Elämän ympäristö ja biotekniikka Flashcards
Aineenvaihdunnan tasapaino eli
Homeostasia
Miten lämpö vaikuttaa elimistön kemiallisiin reaktioihin?
Vakaa lämpötila takaa elimistön toiminnan, Lämmön noustessa reaktion kiihtyvät ja haitalliset aineet lisääntyvät eli tasapaino tila järkkyy, liian kylmässä kemialliset reaktiot lakkaavat tai rakenteet jopa jäätyvät, kuumassa entsyymit ja muut kemialliset rakenteet hajoavat,
Mitä denaturaatiossa entsyymeille tapahtuu?
Denaturaatiossa aktiivisen keskuksen aminohapot eivät sijaitse oikeassa konformaatiossa, johtuu kolmiulotteisen rakenteen hajoamisesta, eikä entsyymi voi tällöin toimia
Mistä syistä entsyymi voi denaturoitua?
Lämpö, happamuus, suolaisuus, hapettuminen
Entsyymin palautumista toimintakykyiseksi kutsutaan…
Mitä tähän vaaditaan?
Renaturaatioksi, olosuhteiden on palauduttava suotuisiksi, myös kaperoneja voidaan tarvita
Mitä … aallonpituus sitä korkeampi energia
pienempi
Miten ihminen on valosta riippuvainen?
Vuorokausirytmi ja D-vitamiini
Miksi ihmisten ei tarvitse suojautua UV-C -säteilyltä?
Se jää otsonikerrokseen
UV-A, UV-B ja UV-C -säteilyjen aallonpituudet
UV-A 315-380nm, UV-B 280-315, UV-C 100-280
Ihosyöpä eli
Melanooma
pH-asteikko on…
negatiivinen kymmenpohjainen logaritmiasteikko
Mitä pH muutokset aiheuttavat aineissa?
Erilaisia ionisoitumisen tiloja
Ihmisen veren normaali pH
7,4
Miksi proteiinit ovat herkkiä pH:n muutoksille?
Proteiineissa on monenlaisia ionisoituvia osia, jotka vaikuttavat proteiinin konformaatioon.
Proteiinille voidaan määrittää piste , jossa sen varaus on nolla tietyssä pH:ssa. Miksikä tätä pistettä kutsutaan?
Isoelektrinen piste
Kun pH on isoelektrisen pisteen alapuolella, proteiini saa … varauksen.
positiivisen
Miten pH:n muutos vaikuttaa proteiiniin sen vaihdellessa isoelektrisen pisteen poikki?
Vaikutus proteiinin muotoon ja siihen miten se reagoi muiden aineiden kanssa.
Mitä tietoa saadaan kun mitataan entsyymin aktiivisuutta eri pH-arvoissa?
Saadaan tietoa siitä, mitä sivuketjuja aktiivinen keskus sisältää.
Esimerkkejä eri entsyymeistä joilla on eri optimi pH
Pepsiini toimii matalissa pH:issa, kymotrypsiini (haiman erittämä ruuansulatusentsyymi) tarvitsee neutraalin pH:n
Mitä aineita elimistö ja solut tarvitsevat?
Vitamiinit, kivennäisaineet, aminohapot, glukoosi ja rasva
Rasvaliukoisia vitamiineja ovat…
K,A,D,E
Vesiliukoisia vitamiinejä ovat…
B ja C
Makrokivennäisaineita ovat…
Ca, P, Mg, Na, Cl, K
Hivenaineita ovat
Fe, I, Zn, Cu, Se
Kuinka paljon makrokivennäisaineita tarvitaan per päivä?
Kuinka paljon hivenaineita?
Noin 100mg per päivä, alle 100mg per päivä
Kuinka paljon elimistön kokonaispainosta kivennäisaineet muodostavat?
4%
Miten makrokivennäisaineet vaikuttavat elimistön toimintaan?
Hermoston, entsyymien toiminta ja luuston muodostus
Miten hivenaineet vaikuttavat elimistön toimintaan?
Esim. rauta toimii hemoglobiinissa hapen kuljetuksessa, soluhengityksessä osana sytokromia ja osana katalaasissa ja monessa muussa entsyymissä.
Milloin elimistössä syntyy kuona-aineita?
