1. Molekulaarbioloogiatsentraalne dogma ning raku ainevahetus
Kaspar Valgepea (P.-J.Lahtvee mod.ettekanne)

2. Tsentraalne dogma

3. DNA replikatsioon
…raku pärilikkusaine ehk DNA kahekordistamine raku paljundamise eesmärgil
Ühest kaksikahelalisest DNA-st (dsDNA) saadakse semikonservatiivse replikatsiooni tulemusena kaks identset DNA molekuli - tagatakse identse geneetilise infoga tütarrakkude teke!

4. Semiconservative-Replication in Prokaryote
DNA replikatsioon
Semiconservative-Replication in Prokaryote
DNA replikatsioon

5. …ehk komplementaarse RNA süntees DNA järjestusest
Transkriptsioon
…ehk komplementaarse RNA süntees DNA järjestusest
Thymine (T) asendatakse uracil’iga (U)
DNA-d loetakse 3’»5’ suunas (nagu ka DNA replikatsioonil)
aga ainult ühelt ahelalt kuna RNA on üheahelaline (see väldib Okazaki fragmentide tekke vajadust)
DNA pealt RNA-ks transkribeeritud lõiku nim. transcription unit’ks, mis kodeerib vähemalt ühte geeni

6. Transkriptsioon
Kui transkribeeritud geen kodeerib valku, siis nim. tekkinud “ühikut” mRNA-ks (millest luuakse hiljem translatsioonil valk)
Alternatiivselt võib transkibeeritud geen kodeerida rRNA-d, tRNA-d, ribosüüme või teisi valgutootmisega seonduvaid komponente
Transkriptsioon

7. …ehk valgu süntees mRNA järjestuselt
Translatsioon
…ehk valgu süntees mRNA järjestuselt
Translatsiooni käigus toodetakse aminohapete ahel, polüpeptiid, mis hiljem “pakkub” aktviiseks valguks
Translatsiooni viib läbi ribosoom (bakteri puhul 70S, mis koosneb omakorda väiksest (30S) ja suurest (50S) subunit’ist)
Väike subunit’i moodustab 21-le valgule kinnituv 16S RNA subunit (1540nt)
Suure subunit’i moodustavad 5S RNA (120nt), 23S RNA (2900nt) ning 34 valku

8. Translatsioon
Ribosoom “tõlgib” mRNA info valguks läbi vastavatele mRNA-dele komplementaarsete antikoodonitega tRNA-de kinnitumise indutseerimise
mRNA ribonukleotiidne info loetakse triplettidena mida kutsutakse ka koodoniteks - iga koodon kodeerib mingit kindlat aminohapet
tRNA-d transpordivad ribosoomi mRNA tripletile komplemen-taarse antikoodonitega aminohappe
Translatsioon
Translatsioon vol.2

9. Miks seda kõike vaja on?

11. jaguneb kahte kategooriasse:
Metabolism…
…on komplekt keemilisi reaktsioone, mis pidevalt leiavad aset elus- organismides selleks, et säilitada elu.
Need protsessid lubavad organismil kasvada ja paljuneda, säilitada nende struktuur ning kohaneda erinevatel keskkonna tingimustel.
METABOLISM
jaguneb kahte kategooriasse:
KATABOLISM ANABOLISM

12. Katabolism vs Anabolism
Lõhutakse suured molekulid (polümeerid) väiksemateks ühikuteks, et saada energiat.
ANABOLISM
Komplekt metaboolseid radu, mis moodustavad väiksematest ühikutest suuremaid molekule. Need reaktsioonid vajavad energiat.
Peamine metaboolne energia kandja on adenosiintrifosfaat (ATP).

13. Ainete transport

14. Termodünaamika
Energia – võime teha tööd, mis tähendab liigutada “ainet” mõjuvate jõududele vastas-suunas (nt vastu gravitatsiooni)
Kineetiline energia – liikumise energia.
Potentsiaalne energia – salvestatud energia, millega on võimalik teha tööd
Termodünaamika – teadus energia muutumisest
Termodünaamika esimene seadus - energia ei teki ega kao, ta võib vaid muunduda ühest liigist teise ning kanduda ühelt kehalt teisele
- s.t universumi kogu-energia on jääv
Termodünaamika teine seadus - Isoleeritud süsteemis kulgevad kõik protsessid entroopia kasvu suunas
- Esineb pidev trend juhuslikkuse (kaose) suunas
- Energiat tuleb kulutada, et säilitada korda – see energia kulutamine aga toodab soojust, mis aga suurendab entroopiat kusagil mujal
Vaba energia – kogus süsteemi energiat, mida saab kasutada tööks
- Seda kutsutakse “vabaks” energiaks, kuna sellega saab teha tööd, mitte, et süsteem ei oleks kulutanud energiat selle saamiseks

