14. Teollisuudessa ja ympäristöteknologiassa hyödynnetään bioteknologiaa

- Bioteknologiaa käytetään nykyään monella tavalla teollisuudessa

>kemianteollisuus (pyritään säästämään energiaa, raaka-aineita ja ympäristöä

>elintarviketeollisuus (maitotuotteiden ja oluen valmistuksessa, ja niiden menetelmin parannetaan elintarvikkeiden ja raaka-aineiden ominaisuusia)

-> kaikki tämä on bioteollisuutta.

- Entsyymejä tuotaan monien teollisuusalojen tarpeisiin
> entsyymejä käytetään mm. elintarvike-, pesuaine-, puunjalostus- ja tekstiiliteollisuudessa.
> entsyymeillä voidaan korvata haitallisia aineita tai käyttää alhaisia lämpötiloja tai painetta. (energiaa tarvitaan vähemmän)

- Teollisuuden käyttämien entsyymien tuottamieen käytetään bakeereita ja homeita.
- Bioreaktori on suuri astia jka on steriloitu ja suljettu niin tiivisti ettei sinne pääse ulkopuolisia mikrobeja.
- Mikrobit soveltuvat hyvin entsyymien tuotantoo, koska ne kasvavat nopeasti pienellä ravintomäärällä ja pystyvät tuotamaan pieneen kokoonsa nähden paljon entsyymejä.

- Monien elintarvikkeiden valmistus perustuu mikrobien aineenvaihduntaan.
-Hiivasolut käyttävät energialähteenään taikinan sisältämiä hiilihydraatteja. Hapekkaissa olossa hiivasoluissa vapatuu energiaa soluhengityksessä ja samalla syntyy hiilidioksidia. Hiilidioksidikuplat saavat taikinan kohoamaan.
- Sekä oluen että viinin valmstus perustuu hiivasoluissa tapahtuvaan alkoholikäymiseen. (alkoholikäymisessä viljan tai viinirypäleiden sisältämät hiilihydraatit hajoavat hiilidioksidiksi ja etanoliksi)

- Bioenergia korvaa fossiilisia polttoaineita.
> liikenteen biopolttoaineita tuotetaan eribiomassoista. Biopolttoaineiden raaka-aineina käytetään runsaasti sokeria ja tärkkelystä sisältäviä kasveja kuten sokeriruokoa, sokerijuurikasta ja maissia.
- Biokaasua muodostuu mikrobin hajottaessa orgaanista ainetta hapettomissa olosuhteissa.
> kaasua käytetään lämmön ja sähköntuotantoon sekä ajoneuvojen polttoaineena. Näin ilmakehään vapautuvan metaanin määrä vähenee. > metaani on tehokas kasvihuonekaasu, joten biokaasun käyttö torjuisi osaltaan ilmastonmuutosta.

13. Lääketieteessä kehitetään jatkuvasti uusia rokotteita ja hoitomenetelmiä.

- Ihmisen immuunijärjestelmän toiminta perustuu elimistölle vieraiden molekyylien eli antigeenien tunnistamiseen ja tuhoamiseen.
> antigeenejä mm. mikrobien pintaproteiinit

- Bakteeritauteja hoidetan antibiooteilla. Antibiootit ovat bakteerien ja homeiden valmistamia aineita, joilla ne tappavat kilpailijoitaan tai estävät niiden kasvua ja lisääntymistä.

- Antibioottien vaikutus perustuu siihen, etä ne häiritsevät bakteerin aineenvaihduntaa.

-esim. penisilliini estää bateerin soluseinän rakentumisen.

-antibiootteja valmistetaan nykyään teollisesti.

-Antibioottien teho heikentyy koska niille vastustuskykyisiä bakteerikantoja kehittyy jatkuvasti.

-Sairaalabakteerien synnyn estämiseksi on tärkeä ettei syö antibiootteja turhaan ja että lääkärinmääräämä antibioottikuuri syödään aina loppuun asti




- Suurin osa rokotteista valmistetaan geenitekniikan avulla.
- Sekä bakteeri että virustautien ennaltaehkäisynä käytetään rokotusta eli aktiivista immunisaatiota.
- Perinteisiä rokotteita, joiden teho perustuu heikenettyihin tai tapettuihin mikrobeihin tai niiden osiin, käytetään edelleen kaikkialla maailmassa.
-Kokonaiset mikrobit korvataan mirkobien pintaproteiinilla jotka toimivat antigeeneinä käynnistäen elimistön immuunijärjestelmän toiminnan.
-Uusia rokotteita joudutaan kehittämään kokoajan, koska bakteerit ja virukset muuntelevat nopeasti



- Kun rokotuksessa käytetään yhä pienempiä taudinaiheuttajian osia, ne eivät aina riitä aktivoimaan immuunijärjestelmää. 



- Biotekniikan avulla tuotetaan lääkeproteiineja ja täsmälääkkeitä.

12. Yksilöiden tunnistamisessa käytetään uusia keinoja

> Ihmisen voi tunnistaa biologisten ominaisuuksien, kuten kasvojen piirteiden, silmien iiristen, sormenjälkien tai puheäänen perusteella
-> biometrinen tunnistus

1) sormenjälki tunnistus -> ihoharjanteet ovat yksilöllisiä, joten niistä voi tunnistaa ihmisen (sormen kaaret silmukat ja kierteet)

2)biopassi/biometri -> mikrosiru jossa on tallennettuna digitaaliset henkilötiedot, nimikirjoitus ja kasvokuva. (kuvaa tunnistettavaa henkilön kasvot ja vertaa passin kasvokuvaan)

3)iiristunnistus -> jokaisella ihmisellä on erilainen kuviointi silmän värikalvossa eli iiriksessä. 

