5. Aminohapot ja valkuaisaineet
Aminohapot
Kun tutkijat etsivät alkeellista elämää maapallon ulkopuolelta, he etsivät merkkejä aminohapoista. Niitä on löydettykin meteoriiteista ja erään komeetan jälkeensä jättämästä hunnusta. Tämä ei vielä takaa elävien solujen löytymistä avaruudesta, mutta on sen edellytys.
:rightAminohappojen nimestä voi päätellä, että aminohappomolekyylin hiiliketjun päässä on karboksyyliryhmä -COOH. Lisäksi hiiliketjuun on sitoutunut toinen toiminnallinen ryhmä, aminoryhmä -NH2.
Aminoryhmä on sitoutunut hiiliatomiin molekyylisidoksella typpiatomin kautta. Näin saamme orgaanisten molekyylien sisältämien alkuaineiden joukkoon hiilen, vedyn ja hapen lisäksi mukaan neljännen alkuaineen, typen N. Aminohapoissa voi olla mukana myös rikkiatomeja S.
Rakennetaan esimerkkinä yksinkertaisin aminohappo, aminoetaanihappo. Tässä videossa vertaillaan etaanin, etanolin, etaanihapon ja aminoetaanihapon rakenteita:
Seuraavaksi yksinkertaisin aminohappo on aminopropaanihappo, joka muodostuu kolmen hiilen mittaisesta hiiliketjusta, karboksyyliryhmästä ja aminoryhmästä.
https://peda.net/id/326c35b417f
:rightAminohappojen nimestä voi päätellä, että aminohappomolekyylin hiiliketjun päässä on karboksyyliryhmä -COOH. Lisäksi hiiliketjuun on sitoutunut toinen toiminnallinen ryhmä, aminoryhmä -NH2.
Aminoryhmä on sitoutunut hiiliatomiin molekyylisidoksella typpiatomin kautta. Näin saamme orgaanisten molekyylien sisältämien alkuaineiden joukkoon hiilen, vedyn ja hapen lisäksi mukaan neljännen alkuaineen, typen N. Aminohapoissa voi olla mukana myös rikkiatomeja S.
Rakennetaan esimerkkinä yksinkertaisin aminohappo, aminoetaanihappo. Tässä videossa vertaillaan etaanin, etanolin, etaanihapon ja aminoetaanihapon rakenteita:
Seuraavaksi yksinkertaisin aminohappo on aminopropaanihappo, joka muodostuu kolmen hiilen mittaisesta hiiliketjusta, karboksyyliryhmästä ja aminoryhmästä.
https://peda.net/id/326c35b417f
Biokemia
Biokemia on useita eri tieteenaloja yhdistävä tiede, jossa tutkitaan proteiineja. Biokemiassa yhdistyvät kemian, biologian ja lääketieteen osaaminen. Biokemistit nimeävät aminohapot kolmikirjaimisin lyhentein. Esimerkiksi aminoetaanihapon lyhenne on GLY (glysiini) ja aminopropaanihapon vastaavasti ALA (alaniini).
Kaikissa biologisesti tärkeissä aminohapoissa aminoryhmä -NH2 on liittynyt välittömästi karboksyyliryhmän viereiseen hiiliatomiin.
Miksi maapallon ulkopuolista elämää etsittäessä huomio kiinnitetään aminohappoihin? Siksi, koska aminohapoilla on kyky ketjuuntua toistensa kanssa eli polymeroitua. Ketjuista muodostuu valtavia, jopa tuhansia aminohappoja sisältäviä valkuaisaine- eli proteiinimolekyylejä, jotka toimivat elävien solujen rakennusaineina.
:rightToki aminohappoketjut voivat olla lyhyempiäkin, kuten esimerkiksi insuliinimolekyyli, joka ei ole valkuaisaine vaan hormoni. Siinä on “vain” 51 aminohappomolekyyliä liittyneenä yhteen. Insuliinihormoni säätelee kehon sokeriaineenvaihduntaa.
