Blogi, Kurssi 3

Elämän rakennuspalikat – Biomolekyylit ja entsyymit

Mitä biomolekyylit ovat? Entä mitä entsyymit tekevät?

biomolekyylit

Tärkeimmät biomolekyylit ovat hiilihydraatit, lipidit, proteiinit sekä nukleiinihapot. Käydään seuraavaksi niiden rakenteita ja tehtäviä läpi.

Haluatko oppia lisää? Liittymällä ilmaiseksi Tumaan saat kurssi 3 kertauskirjan sekä tämän artikkelin lisämateriaalit: tiivistelmän, sanaselitykset sekä tehtävät ratkaisuineen.

Biomolekyylit:

1. Hiilihydraatit

Hiilihydraatit koostuvat yksinkertaisista sokerimolekyyleistä ja ne voidaan niiden lukumäärän perusteella jakaa kolmeen luokkaan:

  1. Monosakkaridit, joissa on 1 sokeriyksikkö
  2. Disakkaridit, joista sokeriyksiköitä löytyy 2 toisiinsa sidoksissa
  3. Polysakkarideissa sokeriyksiköitä on yli 9 yhtenä nauhana

Monosakkaridit

Esimerkkejä ja käyttökohteita monosakkarideille:

  • Glukoosi eli rypälesokeri: fotosynteesin reaktiotuote
  • Fruktoosi eli hedelmäsokeri: hedelmissä ja hunajassa
  • Galaktoosi: maitosokerin toinen hajoamistuote

Disakkaridit

Disakkaridien koostumus ja käyttökohteet:

  • Galaktoosi + glukoosi = laktoosi: maidossa oleva sokeri
  • Fruktoosi + glukoosi = sakkaroosi: kasveilla sokeri kuljetetaan nilassa sakkaroosina
  • Glukoosi + glukoosi = maltoosi: tärkkelyksen hajoamistuote

Polysakkaridit

Esimerkkejä ja käyttökohteita polysakkarideille:

  • Glykogeeni: Eläimet varastoivat sokerit glykogeeninä maksaan ja lihaksiin
  • Tärkkelys: Kasvit varastoivat sokerin tärkkelyksenä
  • Kitiini: sienten soluseinien rakennusaine
  • Selluloosa: kasvien soluseinien rakennusaine

2. Lipidit

Lipidit eli rasva-aineet sisältävät runsaasti energiaa, ja niitä käytetäänkin mm. energian pitkäaikaiseen varastointiin. Ne muodostuvat hiilestä, vedystä ja hapesta, kuten hiilihydraatitkin.

Rasva-aineet eivät kuitenkaan liukene veteen.

Lipidejä voi, yllätys yllätys, jakaa moneen luokkaan. Käydään läpi kolme tärkeintä:

1. Fosfolipidit

Fosfolipidit koostuvat kahdesta osasta:

  1. pallomainen fosfaattiosa, joka on vesihakuinen
  2. nauhamainen lipidiosa, joka on vesipakoinen

Muun muassa eliöiden solukalvo koostuu suurelta osin fosfolipidimolekyyleistä.

2. Sterolit

Sterolit ovat rengasrakenteisia molekyylejä, joihin kuuluu mm. kolesteroli, D-vitamiini sekä sukupuolihormoneja.

3. Rasvat

Rasvat eli triglyseridit koostuvat

  • glyserolista
  • kolmesta rasvahappomolekyylistä.

Rasvat voidaan jakaa kahteen luokkaan sen mukaan, onko niiden rasvahappomolekyyleissä kaksoissidoksia vai ei:

  1. Tyydyttyneita rasvahappoja sisältävät rasvat (ei kaksoissidoksia) ovat kiinteitä huoneenlämmössä, kuten voi
  2. Tyydyttymättömiä rasvahappoja sisältävät rasvat (on kaksoissidoksia) ovat juoksevia huoneenlämmössä, kuten kasviöljyt

Näiden järjestyksen muistaa siitä, että voi tyytyy yhteen sidokseen, kasviöljyt haluavat enemmän.