4)kasvotunnistus -> tunnistaa silmän, nenän ja suun mittasuhteetja muodot. Ne analysoidaan tietokoneella joka piirtää niiden perusteella yksilöllisen kasvokartan.



s
- DNA-tunnisteet perustuvat yksilöllisiin DNA:n toistojaksoihin, joita monistetaan PCR-menetelmällä

-rikostutkimus
-isyystestit
-sukulaisuuden selvittäminen
-uhrien tunnistus
-lajien tunnistaminen
-muuntogeenisten eliöiden tunnistaminen.

11. Geenitekniikka on muuttanut jalostusta

- Puhuimme aiheesta ryhmissä, sekä jaoimme kappaleen niin että jokainen kertoi/opetti yhden osan siitä.

- Perinteisessä jalostuksessa geenejä saadaan siirtymään sellaisten lajikkeiden, rotujen ja lajien välillä, jotka risteytyvät keskenään
- Jalostuksessa jalostettuun eliöön toivottujen geenien lisäki siirtyy tuhansia tuntemattomia  ja jopa ei-toivottuja geenejä 
- Geenitekniikan tavoitteena on siirtää geeni eliön soluun niin, että se kiinnittyy osaksi genomia, vaikuttaa halutulla tavalla ja periintyy jälkeläisille.
- Geenitekniikka on menetelmänä nopeampi kuin jalotus, mutta se on kalliimpaa, tarkkaa testausta sekä valvontaa.
- EU-maissa on yhteinen muuntogeenisiä lajeja ja niiden käyttöä koskeva lainsäädäntö



- Muuntogeenisten kasvien viljely on yleistynyt maailmalla
>Geeni tekniikan avulla jalostettiin rikkakasvimyrkkyjä kestäviä lajikkeita, koska rikkakasvimyrkkyjä käytetään viljelyssä runsaasti.
> 75% muuntogeenisistä lajikkeista on rikkakasvimyrkkyjä sietäviä, mikä mahdollistaa rikkakasvien perusteellisemman hävittämisen.
>Muuntogeenisiä kasveja on kehitetty yli sadasta viljelykasvista, kuten maissista.
>Eniten muuntogeenisiä kasveja viljellään USA:ssa koska siellä ei lainsäädännössä erotella muuntogeenisiä ja perinteisesti jalostettuja eläimiä toisistaan.
>muuntogeeniset kasvit voivat auttaa maailman nälkäongelman ratkaisemisessa. Bioteknologian avulla voidaan lisätä sadon määrää ja viljellä lajikkeita, jotka kestävät kuivia olosuhteita sekä suolaista maaperää.
> ongelma: kehitymaiden viljelijät joutuvat ostamaan kalliita siemeniä ja tulevat riippuvaiseksi muuntogeenistä siemenviljaa tuottavista yhtiöistä.



- Muuntogeeniset eläimet
> eläinten tautien vastustuskyvyn parantamiseen tai ominaisuuksiltaan muunneltujen maataloustuotteiden tuottamiseen.
> tavoitteena voi olla tuotteen laadun muutaminen siten että se soveltuu paremmin jatkojalostukseen.

- Muuntogeeninen ravinto on ruokaa jonka raaka-aneena on käytetty muuntogeenisiä eliöitä. = geeni ruoka
>esim. muuntogeenisestä maissista valmistetut aamiaismurot tai muuntogeenisestä tomaatista valmistettu tomaattisose. Tällöoin lopullisessa tuotteessa on mukana maissin ja tomaatin oman DNA:n lisäksi myös jonkin muun eliön DNA:ta.
> Muuntogeeniset elintarvikkeet käyvät läpi tiukan läpimenettelyn, ennenkuin ne pääsevät EU:n alueella kaupalliseen levitykseen. 


Muuntogeeninen ravinto jakaa mielipiteitä
--------------------------------------------------

+ Muuntogeenisen ravinnon riskit ovat pieniä, hyötyjä on enemmän
+ Turvallinen, koska geenitekniikka on erittäin valvottuja
+ ei viitteitä haitallisuudesta
+ tuotteen turvallisuus arvioidaan
+ muuntogeenisen ravinnon tuottaminen on yhtenä osaratkaisuna maapallon nälänhädän torjunnassa ja ympäristöongelmien ratkaisemisessa

- vaara terveydelle ja ympäristölle
- yllättävät allergiset reaktiot (kasvin proteiinit)
- epäluonnollinen
- rikkakasvimyrkyjä paremmin sietävät muuntogeeniset kasvit-> tarvitaan lisää ja vahvempaa myrkkyä 
- torjunta-ainejäämä

10. Jalostuksella ohjataan haluttujen ominaisuuksien periytymistä

- Jalostus = ihmisten teemä suunnitelmallinen kasvien ja eläinten ominaisuuksien valikoimista ja parantamista


- Ihminen on jalostanut kasveja ja tuotantoeläimiä jo pitkän aikaa
- Jalostustyössä hyödynnetään kasvi- ja eläinpopulaatiossa esiintyvää perinnöllistä muuntelua
- Halutut ominaisuudet pyritään periyttämään jälkeläisile
- Jalostuksen tavoitteet muuttuvat, koska kuluttajien toiveet ja terveysvaatimukset muuttuvat (maidontuotannossa alhaisempi rasvaprosentti)



- Valintajalostus tarkoittaa sitä, että ihmisen mielestä tärkeitä ja hyviä ominaisuuksia ilmentävät yksilöt valitaan jatkamaan sukua.
- Kasvijalostuksesa saadaan itsepölytteisillä kasveilla valinnan avulla aikaan puhdas linja, jossa yksilöt ovat jalostajan kannalta toivottujen geenien suhteenn homotsygoottisia
- Valintajalostusta hankaloittaa se että suurin osa jalostuksen kohteena olevista ominaisuusista on sellaisia, mihin tarvitsee monta geeniä. (kasvunopeus, hedelmällisyys, rakenne/ulkomuoto)


- Risteysjalostuksen avulla pyritään aikaan saamaan uusia ominaisuusyhdistelmiä.
- Tavoitteena on jalostaa yksilöitä, joilla on useita hyviä ominaisuuksia
- Tavoitteena on saada toivottujen ominaisuuksien aiheuttavien alleelien suhteen homotsygotiaan, jotta ominaisuus säilyisi jälkikasvulle.


