
Kohanemisreaktsioon e. stressreaktsioon e. adaptsioon – treeningu järel vaja sisse viia muutused. Kohanemine uute tingimustega. Taastumine sõltub valgusünteesist (mis toodab „masinaid“ mille abil toimub kohanemine ja kiirem taastumine). Töö tulemusest tekkinud kahjustused võtavad geenidelt repressorid, mis võimaldab valgusünteesi. Valgusüntees toimub lokaalselt. Ensüümid.
Treeningu reaktsioonid:
1) Reaktsioon koormusele – suure koormuse mõjul lagundatakse olemasolevad lihasrakud mingis piirkonnas
2) Kohanemine – viiakse sisse muutused, valgusünteesi abil toodetakse rohkem lihasrakke, mis eelnevatest tugevamad oleks
3) Uue taseme fikseerimine
Aminohapped on ehitusmaterjaliks. Lagundatud lihaste üles ehitamiseks.
Valgusünteesiks vaja:
1) DNA – info aminohapete järjestusest ehk juhis
2) Ensüüm RNA- polümeraas – vajaliku DNA lõigu lahti tegemine ja info kopeerimine -> moodustub mRNA
3) mRNA - info viimine ribosoomi
3) energia – ATP
4) tRNA – viib vajalikud aminohapped ribosoomi
Inimesed ( sportlased ) suures osas keskpärases vormis, isegi kehvas. Heas vormis suudetakse olla umbes 2 nädalat.
Suur hulk treeningut ei vii keha edasi vaid säilitab seda. Liiga kurnav töö hävitab keha.
Taastumine: struktuur muutub -> valgusüntees. Kestab umbes 48 tundi. Kitsaskohaks on energia saamine. Kortisool (stresshormoon) pärsib tegevust kõikides kudedes va. maksas (seal sünteesitakse süsivesikuid). Süsivesikud aitavad taastada ja seejärel hakatakse uusi valke tootma . Tähtis taastada peale treeningut energia, seejärel aminohapped. Pool tundi peale tööd on valkude ligipääs raku sisse lihtsam.
Lihasraku tuumad asuvad välispinnal. Lihasraku kahjustumisel uue „retsepti“ saamiseks takistused, sest tuumi pole palju ja lihas on pikk. Anaboolne hormoon aitab seda protsessi kiirendada. Testosterooni liig kiirendab rakukoe kasvu, mida pole vaja – vähkkasvaja.
Mugavustsoon – keha ei pea üleliia pingutama ega tegema tööd, mis pole harjumuspärane.
NUKLEIINHAPPED (DNA)
Orgaaniline aine.
Biopolümeerid , mille monomeerideks on nukleotiidid.
1) DNA (desoksüribonukleiinhape)
Koosneb desoksüribonukleotiididest: adeniin (A), guaniin (G), tsütosiin (C) ja tümiin (T). Monomeeride erinevused tulenevad üksnes nende ehitusse kuuluvast lämmastikualusest.
DNA paikneb rakutuumas (kromosoomides), leidub ka mitokondris . Mitokondrid on energeetilised , põletavad rasvu. Seemnerakus ainult DNA, sest see ni väike. Munarakk on palju suurem ja sisaldab palju mitomondreid, mis naisliini pidi edasi antakse. Südamelihases 25% mitokondreid, skeletilihastes 5%. Mitokondrisse jõuab iga 3 toidumolekul. Mitokondris oma DNA 13 vajaliku valgu tootmiseks. Nad on väga aktiivsed ja lagunevad pidevalt. Kui paar päeva trenni ei tee, mitokondrite arv väheneb -> vastupidavus väheneb.
Mitokondreid sünteesitakse pidevalt ja on suur risk mitokondri DNA vigade tekkeks. Vabad radikaalid (suure reaktsioonivõimega molekul) võivad põhjustada suuri tüsistusi mitokondis ( vanadus , alzaimer, diabeet ).
DNA ülesandeks on säilitada pärilikku infot ja kahekordistuda enne raku jagunemist (replikatsiooni viib läbi ensüüm dna-polümeraas).
Struktuur: DNA molekul koosneb kahest omavahel ühinenud DNA üksikahelast, mille koospüsimise aluseks on komplementaarsusprintsiip – nukleotiidide üksteisele vastavus. Kui ühes ahelas paikneb A, siis teises ahelas on selle vastas alati T (kaks vesiniksidet nende vahel) ning G vastas alati C (kolm vesiniksidet).