15. Energia kandjad
ATP
NAD+

16. Ensüümid ja keemilised reaktsioonid
Ensüümid on valgulised keemilised agendid, mis muudavad rektsiooni seisundit, samas reaktsioonis neid ei tarbita
۷ Ka RNA molekulid võivad omada ensümaatilisi effekte, kuid 99% kõikidest ensüümidest on valgulise koostisega
۷ Nad ei tee võimatut – nad ainult kiirendavad reaktsioone
۷ Reaktsioonis neid ei tarbita
۷ Nad töötavad mõlema- (edasi- ja ka tagasi-) suunalistes reaktsioonides
۷ Nad on kõrgelt selektiivsed

17. Metabolismi skeem Põhikomponendid: Glükolüüsi rada
Pentoosfosfaattsükkel
Krebsi tsükkel
Hingamisahel

19. Metabolismi skeem Põhikomponendid: Glükolüüsi rada
Pentoosfosfaattsükkel
Krebsi tsükkel
Hingamisahel

20. Glükolüüsi rada Eesmärk: lõhkuda glükoos kaheks püruvaadiks
Glüko = suhkur; lüüs = lõhkumine
Eesmärk: lõhkuda glükoos kaheks püruvaadiks
Kes kasutab: kõik elusolendid
Kus: tsütoplasmas
Glükolüüsi käigus toodetakse 1 glc molekuli kohta 4 ATP-d ja 2 NADH-d, kuid tarbitakse 2 ATP-d, seega glükolüüsi bilanss on
2 ATP-d ja 2 NADH-d

21. Glükolüüsi rada Glükolüüs Etapp
Glükoos (6C) lõhutakse Glütseeraldehüüd-3P (3C)
Sellega kulutatakse 2 ATP-d
2. Etapp
2x 3PGA (3C) iiiomuudetakse 2x iiiopüruvaadiks
Sellega kaasneb 4x iiioATP ja 2x NADH teke
Summarne ATP iiiotootlikkus glükolüüsi iiiorajal on 2x ATP
Glükolüüs

22. Metabolismi skeem Põhikomponendid: Glükolüüsi rada
Pentoosfosfaattsükkel
Krebsi tsükkel
Hingamisahel

23. Pentoosfosfaadi rada
Pentoosfosfaadi (PF) rada leiab aset raku tsütosoolis ning selle käigus toodetakse NADPH ja sünteesitakse pentoos-suhkruid (5C).
PF rajal on kaks eristatavat faasi:
esimene on oküdatiivne faas, kus toodetakse NADPH
teine on mitte-oksüdatiivne, kus sünteesitakse erinevaid 5-süsinikulisi suhkruid. See rada on ka alternatiiv glükolüüsile. Kuna PF rada hõlmab endas glükoosi oksüdeerimist, on tema primaarne roll pigem anaboolne kui kataboolne
PF raja primaarne funktsioon on:
To generate reducing equivalents, in the form of NADPH, for reductive biosynthesis reactions within cells.
To provide the cell with ribose-5-phosphate (R5P) for the synthesis of the nucleotides and nucleic acids.

24. Pentoosfosfaadi rada (PPP)
Oksüdatiivne rada
Üldine reaktsioon:
Glucose 6-phosphate + 2 NADP+ + H2O → ribulose 5-phosphate + 2 NADPH + 2 H+ + CO2

25. Pentoosfosfaadi rada (PPP)
Mitte-oksüdatiivne rada

26. Metabolismi skeem Põhikomponendid: Glükolüüsi rada
Pentoosfosfaattsükkel
Krebsi tsükkel
Hingamisahel

27. Krebsi (TCA) tsükkel (1)
Eesmärk: püruvaadi suunamine Krebs’i tsüklisse, toodetakse ATP, NADH ja FADH2
Kus: tsütoplasmas
Koosneb kahest astmest
- Püruvaadist Atsetüül CoA süntees
- Krebs’i tsükkel
Krebs’i tsüklis kõik süsinikud (C), vesinikud (H) ja hapnikud (O), mis tulevad püruvaadist muudetakse CO2 ja H2O-ks
Krebs’i tsükkel koos Ace CoA sünteesiga toodab kokku 2 ATP-d, 8 NADH-d ja 2FADH2-te ühe glükoosi molekuli kohta

28. Püruvaadist Atsetüül CoA süntees, et siseneda Krebs’i tsüklisse
PYR -> Ace CoA
Püruvaadist Atsetüül CoA süntees, et siseneda Krebs’i tsüklisse
Toodetakse 2x NADH
Vabaneb 2x CO2