- Kasvijalostuksessa käytetään myös mutaatioita
>tarkoituksellisesti aikaansaatuja
- Kasvin kromosomisto saadaan kaksinkertaistettua käsittelemällä siemeniä tai kasvavia versoja myrkkylihan sijsta eristetyllä kolkisiinilla, joka estää tumasukkulan synnyn
>mitoosin edetessä kromosomit jäävätkin samaan tytärsoluun


-Solukkoviljelyn avulla tuotetaan kasviklooneja
> saadaan nopeasti kasvatettua suuri määrä kasviyksilöitä, joilla on jokin toivottu ominaisuus (kestävyys virustauteja vastaan).
> uusia kasveja tuotetaan niiden kasvusolukoista tai yksittäisistä soluista
>kasvista otetaan pieni määrä soluja joka laitetaan kasvamaan ravintoalukselle tai ravintoliuokseen.
>Solukkoviljelyn avulla kasvetut kasvit ovat perimältään samanlaisia kuin emokasvi, eli ne ovat sen klooneja
- Haploidijalostuksessa kasvatetaan hedelmittymättömästä munasolusta tai siitepölyhiukkasten esiasteesta solukkoviljelysä uusi taimi. Koska haploidisella taimella on vain puolet kasvin normaalista kromosomimäärästä, siiinä ilmenevät resessiivisetkin alleelit, koska niiden vastinalleelit puuttuvat.

Jalostuksen huonoja puolia on etenkin koiriin (toki muihin eläimiinkin) kohdistunut järjetön jalostus. Niissä yritetään 'kaunistaa' koiraa tai saada se toivotun näköiseksi.
(Väärin tehtyä siksi, koska ei se itse jalostus siinä ole se ongelma. Lähinnä se että tiedot genetiikasta ovat olleet puutteellisia -> vääränlainen jalostus) 






- Kaikkien näiden jalostusten takana ei ole vaikuttaa koiran terveyteen tippaakaan; vaan ulkomuotoon ja hyvännäköisyyteen (pärjäisi näyttelyissä tms.)
- Jotkin jalostukset (etenkin keskimmäinen kuva) on aiheuttanut kyseiselle koirarodulle pahoja lonkka sekä selkävaivoja/vikoja.
- Viimeisen kuvan koira on haluttu saada näyttämään enemmän leijonalta. Koska buddhalaisuudessa leijona on pyhä eläin - halusi keisari itselleen koirasta 'leijonan tapaisen'

9. Geenitekniikan avulla voidaan muokata eliöitä

- 9-kappaleesta teimme Kahoot!-sovelluksella pienen testin.
- Eliötä sanotaan muuntogeeniseksi mikäli sen perimää on muokattu.


- Muuntogeeniset eliöt voidaan jakaa kahteen ryhmään

a) jos eliöön on lisätty jokin uusi geeni, on se silloin siirtogeeninen. Siirrettävä geeni tai sen osa voi olla peräisin saman lajin toisesta yksilöstä tai toisesta lajista.

b) geenin muuttaminen toimintakyvyttömäksi on poistogeeninen eliö. 

- Siirtogeenisiä bakteereja tehdään yleensä jonkin proteiinin tuottamista tai geenin monistamista varten.

- Vektoreina toimivat bakteerit ja virruset; bakteerit lisääntyvät suotuisissa suhteissa nopeasti ja tuottavat suuria määriä proteiineja.

- Tumallisen solun geeni ei tomi sellaisenaan bakteeriin siirrettynä. Kyseisen geenin proteiinia koodatessa alue tarvitsee viereensä myös bakteerissa toimivan säätelyalueen.

- Geenien siirto eläinsoluun voidaan tehdä monella tavalla
>mikroinjektiossa geeni siirretään mikroskoopin alla erittäin ohuen lasiputken kautta eläimen munasoluun. Munasolun annetaan jakautua ja muodostaa kasvatusalustalla alkio.
>sähköpulssi tekee solukalvoon hetkellisesti aukkoja joiden kaut vierasta DNA:ta pääsee isäntäsoluun.
>fosfolipidikalvon muodostamaa pientä kalvorakkulaa, liposomia, jonka sisällä on DNA:ta, käytetään vieraan perintöaineksen siirtämisessä nisäkässoluihin.
-->  ongelmat: geeni yhdistyy isntäsolun perimään sattumanvaraisesti ja mielivaltaiseen kohtaan.
Geeni voi liittyä DNA:ssa alueelle jossa se ei toimi, tai keskelle jotain geeniä, jonka luenta näin estyy. 

- yleisin poistogeeninen nisäkäs on hiiri.


- geeni siirretään kasvisoluun yleensä agrobakteerin avulla
-> kasveihin tehtävän siirron vektorina käytetään tavallisesti maaperästä saatava agrobakteeri.
-> sen plasmidiin liitetty vieras geeni siirtyy helposti kasvisolujen kromosomeihin.
-> Kasvisoluja ympäröivä soluseinä voidaan poistaa selluloosaa hajottavien entsyymien avulla, tällöin geeni voidaan siirtää myös mikroinjektiolla.




