Atsetüülkoensüüm A ehk atsetüül-CoA on paljudes organismi biokeemilistes reaktsioonides (eriti ainevahetuses) osalev molekul. Atsetüül-CoA peamine ülesanne on süsinikuaatomite toomine atsetüül-grupina (CH3CO-) tsitraaditsüklisse, kus seda energia saamiseks oksüdeeritakse.
Atsetüül-CoA mängib olulist rolli ka rasvhapete ja kolesterooli sünteesis ning lõhustamises.
Transkriptsioon on matriitssüntees, mille käigus sünteesitakse DNA molekuli ühe ahela nukleotiidse järjestusega komplementaarne RNA molekul.
Protsess toimub rakutuumas interfaasi ajal. Seda viib läbi ensüüm RNA-polümeraas, mis peab transkriptsiooni alustamiseks seostuma vastava geeni algusosaga. DNA nukleotiidset järjestust, millega ensüüm peab sünteesi alustamiseks ühinema, nimetatakse promootoriks. Transkriptsiooni käigus keeratakse DNA biheeliks järk-järgult lahti ning sünteesitakse ühe ahela teatava lõiguga komplementaarne RNA molekul. RNA süntees lõpeb, kui polümeraas jõuab DNA piirkonnani, mida nimetatakse terminaatoriks (geeni lõpp). Seal eraldub ensüüm DNA molekulist, mille järgselt taastub DNA endine kaksikspiraalne kuju ning sünteesitud RNA liigub läbi tuumamembraani pooride tsütoplasmasse. Transkriptsiooni produktiks on RNA ahel, milles tümiini (T) nukleotiidid on asendatud uratsiiliga (U). Kuna RNA koostises on lämmastikalus tümiin asendunud uratsiiliga, rakendub transkriptsioonil alljärgnev komplementaarsus.
| DNA monomeer | RNA monomeer |
|---|---|
| adenosiinfosfaat A | uridiinfosfaat U |
| tümidiinfosfaat T | adenosiinfosfaat A |
| tsütidiinfosfaat C | guaniinfosfaat G |
| guaniinfosfaat G | tsütidiinfosfaat C |
Transkriptsiooni võib käsitleda 4 või 5 etapina.
Transkriptsioon on esimene etapp, mis on geenide avaldumise peamiseks regulatsiooni tasemeks. DNA osa, mida transkribeeritakse RNA molekuliks, nimetatakse transkriptsiooni ühikuks ja see kodeerib vähemalt ühte geeni. Kui geen, mida transkribeeritakse, kodeerib valku, on transkriptsiooni tulemuseks informatsiooni-RNA (inglise k messenger RNA) ehk mRNA, mida kasutatakse seejärel valgu sünteesiks, tuntud ka translatsiooni nime all. Alternatiivselt võib transkribeeritud geen kodeerida ribosomaalset RNA-d (rRNA) või transpordi RNA-d (tRNA), mis on mõlemad vastavalt valgu kokkupanekuprotsessi või teiste ribosoomide osadeks.
DNA transkriptsiooni ühik, mis kodeerib valku, sisaldab peale otse valku transleeritava järjestuse (kodeeriva järjestuse) ka regulatoorseid järjestusi, mis juhivad ja reguleerivad seda valgusünteesi. Transkripti 5'-poolsed järjestused on ülesvoolu (ingl. k upstream) ja 3'-poolsed järjestused allavoolu (ingl. k downstream) RNA järjestused. Enne kodeerivat järjestust (upstream) asuvat regulatoorset järjestust nimetatakse viis prim mittetransleeritavaks regiooniks (5'UTR) ja järjestust, mis järgneb kodeerivale osale (downstream), nimetatakse kolm prim mittetransleeritavaks regiooniks (3'UTR) (inglise k untranslated region).
Transkriptsioonil on ka mõned korrektuuri (inglise keeles proofreading) mehhanismid, aga neid on vähem ja need on väiksema efektiivsusega kui DNA replikatsiooni proofreading-mehhanismid; seega on transkriptsioon ebatäpsem kui DNA replikatsioon.
Nagu DNA replikatsioonil, loetakse ka transkriptsioonil DNA-d 3'→5' suunas. Samaaegselt luuakse komplementaarset RNA-d 5'→3' suunas. See tähendab, et 5' ots sünteesitakse esimesena. Olgugi et DNA on topeltheeliks, milles on kaks antiparalleelset ahelat, kasutatakse transkriptsiooniks ainult ühte kahest ahelast. Kasutatavat ahelat nimetatakse ka matriitsahelaks. Ainult ühe ahela kasutamine on põhjustatud sellest, et RNA on vastupidi DNA-le enamikus organismides üheahelaline. DNA ahelat, mida transkriptsioonil ei kasutata, nimetatakse kodeerivaks ahelaks, sest selle järjestus on identne äsja sünteesitud RNA transkriptiga (välja arvatud uratsiili ja tümiini asendus). Kasutades ainult 3'→5' ahelat, eemaldatakse vajadus Okazaki fragmentide järele, mis tekivad DNA replikatsioonil.
Transkriptsioon on jagatud viieks etapiks: eelinitsiatsioon (pre-initsiatsioon), initsiatsioon, promootori vabastamine, elongatsioon ja terminatsioon.
