Solu Ja Molekyylibiologian Perusteet

Useimmat biologian kannalta kiinnostavat molekyylit ovat polymeerejä, jotka koostuvat samankaltaisista pienistä osasista. Näistä tutuimpia ovat sokerit ja proteiinit, mutta on hyvä muistaa, että myös esim. DNA on polymeeri. Vaikka biologiset makromolekyylit koostuvatkin lähinnä hiilestä, vedystä, hapesta ja typestä, on niillä esim. proteiinien tapauksessa saatavissa monenlaisia rakenteita ja toimintoja.

Jotta biomolekyylien rakenteiden opettelussa olisi mitään mieltä, on ensin ymmärrettävä, miten niitä voidaan määrittää. Professori Markku Keinänen on selvittänyt erilaisten biomolekyylien rakenteita ja määriä spektroskopian avulla erittäin pitkään ja kertoo haastattelussa, mihin tunnettujen ja tuntemattomien molekyylien määritys nykyään perustuu.

Usein soluliman koostumusta tarkastellaan vain veteen liuenneiden partikkeleiden: ionien, proteiinien ja muiden molekyylien osalta. Kuitenkin veden monet erityisominaisuudet on syytä muistaa elämän prosesseja tarkasteltaessa. Veden lisäksi hiili on keskeinen elämän komponentti, joka muodostaa kaikkien biomolekyylien rungon.

Jaksollinen järjestelmä sisältää toista sataa alkuainetta ymmärrettävässä taulukossa. Onneksi niistä vain osalla on biologista merkitystä, jolloin koko taulukkoa ei tavitse oppia. Järjestelmä kuitenkin selittää eri atomien ominaispiirteitä niin paljon, että sillä on runsaasti merkitystä biomolekyylien toiminnan ymmärtämisessä.

Vuoden 2018 Nobel palkinto Fysiologian tai lääketieteen alalla annettiin James Allisonille ja Tasuko Honjolle, jotka olivat kyenneet löytämään kaksi syöpäsolujen vastaisessa taistelussa merkittävää immuunipuolustuksen reseptoria. Podcast-sarjan erikoisjaksossa kerrataan yleisesti immuunipuolustuksen toimintaa ja yhdistetään Nobel-palkittujen tutkimusten havainnot T-solujen ns. laukaisijoina.

Solujen jakautumista säädellään solusyklin eri vaiheissa. Periaatteessa säätely on samanlaista kaikilla eliöillä, mutta siinä vaikuttavien proteiinien nimet on keksitty moneen kertaan uudelleen.

Solujen jakautuminen on toisaalta ehdoton edellytys elämän jatkumiselle, mutta toisaalta myös hallitsemattomana erilaisia kasvaimia aiheuttavaa toimintaa.

Kasveissa energiaa tuotetaan auringon valosta keräämällä fotoneita viherhiukkasissa. Tällöin energia saadaan pakattua hiiliyhdisteille. Kuitenkin fotosynteesi voi myös muuttua helposti fotorespiraatioksi, jossa hiilidioksidin kulutuksen sijaan tuotetaankin CO2:ta. Fotosynteesiin tutustutaan yliopistonlehtorin Sari Kontunen-Soppelan kanssa.

Energiantuotannossa runsaasti energiaa sisältäviä molekyylejä kuten sokereita pilkotaan pienemmiksi samalla vapauttaen energiaa solun käyttöön.

Kalsium on solusignaloinnissa erikoistapaus sen nopeuden ja monikäyttöisyyden vuoksi. Professori Pasi Tavi AIV-instituutista kertoo kalsiumin merkityksestä signaloinnille ja kyseisen ionin määritystavoista.

Jotta solukalvolla tapahtuva reseptorin aktivointi voisi aiheuttaa jonkin mielekkään vasteen solussa, on tapahduttava erilaisten signaalimolekyylien aktiivisuuden muutoksia: fosforylointeja, toisiolähettien rakentamista tai kalsiumin vapautumista.

Solut saavat tietoa ympäristöstään paljolti solukalvolla olevien reseptorien avulla. Nämä haistelevat ympäristöstä vesiliukoisia molekyylejä ja tunnistaessaan ne lähettävät viestin solun sisälle.

Solukalvo sisältää paljon erilaisia fosfolipideitä. Niillä on vaikeita nimiä ja melko samanlainen rakenne. Fosfolipidien kirjosta parhaiten tietoa asiantuntijalta. Yliopistolehtori Reijo Käkelä Helsingin Yliopistosta on tutkinut solukalvon fosfolipidikoostumusta usean kymmenen vuoden ajan. Haastattelussa hän kertoo, miksi fosfolipidejä on niin monia.

Solukalvon toiminnasta tulee helposti mieleen hermosolut ja niissä tapahtuvat kalvon sähköiset muutokset. Kuitenkin vastaavia muutoksia tapahtuu lähes kaikissa soluissa aina, kun biologinen vaste halutaan nopeasti.

Solukalvo eristää solun sen ympäristöstä. Tämä rajapinta on oleellinen solujen toiminnalle, mutta myös rajoittaa erilaisten aineiden, kuten ravinteiden saantia soluun. Solukalvon rakenne yksinkertainen: rasvaliukoisissa fosfolipideissä on vesiliukoinen pää, jolloin molekyyli on toisesta päästä vesiliukoinen ja toisesta vettä hylkivä. Kuitenkin solukalvolla on erilaisia fosfolipidejä runsas määrä, minkä lisäksi kalvossa on paljon kolesterolia ja erilaisia proteiineja.

Solukalvon toiminnalle erityisasemassa on avustettu diffuusio (erilaiset ionivirrat), jolla säädellään suurinta osaa solutoiminnoistamme. Eläinfysiologian professori Matti Vornanen on tutkinut aihetta kymmeniä vuosia ja kertoo haastattelussa ionivirroista ja niiden merkityksestä.

Yliopistolehtori Reijo Käkelä Helsingin Yliopistosta kertoo haastattelussa proteiinien merkityksestä solukalvon rakenteelle ja fosfolipidien mittaustekniikasta.

Tuman ja solulimakalvoston lisäksi normaaliin solun toimintaan tarvitaan myös pienempiä ja vähemmän tunnettuja komponentteja. Monet näistä ovat kalvojen ympäröimiä rakkuloita, jotka suorittavat tehokkaasti joitain tiettyjä tehtäviä. Kuitenkin solu sisältää myös erikokoisia säikeitä.

Tuman ulkopuolella oleva solulimakalvosto tarvitaan valkuaisaineiden rakentamiseen, mutta sillä on myös muita tehtäviä.

Solujen ja niiden osasten havainnointi onnistuu ainoastaan mikroskooppisin menelmin, mutta niiden kokoon on olemassa luonnollinen selitys.