I ATP (adenosiintrifosfaat) ja NADPH (taandatud nikotiinmiidadeniindinukleotiid- fosfaat) on energiarikkad e. makroergilised ühendid. Makroergiliste molekulide reageerimisel teiste biomolekulidega vabaneb energia, mille arvelt toimuvad mitmed energeetiliselt ebasoodsad protsessid (biosüntees, liikumine, osmoos). MOLEKULAARNE HIERARHIA: Anorgaanilised eellased CO2, H2O, NH3, N2. Metaboliidid püruvaat,tsitraat, suktsinaat Monomeersed ehituskivid aminohapped, nukleotiidid, monosahhariidid, rasvhapped, glütserool Makromolekulid valgud, nukleiinhapped, polüsahhariidid, lipiidid. Supramolekulaarsed kompleksid ribosoomid, tsütoskelett Organellid tuum, mitokondrid, kloroplastid. ELUSLOODUSE HIERARHIA: Molekul väikseim iseseisev osake Makromolekul kovalentsete sidemete abil lihtsatest molekulidest konstrueeritud biomolekul. Organell reaktsioone ajas/ruumis eraldav rakusisene moodustis.
Teine test 3.10 esmaspäev Teemad: fermentatsioonireaktsioonid pentoosfosfaadi rada uurea tsükkel transaminaasid lipiidede oksüdatsioon NADH, NADHP, FADH2, tiamiinpürofosfaat, püridoksaalfosfaat 15 min (pikem) Fermentatsioonireaktsioonid – toimub tsütoplasmas Fermentatiivsete anaeroobsete) reaktsioonide ainsaks eesmärgiks on muuta NADH NAD+-iks (et hiljem seda glükolüüsis kasutada). - Energiat ei teki - Märkimisväärne erinevus – fermentatiivse metabolismi (anaeroobne) korral - toodetakse 2 ATP, aeroobsel hingamisel - 36 ATP-d eesmärk – kulutada püruvaati, samas toota NAD+ miks – hapniku puudumisel on see ianuke võimalus toota NAD+ ja ATPd Alkoholi fermentatsioon – esineb pärmis ja erinevates bakterites Fermentatsiooni produkt – alkohol – on organismile toksiline Piimhappeline fermentatsioon – esineb inimeses, teistel imetajatel ja ka nt. piimhappebakteritel Piimahappelise fermentatsiooni pro...
Redokstsentriteks on kaks b tüüpi heemi. Kompeks III baasil toimub Q tsükkel aluseks on ubikinoonilt pärit elektronide lahknemine kahte erinevat rada pidi. Kompleks IV sisaldab tsütokroomi a, tsütokroomi a3 ja 2 Cu iooni sisaldavat tsentrit. Tsütokroomi c oksüdaas. Tema funktsiooniks on hapniku redutserimine tsütokroom c arvel. Elektronide pumpamine maatriksist membraanidevahelisse ruumi toimub kompleksides I,III ja IV. Olulised on ka NADH ja suktsinaat, CoQ elektronide kandja, mis vahendab elektrone primaarsete dehüdrogenaaside ja kompleks III tsütokroomi b vahel. Tsütokroom c. 3. Kirjeldage Calvini eksperimente, mida ta viis läbi kasutades Corella kultuuri ja 14CO2. Chlorella kultuuri märgiti 14CO2 abil lühikeste pulssidega ja analüüsiti esimesi CO 2 fikseerimise produkte paberkromatograafia ja autoradiograafia abil. Avastas calvini tsükli. 4
Sealt kust NADH sisse lähevad nim kompleks I, kompleks II vahepeal, edasi kompleks III ning lõpuks kompleks IV (kus toimub el liikumine hapnikule ja vee tekkimine). el antakse kinoonile, tema annab tsütokroomile. Toimub Qtsükkel. el liigub veefaasis (ennem lipiidfaasis membraanis). Lõpuks el hapnikule ja tekib vesi. Mitokondriaalses elektrontranspordiahelas on neli peamist kompleksi. Kompleks I kaudu sisenevad elektronid NADH –lt. Kompleks II kaudu sisenevad elektronid FADH2 –lt (suktsinaat-fumaraat üleminekul). Kompleks III teostab Q-tsüklit (tsütokroom b6c kompleks) ja Kompleks IV redutseerib hapnikku, moodustades vee. Lisaks võivad elektronid siseneda veel otse rasvhapetest ja taimedes ka NADPH-lt. Pange tähele, et prootoneid transporditakse maatriksist välja ja need voolavad tagasi läbi ATP süntaasi. ATP sünteesitakse maatriksis. Kompleks I oksüdeerib NADH, transportides samal ajal 4H+/2e- , nii nagu selle sees töötaks veel seniavastamata Q-tsükkel (punktiirjoon)