*Esimest järku struktuur – nukleiidide järestus molekulis
*Teist järku struktuur – ühendatud kaheahelaline DNA keerdub kruvikujuliseks biheeliksiks (väga vastupidav)
Kogu pärilik info paikneb DNA molekulides. DNA’d kaitsevad rakutuuma ümbritsevad membraanid. DNA kaheahelalisus tagab kogu päriliku info esinemise vähemalt kahes koopias – kui ühes ahelas tekib ebasobiv muutus, siis teise ahela nukleotiidse järjestuse alusel saavad rakus esinevad ensüümid vea ära parandada.
2) RNA ( ribonukleiinhape )
Koosneb ribonukleotiididest, mis on omavahel komplementaarsed: C (kolm vesiniksidet) Gja A=U ( uratsiil on tümiini asemel). RNA sünteesitakse rakutuumas selleks, et viia pärilik info tuumast välja ribosoomidesse.
*Esimest järku struktuur - RNA molekul koosneb ühest ahelast. Molekuli omadused tulenevad monomeeride järjestusest ja hulgast molekulis. RNA realiseerib geneetilise info.
*Teist järku – „ristikulehe kujuline“, ainult tRNA’l.
RNA jaotumine :
- Informatsiooni RNA (mRNA) – toob geneetilise info valgu struktuuri kohta rakutuumas asuvatest kromosoomidest tsütoplasmas olevatesse ribosoomidesse (seal toimub valgusüntees).
- Transpordi RNA (tRNA) – ribosoomidesse saabunud info lahtimõtestamine. Toob selleks kohale „õiged“ aminohapped ja lülitab need sünteesiva valgu ahelasse.
- Ribosoomi RNA (rRNA) – on ribosoomi ehitusmaterjal ja osaleb valgusünteesil
Pärilikkus – looduse üldine seaduspärasus , mille kohaselt sarnanevad järglased ehituselt ja talitluselt oma vanematele. Pärilikkuse kandjad on rakutuumas paiknevad kromosoomid .
Fenotüüp – ühe isendi vaadeldavate tunnuste kogum. Genotüübis oleva info avaldumine mõjutatuna keskkonnast. Keskkond kas soodustab või pidurdab geenide poolt määratud tunnuste väljakujunemist.
Genotüüp – ühele isendile omaste geenide ja nende erivormide kogum. Sellest sõltub isendi pärilike tunnuste esinemine.
Genoom – rakutuuma liigiomaste geneetiliste üksuste komplekt. Inimese genoom koosneb kromosoomidest.
Kromosoom – inimesel 46 kromosoomi (2x22 + sugukromosoomid ). Kromosoomid sisaldavad geene. Naissugukromosoomis 10x rohkem geene - pärilikku infot - kui mehel.
Geen – DNA lõik, mis määrab ühe valgu aminohappelise järjestuse. Kõige väiksem pärilikkust kandev üksus. Kõikides keharakkudes on kogu keha DNA olemas, ehk kõik geenid .
Uue raku loomise protsess:
1) Replikatsioon – saadakse ühest DNA molekulist kaks ühesuguse nukleotiidse järjestusega DNA molekuli. Tagab raku pärilikkuse info võrdse ülekande tütarrakkudesse.
Aluseks: DNA
Vaja: ensüüm DNA-polümeraas (keerab DNA biheeliksi lahti ja sünteesib uued DNA ahelad komplementaarsusprintsiibi alusel), ADP ja ATP energia
Saadakse: uus DNA molekul
2) Transkriptsioon – toimub rakutuumas
Aluseks: geen
Vaja: ensüüm RNA-polümeraas, ribonukleotiidid, ATP energia.
Ensüüm seostatakse geeni algusosaga, kus on promootor . Sünteesitakse mRNA komplementaarsusprintsiibi alusel. RNA süntees lõpeb kui ensüüm jõuab nukleotiidse järjestuseni, mis on terminaatoriks. Seal piirkonnas ensüüm eraldub DNA molekulist (mis taastab biheeliksi kuju) ja sünteesitud mRNA liigub läbi rakutuumamembraani pooride tsütoplasmasse.