3. Proteiinit

Proteiinit koostuvat siis aminohappomolekyyleistä, jotka on sidottu toisiinsa peptidisidoksilla. Nämä amihappoketjut voidaan luokitella neljään kategoriaan niiden rakenteen perusteella:

  • Primaarirakenne: aminohappoketju
  • Sekundaarirakenne: aminohappoketju laskostuu tai kiertyy, kun aminohappojen välille syntyy vetysidoksia
  • Tertiaarirakenne: proteiinin kolmiulotteinen rakenne: aminohapot muodostavat lisää sidoksia, mm. rikkisiltoja
  • Kvartaarirakenne: useampi proteiini sitoutuu yhteen suureksi pallomaiseksi molekyyliksi, esim. insuliini

Proteiinit huolehtivat käytännössä kaikesta eliön sisällä tapahtuvasta toiminnasta. Niiden tehtäviä on muun muassa:

  • entsyymeinä
  • aineiden kuljetus ja sitominen, esim. hemoglobiini
  • tukirakenteina, esim. solun mikrosäikeet
  • hormoneina, esim. insuliini
  • vasta-aineina
  • liikuttajina, esim. lihassolun aktiini- ja myosiinisäikeet
  • solukalvon proteiineina, esim. kuljettajaproteiinit
  • säätelyproteiineina geenin luennan alkaessa
  • kovana, suojaavana aineena esim. kynsissä ja suomuissa keratiini

Nämä voi yrittää opetella ajattelemalla, mitä kaikkea solussa tapahtuu: aineenvaihdunta tarvitsee entsyymejä, aineita kulkee sisään ja ulos, tukirakenteet pitävät solun muodon, soluun kulkeutuu viestiaineita, kuten hormoneja, solu hyökkää vieraita vastaan vasta-aineilla, solu liikkuu jne.

Päänsärkyä biologiasta? Liity Tumaan ilmaiseksi, niin saat kurssi 3 kertauskirjan sekä paljon muita lisämateriaaleja.

4. Nukleiinihapot

Nukleiinihappoihin lukeutuvat DNA, RNA sekä ATP (ja ADP ja AMP). Ne kaikki koostuvat nukleotideista. Nukleotidi rakentuu kolmesta osasta:

  1. sokeriosa (DNA:lla deoksiriboosi, RNA:lla riboosi)
  2. emäsosa
  3. fosfaattiosa (ATP:llä kolme, ADP:llä kaksi ja AMP:llä yksi)

DNA on siis kaksijuosteinen molekyyli, jossa on kaksoiskierre. Siinä emäsosa on adeniini, tymiini, guaniini tai sytosiini. DNA säilyttää ja välittää geneettistä tietoa seuraaville solusukupolville.

RNA:ssa on muuten samat emäsosat kuin DNA:ssa, mutta tymiinin sijalla on urasiili. RNA:lla on paljon tehtäviä, mm. geneettisen tiedon välittäminen proteiinisynteesissä.

ATP on solun energiavaluutta. Soluhengityksessä AMP molekyyliin varastoidaan energiaa lisäämällä siihen fosfaattiosan niin, että siitä tulee ADP. ADP voi vielä vastaanottaa kolmannen fosfaattiosa, jolloin siitä tulee ATP. ATP voi sitten vapauttaa energiaa siellä missä sitä tarvitaan irrottamalla fosfaattiosia itsestään.

Entsyymit

Entsyymit katalysoivat eli nopeuttavat soluissa tapahtuvia aineenvaihdunnallisia reaktioita ilman, että ne itse niissä kuluisivat. Aineenvaihdunta voidaan jakaa kahdenlaisiin reaktioihin:

  1. Anabolisissa eli rakentavissa reaktioissa pienistä rakenneosista muodostuu suurempi molekyyli. Tämä vaatii energiaa ja esimerkkejä on proteiinisynteesi ja polysakkaridien valmistus.
  2. Katabolisissa eli hajottavissa reaktioissa mennään toiseen suuntaan: Tämä vapauttaa energiaa (luodaan ADP:stä ATP:tä) ja esimerkkinä on soluhengitys.

Reaktioiden nopeuttamisen lisäksi entsyymit alentavat reaktioiden aktivaatioenergiaa. Jotkin reaktiot eivät tapahtuisi ollenkaan ilman entsyymejä.

Entsyymin rakenne ja toiminta

entsyymit

Entsyymit ovat yleensä ottaen kaksiosaisia. Varsinainen proteiiniosan eli apoentsyymin lisäksi entsyymissä on pienempi kofaktori. Kofaktori voi olla esim. epäorgaaninen metalli-ioni.

Näiden lisäksi entsyymiin voi sitoutua orgaaninen yhdiste, joka tehostaa entsyymin toimintaa. Tätä kutsutaan koentsyymiksi.