Eukarüootides vajab RNA polümeraas ja tänu sellele ka transkriptsiooni initsiatsioon DNA promootori järjestuse olemasolu. Promootorid on DNA regioonid, alguskohad, tänu millele algab transkriptsioon ja mis asuvad eukarüootides 30, 75 ja 90 aluspaari enne transkriptsiooni alguskohta. Promootoris olevad järjestused on transkriptsiooni initsiatsiooni jaoks hädavajalikud. Enne kui süntees algab, peab RNA polümeraas seonduma DNA kindla piirkonnaga, mida kutsutakse geeni promootoriks. Seondumine toimub kindlate transkriptsioonifaktorite juuresolekul. Lisafaktorid, mis aitavad RNA polümeraasil seonduda, ei osale hilisemal ahela pikendamisel (elongatsioonil).
Kõige rohkem iseloomustatud promootori tüüp on eukarüootides lühike DNA järjestus, mida nimetatakse TATA järjestuseks, mis asub 25–30 aluspaari enne transkriptsiooni alguskohta (upstream). TATA järjestus on TATA-seonduvale valgule (inglise k TATA-binding protein (TBP)) seondumiskohaks. TBP on ise alaühikuks teisele transkriptsioonifaktorile, Transkriptsioonifaktor II D'le (TFIID). Pärast TFIID seondumist TATA järjestusele, läbi TBP, ühinevad TATA järjestuse ümber veel viis transkriptsioonifaktorit ja RNA polümeraas. Tekkivat kompleksi nimetatakse preinitsiatsiooni kompleksiks. Ühel transkriptsiooni faktoril, DNA helikaasil, on helikaasne aktiivsus ning on seetõttu seotud kaheahelalise DNA ahelate eraldamisega, tagamaks ligipääsu üheahelalisele matriits DNA-le. Teised valgud, aktivaatorid ja repressorid vastutavad koos erinevate seotud koaktivaatorite või korepressoritega transkriptsiooni moduleerimise taseme eest.
Seega sisaldab preinitsiatsiooni kompleks
Arhede transkriptsiooni preinitsiatsiooni põhiolemus sarnaneb eukarüootide omaga, ent pole nii keeruline. Arhede preinitsiatsiooni kompleks seostub TATA järjestuse seondumissaidiga; ometi koosneb arhede kompleks ainult RNA polümeraasist II, TBPst ja TFB (homoloog eukarüootide transkriptsioonifaktor II B'le(TFIIB)).
Bakterites algab transkriptsioon RNA polümeraasi seondumisega DNA promootorile. RNA polümeraas on tuumikensüüm (tuumikensüüm koosneb ensüümi allüksustest, mida on vaja katalüütiliseks aktiivsuseks), mis koosneb viiest alaühikust: 2 α alaühikut, 1 β alaühik, 1 β' alaühik ja 1 ω alaühik. Initsiatsiooni alguses on tuumikensüüm ühendatud sigma faktoriga, mis aitab leida õiged −35 ja −10 aluspaarid allpool (downstream) promootorjärjestust.
Eukarüootides on transkriptsiooni initsiatsioon keerulisem. Eukarüootne RNA polümeraas ei tunne otseselt tuumikpromootorjärjestust ära. Selle asemel vahendavad transkriptsioonifaktorid RNA polümeraasi seondumist ja transkriptsiooni initsiatsiooni. Alles pärast kindla transkriptsioonifaktori ühendumist promootorjärjestusele seondub RNA polümeraas sellele. Täielik kogum, mis seondub promootorile, moodustades transkriptsiooni initsiatsiooni kompleksi, koosneb transkriptsioonifaktoritest ja RNA polümeraasist. Arhede transkriptsiooni domeen sarnaneb eukarüootide omaga.
Pärast esimese sideme sünteesimist peab RNA polümeraas promootori vabastama. Selle aja jooksul moodustatakse lühikesi, 2–8-ribonukleotiidilisi ahelaid, mis vabanevad. Seda protsessi nimetatakse abortiivseks initsiatsiooniks ja on tavaline nii eukarüootides kui ka prokarüootides. Nurjunud initsiatsioon ilmneb senikaua, kuni σ-faktor paigutub ümber, mille tulemuseks on transkriptsiooni elongatsiooni kompleks (see annab 35 aluspaari suuruse liikuva jälje). σ-faktor vabastatakse enne, kui mRNA-st on 80 nukleotiidi sünteesitud. Kui transkriptist on sünteesitud umbes 23 nukleotiidi, ei libise see enam ja elongatsioon võib alata. See, nagu ka paljud teised transkriptsiooni osad, on energiat tarbiv protsess, kasutades energiaks adenosiintrifosfaadi (ATP) hüdrolüüsil vabanevat energiat.
Promootori vabastamine prokarüootides langeb kokku eukarüootide RNA polümeraasi karboksüülterminaalse (C-terminaalse) otsa 5. seriini fosforüülimisega, mida viib läbi TFIIH.
Ühte DNA ahelat, matriitsahelat, kasutatakse RNA sünteesi "šablooniks". Samal ajal kui transkriptsioon jätkub, kasutab RNA polümeraas aluspaaride komplementaarsust DNA matriitsahelaga, et luua RNA koopia. RNA polümeraas sünteesib uut RNA ahelat 5'→3' suunas, mille tulemusel tekib täpne koopia kodeeritud ahelast. Ainuke vahe seisneb selles, et tümiinid on asendunud uratsiilidega ja nukleotiidid koosnevad riboosidest (5-süsinikku), samal ajal kui DNA nukleotiididel on desoksüriboosid (võrreldes riboosiga puudub 2' hüdroksüülrühm).
Erinevalt DNA replikatsioonist, võib mRNA transkriptsioonil osaleda mitu RNA polümeraasi ühel DNA ahelal ja toimuda võib mitu transkriptsiooni korraga, seega on võimalik ühelt geenikoopialt toota kiiresti mitu mRNA molekuli.