Saadakse: mRNA
*Kui mingilt geenilt toimub RNA süntees, siis öeldakse et see geen avaldub. Geeni ekspressioon= geeni translatsioon = geenis oleva info avaldumine valguna. Üheaegselt avaldub rakus umbes 10% geenidest. Erinevused rakkude ehituses ja talitluses tulevad geenidest, mis neis ühel või teisel ajahetkel avaldusid. Juba ühe „ebaõige“ geeni avaldumine või rakule vajaliku geeni mitteavaldumine võib kaasa tuua suuri muutusi raku ehituses ja talitluses.
3) Translatsioon – RNA alusel toimuv valgusüntees ribosoomides geneetilise info lahtimõtestamisega.
Vaja: ribosoomid , mRNA ja tRNA, aminohapped, ATP ja GTP energia, ensüümid
Geneetiline kood – süsteem, mille järgi nukleiidhapetes olev geneetiline info viiakse üle valgu ehituseks. mRNA molekuli kolm järjestikust nukleotiidi ( koodon ) määravad ära kindla aminohappe valgu molekulis (antikoodon).
Geneetilise koodi omadused:
1) Tripletsus
2) Sünonüümsus – ühele aminohappele võib määrata mitu koodonit
3) Universaalsus – on ühesugune kõigil elus organismidel
4) Ühetähenduslikkus – teatud koodon määrab alati kindlat aminohapet
5) Kattumatus – ükski mRNA nukleotiid ei kuulu samaaegselt kahe kõrvuti asetseva koodoni koostisse
Iga mRNA molekul on varustatud nii algus-(AUG - metioniin ) kui ka lõppkoodoniga (AGU; UAA; UAG – neile ei vasta ükski aminohape ).
Translatsiooni etapid:
1) mRNA ühineb ribosoomiga
2) mRNA molekuli alguskoodoniga seondub esimene tRNA molekul, millega on ühendatud aminohape metioniin.
3) ribosoomi siseneb teine tRNA molekul, tuues endaga kaasa järgmise mRNA koodonile vastava aminohappe
4) aminohapete vahel sünteesitakse ensüümide abil peptiidside
5) dipeptiid vabaneb algus-tRNA’st ning jääb teisena ribosoomi sisenenud tRNA molekuli külge
6) tRNA nihkub koos mRNA’ga ribosoomi suhtes edasi ja teem ruumi uuele tRNA’le
7) uus tRNA siseneb ja tekib uus peptiidside
8) protsess järkub kuni ribosoom jõuab stoppkoodonini
9) sünteesitud polüpeptiid (valk) vabaneb, eralduvad ribosoomi alamüksused ja mRNA
https://www.youtube.com/watch?v=2zAGAmTkZNY
DNA ja evolutsioon
Evolutsioon ei hooli indiviidist, vaid populatsiooni arvust.
Kõige vähem inimesi olnud planeedil: 7000; kokku siiani Maal elanud: 107 miljardit inimest.
Päritavalt edasiantava kohanemise kujunemiseks kulub paartuhat aastat.
Sündivuskordaja – ema kohta peab sündima kaks last (üks ema, teine isa eest).
Loodusliku valiku 5 eeldust:
1. Populatsiooni moodustavad indiviidid ei ole identsed. Erinevus (isegi väikene) esineb struktuuris, funktsioonis ja käitumises
2. Osa kirjeldatud erinevustest on päritavad, s.t. need on määratud geenidega ja antakse edasi vanematelt lastele
3. Kõik elusorganismid toodavad rohkem järeltulijaid kui on vaja liigi jätkamiseks –järeltulijate “ületootmine”
4. Ületootmisest hoolimata on populatsioonide arvukus suhteliselt stabiilne –järelikult osa indiviide pole viljakad või ei jää ellu
5. Indiviidid erinevad järeltulijate arvu poolest
* Tänapäeval loodusliku valiku asemel tähtsamal kohal kultuurne valik.
Mendel:
Segregatsioon – järglane saab emalt, isalt pärilikkust kandva geeni, aga pole teada, mis pärilikkuse tunnused edasi antakse
Sõltumatu valik – lugematud kombinatsioonid võimalikke tunnuseid, mis ei sõltu teineteisest (et ei oleks ühesuguseid inimesi -> et välja suremist poleks)
* Richard Dawkins – „ isekas geen“. Meem – mõte mis levib nagu geen ja sureb välja kui seda edasi ei räägita.
Kui tunnusel on palju vaheväärtuseid (on.... ei ole/ silmad sinised..... pruunid ), siis neid geene on väga palju, mis seda tunnust mõjutavad. (nt pikkus: 300000 geeni)
Epigeneetika – mis juhtub väljaspool. Kujundab geneetilist informatsiooni pärast info kättesaamist.