Tabel 3 Erinevate mikroobide poolt keskkonda eritatavad lõpp-produktid. Mikroob Produktid Pärmid Etanool, CO2 Streptococcus, Lactobacillus Laktaat Enterobacter Etanool, atsetoiin, laktaat, CO2 Aeromonas 2,3-butüleenglükool, atsetaat Clostridium propionicum, Propionibacterium, Propionaat, atsetaat, suktsinaat, CO2 Corynebacterium diphteriae, Neisseria Escherichia, Salmonella, Shigella, Proteus Laktaat, atsetaat, suktsinaat, etanool, H2, CO2 Clostridium, Neisseria Butanool, butüraat, atsetoon, isopropanool, atsetaat, etanool, H2, CO2 Bakterite hingamistüübid Võime järgi säiluda hapnikku sisaldavas keskkonnas (O 2 tolerantsus) ja selle järgi,
nimetus nimetus Püruvaat e. 2-oksopropannhape Püroviinamarihape e. -ketopropaanhape Tsitraat e. 2-hüdroksü- sidrunhape 1,2,3-propaantrikarboksüülhape Isotsitraat e. 1-hüdroksü- isosidrunhape 1,2,3-propaantrikarboksüülhape -ketoglutaraat e. 2-oksopentaandihape -ketoglutaarhape e. -ketopentaandihape Suktsinaat e. butaandihape merevaikhape Fumaraat e. transfumaarhape buteendihape Malaat e. 2-hüdroksüõunhape butaandihape Oksalo- 2-oksobutaandihape e. atsetaat -ketobutaandihape ENERGIASAAGIS GLÜKOOSI AEROOBSEL OKSÜDATSIOONIL Energiasaagis trikarboksüülhapete tsüklis TCC üldvõrrand 3NADH = 9ATP 1FADH2 = 2ATP 1ATP Kokku: 12ATP Kuna C6H12O6 2CH3CO~SkoA, siis energiasaagis
1 IV -ketoglutaraadi osküdatiivse dekarboksüülimise tulemusel süneesitakse suktsinüül-CoA, eraldub CO 2 (väljub teine C aatom) ja toodetakse NADH. Ensüümiks on -ketoglutaraadi dehüdrogenaasne kompleks (tsitraaditsükli võtmeensüümkompleks). V Suktsinüül-CoA makroergiline tioesterside hüdrolüüsub, mille arvel toimub GDP fosforüleerimine GTP-ks ja tekib suktsinaat ensüümi suktsinüül-CoA süntetaasi vahendusel. Reaktsioon on pöörduv. See on ainus reakstioon tsitraaditsüklis, mille käigus sünteesitakse energiarikas fosfaatside. VI Suktsinaadi dehüdrogeenimine sukstinaadi dehüdrogenaasi vahendusel annab fumaraadi ja tekib FADH 2. Reaktsioon on pöörduv. VII Fumaraat hüdrateeritakse malaadiks ensüümi fumaraasi vahendusel. Reaktsioon on pöörduv.
4 prootonit. 102. Milline valguline kompleks mitokondrites kasutab prootonite kontsentratsiooni erinevuses peituvat energiat ATP sünteesiks? Kus see kompleks mitokondris paikneb? Millises mitokondri piirkonnas ATP sünteesitakse? Kuidas ATP transporditakse mitokondrist tsütosooli? ATP-süntaas. Koosneb kahest valgulisest subühikute kompleksist - F0 paikneb sisemembraanis ja F1 membraani maatriksipoolses osas. ADP/ATP-transportija abil - adeniinnukleotiid kandja. 103. Mitu prootonit kannab suktsinaat-CoQ reduktaas membraani ühelt küljelt teisele? Prootonite transport läbi sisemembraani elektronide liikumise suktsinaat-CoQ reduktaasi toimel ei toimu. Katalüüsib kahe elektroni liikumist suktsinaadilt FAD-le ja lõpuks CoQ-le 104. Milline erinevus on substraatsel ja pmf põhisel ATP sünteesil? Substraatsel fosforüleerimisel tekib 2 ATPd, pmf põhisel ATP sünteesil 28 ATPd Substraatne ei kasuta prootongradiendi energiat. 105
Elektronide pumpamine maatriksist membraanidevahelisse ruumi toimub kompleksides I, III ja IV. Väljapumbatud prootonid liiguvad tagasi mitokondri maatriksisse läbi ATP süntaasi, kus prootonite spontaanne liikumine kontsentratsiooni gradiendi alanemise suunas on ATP sünteesi käimapanevaks jõuks. Enamus elektronide ülekandeahela komponente on integraalsed mitokondri sisemembraani valgud, ent lisaks on olulised järgmised redoksreaktsioonides osalevad molekulid: -NADH ja suktsinaat on lahustunud kujul mitokondri maatriksis. -CoQ on väike mobiilne elektronide kandja, mis vahendab elektrone primaarsete dehüdrogenaaside ja kompleksi III tsütokroomi b vahel. CoQ on seotud membraani lipiidse faasiga tänu hüdrofoobsele molekuli iseloomule. -Tsütokroom c on perifeerne membraanivalk, mis on seotud mitokondri sisemembraaniga tsütosooli poolel. ATP kui makroergilise ühendi süntees toimub NADH ja FADH2 energia arvel.