Seuraavasssa videossa nähdään miten molekyylimallinnusohjelmistolla optimoidaan molekyylirakenteita. Videossa optimoidaan tietokannasta haettu tasomainen 2D-insuliinimolekyyli 3D-muotoon. Optimointia tarvitaan, koska optimoitu rakenne vastaa paremmin molekyylin todellista muotoa. Jos molekyylin muoto tunnetaan, niin tiedetään myös miten se vaikuttaa elimistössä. Silloin siitä voidaan suunnitella esimerkiksi oikein toimivia lääkeaineita.
Aminohappomolekyylit sitoutuvat kemiallisesti toisiinsa karboksyyliryhmän ja aminoryhmän kautta, jolloin samalla irtoaa vesimolekyyli:
Huom! Vertaa peptidisidoksen muodostumista karboksyylihappojen ja alkoholien esteröitymisreaktioon.
Kaikissa biologisesti tärkeissä aminohapoissa aminoryhmä -NH2 on liittynyt välittömästi karboksyyliryhmän viereiseen hiiliatomiin.
Miksi maapallon ulkopuolista elämää etsittäessä huomio kiinnitetään aminohappoihin? Siksi, koska aminohapoilla on kyky ketjuuntua toistensa kanssa eli polymeroitua. Ketjuista muodostuu valtavia, jopa tuhansia aminohappoja sisältäviä valkuaisaine- eli proteiinimolekyylejä, jotka toimivat elävien solujen rakennusaineina.
:rightToki aminohappoketjut voivat olla lyhyempiäkin, kuten esimerkiksi insuliinimolekyyli, joka ei ole valkuaisaine vaan hormoni. Siinä on “vain” 51 aminohappomolekyyliä liittyneenä yhteen. Insuliinihormoni säätelee kehon sokeriaineenvaihduntaa.
Seuraavasssa videossa nähdään miten molekyylimallinnusohjelmistolla optimoidaan molekyylirakenteita. Videossa optimoidaan tietokannasta haettu tasomainen 2D-insuliinimolekyyli 3D-muotoon. Optimointia tarvitaan, koska optimoitu rakenne vastaa paremmin molekyylin todellista muotoa. Jos molekyylin muoto tunnetaan, niin tiedetään myös miten se vaikuttaa elimistössä. Silloin siitä voidaan suunnitella esimerkiksi oikein toimivia lääkeaineita.
Aminohappomolekyylit sitoutuvat kemiallisesti toisiinsa karboksyyliryhmän ja aminoryhmän kautta, jolloin samalla irtoaa vesimolekyyli:
Huom! Vertaa peptidisidoksen muodostumista karboksyylihappojen ja alkoholien esteröitymisreaktioon.
Valkuaisaineet eli proteiinit
:rightValkuaisainemolekyylit koostuvat aminohappojen muodostamasta verkostosta, jossa aminohappoketjut kiertyvät ja laskostuvat vuorovaikuttaessaan toistensa kanssa. Näin jokainen proteiinimolekyyli saa sille ominaisen kolmiulotteisen rakenteensa, joka näyttää epämääräiseltä lankavyyhdeltä.
Epämääräisyys on kuitenkin harhaa, sillä proteiinimolekyylin kolmiulotteinen rakenne on tarkkaan määrätty ja se on erittäin herkkä ulkopuolisille häiriötekijöille. Rakenteen vaurioituminen johtaa proteiinin saostumiseen, mikä estää sen toiminnan. Saostuminen voi johtua kuumuudesta, happamista olosuhteista tai raskasmetalleista, kuten esimerkiksi lyijystä. Myös orgaaniset liuottimet voivat aiheuttaa proteiinien saostumisen.
Proteiineissa esiintyy 20 erilaista aminohappoa. Niitä kutsutaan välttämättömiksi aminohapoiksi. Kasvit valmistavat tarvitsemansa aminohapot ja niistä muodostuvat proteiinit itse, mutta eläinkunnassa asia on toisin. Eläimet, ihminen mukaan lukien, hajottavat ravinnosta saamansa proteiinit takaisin aminohapoiksi.
Osa saaduista aminohapoista muunnetaan ensin toisiksi aminohapoiksi ja osa käytetään sellaisenaan proteiinien valmistukseen. Ihminen ei pysty valmistamaan kaikkia 20 välttämätöntä aminohappoa muista aminohapoista. Noin kymmenkunta niistä on saatava suoraan ravinnosta ja siksi on hyvä syödä monipuolisesti ja terveellisesti.
https://peda.net/id/326f7e2717f
Kemisti voi osoittaa proteiinien läsnäolon näytteessä proteiinien osoitusreaktioiden avulla.