Geneetilises mõttes pole rasse olemas. Sõna kasutatakse sotsiaalses tähenduses.
Eugeenika – „hästi sündinud“, andekad ja ilusad inimesed peaksid inimrassi jätkama. Ülejäänud on mõttetud.
Pärilik muutlikkus
*Prioonvalgud – muudavad olemasoleva valgu struktuuri. Põhjustavad tüsistusi kesknärvisüsteemis.
Mutatiivne muutlikkus – mutatsioonid kromosoomide või geenide struktuuris
Mutatsioonid – muutused raku geneetilises materjalis
1) Geenmutatsioonid – kahjustatud on üks geen -> väikesed muutused DNA nukleotiidses järjestuses.
Geneetilise koodi muutus. SNP – üksiku nukleotiidi muutus.
Asendus, liitmis või kustutusmutatsioon, kus toimub muutus tripletis (A, T, C, G).
Geenmutatsioonide tulemusena võivad tekkida uued alleelid . Replikatsiooni järgselt parandatakse taolisi vigu ensüümidega aga osa nendest säilib.
2) Kromosoommutatsioonid – kromosoomi struktuuri ja pikkuse muutused: Väljalangemine, kahekordistumine, järjestuse muutus, ümberpaiknemine
X-kromosoomi vead: autism, hemofiilia , värvipimedus, mõistus
3) Genoommutatsioonid – kromosoomide arvu muutused (nt Downi sündroom )
Tüvirakud – universaalsed rakud ->võivad muutuda ükskõik millisteks rakkudeks. Loote arengus spetsialiseerumise eelne material. Ääretult võimsad. Nende kasutamine on osalt hea, aga toob kaasa moraalseid probleeme.
AINE- JA ENEGIAVAHETUS
Kõik organismid vajavad elutegevuseks energiat. Inimene saab oma elutegevuseks vajaliku energia toidus sisalduva orgaanilise aine oksüdatsioonil. Orgaanilist ainet lagundatakse kahel eesmärgil: elutegevuseks vajaliku energia saamiseks ja sünteesiprotsesside lähteaine saamiseks.
Metabolism – organismides toimuvad sünteesi- ja lagundamisprotsessid, mis tagavad aine- ja energiavahetuse ümbritseva keskkonnaga:
1) Assimilatsioon – kõik biosünteesivad protsessid. Nt: fotosüntees, DNA ja RNA ning valgu süntees.
Saadused : sahhariidid, lipiidid, valgud, nukleiinhapped. Vaja: lähteaineid, ensüüme, täiendavat energiat (ATP).
2) Dissimilatsioon – kõik lagundamisprotsessid.
Toiduga saadud või organismis sünteesitud orgaanilised ühendid lõhustatakse ensüümide abil lihtsama ehitusega molekulideks. Tavaliselt vabaneb energia, mis talletatakse makroergilistesse ühenditesse (nt. ATP, 40%) ning eraldub soojusena (60%).
Organismides kasutatakse energiat biosünteesireaktsioonides, ainete rakusisesel ja rakkudevahelisel transpordil ning mitmesugustes liikumisprotsessides.
ATP ( adenosiintrifosfaat ) – universaalne keemilise energia talletaja ja ülekandja, mis osaleb kõigi rakkude metabolismis. Moodustub glükoosi käärimise ja hingamise käigus. ATP’d ei saa talletada, seda peab pidevalt genereerima . ATP’d pole mõtet varuda, sest see lagundab end kui teda minuti jooksul ära ei kasutata.
Rakk sureb kui energia otsas (1min sureb 300miljonit rakku).
ADP (adenosiindifosfaat) +P -> ATP + 30kJ/mol.
Füüsilise pingutuse korral vajab organism täiendavat energiat -> kiireneb ATP süntees -> vabaneb rohkem energiat. Et hoida püsivat kehatemperatuuri hakatakse higistama , kuna higi aurustumiseks nahapinnalt kasutatakse soojusenergiat.
Lihaste liigutamiseks on vaja ATP’d kogu füüsilise aktiivsuse kestel. Lihas kasutab ära 35% saadud energiast, ülejäänud kaob.
Lihase kontraktsioon : närviimpulsi tulemusena -> müosiin liitub aktiiniga -> müosiini pea tõmme ->ATP liitumine lahutab müosiini aktiinist -> ATP lõhustumisel müosiini pea „sirutub“ -> uus ring.