Elongatsioon sisaldab ka proofreading-mehhanismi, mis vahetab välja valesti paardunud nukleotiidid. Eukarüootides võib see tähendada pause transkriptsiooni ajal, mis lubavad kohastel RNA-d redigeerivatel faktoritel seonduda. Need pausid võivad olla ka RNA polümeraasi kromatiini struktuurist tulenevate erinevuste pärast loomulikud.
Elongatsiooni lõppemiseks on vajalik terminatsiooni signaal, mille tulemusel transkriptsiooni kompleks dissotsieerub. Prokarüoodid kasutavad transkriptsiooni terminatsioonil kahte strateegiat: Rho-sõltuv või Rho-sõltumatu terminatsioon. Rho-sõltumatu terminatsiooni puhul lõpeb RNA transkriptsioon siis, kui värskelt sünteesitud RNA molekul moodustab G-C-rikka juuksenõelstruktuuri, millele järgneb uratsiili jääkide rida. Kui juuksenõelstruktuur moodustub, lõhutakse mehaanilise surve tõttu nõrgad U-A sidemed, mis moodustuvad DNA-RNA hübriidi vahel. See aga tõmbab polü-U transkripti RNA polümeraasi aktiivsaidist välja, põhjustades transkriptsiooni termineerimise. Rho-sõltuvatute terminatsiooni tüübil destabiliseerivad Rho-valgud matriits-DNA ja mRNA-vahelist vastastikust mõju, mis vabastab värskelt sünteesitud mRNA elongatsiooni kompleksilt.
Eukarüootides on transkriptsiooni terminatsioonist vähem teada, aga see sisaldab uuele transkriptile polü A-de lisamist RNA uude 3' otsa ja cap struktuuri lisamist 5' otsa. Kui transkriptsi esineb introneid, siis lõigatakse need pre-mRNA-st välja.
Hüpoteesi molekulist, mis lubab geneetilist materjali vaadelda valguna, püstitasid esimesena Francois Jacob ja Jacques Monod. RNA polümeraasi poolt läbiviidav RNA süntees tuvastas in vitro mitu laborit 1965. aastaks; kuigi nende ensüümide sünteesitud RNA-l olid omadused, mis vihjasid lisafaktorile, mida oleks transkriptsiooni terminatsiooni õigeks lõpetamiseks vaja.
1972. aastal tõestas Walter Fiers esimest korda terminaalse ensüümi olemasolu.
Roger D. Kornberg sai oma "molekulaarsel tasandil eukarüootse transkriptsiooni uuringute" eest 2006. aastal Nobeli auhinna keemias.
Mõnedel viirustel (nt HIV, mis põhjustab AIDS-i) on võime transkribeerida RNA DNA-ks. HIV-l on genoomiks üheahelaline RNA, mis duplitseeritakse DNA-ks. Protsessi viib läbi RNA-sõltuv DNA polümeraas ehk Revertaas. Selle tulemusel võib DNA ühineda peremeesraku DNA genoomiga. Peamist ensüümi, mis vastutab DNA sünteesi eest, nimetatakse pöördtranskriptaasiks. HIV puhul vastutab pöördtranskriptaas viiruse RNA genoomilt komplementaarse DNA ahela (cDNA) sünteesi eest. Abiensüüm ribonukleaas H loeb RNA ahelat ja pöördtranskriptaas sünteesib komplementaarse DNA ahela, mis võtab topeltheeliksi struktuuri. See cDNA integreerub peremeesraku genoomi integraasi abiga. Integreerumise tagajärjel hakkab peremeesrakk tootma viiruse valke, mis on vajalikud uute viiruspartiklite moodustamiseks.
Mõned eukarüootsed rakud sisaldavad ensüüme, millel on pöördtranskriptaasne aktiivsus. Nendeks ensüümideks on telomeraasid, mis pikendavad lineaarseid kromosoome. DNA pikenenud otsad on olulised, sest iga kord, kui kromosoomi kahekordistatakse, lüheneb kromosoomi pikkus paari nukleotiidi võrra. Lühenemine toimub kromosoomi otstes, kus on telomeraasi sünteesitud DNA järjestus. Sellelt järjestuselt ei kodeerita ühtegi geeni ja seda on vaja ainult ülejäänud kromosoomi kaitsmiseks. Telomeraas on tihti aktiveeritud vähirakkudes, et need rakud saaksid oma genoome lõputult duplitseerida, ilma et kaotaksid vajalikke valke kodeerivaid DNA järjestusi. Telomeraasi aktiveerimine võib muuta vähirakud surematuteks. Sellegipoolest pole telomeraasi tõeline olulisus in vivo veel empiiriliselt tõestatud.
Valgusüntees ehk valgu biosüntees on valkude moodustamise protsess rakkudes, milles osalevad RNA-d ja ribosoomid.
Sageli nimetatakse valgusünteesi ka translatsiooniks või viidatakse mõiste kasutamisel vaid translatsiooni mehhanismile, kuid valgusünteesis on laiem mõiste. Tegemist on mitmeastmelise protsessiga, mis algab aminohappe sünteesist ja tuumast pärineva DNA transkriptsioonist mRNA-ks (sõnumi-RNA ehk messenger-RNA), mis on hiljem translatsiooni alginformatsiooniks. Seega on valgusüntees protsessi, milles rakud loovad ja taastoodavad valke.
Valk on oma primaarstruktuurilt polümeer, mille monomeerideks on 20 (21) aminohapet. Aminohapped on polümeeri ahelates ühendatud peptiidsidemete abil. Valgusünteesis toimub mRNA translatsioon polüpeptiidiks.
