Mitokondri ehitus ja talitlus. Kus, kuidas ja kui palju tehakse atp-d?
Mitokonder on ümbritsetud kahe membraaniga, mille vahele jääb intermembraanne ruum. Sisemembraaniga ümbritsetud ruumi jääb maatriks. Välismembraan sisaldab palju transportvalku- poriini ning selles on palju transportsüsteeme- transport tsütoplasma ja intermembraanse ruumi vahel on intensiivne. Sisemembraan moodustab sissesopistusi:
- harjakesed (kristad, lad. cristae)- tavaline vorm.
- tuubulid- erivorm teatud näärmerakkudes.
Mitokondrites
on mtDNA-d (prokarüootne, 5-10 koopiat) ja ribosoome
(prokarüootsed). Mitokonder sisaldab 5 komplekti ensüümvalke:
- NADH dehüdrogenaas
- suktsinaadi dehüdrogenaas
- tsütokroom-c-reduktaas
- tsütokroom-c-oksüdaas
- ATP-süntetaas.
Mitokondri kõige üldisemaks funktsiooniks on energia tootmine. Metabolismireaktsioonidest olulisemad on esiteks mitokondri maatriksis toimuv püruvaadi ja rasvhapete oksüdatsioon süsihappegaasini, millega kaasneb NADH ja FADH2teke. Teiseks elektronide transport NADPH-lt ja FADH2-lt hapnikule, mis toimub mitokondrite sisemembraanis ja millega kaasneb prootonite kontsentratsiooni erinevuse teke kahel pool mitokondri sisemembraani. Kolmandaks ATP süntees, mis toimub mitokondrite sisemembraanis paikneva ATP süntaasi vahendusel prootonite kontsentratsiooni gradiendi ärakasutamisel.
Rakuhingamine on rakus toimuvate hingamisprotsesside kompleks. See on astmeline toitainete molekulide (näiteks glükoos või rasvhapped) lagunemine, mis lõpuks vabastab energiat ATP (adenosiintrifosfaat) näol. Jaguneb etappideks: glükolüüs (rasvhapete puhul β-oksüdatsiooni rada), tsitraaditsükkel, oksüdatiivne fosforüleerimine. Lõpuks tekib 36 ATP molekulit
Mis on oksüdatiivne fosforüleerimine? Kuidas kujuneb ja mis ülesanne on kõrgel h-ioonide kontsentratsioonil mitokondri intermembraanses ruumis?
Seesama protsess kus toodetakse ATPd (vt. paar küsimust allpool). Oksüdatiivne seetõttu, et katabolismi (biomolekulide lagundamise) käigus toodetud NADH ja FADH2 oksüdeeritakse siin molekulaarse hapniku poolt NAD+-iks ja FAD-iks. Fosforüleerimine seetõttu, et toodetakse ATPd ADP fosforüleerimise läbi. Teisisõnu fosforüleerimine saab võimalikuks tänu eelnevatele oksüdeerimisreaktsioonidele. Fosforüleerimine ise ei ole oksüdatiivne protsess.
H+ ioonide poolt põhjustatud potentsiaalide erinevus mitokondri sisemembraani sise- ja välispinna vahel on ATP tootmise energiaallikas. Kujuneb ta hingamisahela komplekside I, III ja IV töös, kus tsitraaditsüklis tekkinud NADH ja FADH2 küljes võetakse vesinikud ja transporditakse teisele poole membraani.
Mikrofibrillid (või mikrofilamendid) – ehitus ja talitlus. Mikrofibrillidele toimivad ained. Valgud, mille külge kinnituvad rakus mikrofibrillid.
Mikrofibrillidel on liikumis- ja tugifunktsioon (tsütoskelett). Tsütoskelett puudub prokarüootsetel rakkudel. Mikrofibrillide diameeter on ca 6-7 nm, võivad moodustada kimpe.
Nad koosnevad aktiinist ja erinevat tüüpi glükoproteiinidest, millede mutatsioonid resulteeruvad näit. Marfan΄ sündroomis (autosoomne dominantne fibrilliini geeni mutatsioon), mida iseloomustavad elastsete kudede talitlushäired, aordirebendid jne.