- Geenejä, soluja ja yksilöitä kloonataan
- Kloonaaminen: geenien eristäminen ja monitaminen bakteeriviljelmän tai CPR:n avulla.
- Bakteerit kloonautuvat yksinkertaisesti jakautumalla kahtia
- Yksilötasolla kloonamisella tarkoitetaan perimältään samanlaiden yksilöiden tuottamista
- Eläimillä luonnollinen kloonautuminen on harvinaista, mutta suvuttomasti lisääntyvillä kasveilla  se on tavallista.

Yksilöinen kloonaus
eläimet: tuman siirto
kasvit: solukkoviljely

8. Geenitekniikan avulla muokataan ja tutkitaan perimää.

- Geenitekniikalla tarkoitetaan biologian menetelmiä, joilla eliöiden perintöainesta eristetään, analysoidaan, muokataan ja siirrettään muihin eliöihin.
- Perustuvat molekyylibioloiaan ja mikrobigenetiikkaan



- Geenien tutkimus aloitetaan dna:n eristämiselllä
- DNA on eristettävä soluista, puhdistettava ja paloiteltava.
- Bakteerien ja arkkien DNA: saadaan irti soluista rikomala solut emäksisillä kemikaaleilla ja kuumennuksella.
- Tumallisten eliöiden geenit sijaitsevat pääasiassa tuman kromosomeissa mutta myös mitokondriossa ja viherhiukkasissa.
- Hajoitetut lipidi ja proteiinit on pestävä pois jotta DNA:n rimaa voidaan katkoa pätkiksi.

- Entsyymit ovat geenitekniikan työkaluja
- DNA:n käsittelyssä tarvitaan monenlaisia entsyymejä etenkin katkaisu- ja liittäjäentsyymit, proteiineja jotka pilkkovat proteaasit sekä DNA että RNA-ketjua rakentavat polymeraasientsyymit.

Geenitekniikassa esiintyviä entsyymejä

Entsyymi                                                                                                      Merkitys
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
DNA-polymeraasi                                          Rakentaa nukleotideistä DNA-ketjua (emäspariperiaate)


RNA-polymeraasi                                         Rakentaa nukleotideistä RNA-molekyylin (DNA-                                                                                     juosteen mallin mukaisesti)


Katkaisu eli restriktioentsyymit                          katkaisevat DNAn rihman luonnollisesta kohdasta



liittäjä eli ligaasientsyymit                               Liittävät irrallaan olevat DNA-juosteiden päät yhteen



käänteiskopioija entsyymi                             kopio RNA:n emäsjärjestyksen DNA:n                                                                                                    emäsjärjestykseksi (vastin-DNA:ksi)


proteaasit                                                         yhteisnimi erilaisille proteiineja pilkkoville entsyymeille






- Geenejä voidaan tallentaa ja koodata geenikirjastoissa
- Esim. ihmisen koko perimä voi olla yhdessä koeputkessa bakteereihin liitetyisä satunnaisissa DNA-palasissa.
- Bakteeriviljelmään siirrettyä jonkin eliön perimää tai sen osaa sanotaan geenikirjastoksi.
- Vieraan DNA:n siirtämiseksi bakteereihin tarvtaan geenin kuljettimia plasmideja, eli vektoreita.
- Niitä on helppo eristää bakteereista ja siirtää niihin takaisin.
- Myös bakteriofageja voidaan muunneltuina käytttää vektoreina geenien siirrossa.
- Muita mahdollisia vektoreita on plasmidin ja viruksen yhdistelmät.

- DNA monistetaan entsyymien avulla polymeraasiketjureaktiossa
- Bakteereisa tehtävää DNA:n monistamista nopeampi ja tehokkaampi tapa on polymeraasiketjureaktio eli PCR-menetelmä (pcr = polymerase chain reaction)
- Sillä saadaan monistettua koeputkessa DNA:ta pienestäkin kudos tai solukkonäytteestä.
- PCR:n merkitys nykyaikaiselle geenitutkimukselle on ollut valtava.








- DNA-palojen erottelu tehdään elektroforeesin avulla
- Kun DNA on pilkottu katkaisuentsyymen avulla erikokoisksi paloiksi tai sen osaa on monistettu PCR:n avulla syntyneet palat erotellaan toisistaan.
- Halutaan yleensä vain pieni osa.
-  Erottelu tapahtuu sähkövirran avulla ja menetelmää kutsutaan elektroforeesiksi.
- DNA-palat ovat varaukseltaan negatiivisia ja siksi sähkövirta saa ne liikkumaan geelimäisessä väliaineessa.
- Lopputuloksessa näytteen sisältämät erikokoiset DNA-pätkät ovat liikkuneet toisistaan erilleen ja erottuvat väliaineessa värjäyksen ansiosta erillisinä raitoina.


laite jolla DNA:ta erotellaan

- DNA-sirujen avulla selvitetään samanaikaisesti tuhansen geenien ilmentymistä.

- Sekventoinnissa DNA:n emäsjärjestys selvitetään. 

7. mutaatiot ovat perimässä tapahtuvia muutoksia.

 - Solujen perimässä tapahtuu jatkuvasti muutoksia, niitä syntyy ilman näkyvää syytä solun jakautumisen yhteydessä. Ne voivat olla myös seurausta erilaisista ympäristötekijöistä.
- Mikäli DNA:n korjaamisesta huolehtivat entsyymit eivät kykene paikkaamaan vaurioitunutta osaa, jää muutos pysyväksi. Tällöin sitä kutsutaa mutaatioksi.
- Mutaatiota voi tapahtua yksittäisessä geenissä, kromosomissa tai koko kromosomistossa.
- Mutaatiota aiheuttavat ympäristötekijöitä kutsutaan mutageeneiksi; mm ionisoiva säteily (röntgen- ja gammasäteily) ja UV-säteily, monet kemikaalit ja sekä eräät virukset.