Geneetilist informatsiooni kantakse üle nukleiinhapetes, DNA-s ja RNA-s. Seda väljendatakse neljatähelise "tähestiku" abil, millega moodustatakse kolmetähelised "sõnad". Viimased transleeritakse omakorda valkudeks, mille "tähestik" on palju mahukam.
Tsistroonset DNA-d kasutatakse mitme RNA vaheühendi sünteesiks. Tsistroonne DNA on selline DNA lõik, mis kodeerib ühte ainsat polüpeptiidi ja on seega päriliku informatsiooni ühikuks. Lõppvarianti kasutatakse polüpeptiidse ahela sünteesiks. Tihti sünteesitakse valke mRNA transleerimisel. Kui mõnda valku on vaja suurtes kogustes või lühikese aja jooksul, sünteesitakse ka valgu prekursor. Eelproteiin (või proproteiin) on töövõimetu valk, mis sisaldab ühte või enam inhibitoorset peptiidi, mis aktiveeritakse posttranslatsioonilise modifikatsiooni käigus, kui eemaldatakse mitteaktiivsed järjestused. Preproteiin on valguvorm, kus esineb signaaljärjestus (N-terminaalse otsa signaaljärjestus), mis määrab selle sisenemise viisi läbi membraanide. Preproteiinid sisaldavad nii inhibitoorseid kui ka signaaljärjestusi.
Valgusünteesi käigus tuuakse tRNA molekulid, mis sisaldavad sobivaid aminohappeid, lähestikku mRNA ahelaga ning aluspaarid paarduvad omavahel, sobivad mRNA koodonid paarduvad sobivate tRNA antikoodonitega. Aminohapped liidetakse kokku peptiidsidemete abil ning vabad tRNA-d vabastatakse protsessist. Kogu protsessi viivad läbi ribosoomid, mis koosnevad kahest põhilisest RNA ahelast – rRNA-st (ribosoomi RNA) ja enam kui 50 liiki valgust. Ribosoom kinnitub mRNA otsale ning liigub piki ahelat, püüdes aminohapetega tRNA-sid, ühendades aminohappeid ja luues uusi valguahelaid.
Prokarüootide ja eukarüootide valgusüntees on erinev. Prokarüootides toimub translatsioon tsütoplasmas ning eukarüootide puhul endoplasmaatilises retiikulumis.
Transkriptsiooni käigus luuakse mRNA ahel, mille aluseks on kaksikahelalise DNA üks ahelatest. See on mRNA malliks. Transkriptsiooni võiks üldiselt jagada kolme ossa – initsiatsioon ehk algatamine, elongatsioon ehk pikendamine ja terminatsioon ehk lõpetamine. Transkriptsiooni faktorid ja kofaktivaatorid reguleerivad kõiki kolme etappi. Kuna sünteesida on vaja õige ahel, on kontroll väga tähtis. RNA polümeraas interakteerub transkriptsiooni faktoritega ning viib läbi mRNA ahela sünteesi.
DNA ahelat loetakse 3’ otsast 5’ otsa ning mRNA-d sünteesitakse 5’ otsast 3’ otsa. Protsessi viib läbi RNA polümeraas. Transkriptsioon leiab aset rakutuumas, kus säilitatakse ka raku DNA-d. Raku DNA ahel koosneb kaksikheeliksist, mis sisaldab suhkrujääke ja fosfaate. Seda kõike hoiavad koos lämmastikalused. Suhkrujääke ja fosfaate ühendavad vesiniksidemed. Ensüüm helikaas "lukustab lahti" DNA ahelad, üks ahelatest jääb šablooniks mRNA sünteesil. RNA polümeraas loeb DNA ahelat 3’ suunast 5’ suunda. Samal ajal sünteesib ta mRNA ahelat 5’–3’ suunas. Positiivne RNA ahel luuakse negatiivse DNA ahela alusel. Üldiselt DNA ja RNA ahelad sarnanevad struktuuri poolest, kuid DNA lämmastikalus tümiin on RNA ahelas asendatud uratsiiliga. Üheahelaline mRNA lahkub tuumast tuumapooride kaudu ja migreerub tsütoplasmasse. Osa geene transkribeeritakse tihedamini kui teised. Samuti transkribeeritakse mõnda geeni vaid lühikest aega raku eluea jooksul, teisi toodetakse juurde pidevalt.
Eukarüootides toimub transkriptsioon tuumas ning transkript transporditakse tsütoplasmasse translatsiooni läbiviimiseks. Transkriptsioon ja translatsioon on võimalik ka kloroplastides ja mitokondrites. Mitokondrite ja kloroplastide membraanides on hulgaliselt valgulisi kanaleid, seepärast vajavad need organellid eraldi valgusünteesi. Mõned valgud kodeeritakse otse tuumas DNA alusel, sünteesitakse tsütoplasmas ning lõpuks transporditakse organellidesse.
Bakterite ja arhede puhul toimub kogu protsess tsütoplasmas. Bakteriaalne mRNA võib olla polütsistroonne (kodeerida mitmeid polüpeptiide) ning mRNA võib sisaldada informatsiooni enam kui ühelt geenilt. Eeltuumsete puhul toimub translatsioon esmaselt transkriptilt. Päristuumsete puhul allub pre-mRNA protsessingule.