Falloidiin ja amanitiin takistavad F-aktiini depolümeriseerimist. Tsütohalasiin-B põhjustab lagunemist – liikumisvõime kaob, endotsütoos peatub.
Aktiin kinnitub plasmamembraanile vahendusvalkudele abil - fibronektiin (väljast), vinkuliin, tropomüosiin, villiini, Ü- aktiniii, spektriin, anküriin jne (seest) ja tuumas: falloidiin ja amanitiin, tsütohalasiin-B . Kinnituskoht tsütoplasmas on valk filamiin. Aktiini funktsioonid rakus : tsütoskelett – tugi, seos retseptsiooniga; raku liikumisvõime tagamine; raku jagunemine – tsütokinees; rakutuumas aktiin osaleb transkriptsioonil; lihasrakus kontraktsiooni tagamine; mitte-lihasrakus müosiin V ja müosiin VI transportimine.
Mikrofilamendid (või intermediaarsed filamendid) – keemiline koostis lihasrakus ja epiteeli rakus. Mikrofilametidele toimivad keemilised ained.
Mikrofilamentide ehk intermediaarsete filamentidel on tugifunktsioon (tsütoskelett). Nende diameeter on ca 10 nm. Mikrofilamendid moodustavad tuuma ümbruses ja raku perifeerias kimpe. Mikrofilamentide monomeerideks on fibrillaarsed valgud, mis agregeeruvad külg-külje kõrvale.
Epiteliaalsetes rakkudes ja nende derivaatides esinevad müosiini I ja II tüüp: happeline ja aluseline keratiin.
Lihasrakkudes esineb müosiini III tüüp, mis on erinevates rakutüüpides keemiliselt erinev ning lihasrakkudes esineb desmiinina. IV tüüp esineb neuronites ja tüüp V rakutuumas.
Mikrotuubulid – ehitus, talitlus. Mikrotuubulite motoorsed valgud – nimetused, ülesanded. Mikrotuubulite derivaadid loomses rakus, nende ehitus ja talitlus. Mikrotuubulitele toimivad keemilised ained.
Mikrotuubulid puuduvad prokarüootsetel rakkudel. Diameeter on ca 23-25 nm. Neil on rakusisese transpordi ja tugifunktsioon (tsütoskelett). Asuvad tsutoplasmas iseseisvate struktuuridena või moodustavad keerukaid komplekse: tsentrioole, kääviniidistikke, ripsmeid, vibureid, basaalkehasid. Tsentrioolid on ühest otsast avatud silindrid, mis koosnevad üheksast tuubulitripletist. Tsentrosoomid ja tsentrioolid puuduvad taimerakkudel. Tsentrioolidest arenevad kõikvõimalikud viburite ja ripsmete basaalkehad, mis on ka tsentrioolidega identsed struktuuri poolest. Ripsmed kasutavad düneiin- mootoreid ja tubuliini libisemist , mis võimaldavad ripsmete lainetaolist liikumist ühes kindlas suunas. Meeleorganite ripsmed on kohastunud signaaliedastuseks, näit. haistmis- ja kuulmisripsmed sensoorsel epiteelil ( vt. histoloogia ). Viburitel on ripsmetega sarnane ehitus ja basaalkehad, mida toetavad veel spets. kiud. Näit. spermi saba kui vibur on spermi kohastumus kiireks ujumiseks.
Mikrotuubulid ehk mikrotorukesed koosnevad tubuliinist. Iga tubuliini molekul koosneb kahest subühikust, alfa- ja ß-tubuliinist. Seest on tühjad, sein on ehitatud 13 alaühikust. Tsütoplasmas lähtuvad tuuma lähedal paiknevast raku tsentrist ehk tsetrosoomist (loomses rakus on 2 tsenriooli, taimses tsentrioole ei ole). Võivad kiiresti laguneda ja uuesti moodustuda. Kui algab mitoos, siis mikrotuubulid lagunevad ja tekivad uuesti, nüüd juba kääviniidistikuna.