- Geenimutaatio tapahtu yhdessä geenissä; sen seurauksena geenin sisältämä  perinnöllinen informaatio muutuu, mistä voi olla seuraus muutos proteiinin rakenteessa.

-Nukleotidin vaihtuminen tai nukleotidien määrän muuttuminen muuttaa perinnöllistä informaatiota
>yhden nukleotidin muuttuminen toiseksi on pienin muutos geenissä -> PISTEMUTAATIO.

-Geenimutaatiossa voi nukleotidejä myös hävitä tai tulla ylimääräisiä. Tämän muutoksen seuraukset on pistemutaatiota suuremmat. Esim. jos geenistä häviää yksi nukleotidi geneettistä koodia ei lueta enää samalla tavala, koska emäs kolmioiden ryhmittely muuttuu. Mutaatiokohdasta lähtien emäskolmikot  järjestäytyy uudella tavalla, ja siten syntyvän proteiinin 
aminohappokoostumus muuttuu.

- Geenimutaatiolla voi olla vaikutusta solujen toimintaan ja yksilön terveyteen.

KROMOSOMIMUTAATIOSSA KROMOSOMIN RAKENNE MUUTTUU

- Kromosomimutaatiossa kokonainen kromosomin osa muuttuu.

- Seurauksena on muutos geenien määrässä tai rakenteessa.

- Kromosomi mutaatio edellyttää kromosomin katkeamista. (solun jakautuminen)

- liittymässä kromosomista irronnut pala siirtyy saman kromosomin eri paikkaan tai kokonaan toiseen kromosomiin. Usein liittymä  sekoittaa vahingollisesti perimää, esimerkiksi liittymällä keskelle geeniä, ja haittaa näin solun toimintaa
- siirtymässä kahdesta eri kromosoomista on samanaikaisesti irronnut pala ja palat vaihtavat paikkoja keskenään. Siirtymä vaikuttaa solun toimintaan jos se katkaisee geenin tai siirtää väärän säätelyalueen alaisuuteen.
- kääntymässä kromosomista irtoaa pala, joka kääntyy korjauksen yhteydessä toisinpäin. Seurauksia ei yleensä ole.
- kahdentumassa jokin kromosomin osa monistuu. 


KROMOSOMISTOMUTAATIOSSA KROMOSOMILUKU MUUTTUU
- Kromosomistomutaatio johtuu yleensä meioosista tapahtuneista häiriöistä.
- Mikäli  vähennysjaon aikana kromosomiluku ei puolitu normaalisti, tulee toiseen tytärsoluista liikaa ja toiseen liian vähän.
Jakautimisen jatkuessa syntyy sukusoluja, joissa kussain on poikkeava määrä kromosomeja.






- Kromosomistomutaatiot voi aiheuttaa Downin-syndroomaa, lajiristeytymiä ja nopea kasvuisia kasviyksilöitä.

- Kromosomimutaatiot voi aiheuttaa muutoksia entsyyminen määrissä, ja muutoksia yksilön kehityksessä.

- Geenimutaatiot voi aiheuttaa proteiinien kuten entsyymien rakenne muutoksia, kehityshäiriöitä ja syöpää.

6. Solut jakautuvat, erilaistuvat ja toimivat yhdessä.

- Uudet solut syntyvät solun jakautuessa.
- Jos jakautuminen tuottaa emosolun kaltaisia tytärsoluja puhutaan mitoottisesta jakautumisesta.  

Ennenkuin mitoosi voi alkaa, DNA kahdentuu. DNA:n kahdentumiseen osallistuu monia entsyymejä ja muita proteiineja. Niiden tehtävänä on mm. tunnistaa kahdentumisen aloituspaikka, katkaista vetysidokset DNA-juosteiden väliltä ja korjata erilaisia kopioimisessa tapahtuneita virheitä. Keskeinen entsyymi on DNA-polymeraasi.




Mitoosin vaiheet:



Mitoosi voidaan jakaa profaasiin (esivaihe), prometafaasiin, metafaasiin (keskivaihe), anafaasiin (jälkivaihe) ja telofaasiin (loppuvaihe).

Profaasissa kromosomit kondensoituvat näkyviiin. Prometafaasissa tumakotelo hajoaa ja tumajyvänen katoaa näkyvistä.

Metafaasin aikana kahdentuneet kromosomit asettuvat jakotasoon. Usein sisarkromatidit (kromosomin puolikkaat) asettuvat metafaasikromosomeille tyypilliseen x-kirjaimen muotoon, jossa solmukohtana on sentromeeri.

Anafaasissa tumasukkulan säikeet lyhenevät ja vetävät kromatidit toisistaan irti sekä ohjaavat syntyneet tytärkromosomit solun vastakkaisille puolille. 

Telofaasissa kummankin tytärkromosomiryhmän ympärille rakentuu tumakotelo. Tumasukkula häviää vähitellen ja kromosomit purkautuvat kierteisyydestään löyhäksi vyyhdeksi. Molempiin tumiin ilmaantuu tumajyvänen.