Pre-mRNA-d modifitseeritakse kolmel viisil. Kõik protsessid toimuvad rakutuumas. Esimese etapina lisatakse pre-mRNA 5' otsa 7-metüülguanosiin. Protsess vajab ensüüme fosfataasi ja guanosüül transferaasi. Protsess kannab nimetust capping ning selline pre-mRNA modifitseerimine kaitseb RNA transkripti ribonukleaaside eest, mis seonduvad just 3'5' fosfodiestersidemetele. Polüadenülatsiooni faasis lisatakse pre-mRNA 3' otsa umbes 250 adeniini ning seda kutsutakse polü(A) sabaks. Prekursormolekulina kasutatakse ATPd. Sünteesijärgselt seob polü(A) saba endaga mitmeid valke, mis kaitsevad 3' otsa ribonukleaaside eest. Viimast modifikatsiooni etappi nimetatakse splaissimiseks. Selle protsessi tulemusena lõigatakse pre-mRNA-st välja intronid, mis ei kodeeri valke, ja ühendatakse eksonid üheks molekuliks. Reaktsiooni viib läbi suur valguline kompleks splaissosoom. Paljusid pre-mRNA-sid, ka neid, mis kodeerivad antikehi, võib splaissida mitmel viisil, et toota erinevaid mRNA-sid, mis kodeerivad erisuguseid valke. Viimast protsessi tuntakse alternatiivse splaissingu nime all. See lubab toota küllaltki suurt hulka valke piiratud DNA kogusest. Protsessingu tulemusena moodustub küps mRNA, mis on valmis translatsiooniks tsütoplasmas.
Valkude sünteesi nimetatakse eri allikates translatsiooniks. Tegelikult on translatsioon üldise valgu biosünteesi kolmas etapp. Ribosoom kodeerib transkriptsiooni käigus loodud mRNA aminohappeks või polüpeptiidiks, mis hiljem voltub aktiivseks valguks. Translatsioon toimub tsütoplasmas, kus paiknevad ribosoomid. Ribosoomid koosnevad kahest alaühikust – suurest ja väikesest, mis ümbritsevad translatsiooni protsessi ajal mRNA-d. mRNA seondub ribosoomi spetsiifilise stardisignaaliga, mis asub P-saidis. Stardikoodoni tunneb ära initsiaator-tRNA. Pärast seda, kui initsiaator-tRNA ja mRNA on seondunud ribosoomi väikesele alaühikule, seondub sellele ka suur alaühik. mRNA kodeeritakse tootma erilist polüpeptiidi, mis vastab geneetilise koodi reeglitele. Selle reegli kohaselt kasutatakse mRNA-d mallina tootmaks aminohappelist ahelat, millest hiljem moodustub valk. Translatsioon koosneb neljast etapist: aktivatsioon ehk ergastamine, initsiatsioon ehk algatamine, elongatsioon ehk pikendamine ja terminatsioon ehk lõpetamine. Kõik neli kirjeldavad kasvavat aminohappelist ahelat.
Aktivatsiooni etapis seotakse vastavate süntetaaside abil õige aminohape talle sobiva tRNA-ga. Kuigi seda ei loeta translatsiooni tehniliseks etapiks, on see staadium, kust alates võib translatsioon edasi minna. Aminohape seob end tRNA-ga oma karboksüülrühma abil, tRNA-l on selleks olemas 3’ hüdroksüülrühm, moodustub esterside. tRNA on nüüd laetud olekus. Initsiatsiooni etapp hõlmab ribosoomi väikese alaühiku seondumist mRNA 5’ otsale. Sellel etapil on abiks initsiatsioonifaktor. Ka teised valgud võivad selles etapis abiks olla. Elongatsiooni faas jõuab kätte, kui järgmine aminoatsüül-tRNA ehk laetud tRNA seondub ribosoomiga, koos GTP ja elongatsioonifaktoriga. Tähtsal kohal on sõnumi õigesti kodeerimine, seepärast on olemas ka lisakontrolli protsess, mida nimetatakse täppislugemiseks (proofreading).
Elongatsioonifaktoritel on kaks põhilist ülesannet – aminoatsüül-tRNA seondumine A-saiti ja peptidüül-tRNA translokatsioon A-saidist P-saiti. Samas, elongatsiooni tähtsaim protsess – peptidüülrühma ülekandmine on spontaanne protsess ning ei vaja lisafaktoreid.
Terminatsioonietapp jõuab kätte siis, kui ribosoomi A-sait tunneb ära stoppkoodoni (kas UAA, UAG või UGA). tRNA ei tunne sellist järjestust, kuid vabastusfaktor (releasing factor) tuvastab "veidrad järjestused" ning põhjustab aminohappelise ahela vabastamist.
Võimet peatada või inhibeerida valgusünteesi kasutavad mitmed antibiootikumid, nagu näiteks anisomütsiin, tsükloheksimiid, klooramfenikool, tetratsükliin, streptomütsiin ja teised.
Pärast valgusünteesi toimub valgu keemiline modifikatsioon, mida nimetatakse posttranslatsiooniliseks modifikatsiooniks ja valgu voltumine. Posttranslatsioonilised modifikatsioonid on valgu biosünteesi hilisem staadium, seega on nad geeniekspressioonil tähtsad. Posttranslatsioonilised modifikatsioonid laiendavad valkude funktsioone. Tavaliselt rünnatakse valkude funktsionaalseid gruppe, näiteks atsetaate, fosfaate, erinevaid lipiide ja karbohüdraate. Sageli muudetakse aminohapete keemilist iseloomu (näiteks arginiini muutmine tsitrulliiniks) ja keemilist struktuuri (disulfiidsildade moodustamine).Ensüümid võivad eemaldada aminohappeid valkude N-terminaalsest otsast ja lõigata peptiidahelat keskelt. Näiteks hormooni insuliin lõigatakse kaks korda pärast disulfiidsildade moodustumist – keskelt eemaldatakse propeptiid ja lõplik valk koosneb kahest polüpeptiidiahelast, mis on ühendatud disulfiidsildadega. Esimeseks aminohappeks valguahelas on tavaliselt metioniin, mis eemaldatakse sageli posttranslatsioonilisel modifikatsioonil.
