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.

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.

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 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.

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.

Solukalvon rakenteesta puolet on proteiineja ja joka toinen lääkeaine vaikuttaa näihin molekyyleihin.

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

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 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.

Solun toiminta vaatii sekä energiantuotantoa että jätehuoltoa. Lisäksi solujen muotoa pidetään yllä erilaisilla säikeillä.

Solu sisältää runsaasti erilaisia biologisten kalvojen muodostamia rakkuloita. Näistä tutuimpia ovat perimän sisältävä tuma ja sitä ympäröivä solulimakalvosto.

Solujen havainnointiin tarvitaan erikoisvälineitä, koska ne ovat niin pieniä. Pienelle koolle on kuitenkin loogiset syynsä.

Tervetuloa solu- ja molekyylibiologian perusteet kurssille 2017! Kurssin podcast toimii luentomateriaalia kertaavana ja tiivistävänä pakettina. Radioesseiden lisäksi se sisältää runsaasti asiantuntijahaastatteluja, jotka valottavat erilaisia tutkimusmenetelmiä. Podcast pyritään pitämään yleistajuisena, joten se voi toimia esim. lukiokurssien kertauksessa.