Makromolekyylit:

By Joseph Constance, MARViewed by Dr. Liji Thomas, MD

Vesi, orgaaniset molekyylit ja epäorgaaniset ionit ovat solujen rakenneosia. Vesi muodostaa näistä kolmesta suurimman osan, lähes kolme neljäsosaa solun kokonaismassasta. Solun eri komponenttien ja sen vesipitoisuuden väliset vuorovaikutukset ovat biologisen kemian kannalta avainasemassa.

Natrium, kalium, magnesium, kalsium, fosfaatti ja kloridi ovat solun tärkeimpiä epäorgaanisia ioneja, ja niiden osuus solun massasta on korkeintaan 1 %. Orgaaniset molekyylit ovat kuitenkin solun todella uusia komponentteja. Useimmat tällaiset orgaaniset yhdisteet kuuluvat johonkin seuraavista molekyyliluokista:

• Hiilihydraatit
• Lipidit
• Nukleiinihapot
• Valkuaiset

Yksittäisten solujen sisällä on tuhansia erilaisia makromolekyylejä eli orgaanisia yhdisteitä. Nämä ovat erilaisia jopa saman henkilön soluissa. Vaihtelut ovat laajempia eri ihmisten välillä. Makromolekyylit – proteiinit, nukleiinihapot ja polysakkaridit – muodostuvat satojen pienimolekyylipainoisten esiasteidensa – aminohappojen, nukleotidien ja yksinkertaisten sokereiden – polymerisaatiosta.

Makromolekyylien monimuotoisuus kehittyy siitä valtavasta potentiaalista, joka on muodostua erilaisista kombinaatioista niistä noin 50:stä tavallisesta monomeeristä, joista makromolekyyli koostuu. Nämä makromolekyylit voivat muodostaa jopa 90 % solun kuivapainosta. Solun rakenteen peruskemiaa on mahdollista ymmärtää ymmärtämällä neljän päätyypin orgaanisten yhdisteiden eli makromolekyylien toimintaa ja rakennetta.

Hiilihydraatit

Hiilihydraatit ovat elimistön perusrakennusaineita ja ravintoaineita. Yksinkertaiset sokerit ja polysakkaridit muodostavat tämän ryhmän. Glukoosi on esimerkki yksinkertaisesta sokerista, joka on tärkeä solujen ravintoaine. Yksinkertaisten sokerien hajoaminen kemiallisessa reaktiossa tuottaa soluenergiaa ja käynnistää solun muiden ainesosien synteesin. Polysakkaridit eli monimutkaiset hiilihydraatit edustavat sitä muotoa, jonka sokeri ottaa varastoituessaan. Polysakkaridit ovat solun rakenneosia. Lisäksi polysakkaridit ja muut sokerit voivat toimia merkkiaineina tietyissä solun tunnistamisprosesseissa, kuten proteiinien solunsisäisessä liikkeessä.

Lipidit

Lipidit ovat hydrofobisia molekyylejä. Ne ovat erittäin tehokas energian varastointimuoto, ja ne ovat solukalvon pääkomponentteja. Ne ovat tärkeitä solun signaloinnissa, toimivat lähtökohtana erilaisille biosynteettisille prosesseille, kuten estrogeenin ja testosteronin synteesille. Jotkin lipidit pystyvät välittämään signaaleja solun pintareseptoreista samassa tai muissa soluissa oleviin kohteisiin. Fosfolipidit sisältävät kaksi rasvahappoa, jotka on yhdistetty polaariseen pääryhmään. Fosfolipidien lisäksi soluissa on glykolipidejä ja kolesterolia.

Nukleiinihapot

Nukleiinihapot tallentavat ja välittävät perimätietoa. DNA ja RNA edustavat solun informaatiomolekyylejä. DNA:lla on ratkaiseva rooli ihmisen ja monien muiden lajien perintöaineksena. RNA osallistuu erilaisiin solutoimintoihin. Sanansaattaja-RNA (mRNA) kuljettaa tietoa DNA:sta ribosomeihin, joissa ne osallistuvat proteiinien syntetisointiin. Lisäksi ribosomaalinen RNA ja transfer-RNA osallistuvat proteiinisynteesiin. Muut RNA-molekyylit käsittelevät ja siirtävät sekä proteiineja että RNA:ta. RNA voi myös katalysoida kemiallisia reaktioita, kuten proteiinien synteesiin ja RNA:n prosessointiin liittyviä reaktioita.