Fosforüleerimist kasutatakse kontrollimaks valgu käitumist, viimase aktiveerimisel ja inaktiveerimisel.
Posttranslatsioonilist modifikatsiooni jälgitakse massispektromeetria ja Eastern bloti abil.
Valkude voltumiseks nimetatakse valkude omadust võtta erilist kuju. Oletatakse, et enne ja pärast valgusünteesi moodustavad valgud sekundaarseid ja tertsiaarseid struktuure.
Hormoonid (vanakreeka keeles ὁρμᾶν (hormān) 'virgutama' 'ärritama') on väga erineva struktuuriga orgaaniliste ja bioaktiivse toimega essentsiaalsete, valdavalt endogeensete biokeemiliste signaalmolekulide rühmad, ka bioregulaatorid, mille struktuur ja funktsioonid mõjutavad mikrokogustes igapäevaselt hulkraksete organismide pea kõikide füsioloogiliste protsesside normaalset toimimist.
Hormoonide kui hormonaaltoimega biomolekulide põhitüübid on järgmised:
Hormoonide hulka loetakse ka organismides hormoonilaadset toimet omavad rasvlahustuvad vitamiinid jpt biomolekulid.
Hormoon ehk sisenõre ehk inkreet onsisenõrenäärmete poolt komplekteeritud ja eritatud bioloogiliselt aktiivne ühend, mis vereringes liikudes avaldab toimet hormooni sihtrakkudele (objektrakkudele), millel on selle ainega sobivad vastuvõtjamolekulid (retseptorid).
Hormoonid osalevad aktiivselt imetajate (taimedel fütohormoonid) rakkude taastootmises ja nendega seotud toimingutes. Hormooniringlus on katkematult seotud väliskeskkonna ning sissesöödavate ainete ja/või sissejoodavate vedelike ja organismi enamiku elundite, kudede, rakkude ja retseptorite ning ka geenide töös ja resistentsuses.
Hormoonid, sarnaselt vitamiinide ja kofaktoritega, on kasvufaktorid ja kasvuinhibiitorid.
Hormoonimolekulid komplekteeritakse inimestel peamiselt seedekulglast (ka veres ringlevast ainesest) saabuvast ainesest ning eritatakse organismi sisenõrenäärmete ehk näärmete poolt, milleks on:
Märkus. Käbikeha ja tüümust ehk harknääret ei loeta mitte alati umbnäärmeiks, sest nende eritusfunktsioonid on paljuski uurimata.
Hormoonimolekule komplekteeritakse ja eritatakse inimestel ka organismi teistes elundites paiknevate rakkude kaudu, näiteks süda, närvisüsteem, magu, maks, peensool, neerud, kaksteistsõrmiksool, lümfisüsteem, platsenta, hüpotalamus.
Hormoonidele sattus 20. sajandi alguses tehtud katsete käigus ootamatult inglise arst Ernest Henry Starling (tuntud ka Franki-Starlingi seaduse avastajana).
Biokatalüsaator ehk bioloogiline katalüsaator on eriliste omadustega elusrakkude kaudu toimiv bioloogiliselt aktiivne keemiline aine. Biokatalüsaatorid muudavad reaktsiooni kiirust, muutmata reaktsioonide termodünaamikat, ja vabanevad pärast reaktsiooni lõppu esialgsel kujul. Biokatalüsaatori toimel võivad reaktsioonid nii kiireneda, aeglustuda kui ka katkeda.
Biokatalüsaatorid on hormoonid, ensüümid, vitamiinid jpt ained, aga ka mitmed looduses toimuvad protsessid ja nende allikad.
Katalüsaator on keemiline aine (nii orgaaniline, kui anorgaaniline), mis muudab reaktsiooni kiirust, seda kiirendades.
Tavaliselt on tegu väikese koguse lisaainega, mis võtab reaktsioonist osa alandades reaktsiooni aktivatsiooni energiat, kuid regenereerub ega esine produktide koostises. Katalüsaatori toimel katalüütilised reaktsioonid kiirenevad. Reaktsiooni aeglustab või takistab inhibiitor.
Termin tuleneb kreekakeelsest sõnast κατάλυσις, katálysis ladinakeelse lõpuga.
Kata- "alla" või "täielikult", + lyein "lahti päästma", ehk ligilähedaselt "täielikult lahti päästma" või "vallandama".
Ostwald defineeris katalüüsi kui aeglaselt kulgeva keemilise reaktsiooni kiirenemist aine (katalüsaatori) juuresolul, mis ei kuulu reaktsiooni saaduste ega lähteainete hulka. Nii defineerides juhtis ta tähelepanu asjaolule, et katalüsaator pole midagi sellist, mis käivitab muidu mittetoimuva reaktsiooni, vaid katalüsaator on miski, mis lihtsalt kiirendab muidu aeglaselt kulgevat reaktsiooni. Lähtuvalt katalüüsi definitsioonist defineeris Ostwald katalüsaatorit kui mistahes ainet, mis ei esine reaktsiooni lõppsaaduste koostises, kuid muudab reaktsiooni kiirust.
Katalüsaatori lisamine reaktsioonisegusse alandab reaktsiooni aktivatsioonienergiat, kuid ei muuda reaktsiooni keemilist tasakaalu, ehk tasakaalu konstanti. Reaktsioon küll kiireneb, kuid dünaamiline tasakaal jääb muutumatuks – reaktsiooni lähteainete ja saaduste suhe jääb samaks.