Prootoneid on rohkem mitokondri membraanide vahelises ruumis (sisemembraani seinal), mis ATP sünteesil liiguvad sisemembraani seinast läbi maatriksisse. pmf = - [(RT/F) * ΔpH] = - 59 ΔpH R – gaasikonstant 8,315 J/(kraad mool) T – temperatuur Kelvini kraadides F – Faraday konstant (96.5 kJV-1mol-1) - membraanipotentsiaal Kuidas mitokondrites pmf tekib? Kui palju prootoneid transporditakse 2 elektroni liikumisel hapnikule? Kõik mtETA kompleksid va suktsinaat-CoQ reduktaasne kompleks, funktsioneerivad ka kui prootonite transportijad mitokondri maatriksist membraanidevahelisse ruumi. Elektroni seostumine/eraldumine muudab valguliste komplekside konformatsiooni rohkem/vähem afiinseks prootonite suhtes. Iga elektronpaari liikumisel hapnikule transporditakse 4 prootonit membraanide vahelisse ruumi. Milline valguline kompleks mitokondrites kasutab prootonite kontsentratsiooni erinevuses peituvat energiat ATP sünteesiks?
sünteesil liiguvad sisemembraani seinast läbi maatriksisse. pmf = - [(RT/F) * pH] = - 59 pH R gaasikonstant 8,315 J/(kraad mool) T temperatuur Kelvini kraadides F Faraday konstant (96.5 kJV-1mol-1) - membraanipotentsiaal 20 8. Kuidas mitokondrites pmf tekib? Kui palju prootoneid transporditakse 2 elektroni liikumisel hapnikule? Kõik mtETA kompleksid va suktsinaat-CoQ reduktaasne kompleks, funktsioneerivad ka kui prootonite transportijad mitokondri maatriksist membraanidevahelisse ruumi. Elektroni seostumine/eraldumine muudab valguliste komplekside konformatsiooni rohkem/vähem afiinseks prootonite suhtes. Iga elektronpaari liikumisel hapnikule transporditakse 4 prootonit membraanide vahelisse ruumi. 9. Milline valguline kompleks mitokondrites kasutab prootonite kontsentratsiooni erinevuses peituvat energiat ATP sünteesiks
elukeemiale, kuna neil on võime moodustada kovalentseid sidemeid elektronpaaride jagamise teel. Bioloogilised makromolekulid: valgud, nukleiinhapped, polüsahhariidid, lipiidid. Kovalentsete sidemete abil lihtsatest molekulidest konstrueeritud biomolekul. - Molekulaarne hierarhia rakus: Anorgaanilised eellased (CO2, H2O, NH3, N2 NO3 ) > metaboliidid (püruvaat, tsitraat, suktsinaat) > monomeersed ehituskivid (aminohapped, nukleotiidid, monosahhariidid, rasvhapped, glütserool) > makromolekulid (vt ülalt) > supramolekulaarsed kompleksid (ribosoomid, tsütoskelett) > organellid (tuum, mitokondrid, kloroplastid). Struktuuriline hierarhia eluslooduses: molekul (lihtaine või ühendi väikseim osake) > makromolekul (vt ülalt def.) > organell
Selgitage a) kuidas seda reaktsioonitsüklit nimetatakse Glüoksülaadi tsükli kaudu sünteesivad taimed glükoosi molekule atsetüül-CoA baasil. b) milline on tsükli nime andnud intermediaadi struktuurivalem c) millistes rakuorganellides reaktsioonitsükkel toimub Reaktsioonitsükkel toimub glükosoomides ning kolm reaktsiooni/ensüümi (suktsinaadi dehüdrogenaas, fumaraas ja malaadi dehüdrogenaas laenatakse mitokondritelt, glutamaat ja suktsinaat liiguvad mitokondritesse ning -ketoglurataar ja aspartaat lähevad glüoksüsoomi). d) millises taime arenguetapis on vaadeldaval tsüklil oluline roll Seemne idanemise ajal, kui fotosüntees pole veel piisav. TRIKARBOKSÜÜLHAPETE TSÜKKEL (TCA e. TKT) TCA SEOSED TEISTE AINEVAHETUSRADADEGA 1. Andke seletus järgmistele mõistetele: a. multiensüümkompleks- funktsionaalne kompleks, mis tekib valkude(ensüümide)