Lopuksi aktiivinen kohta on se entsyymin alue, johon reaktion alkutuote (tai tuotteet) eli substraatti sitoutuu.

Entsyymin ja substraatin välinen reaktio voidaan jakaa kolmeen vaiheeseen:

  1. Substraatti sitoutuu entsyymin aktiiviseen kohtaan. Substraatin ja entsyymin muodot ovat spesifiset (kuin avain ja lukko), eli jokainen entsyymi katalysoi vain yhtä reaktiota
  2. Tapahtuu reaktio, jossa muodostuu uusia aineita.
  3. Lopputuote (tai lopputuotteet) irtoavat aktiivisesta kohdasta.

Entsyymin aktiivisuuteen vaikuttavat tekijät

  • Ensinnäkin entsyymien toimintaa voi hidastaa tai kokonaan estää inhibiittorit. Ne voivat tehdä näin kahdella eri tavalla:
  1. Inhibiittori voi kiinnittyä entsyymin aktiiviseen kohtaan ja estää näin uusien substraattien reaktiot. Näitä kutsutaan kilpaileviksi inhibiittoreiksi.
  2. Ei-kilpailevat inhibiittorit kiinnittyvät muualle (allosteriseen kohtaan) kuin aktiiviseen kohtaan. Tämä muuttaa entsyymin rakennetta niin, että sen aktiivinen kohta ei pysty sitomaan enää uusia substraatteja.

Monissa reaktioissa jokin reaktiotuote voi toimia inhibiittorina. Näin ollen kun lopputuotetta on syntynyt tarpeeksi, voi entsyymin toiminta loppua “luonnollisesti”.

Inhibiittorien lisäksi myös muut tekijät vaikuttavat entsyymien aktiivisuuteen:

  • Jos substraatin konsentraatio on matala, eli sitä on saatavilla vain vähän, entsyymikin toimii vähemmän aktiivisesti. Toisaalta, saturaatiopisteen ohitettua substraatin konsentraation kasvu ei enää lisää entsyymin aktiivisuutta.
  • Entsyymi on aktiivisimmillaan, kun se saa toimia optimilämpötilassaan: kylmemmässä lämpötilassa entsyymin ja substraatin onnistuneita “törmäyksiä” tulee vähemmän, mutta kuumemmassa lämpötilassa entsyymi voi denaturoitua. Silloin sen kolmiulotteinen rakenne muuttuu niin, ettei se enää toimi kunnolla.
  • Kaikilla entsyymeillä on myös optimaalinen pH: liian alhainen tai korkea pH voi myös aiheuttaa denaturoitumista.

Entsyymien käyttökohteita

Entsyymejä voidaan eristää soluista ja käyttää niitä ihmisten omiin käyttötarkoituksiin. Erityinen etu luonnon entsyymeillä keinotekoisiin katalyytteihin verrattuna on niiden spesifisyys.

Entsyymejä käytetään mm. seuraavasti:

  • maidon juoksuttamiseen
  • lihan mureuttamiseen
  • tahrojen poistoon
  • veritulpan hoitoon

Aiheeseen liittyvää

proteiinisynteesi
Geenit sisältävät siis proteiinien rakennusohjeet. Mutta miten proteiinisynteesi itse asiassa tapahtuu? Lue lisää täältä!
periytymisen perusteet monohybridiristeytys
Miten monohybridiristeytys toimii? Lue lisää täältä!
liity tumaan kurssi 3

Testaa tietosi

0%

1. Mikä seuraavista on disakkaridi?

Correct! Wrong!

2. Mihin luokkaan yhdiste kolesteroli luokitellaan?

Correct! Wrong!

3. Missä proteiinien rakennetasossa aminohapot muodostavat vain vetysidoksia?

Correct! Wrong!

Biomolekyylit ja entsyymit
Hmm
Kannattaa kerrata artikkelin asiat vielä uudestaan
Hyvä!
Sait kaikki oikein! Hieno juttu 🙂

Share your Results:

Lue lisää

  • Peda.net:istä löytyy kattava selvitys biomolekyylien ominaispiirteistä
  • Muikussa biomolekyylit käydään läpi vielä paljon tarkemmin kuin mitä tässä artikkelissa
  • Solunetissä biomolekyylit esitellään erityisesti solubiologian näkökulmasta

 

  • Khan Academy:ssa on kokonainen osio omistettu ainoastaan biomolekyyleille

Katso videoita