Graafikul on näidatud võrdlevalt reaktsiooni potentsiaalse energia muutus katalüsaatori osalusel (punasega) ja katalüsaatori puudumisel (mustaga). Võib näha, et katalüsaatori osalusel on toimuva reaktsiooni potentsiaalse energia maksimum palju madalam kui sama reaktsiooni toimumisel ilma katalüsaatorita. Katalüsaatori osalusel on reaktsiooni toimumiseks vajalik ületatav energiabarjäär väiksem.
Enamasti peetakse katalüsaatori all silmas reaktsiooni kiirendavat ainet, kuid leidub ka katalüsaatoreid, mille toime on vastupidine – reaktsiooni aeglustav. Neid nimetatakse inhibiitoriteks.
Katalüsaator on homogeenne, kui ta on lähteainetega samas faasis (näiteks Br- vees), ja heterogeenne, kui on nendest erinevas faasis (näiteks metalne Pt).
Biokatalüsaatorid, mis kuuluvad orgaaniliste katalüsaatorite rühma, on ensüümid, aga ka mitmed looduses toimuvad protsessid ja nende allikad. Elusrakud sisaldavad eriliste omadustega suuri molekule ehk bioloogilisi katalüsaatoreid (paljud valgud), mida nimetatakse ensüümideks. Ensüümide reaktsioonid toimuvad aktiivtsentrites. Kui "võõrad" ainemolekulid satuvad ensüümide aktiivtsentrisse ja seonduvad sellega, siis lakkavad elusrakkudes ensüümaatilised reaktsioonid ning rakk "mürgitub" ehk hävib.Inimtekkelised kemikaalid, nagu NO ja NO2 jpt, katalüüsivad osooni lagunemist. Peter Atkins ja Loretta Jones on raamatu "Keemia alused. Teekond teadmiste juurde" 4. väljaande 694. leheküljel kirjutanud nii:
| “ | Juba väikesed kogused klorofluorosüsinikke (teatavad feroonid) põhjustavad seetõttu atmosfääris osoonikihi ulatusliku lagunemise: klorofluorosüsinikud lagunevad radikaalideks, mis katalüüsivad osooni lagunemist. | ” |
Aktiivsuse kaotanud katalüsaatoreid nimetatakse mürgitunud katalüsaatoriteks. Katalüsaatorite reaktsioonide katkemist põhjustavad mitmed raskmetallid (plii), seetõttu soovitatakse katalüüsmuunduriga autodes kasutada pliivaba märgistusega kütust.
Aineid, mis monomeeri keskkonnas moodustavad aktiivseid osakesi ja alustavad ahela kasvu reaktsiooni, nimetatakse initsiaatoriteks või katalüsaatoriteks.
Radikaalpolümerisatsiooni initsiaatoriteks on ained, mis kergesti moodustavad vabu radikaale. Iga moodustunud radikaal võib ühineda monomeeri molekuliga ja alustada üht reaktsiooniahelat, see on üht polümeerset molekuli. Seejuures initsiaatoriks olnud osake jääb seotuks ahela „algusega” ja ei osale järgnevates reaktsioonietappides. Initsiaator reaktsiooni käigus kasutatakse ära pöördumatult, kuid selle asemele tekib uus radikaal.
Ioonpolümerisatsiooni katalüsaatoriteks on ained, mis reaktsiooni keskkonnas moodustavad ioonipaare või oluliselt polariseeritud komplekse, mis alustavad polümerisatsiooniahelat. Need ioonipaarid või polaarsed molekulid (erinevalt vabadest radikaalidest) osalevad igas järgnevas ahela kasvu etapis, st elementaarreaktsioonis järgmise monomeeri molekuliga. Katalüsaatorit protsessi käigus ära ei kasutata ja see regenereerub.
Geen ehk pärilikkustegur (inglise keeles gene) on kromosoomi kindlas lookuses paiknev pärivustegur, mis määrab otse või kaudselt (tihti koostoimes teiste geenidega) ühe või mitme tunnuse arengu. DNA molekuli funktsionaalne lõik, mis tavaliselt sisaldab informatsiooni (mRNA vahendusel) ühe valgu (või polüpeptiidi) sünteesiks (kuid on ka nt rRNA ja tRNA geenid, mis valgumolekule ei kodeeri).
Geen võib olla teatud valku kodeeriv DNA või RNA järjestus või RNA ahel, millel on mingisugune konkreetne funktsioon organismis. Elusolendid sõltuvad geenidest, sest geenid määravad täpselt ära kõik valgud ja funktsionaalsed RNA ahelad. Geenid hoiavad endas informatsiooni, mille alusel ehitatakse ja säilitatakse organismi rakke ning mille põhjal pärandatakse järglastele geneetilist materjali. Kuid siiski rakus on organelle (mitokonder), mis replitseeruvad iseseisvalt ja neid ei kodeerita DNA põhjal. Kõikidel organismidel on palju geene, mis vastavad mitmetele erinevatele bioloogilistele tunnustele – mõned neist on meile nähtavad (nt silmavärv või jäsemete arv), mõned tunnused aga pole meile silmaga eristatavad (nt veregrupp või suurem tõenäosus saada mingisugune spetsiifiline haigus).