Solun kemiallisissa reaktioissa, mm. ravinteiden käyttämisessä ja tuottamisessa.
Mikä on elimistön tärkein kuona-aineiden käsittelykeskus?
Maksa
Vierasaine eli
ksenobiootti
Mitä ksenobiootit aiheuttavat lyhyellä aikavälillä? Entä pitkällä?
Lyhyellä aikavälillä esim. väsymystä, huonovointisuutta ja päänsärkyä. Pitkällä aikavälillä esim. syöpää ja kroonisia sairauksia.
Mitkä ovat merkittävimpiä tekijöitä ksenobioottien aiheuttamien haittojen suhteen (ksenobioottien myrkyllisyyden lisäksi)?
Ksenobioottien määrä ja altistumisaika
Mistä elimistöön kulkeutuneet ksenobiootit ovat peräisin?
Teollisuus, kasviensuojelumekanismeista (myrkyt), lääkeaineet, ravinto, rakennukset, mikro-organismit
Myrkyllisin kehon tuottama kuona-aine?
Ammoniakki
Miten ammoniakki poistuu kehosta?
Se muokataan vaarattomampaan muotoon maksassa ja se eritetään munuaisten kautta virtsan mukana ulos.
Miten keho säätelee pH:arvoa?
Happo-emästasapainoa säädellään puskurijärjestelmillä ja hitaammin pH:ta säätelee munuaiset ja keuhkot.
Mitä etanolin metaboloitumisesta seuraa?
Se hapetetaan asetaldehyliksi, jolloin solun NADH ja NADPH -suhde kasvaa, jolloin entsyymireaktioiden tasapaino häiriintyy, sitruunahappokierto häiriintyy ja glukoneogeneesi inhiboituu, voi seurata alhainen verensokeri.
Miksi hengitystiet ovat alttiita haittamolekyyleille?
Kehittyneet hengittämään suhteellisen puhdasta ilmaa, ei ole ollut tarvetta vahvoille puolustusmekanismeille.
Hengitysteiden kautta tulevia ksenobioottejä ovat mm.
häkä, hiilivedyt, lyijy, elohopea, kadmium, rikkioksidi ja pienet hiukkaset
Miksi haittamolekyylit, jotka pääsevät hengitysteihin saattavat aiheuttaa oireita muualla kehossa?
Ksenobiootit kulkeutuvat helposti keuhkoista verenkiertoon ja sitä kautta muualle kehoa.
Miksi kehon on vaikea suojautua rasvaliukoisilta haitta-aineilta, muttei vesiliukoisilta?
Solukalvot rakentuvat rasvoista, jolloin vesiliukoiset aineet eivät pääse siitä läpi. Pienet rasvaliukoiset pääsevät imeytymään helposti solukalvon läpi.
Miten syödystä ravinnosta poistetaan haitta-aineita?
Ruoansulatuskanavan veri kulkee maksan läpi, jolloin maksa muokkaa haitta-aineita ja erittää ne sappeen ja sitä kautta suoleen.
Ravinnon mukana tulevat haitalliset aineet
Ruokasuola, elohopea, kadmium, lyijy, nitriitit
Happiradikaalien poistajia
Antioksidantit; Superoksididismutaasi, katalaasi, epoksihydrolaasi, E-vitamiini ja C-vitamiini
Katalaasin toiminta
Hajottaa vetyperoksidia hapeksi ja vedeksi
Miten solut poistavat pieniä rasvaliukoisia molekyylejä?
Molekyylit on muokattava vesiliukoisiksi
Rasvaliukoisten aineiden poiston vaiheet
Ensimmäisessä vaiheessa hapettuminen, pelkistyminen tai hydrolyysi, jossa saadaan hydroksyyliryhmä tai karbonyyliryhmä.
Toisessa vaiheessa molekyyliin lisätään (konjugoidaan) toinen molekyyli, joka lisää vesiliukoisuutta, kokoa ja rakennetta. Ensimmäinen vaihe voidaan ohittaa jos sopiva ryhmä löytyy.
Rasvaliukoisen aineen poistossa käytettävät konjugaatit
rikkipitoiset aminohapot, glutationi ja glysiini
Happiradikaalin hajoittaessa proteiinien rakenteita, niiden palauttamisesta vastaavat..