3.1. Vitamiin A Peamised A vitamiini osad toidulisandites on retinüülpalmitaat ja retinüülatsetaat. Samuti on ka beeta-karoteen peamine A-vitamiini allikas toidulisandites, kas siis eraldi või kombineerituna retinooliga. (Eperjesi 2006:75) 3.2. Vitamiin E Sünteetilistel topoferoolidel ei ole sama bioloogiline potentsiaal kui naturaalselt esineval ühendil. Selle isomeeri biosaadavus on on kehas suurim. Topoferooli toidulisandid on saadaval estrite kujul, topoferooli suktsinaat ja topoferoolatsetaat. (Eperjesi 2006: 77) 3.3. Vitamiin C Silmas sisaldub C-vitamiini umbes 10-50 korda rohkem kui plasmas. Tal on hulgaliselt funktsioone, kuid silmadele on see tähtis kuna tagab antioksüdantse kaitse valgusest tekitatud vabade radikaalide vastu erinevates silma vedelikes ja kudedes, kaasates läätse, sarvkesta, klaaskeha ja reetina. Naturaalsed ja sünteetilised L-askorbiinhapped on keemiliselt identsed ja seal ei ole erinevusi nende bioloogilises tegevuses või
17 (näit. südamelihase rakus on mitokondrid tihedalt pakitud müofibrillide vahele, spermis aga ümbritsevad nad viburi basaalset osa. Prootonite gradiendina akumuleeritud energiat kasutatakse ka Pi ja ADP transpordiksmitokondri maatriksisse ning ATP ekspordiks tsütosooli. 10.)Mitu prootonit kannab suktsinaat-CoQ reduktaas membraani ühelt küljelt teisele? Suktsinaat-CoQ reduktaasne kompleks katalüüsib kahe e- liikumist suktsinaadilt FAD-le ja lõpuks CoQ-le. (shoot me) 11.)Milline erinevus on substraatsel ja pmf põhisel ATP sünteesil? Glükolüüsi protsessis toimuv ATP süntees erineb ATP sünteesist mitokondrites ja kloroplastides (ei osale prootonite kontsentratsiooni gradient kahel pool membraani) ja kannab nime substraatne fosforüülumine (substraadi oksüdeerumine ja kõrge energiaga sidet omava vaheühendi kasutamine ATP sünteesiks)
glükonaadi lagundamiseks. Rajas on 2 esüümi, 6-fosfoglükonaadi dehüdrataas, mis on kodeeritud geeni edd poolt ja 2-keto-3-deoxy-6-fosfoglükonaadi (KDPG) aldolaas, mis on kodeeritud eda geeni poolt. E. coli's on dehüdrataasi aktiivsus glükoosil detekteerimatu ning on indutseeritud ainult glükonaadi juuresolekul. Pseudomonas'e rakkudes püsib cAMP tase konstantsena sõltumata C-allikast. Kataboliitset repressiooni kutsuvad esile hoopis orgaanilised happed nagu TCA vaheühendid suktsinaat ja tsitraat. Glükoneogenees Bakterite kasvamisel n.ö. vaesematel C-allikatel nagu näiteks L-malaat, suktsinaat, atsetaat või glütserool on vaja sünteesida heksoose. Heksoose vajatakse rakukesta komponentide sünteesiks, säilitusaine glükogeeni tootmiseks ja riboos 5-fosfaadi sünteesiks, mis omakorda on aluseks nukleiinhapete biosünteesil. Heksoosi süntees toimub püruvaadist glükoneogeneesi teel, kus EMP glükolüütiline rada on pandud vastupidi tööle
Molekulaarne hierarhia rakus ja struktuuriline hierarhia eluslooduses. Keemiliste reaktsioonide põhitüübid rakkudes. Bioelemendid: C, H, N, O, P, S moodustavad 99% kõikidest aatomitest inimkehas. Moodustavad tugevaid kovalentseid sidemeid. Makromolekulid valgud (30-70%), RNA (10-20%), DNA (2-5%), polüsahhariidid (1-20%), lipiidid (1-20%) Molekulaarne hierarhia rakus: I Anorgaanilised eellased - CO2, H20, NH3, N2, NO3 II Metaboliidid püruvaat, tsitraat, suktsinaat III Monomeersed ehituskivid aminohapped, nukleotiidid, monosahhariidid, rasvhapped IV Makromolekulid valgud, nukleiinhapped, polüsahhariidid, lipiidid V Supramolekulaarsed kompleksid ribosoomid, tsütoskelett jne VI Organellid tuum, mitokondrid, kloroplastid, EPR, Golgi kompleks Organisatsioonilised tasandid eluslooduses: Molekul lihtsaine või ühendi väikseim, iseseisvalt eksisteeriv osake