Rakul on kolm ATP allikat:
* Füüsilise aktiivsuse alguses lihases olemasolev ATP, mis on akumuleerunud puhkeperioodidel; jätkub 4-5 sekundiks;
1) Kreatiinfosfaatne energia tootmine. Energeetilised liigutused, mis nõuavad kiiret ja maksimaalset füüsilist pingutust. Max pingutuse korral jätkub seda 10 sekundiks. Ei vaja midagi ega tooda midagi kahjulikku . Toimub raku plasmas .
2) Kui aktiivsus kestab 10-60 sekundit sünteesitakse pärast varu ATP kasutamist vajalik ATP anaeroobse glükolüüsi käigus (ei vaja hapnikku, käivitub kiiresti, piimhappe kogunemine, kasutab palju süsivesikuid). Toimub raku plasmas.
3) 60 sekundist pikema aktiivsuse korral sünteesitakse vajalik ATP aeroobsel hingamisel ( aeroobne glükolüüs). Halb kuna vajab hapnikku, sõltub inimese O2 vastuvõtmise võimest, on suhteliselt aeglane. Hea kuna annab energiat pidevalt, 1 glükoos = 36atpd, kasutab rasvu, süsivesikuid ja valke, eralduvad H2O ja CO2. Toimub mitkondris
Energiaallikad:
1) Süsivesikud - Süsivesikutena ei talletata organismis palju energiat, sest neid on väliskeskkonnast palju saada ning neist saab vähe energiat (2 ATP’d). Närvisüsteem kasutab elutegevuseks ainult süsivesikuid, kuid piimhapet seal ei toodeta sest ns ja aju ei saa hapnikuta tööd teha.
2) Rasvad – Suure energiatihedusega (36 ATP’d), tagab püsiva ja stabiilse energiavaru pikaks ajaks, lagundamine võtab aega, ainult aeroobsetes protsessides, pideva aktiivsuse korral
3)Valgud – pigem mitte
Glükoosi lagundamine – universaalne dissimilatsiooni protsess
Glükogeeni lagundamisel saadakse glükoosi molekul -> glükoos oksüdeerub -> vabanev energia säilitatakse ATP molekulidesse (40%) ja 60% hajub soojusenergiana.
Glükoosi lagundamise etapid ( rakuhingamine ):
Peab olema energiat, et energiat juurde toota.
1) Glükolüüs – glükoosi algne lagundamine. Toimub raku tsütoplasmavõrgustikus.
Aeroobne glükolüüs – hapnikku on piisavalt.
Erinevate ensüümide toimel toimuvad reaktsioonid (Glükoosist ATP saamiseks on vaja kasutada ATP’d glükoosi molekuli muutmiseks), mille tulemusena tekib 2püruviinamarihappe molekuli (püruvaati), 2ATP ’d ja 2NADH molekuli.
2) Püruvaadi oksüdeerumine –Püruvaadi ja NADH molekulid sisenevad mitokondrisse. Toimub püruvaadi edasine lagundamine oksüdeerumise teel. Püruvaadist tekib 2 atsetüül -CoA molekuli. Vabanenud H ioonid seotakse NAD poolt -> tekivad NADH2 molekulid -> jääkproduktidena eraldub CO2, mis difundeerub mitokondrist välja.
3) Tsitraaditsükkel /krebsi tsükkel - Atsetüül-CoA molekul ühineb ühe happega ning ensümaatiliste redoksreaktsioonide käigus muutuvad kõik püruvaadis olevad süsinikud, vesinikud ja hapnikud CO2’ks ja H2O’ks. Samuti tekib NADH ja FADH2 molekule ning ATP. Tsükkel kordub, sest pürovaate tekkis alguses 2 molekuli ning saadused mitmekordistuvad.
4) Hingamisahela reaktsioonid (elektroni transportahel) - toimuvad mitokondri harjakeste membraanidel. Vajavad hapnikku.
H ioonid vabanevad NADH ja FADH2 molekulidest. Moodustunud NAD ja FAD kasutatakse uuesti eelnevates etappides -> eraldunud vesinik seotakse hapnikuga ja moodustub vesi.
Väljumise juures on ensüüm, mis muudab elektronide vabanemisel saadud energia abil ADP ATP’ks. Ehk vabaneva energia arvel saab 12NADH2 molekuli kohta sünteesida 36ATP molekuli.
