9. Aminohapot ja proteiinit

2. Aminohapot

Aminohapossa hiiliatomiin on liittyneenä neljä erilaista rakenneosaa: typpeä sisältävä aminoryhmä (NH2), karboksyyliryhmä (COOH), vety (H) ja sivuryhmä (R). Aminohapot eroavat toisistaan sivuryhmän R perusteella.

Aminohappomolekyylin hiilivetyketju voi olla suora, haaroittunut ja rengas. Hiilivetyketjuun voi liittyä myös rikkiä tai typpeä.

Aminohapot ovat elämän perusta. Tutkijoiden etsiessä elämää maapallon ulkopuolelta he etsivät hapen, veden ja hiilen lisäksi merkkejä aminohapoista. Niitä on löydetty meteoriiteista ja komeetan hunnusta. Aminohapot eivät vielä takaa elävien solujen löytymistä avaruudesta, mutta ovat sen edellytys.



Lähikuva meteoriitista.

Aminohappojen nimeäminen

Aminohappo nimetään hiilirungon perusteella. Systemaattiset nimet ovat pitkiä, joten aminohapoista käytetään usein triviaalinimiä. Esimerkiksi 2-aminopropaanihappo on propaanijohdannainen. Luku 2 merkitsee sitä, että aminoryhmä on liittynyt kolmen hiilen ketjun keskimmäiseen eli järjestyksessä toiseen hiileen. Happoryhmä on hiiliketjun päässä. 2-aminopropaanihaposta käytetään yleensä sen triviaalinimeä alaniini.




​2-aminopropaanihappo eli alaniini

Kahden aminohappomolekyylin reagoidessa keskenään muodostuu dipeptidi. Samalla irtoaa vesimolekyyli.




​
Vinkki: Vertaa peptidisidoksen muodostumista karboksyylihappojen ja alkoholien esteröitymisreaktioon.


Polypeptideissä on suuri joukko yhteen liittyneitä aminohappomolekyylejä. Valkuaisaineet eli proteiinit ovat polypeptidejä.

3. Proteiinit

Proteiinimolekyylit rakentuvat aminohappojen muodostamasta pitkästä ketjusta. Molekyyliketjun eri kohdat vuorovaikuttavat keskenään, joten ketju kiertyy pituusakselin suuntaisesti spiraaliksi ja laskoksille. Spiraalille ja laskoksille mennyt molekyyliketju liittyy yhteen eri kohdista, jolloin muodostuu erilaisia poimuja ja sykeröitä. Verkottuminen jatkuu edelleen, kun kaksi tai useampi erillinen polypeptidiketju kytkeytyvät toisiinsa. Näin jokainen proteiinimolekyyli saa sille ominaisen kolmiulotteisen rakenteensa, joka näyttää monimutkaiselta lankavyyhdeltä.


​


Proteiinimolekyylin kolmiulotteinen rakenne on tarkkaan määrätty ja erittäin herkkä ulkopuolisille häiriötekijöille. Rakenteen vaurioituminen johtaa proteiinin saostumiseen, mikä estää sen toiminnan. Saostuminen voi johtua kuumuudesta, happamista olosuhteista tai raskasmetalleista, kuten lyijystä. Myös orgaaniset liuottimet, kuten alkoholi, voivat aiheuttaa proteiinien saostumisen. Tämä selittää esimerkiksi kananmunanvalkuaisen kovettumisen kuumennettaessa.





Proteiineissa esiintyy 20 erilaista aminohappoa. Niitä kutsutaan välttämättömiksi aminohapoiksi. Kasvit valmistavat tarvitsemansa aminohapot ja niistä muodostuvat proteiinit itse.

Eläimet, ihminen mukaan lukien, hajottavat ravinnosta saamansa proteiinit takaisin aminohapoiksi. Osa saaduista aminohapoista muunnetaan ensin toisiksi aminohapoiksi ja osa käytetään sellaisenaan proteiinien valmistukseen. Ihmisen elimistön pystyy valmistamaan vain 11 aminihappoa 20:stä, loput on saatava ravinnosta.
Proteiinia on runsaasti esim. lihassa, kalassa, kananmunassa, pavuissa, palkokasveissa ja soijassa.