Kaitsijaproteiinit eli kaperonit
Antioksidantit hapettuvat happiradikaalin toimesta, mitä antioksidanteille täytyy sen jälkeen tehdä?
Ne täytyy pelkistää. Pelkistäjänä toimii glutationi.
Mitkä abioottiset tekijät vaikuttavat fotosynteesin tehokkuuteen?
Vesi, valon määrä ja laatu, lämpö, pH, hiilidioksidipitoisuus
Miksi kasvit ovat vihreitä?
Yksikään yhteyttämispigmentti ei absorboi hyvin vihreää valoa, heijastavat vihreää
Miten valon määrä vaikuttaa kasveihin?
Osa kasveista optimoituneet vähempään valoon, osa taas tarvitsee enemmän
Miten hiilidioksidipitoisuuden lisääminen vaikuttaa fotosynteesiin?
Se tehostaa fotosynteesiä saturaatiopisteeseen asti,jonka jälkeen lisäys ei vaikuta merkittävästi fotosynteesiin
Kun kasvi tuottaa vain sen verran energiaa kuin se kuluttaa, tätä pistettä kutsutaan…
Kompensaatiopisteeksi
Keltainen yhteyttämispigmentti
Xantofylliini
Oranssi väripigmentti
Karoteeni
Keltavihreä väripigmentti
Klorofylli b
Harmaa-ruskea väripigmentti
Feofytiini a
Sini-vihreä väripigmentti
Klorofylli a
Kelta-ruskea väripigmentti
Feofytiini b
Sytokromi
Katalysoi rasvaliukoisten vierasaineiden muuttamisessa vesiliukoiseksi, CYP-yhdisteet katalysoivat myös steroidihormonien synteesiä ja inaktivoitumista
Mitkä mm lisäävät CYP-yhdisteiden määrää?
Karsinogeeniset yhdisteet
Ensimmäisiä bioteknisiä sovelluksia
Hiivan käyttäminen viinin valmistuksessa
Bakteerien evoluution kolme eri mekanismia
Transformaatio, konjugaatio ja transduktio
Miten bakteerin perimä muuttuu transformaatiossa?
Luovuttaja-bakteerin kuollessa sen rakenne hajoaa ja perimäaines vapautuu, Vastaanottaja-bakteeri voi ottaa kuolleen yksilön perimän sisällensä.
Konjugaatio
Konjugaatiossa bakteerit kiinnittyvät toisiinsa pilusten avulla ja kopioivat ja jakavat plasmidinsa sisältämän perimäaineksen keskenään konjugatiivisten proteiinien avulla.
Transduktio
Transduktiossa bakteeri käyttää hyväkseen viruksia jotka “saastuttaessaan” isäntäbakteerin kopioivat bakteerin omaa DNA:ta virukseen. Virusten levitessä muihin bakteereihin leviää myös isäntäbakteerin perimä.
Vektori
Rakenne, jota hyödyntäen voidaan siirtää perimää. Vektorina voidaan käyttää viruksia tai plasmideja
Viruksen rakenne
Proteiinikapseli, jossa voi olla hiilihydraatti- tai lipidi-rakenteisia vaippoja ympärillään tai siimarakenteita. Kapselin sisältämä perimä voi olla DNA:ta tai RNA:ta ja se voi olla kaksi- tai yksijuosteista. Eivät kykene lisääntymään tai syntetisoimaan proteiineja itse, tarvitsevat solun.
Bakteereja infektoivat virukset
Bakteriofagit
Virusten koko
alle 300nm
Retrovirus
Virus muodostaa omasta RNA:staan DNA:ta oman käänteiskopioija entsyymin avulla, esim HIV
Miksi virustauteihin on vaikeaa kehittää lääkettä?
Virukset elävät usein yksilön omien solujen sisällä ja osa liittävät oman perimänsä osaksi solun perimää.