Proteiinit

Proteiineilla on tärkeä rooli useimmissa elimistön suorittamissa tehtävissä. Proteiinit suorittavat solun työtä nukleiinihappojen kuljettaman geneettisen informaation ohjaamina. Solussa on monia tuhansia proteiineja, jotka toimivat solun rakenneosina, varastoivat ja kuljettavat pieniä molekyylejä, välittävät tietoa solujen välillä ja puolustavat elimistöä tulevia infektioita vastaan. Proteiinit toimivat myös entsyymeinä, jotka nopeuttavat useimpia kemiallisia reaktioita. Näin proteiinit ohjaavat useimpia solujen toimintoja.

Rakenne ja toiminta

Kovalenttiset sidokset, poolisuus, lämpötila, rakenne ja kemiallinen reaktiivisuus kuuluvat kemiallisiin tekijöihin, jotka ohjaavat makromolekyylien rakennetta ja toimintaa. Makromolekyylien rakenne määrää, miten ne toimivat ja säätelevät tehtäviä. Proteiinien ja nukleiinihappojen kolmiulotteista rakennetta ohjaavat ei-kovalenttiset ja kovalenttiset sidokset, jotka antavat niille toiminnan. Samalla on mahdollista muuttaa proteiinien ja nukleiinihappojen rakennetta ja toimintaa soveltamalla vaihtoehtoista liittämistä, muuttamalla nukleotidisekvenssiä tai kemiallisesti muuntamalla. Lopulta makromolekyylien rakenne ja toiminta voivat ajan mittaan muuttua ja luoda erilaisia biologisia toimintoja.

Toiminnan kannalta makromolekyylit hyödyntävät ei-kovalenttisia vuorovaikutuksia, kun ne reagoivat toisten molekyylien kanssa. Suurin osa biologisesta toiminnallisuudesta riippuu tällaisten vuorovaikutusten spesifisyydestä ja affiniteetista. Makromolekyylien rakenne vaihtelee ja muuttuu ajan myötä. Tämä on erittäin tärkeää biologisen toiminnallisuuden kannalta. Pienet molekyylit voivat päästä makromolekyylin sisälle. Makromolekyylien rakenne voi vaikuttaa biokemiallisten ja molekyylibiologisten prosessien vakaaseen tasapainoon.

Lisälähteet

• Uuden sukupolven Optima AUC:n lanseeraus edistää proteiinitutkimusta ja makromolekyylien karakterisointia
• Uusi menetelmä makromolekyylien manipulointiin
• Tutkijat hyödyntävät suurten-mittakaavan tietokonemallinnusta osoittaakseen rajoituksen vaikutukset solun makromolekyyleihin
• Tutkijat käyttävät PCT-tekniikkaa ymmärtääkseen puristuksen fysikaalisia vaikutuksia makromolekyyleihin
• Läpinäkyvästä geelistä voi pian tulla ensimmäinen ja paras valinta sarveiskalvon viiltojen sulkemiseen

• https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9879/
• https://www.asbmb.org/education/teachingstrategies/foundationalconcepts/MacromolecularStructureFunction/
• http://www.course-notes.org/biology/outlines/chapter_5_the_structure_and_function_of_macromolecules

Lisälukemista

• Kaikki Lipidien sisältö
• Mitä ovat lipidit?
• Lipidien biologiset toiminnot
• Lipidien aineenvaihdunta
• Lipidien terveys ja ravitsemus

Kirjoittanut

Joseph Constance

Joseph Constance on kirjoittanut tutkimuksesta, kehityksestä ja markkinoista terveydenhuollossa ja siihen liittyvillä aloilla. Hän on kirjoittanut useita artikkeleita ja liiketoiminta-analyysejä/markkinatutkimusraportteja lääkinnällisten laitteiden, kliinisen diagnostiikan ja lääketeollisuuden aloilta. Josephilla on maisterintutkinto New Yorkin yliopistosta viestinnän alalta. Hän viettää mielellään aikaa vaimonsa kanssa, pyöräilee, matkustaa ja tutustuu eri kulttuureihin.

Sitaatit

.