Geeni modernne definitsioon kõlab järgmiselt – Geen on genoomi järjestuse ümberpaigutatav regioon, mis on päritav. Geenis on regulatoorsed regioonid, transkribeeritud järjestused ja palju muid funktsionaalsete järjestuste regioone. Geenid eksisteerivad struktuurilt ja tihti ka funktsioonilt erinevate alleelide kujul. Ühe geeni erinevaid variante nimetatakse alleelideks. Kõnekeelne termin "geen" (juuksevärvi geen, hea geen) viitab tavaliselt alleelile. Tegelikult on geen nukleiinhapete järjestus (DNA või teatud viiruste puhul RNA) ja alleel on üks variant sellest geenist. Inimestel on olemas mingi teatud geeni järjestus, kuid kindlatel inimestel on selle geeni spetsiifiline alleel ehk selle geeni järjestuse üks variantidest. Geenid kodeerivad valke, mis avalduvad teatud identifitseeritavate järjestuste põhjal, kuid päritav on siiski geen ise, mitte see konkreetne järjestus.
Kui toimub valkude tootmine, siis kõigepealt kopeeritakse DNA lõigult RNA, mis on DNA ja valgu vahepealne produkt. RNA sünteesimine on transkriptsioon. Mõne juhtumi puhul ongi RNA molekul see lõplik funktsionaalne ühik. RNA-d (tuntud kui ribosüümid) on ensümaatilise funktsiooniga ja mikroRNA-d on regulatoorse funktsiooniga. See konkreetne DNA järjestus, millelt toimub RNA transkribeerimine, on tuntud kui RNA geen.
Mõned viirused hoiavad oma geneetilist informatsiooni ainult RNA vormis, nende genoom ei sisalda DNA-d. Nad kasutavad RNA-d, et salvestada oma geene. Tänu RNA olemasolule ei pea toimuma eraldi transkriptsiooni protsess ning seetõttu võib nende peremeesrakk kohe pärast infektsiooni sünteesida viiruse enda komponente. Kuid samas näiteks RNA retroviirusel (HIV) on teistsugune mehhanism – pöördtranskriptsioon, mis viib enne valkude tootmist läbi DNA sünteesimise RNA-st. 2006. aastal avastasid prantsuse teadlased, et päritavus hiirtes võib erandjuhul toimuda ka RNA vahendusel. Hiirtel, kellel oli mutatsiooni tagajärjel geen Kit kaotanud oma funktsiooni, oli valge saba. Teadlased avastasid, et Kit geeni mutatsioon ulatub RNA tasandile. Seega viirustes on RNA tavaline geneetilise informatsiooni ühik, kuid samal ajal on imetajates RNA pärilikkus väga vähe uuritud.
Kristallograafia on teadusharu, mille uurimisobjektiks on kristallid. Kristallograafia uurib mineraale ja kivimeid moodustavate kristallide ehitust, sümmeetriat, teket ja keemilisi ning füüsikalisi omadusi nende struktuurist lähtudes.
Kristallivormide, kristallide sümmeetria ja kristallivõrede ehituse ruumilisi seaduspärasusi käsitleb geomeetriline kristallograafia, kristallide mehaanilisi, elektrilisi, magnetilisi jm füüsikalisi omadusi uurib kristallofüüsika, valguse levimist kristallides kristallooptika. Kristallides asuvate aatomite ruumilise struktuuri määramisega tegeleb röntgenkristallograafia.
Kristallograafia on tihedais seoseis keemia ja füüsikaga. Kristallograafial põhineb mineraloogia.
Sümbiogenees ehk endosümbioositeooria selgitab eukarüootse raku organellide – plastiidide ja mitokondri – päritolu bakterite sümbioosi kaudu.
Teooria kohaselt pärinevad need organellid varem üksikorganismina elanud prokarüootsetelt organismidelt, mis on eukarüootse raku poolt fagotsütoosi teel "alla neelatud" ja nüüd peremeesorganismi (eukarüootsesse rakku) jäänud endosümbiondina. Mitokondrid on kujunenud eukarüootse raku "alla neelatud" proteobakteritest ja kloroplastid sinivetikatest.
Endosümbiootilise teooria üks nimekamaid rajajaid ja populariseerijaid oli Lynn Margulis.
Värvipimedus ehk daltonism on inimese võimetus tajuda erinevusi mõnede või kõikide värvide vahel, mida teised inimesed suudavad tajuda.
| Värvipimedus | |
|---|---|
 | |
| Nii näevad Ameerika Ühendriikide lippu: I.Enamik inimesi II.Punapime inimene III.Rohepime inimene IV.Violettpime inimene V.Täielikult värvipime inimene | |
| Klassifikatsioon ja välisallikad | |
| RHK-10 | Hh.53 |
| RHK-9 | 368.5 |
| OMIM | 303800 |
| DiseasesDB | 2999 |
| MedlinePlus | 001002 |
| MeSH | D003117 |
Värvipimeduse põhjus on tavaliselt geneetiline, kuid võib olla ka silma-, närvi- või ajukahjustus või kokkupuude teatud kemikaalidega.
Esimese uurimuse sellel teemal avaldas inglise keemik John Dalton aastal 1794 pealkirjaga "Extraordinary facts relating to the vision of colors" ("Erakordsed faktid värvide nägemise kohta"). Ta kirjutas selle siis, kui avastas, et on ise värvipime. Ta hakkas nimelt uurima, millest tuleb see, et teised suudavad küpseid ja tooreid õunu välimuse järgi eristada, aga tema ei suuda kuidagi. Tänapäeval tähendab see kindlat tüüpi värvipimedust nimetusega deuteranoopia.
Tavaliselt klassifitseeritakse värvipimedust kui puuet, kuid mõnes olukorras võib see olla kasulik: näiteks värvipimedad jahimehed eristavad loomi segase tausta juures paremini; samuti on leitud, et värvipimedad sõdurid näevad mõnikord kamuflaaži, mis petab teised ära.