29. Krebsi (TCA) tsükkel (2)
Toodetakse:
6 NADH
2 FADH2
2 ATP
Vabaneb:
4 CO2
TCA tsükkel

30. Glükoosi oksüdeerimise kokkuvõte
Iga glükoosi molekuli kohta, mis siseneb Krebsi tsüklisse (kaasa arvatud püruvaadist Atsetüül CoA süntees), süsteemi kogu-toodang on:
8 NADH 2 FADH2 2 ATP 6 CO2
Meeldetuletuseks: glükolüüsi käigus toodetakse 2 ATP ja 2 NADH, seega kogu-toodang selle hetkeni on 4 ATP, 2 FADH2 ja 10 NADH.

31. Metabolismi skeem Põhikomponendid: Glükolüüsi rada
Pentoosfosfaattsükkel
Krebsi tsükkel
Hingamisahel

32. Elektron transpordi teel fosforüleerimine (Hingamisahel)
Eesmärk: lagundades NADH ja FADH2, pumbatakse H+ ioonid rakust välja
Selle reaktsiooni käigus ETS (elektronide transpordi süsteem) tekitab gradiendi, mida kasutatakse ATP tootmiseks
Elektroni transport läbi fosforüleerimise toodetakse reeglina 32 ATP-d
ATP-d toodetakse, kui H+ ioon liigub tänu kontsentratsiooni gradiendile läbi ensüümi ATP-süntaas rakku
ETC ATP synthase

33. Kogu energia tootmine aeroobsel hingamisel
Glükolüüs: 2 ATP
Krebs’i tsükkel: 2 ATP
Elektron transpordi teel fosforüleerimine: 32 ATP
Iga NADH, mis toodetakse GLÜKOLÜÜSIS on võrdne 2 ATP-d (2 x 2 = 4) – NADH on väärt 3 ATP-d, kuid NADH transpordil mitokondrisse kulutatakse 1 ATP, seega summaarselt toodetakse glükolüüsi rajal 2 ATP-d iga NADH kohta
Iga NADH, mis toodetakse püruvaadi sünteesil Atsetüül CoA-ks ja Krebsi tsüklis on väärt 3 ATP-d (8 x 3 = 24)
Iga FADH2 on väärt 2 ATP-d (2 x 2 = 4)
= 32
Kogu energia tootmine: 36 ATP!
36 ATP-d toodetakse siiski vaid ideaaljuhul ning päris-elus esineb erinevaid kadusid

34. Kogu energia tootmine aeroobsel hingamisel
Energia saagis:
Glükoos: 686 kcal/mol
ATP: 7.5 kcal/mol
Mis on aeroobse hingamise efektiivsus?
7.5 x 36 = 270 kcal/mol saadakse kogu ATP tootmisest
270 / 686 = 39% energiat taastatakse aeroobse hingamise käigus

35. Anaeroobne hingamine Eesmärk: kulutada püruvaati, samas toota NAD+
Kus: tsütoplasmas
Miks: hapniku puudumisel on see ainuke võimalus toota NAD+ ja ATP-d
- 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

36. Anaeroobne hingamine
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 produkt – laktaat – on toksiline nii imetajatele kui ka bakteritele

37. Beta-oksüdeerimine
Rasvad koosnevad glütserooli “selgroost” ning ühest, kahest või kolmest sellele kinnitunud rasvhappest
Glütserool muudetakse Glütseeraldehüüd-fosfaadiks (GAP), mis sineneb vaheühendina glükolüüsi rajale
Rasvhapped lagundatakse kahe-süsinikulisteks ühenditeks ning seejärel sünteesitakse neist atsetüül CoA.
Kaheksa-süsinikuline rasvhape võib seega toota 4 atsetüül CoA-d
Iga atsetüül CoA on väärt 12 ATP-d (3 NADP, 1 FADH2, 1 ATP)
Seega 8C pikkune rasvhape on väärt 48 ATP-d, rasv, mis koosneb kolmest glütseroolile kinnitunud ahelast oleks seega väärt juba 144 ATP-d!

38. Alternatiivsed kasutusalad Glükolüüsi ja Krebsi tsüklisse sisenevatele molekulidele
- Mitte kõik molekulid, mis sisenevad Glükolüüsi rajale ning Krebsi tsüklisse ei muudeta energiaks
- Osa kasutatakse ka selleks, et sünteesida rasvu, nukleotiide, amino happeid ning teisi bioloogiliselt olulisi molekule

39. Huvitavaid loenguid ja videosid