Epämääräisyys on kuitenkin harhaa, sillä proteiinimolekyylin kolmiulotteinen rakenne on tarkkaan määrätty ja se on erittäin herkkä ulkopuolisille häiriötekijöille. Rakenteen vaurioituminen johtaa proteiinin saostumiseen, mikä estää sen toiminnan. Saostuminen voi johtua kuumuudesta, happamista olosuhteista tai raskasmetalleista, kuten esimerkiksi lyijystä. Myös orgaaniset liuottimet voivat aiheuttaa proteiinien saostumisen.
Proteiineissa esiintyy 20 erilaista aminohappoa. Niitä kutsutaan välttämättömiksi aminohapoiksi. Kasvit valmistavat tarvitsemansa aminohapot ja niistä muodostuvat proteiinit itse, mutta eläinkunnassa asia on toisin. Eläimet, ihminen mukaan lukien, hajottavat ravinnosta saamansa proteiinit takaisin aminohapoiksi.
Osa saaduista aminohapoista muunnetaan ensin toisiksi aminohapoiksi ja osa käytetään sellaisenaan proteiinien valmistukseen. Ihminen ei pysty valmistamaan kaikkia 20 välttämätöntä aminohappoa muista aminohapoista. Noin kymmenkunta niistä on saatava suoraan ravinnosta ja siksi on hyvä syödä monipuolisesti ja terveellisesti.
https://peda.net/id/326f7e2717f
Kemisti voi osoittaa proteiinien läsnäolon näytteessä proteiinien osoitusreaktioiden avulla.
Proteiinien tehtävät
:rightKynnet, hiukset, kudokset. Ne kaikki koostuvat proteiineista. Paitsi rakennusaineina, proteiinit ovat aktiivisia toimijoita kaikissa elintoiminnoissa. Ne muodostavat kehon kuljetusliikkeen tuoden ja vieden tärkeitä aineita niiden oikeisiin osoitteisiin. Esimerkiksi hemoglobiini on proteiini, joka huolehtii solujen hapen saannista.
Proteiinit myös vahtivat elimistön ravintoaineiden määrää. Tai elimistöön mahdollisesti tunkeutuvia vieraita aineita tai soluja ja korjaavat tarvittaessa häiriön muodostaen vasta-aineita.
Kaiken on kehossa pelattava yhteen ja vaikka jokaisella solulla on oma tietty tehtävänsä, se ei voi toimia sokeasti umpiossa vaan tarvitsee tietoa ympäristöstään. Tätä tietoa solun sisään välittävät, mitkä muutkaan kuin proteiinit.
Elollisessa luonnossa tapahtuu koko ajan suunnaton määrä kemiallisia reaktioita. Ilman proteiineja, joita kutsutaan entsyymeiksi, nämä reaktiot olisivat elintoimintojen kannalta aivan liian hitaita. Entsyymit toimivat tehokkaina katalyytteinä nopeuttaen näitä reaktioita.
https://peda.net/id/326efe6a17f
Proteiinit myös vahtivat elimistön ravintoaineiden määrää. Tai elimistöön mahdollisesti tunkeutuvia vieraita aineita tai soluja ja korjaavat tarvittaessa häiriön muodostaen vasta-aineita.
Kaiken on kehossa pelattava yhteen ja vaikka jokaisella solulla on oma tietty tehtävänsä, se ei voi toimia sokeasti umpiossa vaan tarvitsee tietoa ympäristöstään. Tätä tietoa solun sisään välittävät, mitkä muutkaan kuin proteiinit.
Elollisessa luonnossa tapahtuu koko ajan suunnaton määrä kemiallisia reaktioita. Ilman proteiineja, joita kutsutaan entsyymeiksi, nämä reaktiot olisivat elintoimintojen kannalta aivan liian hitaita. Entsyymit toimivat tehokkaina katalyytteinä nopeuttaen näitä reaktioita.
https://peda.net/id/326efe6a17f