NISÄKKÄÄN KANTASOLU TYYPIT
- kaikki kykyiset kantasolut (totipotentti)
(kykenevät erilaistumaan erilaisiksi solutyypeiksi)

- lähes kaikki kykyiset kantasolut (pluripotentti)
(solut kykenevät erilaistumaan yksilön kaikiksi soluiksi, mutta ei enää istukan soluiksi)

- monikykyiset kantasolut (multipotentti)
(solut voivat erilaistua moniksi eri kudostyypeiksi)

- aikuisen kantasolut
(solut voivat erilaistua vain yhden elimen kudoksiksi.)


Tärkeimmät kasvihormonit:

hormoni                     syntypaikka                                 vaikutukset


auksiinit                    varren kärjen kasvupiste             lisäävät solujen
                                  silmujen ja juurten                      pituuskasvua ja juurien muodostumista
                                   kasvupisteet                   


gibberelliinit              juuret, silmut ja                         lisäävät solujen jakaantumista ja pituuskasvua,
                                     nuoret lehdet                           sekä edistää siementen itämistä.


sytokiniinit                    juuret                                      lisää solun jakaantumista, edistää solujen
                                                                                     erilaistumita, edistää itämistä, estää solujen
                                                                                      vanhenemista


abskissihappo                varren kärjen kasvupiste            edistää solujen vanhenemista, edistää itämistä
                                                                                       estää siementen itämistä, vähentää kasvua


etyleeni (eteeni)               kypsyvät hedelmät                 edistää hedelmien kypsymistä, edistää lehtien
                                                                                          ja kukkien karisemista.

• Kasvien yksilökehitykseen vaikuttavat voimakkaasti kasvihormonit. Ne ova tietyissä osissa syntyviä yhdisteitä, jotka leviävät yleensä veteen liuenneina eri puolelle kasvia
  
• Ne ohjaavat yhdessä ympäristötekijöiden kanssa solujen aineenvaihduntaa.
  
• Lämpöjaksoisuus vaikuttaa siementen itämiseen, silmujen puhkeamiseen ja kasvien lisääntymiseen
  
• Valojaksoisuus (fotoperiodisuus) ohjaa monien lajien kukkimista. 

                                                    

5. Geeneissä on informaatio solujen toimintaan.

- Perinnöllinen informaatio on DNA:ssa.
- DNA = deoksiribonukleiidihappo
- DNA-molekyylissä on rinnakkain kaksi juostetta, joista kumpikin voi sisältää yli kymmeniä miljoonia nukleotideja.
- Geeni sisältää inormation tietyn proteiinin tai RNA-molekyylin rakentamiseksi.
- Osa geeneistä on aina aktiivisia, osa toimii vain tietyissä soluissa tai yksilönkehityksen tietyssä vaiheessa.
- Geenit jotka ohjaavat solun kannalta keskeisimpiä aineenvaihduntareaktioita (soluhengitys tai proteiinisynteesi)  toimivat kaikissa soluissa.

- Suurin osa tumallisen solun geeneistä sijaitsee kromosomeissa.
- Yhdessä kromosomissa voi olla tuhansia geenejä.
- Geenien lisäksi kromosomeissa on monenlaisia geenien ulkopuolisia alueita mm erilaiset toistojaksot ja sammuneet geenit.
( sammuneet geenit = lakannut toimimasta evoluution kuluessa, toisto jaksot = DNA-jaksoja joissa on kaksi tai useampi nukleotidi kertautuu peräkkäin muutamasta kerrasta tuhansiin kertoihin)



- DNA sisältää neljä erilaita emästä. Geenissä emäkset ovat järjestäytyneet pitkäksi ketjuksi, jossa yksi emäskolmikko koodaa proteiinisynteesissää yhtä aminohappoa.
( poikkeuksena kolme emäskolmikkoa joiden tehtävä on lopettaa geenin luenta )














- RNA = ribonukleiinihappo, nukleotideistä koostuva polymeeri.
- Tumallisissa soluissa geenin sisältämän koodin muuttaminen proteiiniksi tapahtuu useassa vaiheessa.
- Lähetti-RNA rakentuu geenin informaation perusteella. Geenin sääteyaluetta tarvitaan RNA-synteesin aloittamiseen. RNA:n rakentaminen käynnistyy kun RNA-polymeraasientsyymi tarttuu eenin säätelyalueella sijaitsevaan promoottoriin.
- RNA-polymeraasientsyymi rakentaa tumassa olevista nukleotideistä emäspariperiaatteen mukaiseesti esiaste-RNA-molekyylin, joka sisältää geenin eksoni ja entrionalueet.
- Jotta varsinainen proteiinisynteesi voi alkaa, on esiaste-RNA muokattava lähetti-RNA:ksi.


- Ribosomi on pieni soluelin joka koostuu proteiineista ja RNA:sta. Se liikkuu lähetti-RNA:ta pitkin liittäen aminohappoja toisiinsa lähetti-RNA:n sisältämän geneettisen koodin perusteella. 
- Ribosomiin on kiinnittyneenä kaksi siirtäjä-RNA:taa joista toinen on kiinni kasvvassa aminohappoketjussa, ja toinen tuo aminohappoketjuun seuraavan aminohapon.
- Aminohappojen välille muodostuu peptidisidos.

4. Tumallisilla souilla on samankaltainen perusrakenne

- Kaikki eliöt rakentuvat soluista
- Solun toiminta on aineenvaihduntaa
- Solu akentaa tarvitsemiaan aineita entsyymien ohjaamissa biokemiallisissa reaktiossa pilkkomistaan ravintoaineista tai tarpeettomiksi käyneistä molekyyleistä
- Tuman DNA:ssa olevat geenit sisältävät informaation, jonka perusteella entsyymit tuotetaan ribosomeissa proteiinisynteesissä
- Tehokkaaseen toimintaan solu tarvitsee monenlaisia muitain soluelimiä ja rakenteita; soluhengitys mitokondriossa, solukalvvon avulla solu ottaa tarpeellisia ja poistaa tarpeettomia tai haitallisia aineita, lisäksi solukalvon pinnalla olevat reseptorit vastaanottavat solun tomintaa ohjaavia viestejä.