5. Proteiinien tehtävät

Kynnet, hiukset ja kudokset rakentuvat proteiineista. Rakennusaineiden lisäksi proteiinit osallistuvat moniin elimistön kemiallisiin reaktioihin. Ne myös osallistuvat aineiden siirtoon kehon eri osien välillä. Esimerkiksi hemoglobiini on proteiini, joka osallistuu hapen kuljettamiseen keuhkoista soluihin.

Kuvassa oikealla on hemoglobiini-proteiini. Siihen sitoutuneet rauta-atomit on ympyröity vihreällä.

Hemoglobiini


Proteiinit säätelevät elimistön ravintoaineiden kulutusta sekä osallistuvat elimistön puolukseen, kehon liikkeiden muodostamiseen ja solujen väliseen viestintään.

Elimistön biokemialliset reaktiot ovat hyvin monimutkaisia, ja niitä ohjaavat biokatalyytit eli entsyymi. Entsyymit ovat valkuaisaineita, joiden toiminnan valikoivuus perustuu molekyylin muotoon, ja ne pystyvät yleensä toimimaan vain tarkkaan rajatuissa olosuhteissa. Muun muassa solun lämpötila sekä solunesteen suolapitoisuus ja happamuus vaikuttavat entsyymien aktiivisuuteen.


6. Typen kiertokulku

Typpeä on kaikissa aminohapoissa ja siten myös kasvi- ja eläinproteiineissa. Se on elämälle välttämätön alkuaine, joten sen kierto luonnossa on tärkeä osa ravintoketjua. Ilmasta 78 % on typpeä, mutta ihmiset ja eläimet eivät voi käyttää sitä hyväkseen suoraan ilmasta. Typen saantiin vaaditaan hieman monimutkaisempi prosessi.

1. Ilmasta ihmiseen

Typen kierrossa erilaiset bakteerit ovat keskeisessä roolissa. Esimerkiksi hernekasvit ja leppä sitovat ilmasta typpikaasua (N2) juurissa elävien typensitojabakteerien avulla. Muut kasvit ottavat typpiyhdisteitä juurten avulla suoraan maasta. Ihmiset saavat typen aminohappojen kautta kasveja, kasvinsyöjiä ja petoja syömällä.

2. Takaisin ilmaan

Typen kierto jatkuu siten, että eliöiden aineenvaihdunnassa muodostuu typpikaasua ja typpiyhdisteitä. Typpi sitoutuu eritteisiin (esim. virtsa), kuolleisiin eliöihin ja maatuviin kasveihin, joista ne liukenevat veteen ja siirtyvät maahan ravinteiksi. Lopulta typpeä hajottavat bakteerit vapauttavat typen takaisin ilmakehään kaasumuodossa N2. Ainetta ei siis häviä minnekään.

Myös ihminen vaikuttaa aktiivisesti typen kiertoon, sillä esimerkiksi kasvien kasvua parantavissa lannoitteissa on typpeä. Typpeä on myös teollisuuden ja liikenteen päästöissä.


Tiivistelmä

  • Aminohapossa hiiliatomiin on liittyneenä neljä erilaista rakenneosaa: typpeä sisältävä aminoryhmä (NH2), karboksyyliryhmä (COOH), vety (H) ja sivuryhmä (R).
  • Aminohappo nimetään hiilirungon perusteella.
  • Valkuaisainemolekyylit eli proteiinit rakentuvat aminohappojen muodostamasta pitkästä ketjusta.
  • Proteiinimolekyylin kolmiulotteinen rakenne on tarkkaan määrätty ja se on erittäin herkkä ulkopuolisille häiriötekijöille (pH, lämpö, happo tai lyijy). Rakenteen vaurioituminen johtaa proteiinin saostumiseen.
  • Proteiinit ovat kehon rakennusaineita. Lisäksi ne säätelevät elimistön ravintoaineiden kulutusta, sekä osallistuvat elimistön puolustukseen, kehon liikkeiden muodostamiseen ja solujen väliseen viestintään.