Polümerisatsiooni takistavad (ehitamist) mitoosi mürgid: kolhitsiin, koltsemiid, vinblastiin, vinkristiin. Depolümeriseerumist (lammutamist) takistab taksool.
Mikrotuubulitega seotud motoorsed valgud kinesiinid ja düneiinid – mikrotuubulite poolt aktiveeritava ”mootorid”; sisaldavad ATPasset pead. Motoorsed valgud „liigutavad“ struktuure ja molekule. ATP lammutamisel toimub motoorsete valkude konformatsiooniline muutus, mille tulemusena nihkub valk piki mikrotuubulit edasi ja nihutab edasi ka transporditavat struktuuri.
Tsentrosoomi ehitus ja ülesanded. Peritsentriolaarne aine, selle roll ja selle defektsusega seotud patoloogiad. Kolhitsiini toime tsütoskeletile, selle kasutamine praktikas.
Tsentrosoom koosnem kahest tsentrioolist, mida moodustavad mikrotuubulid. Tsentrioolid on (võibolla) olulised ka jagunevates rakkudes käävisüsteemi moodustamiseks ja üldse kogu mikrotuubulite süsteemi ülevalhoidmiseks. Periotsentriolaarne aine on segu valkudest, mida on vaja tsentrioolide (mikrotuubulite) tekitamiseks ning ankurdamiseks. Peritsentriolaarne aine määrab ka kuhu suunas üks või teine mikrotuubul kasvama hakkab. Peritsentrosomaalse aine defektsusega seotud patoloogiad:
1. situs inversus
2. Vähk
3. Bipolaanre häire (BPD), depressioon (MDD), and skisofreenia
Kolhitsiin- mikrotuubul-spetsiifiline aine, mis takistab polümerisatsiooni ja seob alaühikuid.
Kasutamine praktikas:
1. Podagra ravimina
2. Perokardiotoomiajärgse sündroomi ennetamine
3. Rakkude jagunemise peatamiseks metafaasis
Tsentrosoom ja tsentriool. Milleks ja millistes inimese rakkudes on vaja tsentrioole? Millest on põhjustatud arenguhäire situs inversus?
Tsentrioolid kui tsentrosoomi osad on olulised mikrotuubulite süsteemi organiseerimisel. Rakud, millel on ripsmed (osad epiteelirakud) vajavad selle tekkeks tsentriooli. Ripsmete aluseks olevat tsentriooli kutsutakse basaalkehaks. Tsentrioolid on (võibolla) olulised ka jagunevates rakkudes käävisüsteemi moodustamiseks ja üldse kogu mikrotuubulite süsteemi ülevalhoidmiseks. Kuna mikrotuubuleid mööda toimub ainete ja organellide transport, siis läbi mikrotuubulite määravad tsentrioolid kaudselt raku kuju ja organellide paiknemist. Tsentrioolidest arenevad kõikvõimalikud viburite ja ripsmete basaalkehad, mis on ka tsentrioolidega identsed struktuuri poolest.
Situs inversus – kõhu- ja rindkereõõne elundid paiknevad normaalsest asendist parema-vasaku telje suhtes teisel pool (nt. süda paremal, magu paremal jne).
Ürgsõlmel e. Henseni sõlmel on rakud, millel on ripsmed(monocilia). Ripsmed keerlevad ning juhivad ekstratsellulaarset vedelikku koos signaalmolekulidega (Sonic hedgehog jt) vasakule poole, mis määrab geenide väljendumise vasakul (ja paremal) keha poolel. Kui on muteerunud geen, mis kodeerib ripsmes vajalikku valku (enamasti düneiin) siis esineb tsiliaarne düskineesia, autosomaalne retsessiivne geneetiline haigus, mis on leitud ca 25 % situs inversuse juhtudest. Ripsmed on vigased ja ei liigu (normaalselt), seega on ka signaalmolekulide liikumine suvaline.