ELÄINSOLUN RAKENNE


1) tuma ja tumakotelo -> tumakotelo on muodostunut kahdesta tumakalvosta. Kumpikin kalvo rakentuu fosfolipidikerroksesta. Tuman sisällä on kullekkin lajille tyypillinen määrä DNA:sta ja proteiineista muodostuneita kromosomeja, missä geenit sijaitsevat. Tumassa voi myös erottaa myö ribosomeja tuottavan tumajyväsen.

2) solulimakalvosto -> kalvorakenteet raketuvat myös fosfolipidikerroksesta. Solulimakalvosto muodostaa sokkeloisen rakenteen joka on tärkeä aineiden valmistamisessa ja kuljettamisessa. Kalvostossa on runsaasti entsyymejä jotka ohjaat aineiden rakentamista.

3) solulima -> tarkoittaa tuman ja soluelinten ulkopuolelle jäävää nestemäistä osaa. Suurin osa siitä on vettä. Monet solun aineenvaihduntareaktiot tapahtuvat solulimassa ja ovat entsyymien katalysoimia.

4) mitokondrio -> rakentuu sileästä ulkokalvosta ja poimuttuneesta sisäkalvosta. Siinä on omaa DNA:ta, ribosomeja ja lukuisia entsyymejä. Jos happea on läsnä, glukoosiin sitoutuneesta energiasta saadaan suuri osa tateen mitokondriossa tapahtuvan soluhengityksen avulla. Vapautettu energia sidotaan ATP-molekyylien runsasenergisiin sidoksiin. Mitokondriot lisääntyvät solussa itsenäisesti jakautumalla, ja niitä on sitä runsaammin mitä enemmän solu tarvitsee energiaa.

5) ribosomi -> pieniä soluelimiä, ne koostuvat ribosomaalisesta RNAsta ja proteiineista. Ribosomit ovat tärkeässä asemassa proteiinisynteesissä koska ne kokoavat aminohappoketjuja lähetti-RNAn sisältämän infon perusteella.

6) Golgin laite -> litteistä klvopusseista ja pienistä rakkuloista muodostunut soluelin. Golgin laitteessa tapahtuu proteiinien lopullinen muokkaus, siksi sitä kutsutaan usein solun postituskeskukseksi.



7) Lysosomit -> vain eläin- ja sienisoluissa. Toimivat kierrätyskeskuksina, joissa hajoitetaan suuria molekyylejä, vioittuneita soluelimiä ja palautetaan niistä saadut käyttökelpoiset osat tai aineet, kuten aminohapot, takaisin solulimaan.

8) Solun tukiranka -> säätelee mm. soluelimien paikkaa solussa, solujen liikkeitä, aineiden kuljetusta ja sekä reseptorien sijoittumista solukalvossa

9) keskusjyvänen -> eläinsolussa on kaksi proteiinisäikeistä muodostunutta keskusjyvästä, ne osalllistuvat tumasukkulan muodostumiseen  solunjakautumisen aikana.




1) kasvisolun solukalvoa ympäröii jäykkä, monikerroksinen soluseinä. Se koostuu selluloosasta, hemiselluloosasta ja ligniinistä.
Soluseinä tukee kasvisolua ja estää sitä vaurioitumasta, kun se ottaa osmoosin avulla vettä sisäänsä.

2) solukalvo on muodostunut kahdesta fosfolipidikerroksesta ja siihen uppoutuneista proteiineista. Solukalvon avulla solu kykenee kontrolloimaan mitä aineita soluun otetaan ja mitä sietä poistetaan. 

3) peroksisomit on kasvi-, sieni-, ja eläinsolussa. Ne pilkkovat monien entsymiensä avulla yhdisteitä jota entsyymikoostumus riippuu kyseisen solun tehtävästä elimistösssä.

4) vakuolit ovat kalvon ympäröimiä nesterakkuloita. Vakuolin kalvo säätelee aineiden kulkeutumista sinne ja sieltä pois. Vakuoli tukee myös kasvisolua mekaanisesti aiheuttamalla nestejännityksen solun sisällä

5) Viherhiukkaset ovat kehittyneiden kasvien soluelimiä, joissa fotosynteesi tapahtuu. Viherhiukkasia ympäröi kaksoiskalvo samaan tapaan kuin mitokondrioita. Myös viherhiukkaset ovat kotelomaisia, ja ne kykenevät lisääntymään itsenäisesti. Viherhiukkasen kotelon sisällä on nestemäinen osa eli strooma ja yhteyttämiskalvostoa sekä useita päällekkäisiä kiekkomaisia kalvopinoja. Muuta viherhiukkasen sisältöä tummempana viherhiukkasissa erottuu usein tärkkelysjyväsiä.

3. Virukset lisääntyvät soluissa

- Virus koostuu kuoresta, siitä ulospäin suuntautuvista pintarakenteista sekä kuoren sisällä olevasta perintöaineksesa.
- Pintarakenteiden avulla virus tunnistaa isäntäsolunsa ja kiinnittyy isäntäsolun solukalvon reseptorimolekyyleihin
- Viruksen geenien määrä on hyvin pieni (muutamasta geenistä joihinkin satoihin)
- Viruksilla ei ole soluelimiä eikä itsenäistä aineenvaihduntaa.