Ituradan mutaatio
Sukusoluissa tapahtuva mutaatio, periytyy jälkeläisille
Mutaatiotyypit
Insertio, deleetio, duplikaatio, inversio, silmukointimutaatio, pistemutaatio
Insertio
Kromosomiin liittyy uusi kromosomin osa, samasta tai toisesta kromosomista
Deleetio
Kromosomista häviää osa
Duplikaatio
Kromosomiin liittyy toinen samanlainen osa samasta tai toisesta kromosomista
Inversio
Kromosomin geenien järjestys muuttuu käänteiseksi jossakin osassa
Silmukointimutaatio
mRNA silmukoidaan väärästä kohdasta, toistojaksomutaatio
Eri pistemutaatiot ja tapahtumat
Missense; Kodoni kooda eri aminohappoa
Nonsense; Kodoni muuttuu lopetuskodoniksi
Silent; Kodonin muutos ei vaikuta kodonia vastaavaan aminohappoon ´geneettisen redundanssin takia
Geenien katkomista ja uudelleen kokoamista kutsutaan…
yhdistelmä-DNA-tekniikaksi
Mitä hyötyjä yhdistelmä-DNA-tekniikasta saadaan?
Esim. saadaan tehtyä runsassatoisempia viljalajikkeita, bakteereja on saatu tuottamaan insuliinia diabeetikoille. Laajat sovellusmahdollisuudet lääketieteessä, esim. geeniterapia tunnistamalla geenimutaatioita
Kuinka DNA saadaan eristettyä solusta?
Solurakenne voidaan rikkoa esim. mekaanisesti, lipidit poistetaan saippuasekoitteisella aineella, DNA:ta suojaavat proteiinit katkotaan entsyymeillä ja DNA saadaan sakkautumaan kylmän alkoholin avulla ja siitä eristetyksi
Geenikirjasto
Geenikirjastossa on esim jonkin eliön koko genomi leikattuna fragmentteihin ja tallennettuna plasmideihin, jotka ovat tyypillisesti bakteereissa. Kirjastoa lukiessa bakteerit
Mitä mRNA:lle pitää tehdä, jos se halutaan tallentaa kirjastoon?
Se pitää muuttaa DNA:ksi käänteiskopioija entsyymin avulla
Miksikä mRNA:sta tehtyä DNA:ta kutsutaan?
Komplementaariseksi DNA:ksi eli cDNA:ksi
Mitä cDNA:lla voidaan esimerkiksi tallentaa?
Tietyn proteiinin mRNA-ohje
Mikä on PCR?
Polymeraasiketjureaktio on tekniikka, jossa pienestä määrästä DNA:ta voidaan kopioida paljon.
FISH
Fluorescence in Situ hybridisation on tapa saada haluttuja DNA jaksoja tai geenejä esille ja sinä hyödynnetään hybridisaatiotekniikkaa. Siinä fluerisoidun koettimen avulla voidaan tunnistaa esim. haluttu geenipätkä.
Hybridisaatiotekniikka
Kaksi komplementaarista, yksinauhaista nukkleiinihappojuostetta muodostaa kaksiketjuisen hybridin.
Mihin FISH-menetelmää käytetään?
Esim. kromosomipoikkeavuuksien etsinnässä ja kiinteiden kudosten syöpien tutkimuksessa.
Elektroforeesi
Eritellään erikokoisia DNA- ja RNA-sekvenssejä tai jopa proteiineja, kalvolla niiden koon tai sähköisten ominaisuuksien avulla.
DNA pilkotaan katkaisuentsyymeillä ja geelin poikki laitetaan jännite, jolloin DNA liikkuu kohti positiivista varausta. Isommat kappaleet liikuvat hitaammin kuin pienet.
Sovelletaan mm. tietyn geenin eristämisen apuna ja henkilöntunnistuksessa
PCR:n vaiheet ja tarvittavat komponentit
- DNA denaturoidaan noin 95 asteessa
- Alukkeet sitoutuvat kun lämpö lasketaan 45-60 asteeseen
- DNA juosteiden synteesi DNA-polymeraasin avulla 72 asteessa
Tarvitaan; Perimäaines, jota halutaan kopioida, lämpöstabiili DNA-polymeraasi, alukkeita, DNA-polymeraasille sopiva puskuriliuos ja PCR-laite
Geenisekvensointi
Käytetään kun halutaan saada tietoon DNA:n koko emäskoodi. DNA denaturoidaan kuumentamalla ja sitten jäähdytetään. DNA-polymeraasi alkaa muodostamaan vapaista nukleotideistä juostetta, kunnes vastaan tulee lopetusnukleotidi, johon kiinnitetty merkkiaine, ja synteesi loppuu.