Need geenid on analoogilised K. pneumoniae nifF ja nifLJ geenidele, mis kodeerivad samuti elektronide transpordi süsteemi. fixNOQP geenid kodeerivad membraanseoselist tsütokroomi oksüdaasi, mis osaleb bakterioidi-spetsiifilises hingamisahelas, võimaldades hingamist madalal hapniku kontsentratsioonil. nif ja fix geenide derepressiooniga koordineeritult avaldub dctA (dikarboksülaadi transport), mis kodeerib permeaasi. Permeaas transpordib dikarboksüülhappeid nagu näiteks suktsinaat, malaat ja fumaraat lämmastikku fikseerivatesse bakterioididesse. Need ühendid on energiaallikaks lämmastiku fikseerimisel, kus kulub palju ATP-d. TCA tsükli ensüümid töötavad bakterioidis täie võimsusega. Sel ajal, kui nif, fix ja dct geenid avalduvad, on ammooniumi assimileerimine represseeritud. Tänu sellele saab taimerakk omastada suurema osa fikseeritud lämmastikust. nif ja fix geenide regulatsioon Rhizobium'is
Bakterid kes moodustavad käärimisel formiaati, moodustavad ka paljusid teisi happeid. Seetõttu aga et formiaati teistes käärimisradades ei esine, nim seda hapete segu tekitavat käärimist formiaatkäärimiseks. 23 See käärimine on iseloomulik enterobakteritele. Enterobakterid on GN, fakultatiivsed anaeroobid. Saavad energiat kas kääritamisest, aeroobsest või anaeroobsest hingamisest. Fekaalse reostuse indikaatorid. Enterobakteriaalsel käärimisel moodustuvad: laktaat, formiaat, suktsinaat, etanool, atsetaat, 2,3- butaandiool, CO2, H2. Suhkruid lagundatakse glükolüüsirajas. Produktide tekkel on võtmepositsioonil püruvaat, millest moodustuvad käärimisproduktid. Püruvaat võib enterobakteritel metabooluda 4 moel: 1) Redutseeruda piimhappe tekkega 2) Laguneda Pyrformiaatlüaasi reaktsioonis formiaadiks ja AcCoA-ks. 3) PEP võib karboksüüluda oksaalatsetaadiks ja viidakse üle suktsinaadiks. Osaleb membraanne forforüülimine.
- + NADH + H - - O suktsinaat O fumaraat Pärisuunaline on suktsinaadi dehüdrogenaas, vastassuunaline on fumaraadi reduktaas. Dihüdrofolaadi reduktaas H H
erinevusest (E). Neid reaktsioone katalüüsivad tsütoplasmamembraani seoselised kompleksid, mis kasutavad elektronide doonori ja aktseptori energiaerinevusi prootongradiendi tekitamiseks kahele poole membraani. Prootongradient koos elektrilise potentsiaaliga moodustavad prootonite liikumapaneva jõu (PMF-i), mida kasutatakse ATP sünteesiks ATP-süntaasi abil. Hingamisahela esimeseks komponendiks on dehüdrogenaas, mis võtab substraadilt (NADH, suktsinaat, laktaat jne) elektronid ning kannab need üle vaheühendile kinoonile. Hingamisahela viimane komponent on oksüdaas, mis kannab elektroni lõppakseptorile, mis redutseerib molekulaarse hapniku või mõne muu elektronide aktseptori. ETS koosneb heemi sisaldavatest komponentidest (tsütokroomid), raud-väävel klastriga ensüümidest, flavoproteiinidest (sisaldab FMN-i) ja kinoonidest. Sõltuvalt kasvutingimustest, elektronide akseptorite olemasolust ning
annaabi.ee 