1) pintaproteiinit
2) isäntäsolun solukalvoista peräisin oleva vaippa
3) proteiinista muodostunut kuori
4) perintöaines



Erimuotoisia viruksia

a) influenssavirus
- tarvitsee pintaproteiineja solun pinnalle kiinnittyessään ja solusta poistuessaan.


b) adenovirus
- aiheuttaa mm. hengityselitentulehdusta.

c) bakteriofagi

d) tupakan mosaiikkivirus
- viruksen tartunta aiheuttaa kasvin lehtiin värimuutoksia ja laikkuuntumista.

e) ebola-virus
- nauhamainen virus, aiheuttaa tappavaa verenvuotokuumetta.


Virukset muuttuvat lisääntyessään isäntäsolunsa virustehtaaksi
1) virus tunnistaa oikean isäntäsolunsa,virus pääsee endosytoosin avulla isäntäsoluun sen solukalvosta kuroutuvan rakkulan sisällä.
2) viruksen perintöaines vapautuu solun sisällä
3) DNA-virusten perimä siirtyy tumaan ja kiinnittyy siellä johonkin isäntäsolun kromosomeista -> uuien virusten osien valmistus
4) kokoaminen viruksen perintöaineksen mukaan
5) valmiit virukset poistuvat isäntäsolusssa eksosytoosin avulla solukalvosta kuroutuvissa rakkuloissa


esim.



Viruksen aiheuttamia tauteja:
- aivokalvontulehdus
- flunssa
- nielutulehdus (adenovirus)
- hepatiitti 
- ihotulehdus
- silmätulehdus
- keuhkokuume
jne.

2. Mikroskooppisen pienet eliöt ovat mikrobeja.

- Käsite mikrobi on yleisnimitys kaikille mikroskooppisen pienille eliöille.

- Näihin kuuluvat bakteerit ja arkit, alkueliöiden kunnasta alkueläimet ja yksisoluiset levät, sekä sienten kunnasta hiiva- ja homesienet, lisäksi mikrobeihin luetellaan virukset.

- Mikrobeille ominaista on kyky sopeua monenlaisiin olosuhteisiin (nopea lisääntyminen ja geneettinen muuntelukyky)

Eliömaailman kunnat

ARKIT

- Ovat levittäytyneet kaikkialle maapallolle

- Menestyvät ääriolosuhteissa (+300-asteisesta vesi, suolajärvet)
- Omavaraiset lajit yhteyttävät kemosynteesin avulla (meren syvänteet)

- Eivät aiheuta tauteja

- Ei eroa paljoa bakteerista paitsi kemiallisten ja geneettiset ominaisuudet ovat erilaiset.

- Arkkien DNA:han pakkaamiseen osallistuvat proteiinit, geenien rakenne, toiminta ja proteiinisynteesii.

Arkit jaetaan kolmeen pääryhmään:

a) halofiilit, jotka voivat elää niin suolaisessa vedessä, jossa muut eliöt jo kuivuisivat.

b) metanogeenit, eli metaania muodostavia arkkeja esiintyy mm. nautojen ruuansulatuselimistössä, kaatopaikoilla ja soilla. Ne pystyvät elämään ainoastaan hapettomissa oloissa.

b) termofiilit, ne sietävät hyvin korkeita lämpötiloja. (mm. +98C)

BAKTEERIT

- on vain yksi kromosomi

- solulimakalvosto ja kalvolliset soluelimet (mitokondrio,viherhiukkaset) puuttuvat

- soluhengitysreaktiot tapahtuvat solukalvosta poimuttuneessa soluhengityskalvostossa ja fotosynteesireaktiot yhteyttämiskalvostossa

- bakteerilla voi olla ripsiä tai siimoja, jotka auttavat sen liikkumista ja jalustaan kiinnittymistä.

bakteerin rakenne:

Pyöreät bakteerit ovat kokkeja, sauvamaiset basilleja, käyrät sauvamaiset vibrioita ja kierteiset spirokeettoja.

Vibrio

- taudinmääräyksiä tehtäessä tehdään puhdasviljelmä, jossa kasvaa vain yhtä bakteerilajia. Bakteerinäyte, joka sisältää paljon eri bakteerilajeja  siirretään kasvatusmaljalle, siihen alkaa kasvaa erilaisia bakteeripesäkkeitä. Kun otetaan jostakin näyte maljalle kasvaneesta bakteeripesäkkeestä, ja siirretään se uudelle kasvatusmaljalle, on saatu aikaan puhdasviljelmä.

- Bakteerit lisääntyvät suvuttomasti jakautumalla, bakteeripopulaaton kasvuun vaikuttaa mm. ympäristön lämpötila, happamuus, happipitoisuus ja vesipitoisuus.

- Ihanteellinen lämpötila 20-40 C

ALKUELÄIMET

- Yksisoluisia tumallisia, liikkumiskykyisiä eliöitä, jotka elävät kosteissa ympäristöissä.

- Ne lisääntyvät lähinnä suvuttomasti kahtia jakautumalla tai monistumalla isäntäeläimessään.

- Usein tautia aiheuttavan alkueläimen elämänkiertoon kuuluu eläminen varsinaisen isäntäeläimen lisäksi joissakin väli-isännissä.

- Yksi eniten kuolonuhreja vaativista alkueläintaudeista on malaria.

- Taudinlevittäjänä toimivat hyttyset. Naarashyttynen imee ihmisen verta ja siirtää samalla elimistössään olevia malarialoisioita ihmisen verenkiertoon, jolloin loisiot asettuvat maksaan ja siitä edelleen punasoluihin. Tartunnan saaneet punasolut hajoavat ja malarialoisiot siirtyvät vereen tartuttamaan uusia punasoluja. Malarialoisio voi siirtyä myös malariaa sairastavasta ihmisestä hyttyseen.