Lopetusnukleotidin merkkiaineen perusteella pystytään tunnistamaan DNA-pätkä elektroforeesissa geeliltä, jonka jälkeen tulostin piirtää automaattisesti kuvion merkkinukleotidien sijainneista ja tästä voidaan tulkita vastinjuosteen emäsjärjestys.
Geenisirut
Mahdollistavat nopean geenien tunnistuksen robottia ja merkkiaineita hyödyntäen. Käytetään geenikoettimia, joihin hybridisoidaan tutkimusnäytteen RNA:sta valmistettua DNA:ta, jotka värjätään flueresoivilla väreillä. Sirulla on esim. ihmisen genomin geenit. Jos jossain geenissä esiintyy näyte DNA:n vastapätkä, DNA hybridisoituu siihen ja erottuu sirulla merkkiaineväriä hohtavana.
Voidaan samanaikaisesti tutkia useamman geenin esiintyminen solu- ja kudosnäytteestä.
Kloonaus jaetaan…
Reproduktiiviseen kloonauksen ja Terapeuttiseen kloonaukseen
Reproduktiivinen kloonaus
Lisääntymistavoitteisessa kloonauksessa alkio kehittyy sijaisemon kohdussa. Somaattisesta solusta eristetään tuma, joka injektoidaan hedelmöittymättömään munasoluun, josta on poistettu tuma, jonka jälkeen se siirretään sijaisemoon.
SCNT
Somatic cell nuclear transfer, somaattisen solun tuman siirto hedelmöittymättömään munasoluun.
Mitä reproduktiivinen kloonaus mahdollistaa?
Esim. Uhanalaisten eläimien pelastamisen tai jo sukupuuttoon kuolleiden eläimien henkiin herättämisen
Terapeuttinen kloonaus
Hoidollisessa kloonauksessa tavoitteena tuottaa embryonaalisia kantasoluja, joita pyritään saamaan erilaistumaan eri kudostyypeiksi tai elimiksi.
Kudoksen eivät aiheuta hylkimisreaktioita vastaanottajassa, koska niillä on sama perimä.
Kasvatetaan siis ns. varaosia.
Syöpäalttius vielä epävarmaa.
Eläin, johon on lisätty geenejä ihmisen toimesta
Siirtogeeninen eläin, voidaan hyödyntää geenitutkimuksessa, kuinka eri geenit ilmentyvät
Eläin, josta on poistettu tai sammutettu geeni
Poistogeeninen eläin, voidaan tutkia kuinka geenin poisto vaikuttaa yksilöön ja esim. tautimallinnukseen ja geenivirhehoitojen kehittelyyn.
Miten henkilö voidaan tunnistaa hänen perimänsä avulla?
Perimämme sisältää uniikkeja toistojaksoja, jotka varioivat yksilöltä toiselle kuin sormenjälki.
Yksilö voidaaan tunnistaa pienestäkin määrästä näytettä, kun se kopioidaan PCR:llä, pilkotaan entsyymeillä ja alukkeina käytetään lokukselle spesifejä, toistojakson rajaavia DNA-alueita
Mihin rokotteiden teho perustuu?
Rokotteet esittelevät elimistölle taudinkantajan tai sen osan tautia aiheuttamattomassa muodossa, jotka aktivoivat elimistön valkosolut tuottamaan vasta-aineita (immuunivaste). Hankittu immuniteetti eli vastustuskyky kyseistä infektiota vastaan vahvistuu.
Miten ihosoluista voidaan valmistaa kantasoluja?
Indusoimalla
Miten veritaudeissa hyödynnetään kantasoluja?
Toimimaton luuydin korvataan toimivalla
Geeniterapia
Viedään korjaava geneettinen materiaali soluun, jolloin taudin oireet ja ennuste paranevat.
Haastava hoitomuoto, tarvitaan tarkkaan kohdennettu geenijakelumenetelmä (vektori), kontrolloitu geenin ilmentyminen ja isännän immuunireaktion hallinta.
Käytetään mm. syöpähoidoissa laukaisemalla syöpäsoluissa apoptoosi ja perinnöllisten sairauksien hoidossa. Vielä kehitteillä