Mitokondrite arv sõltub raku füsioloogilisest aktiivsusest, mida enam energiat rakk vajab, seda rohkem on selles ka mitokondreid.
https://www.youtube.com/watch?v=XIJvVCA9RPs
Hapniku puudusel hingamisahela reaktsioonid peatuvad ja tsitraaditsükkel seiskub. Sellistes tingimustes toimub anaeroobne glükolüüs.
*Anaeroobne glükolüüs – hapnikku ei jätku piisavalt. Käärimine.
- Piimhappekäärimine – toimub piimhappebakterite elutegevuse käigus ja lihaskoe rakkudes hapniku puudusel. Saadusteks 2ATP’d ja 2 piimhappe molekuli.
Anaeroobsel glükolüüsil kasutatakse palju süsivesikuid, mida tarbib kesknärvisüsteem -> süsivesikute hulga vähenemisel annab kesknärvisüsteem valu signaale.
Lihastes moodustunud piimhape kandub verega maksa ja lagundatakse seal püroviinamarihappeks -> lihaste töövõime taastub .
Stardieelne seisund - seisund kus vabastame adrenaliini, see mobiliseerib kns, glükogeenist vabaneb suhkur ja kui tööd ei tehta siis rasvkude korjab suhkru ülesse endale. Adrenaliin valmistab keha ette, kas võitle, põgene, või jää seisma (seismine on seisund kus loom kukub maha ja mängib surnut , ehk ellujäämistaktika).
Liiga varajane erutus (adrenaliin vara)põletab inimese läbi, suhkrutase läheb ära kõrgeks ja stardis läheb suhkru tase alla juba ja siis on väsimus jms.
Anaeroobne lävi
Koormuse kasvades teevad lihased rohkem tööd ja vajavad rohkem energiat, töösse lülituvad täiendavad mootorsed ühikud ja lihasgrupid (valged kiired lihaskiud , mille jaoks vaja suuremat impulssvoogu, toodavad suhteliselt rohkem piimhapet). Töö intensiivsus, mil piimhappe kontsentratsioon veres hakkab järsult tõusma – 4 mmol/l – jalad muutuvad raskeks, tekib valu – töö tuleb peatada.
Piimhappe hüppeline kasv on tingitud kuna:
– Lisanduv energiavajadus tuleb katta üha rohkem anaeroobselt s.t. tekib piimhape
– Töösse lülituvad “valged” lihaskiud toodavad rohkem piimhapet
*Hingamiskoefitsient tõuseb üle ühe. Pulss 160 -170 x min. Parim aeroobne treening – veidi alla anaeroobset läve töötades
Aeroobne lävi.
Energiatoomine toimub aeroobse glükolüüsi teel süsivesikutest ja rasvadest
Laktaadi (piimhappe ) kontsentratsioon veres on alla 2 mmol/l vere kohta
Südame löögisagedus 120 – 130 x min
Rasvapõletus – allpool aeroobset läve töötades
Lihase ainevahetuse toetamine:
- kapillaarvõrgustiku areng (toitainete tarbimine, laguproduktide eemaldamine)
- kapillaarivõrgustiku täitmine „sisuga“ (südame töö annab verevoolule energiat, suured veresooned kannavad selle energia võimalikult väikeste kadudega edasi)
- seedesüsteem ja ainevahetus tarnivad toitaineid
- puhversüsteem neutraliseerib piimhapet
- gaasivahetus tarnib hapnikku ja eemaldab süsihappegaasi
Hapniku tarbmise võime oleneb:
Hingamine – gaasivahetuse pindala, hingamislihaste suutlikkus
Transport – vere punaste vereliblede arv ja neis asuva hemoglobiini hulk, üldine ainevahetuslik pindala, südame pumba funktsioon
Ainevahetus – mitokondrite arv, ensüümide koostöö
Hingamissüsteemi kohanemine:
Gaasivahetuse suurendamine
– Sissehingatava õhu hulga suurendamine
- Sissehingamine on aktiivne ja seda läbiviivad lihased arenevad
- Väljahingamine tavaliselt passiivne kuid lisandub sunnitud väljahingamine
- Gaasivahetus kopsudes paraneb
- Kopsude pindala suureneb
- Kapillarisatsioon suureneb
– Gaaside transpordimaht suureneb
- Vere Hgb-%suureneb
– O2 ülakanne kudedele paraneb
- kapillaare tuleb juurde