KPL5: Entsyymitpilkkovat ja rakentavat molekyylejä

Solujen entsyymien tehtävä on nopeuttaa solun aineenvaihduntaa, nopeuttamalla erillaisten yhdisteiden hajoittamista ja rakentamista. Proteeiinisynteesissä valmistuu tuhansia eri tehtäviin tarkoitettuja entsyymejä. Aineenvaihdunnan hajottavat (anaboliset) reaktiot hajoittavat aineita yksinkertaisemmiksi, kun taas rakentavat (anaboliset) reaktiot yhdistävät aineita monimutkaisemmiksi.
Entsyymit nopeuttavat aineenvaihduntareaktioita jopa 10'8-10'20 kertaisella nopeudella. Entsyymit ovat solussa valmistuneita proteiineja, joiden tehtävä on vähentää reaktion käynnistämiseen tarvittavaa energiaa. Tällaisia aineita kutsutaan katalyyteiksi. Entsyymejä toimii myös solujen ulkopuolella, kuten ruuansulatuksessa.
Entsyymien katalysoivassa reaktiossa, reagoiva aine (substraatti) kiinnittyy entsyymin aktiiviseen kohtaan ja syntyy entsyymi-substraatti -kompleksi. Reaktiossa substraatti muuttuu lopputuoteeksi ja lopputuote irtoaa. Entsyymit voivat katalysoidan vain tiettyjä substraatteja (avain ja lukko), joten tarvitaan tuhansia entsyymejä. Jotkin entsyymit tarvitsevat kofaktorin, muuttamaan aktiivisen kohdan substraatille sopivaksi, kuten metalli-ioni tai orgaaninen molekyyli. Inhibiittorit estävät entsyymien toiminnan.

 <--Katabolinen kulku. Anabolinen kulku toisinpäin

KPL4: Geenit ohjaavat proteiinien rakentamista

Proteiinit ovat sadoista tai jopa tuhansista molekyyleistä koostuvia aminohappoja. Proteiinit ovat orgaanisia ja koostuvat hiili- (C), vety- (H), happi- (O), typpi- (N) ja joskus rikkiatomeista (S). Eläimet saavat välttämättömät aminohapponsa ravinnostaan.
<----aminohappo

Tumallisilla eliöillä on tumakotelon ympäröimä tuma. Esitumallisilla (arkit ja bakteerit) ei selkeää tumaa vaan perintöaines on solulimassa. Eliöillä on kullakin lajin omainen kromosomi määrä. Ihmisille se on 46 kaikissa paitsi sukusoluissa. Tuman perintöaineet ovat nukleenihappoja. Soluissa on kahdenlaisia nukleenihappoja. DNA (deoksiribonukleenihappo) sisältää vanhempien perintöaineksen. Kromosomit koostuvat DNA:sta ja proteiineista. RNA (ribonukleenihappo) on toinen solun sisältämä nukleenihappo, jonka tehtävä on kuljettaa DNA:n sisältämä informaatio solulimaan, jossa sen mukaan valmistetaan proteiineja.
DNA muistuttaa heliksille kiertynyttä tikapuuta jonka runko on sokeria ja fosfaattia. Poikkipuolat muodostuvat neljästä emäsosasta. Nukleotidit ovat DNA:n rakenneyksiköitä. DNA:n emäkset ovat adeniini (A), Sytosiini (C), guaniini (G) ja tymiini (T). Emäsosat muodostavat pareja A-T ja C-G.
RNA:n sokeriosa on riboosi sokeria ja tymiinin (T) korvaa urasiili (U). RNA:t voidaan jakaa kolmeen ryhmään: lähetti -RNA, siirtäjä -RNA ja ribosomi -RNA.
<--DNA ja kromosomi

Geenit ovat DNA:n toiminnallisia osia. Geenit ovat ohjeita, joilla rakennetaan joku tietty proteiini ja ne voivat olla usean aminohapon mittaisia.
Lähetti -RNA saa aminohappojärjestyksen ohjeen DNA:lta kun sen vetysidokset avautuvat väliaikaisesti. RNA:n nukleotideista rakentuu enstyymien avulla ohjeen mukainen lähetti -RNA.
Lähetti -DNA:n ohje tulkitaan solulimassa emäskolmikkoina. Proteiinit koostuvat 20 erillaisesta aminohaposta, joten yhtä aminohappoa vastaa yksi tai useampi emäskolmikko. Proteiinin rakentamisen aloittava emäskolmikko on aina AUG ja lopettamiseen on kolme erillaista emäskolmikkoa.                                                                                                                                                                                         <--- transkriptio    

Solulimassa lähetti -RNA tartuu alkupäällään ribosomiin ja liukuu sen pinnalla kunnes saavuttaa aloituskolmikon (AUG). Kuljettaja -RNA:lla on toisessa päässä emäskolmikko ja toisessa sitä vastaava aminohappo. Emäskolmikko kiinnittyy lähetti -RNA:han hetkeksi ja toisessa päässä oleva aminohappo irtoaa ja liittyy entsyymien avulla rakennettavaan aminohappoketjuun. Tämä tapahtuu kunnes saavutaan lopetuskolmikkoon. Kun aminohappoketjuja on tarpeeki, proteiinisynteesi loppuu ja enstyymit pilkkovat lähetti -RNA:n nukleotideiksi. Siirtäjä -RNA:t hakevat uuden aminohapon ja odottavat solulimassa seuraavan proteiinin valmistusta.                                                                                                                                                                                                                                                                    
Aminohappoketju ei ole valmis proteiini ennen kuin sillä on kolmiulotteinen rakenne. Primaarirakenne: aminohappoketju, sekundäärirakenne: spiraali/laskostunut, tertiäärirakenne: kolmiulotteinen rakenne ja mahdollinen kvartaarirakenne: kaksi tai useampi tertiäärirakenne yhdessä. Proteiinit, jotka käytetään solun ulkopuolella pakataan golgin laitteessa ja eritetään solun ulkopuolelle.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      

KPL3: Solu ottaa ja poistaa aineita

Solukalvo on soluja ympäroivä lipideistä koostuva kalvo, joka hoitaa eri aineiden sisään- ja ulos kuljetuksen.
<----lipideistä muodostunut kalvo

Lipidit ovat melko yksinkertaisia rasva-aineita, jotka liukenevat huonosti veteen. Eliöissä tyypillisesti esiintyviä liidejä ovat fosfolipidit, triglyseridit, steroidit ja karotenoidit. Fosfolipidit muodostavat solun kalvorakenteen. Fosfolipidien toinen pää on sähköisesti varautunut hydrofiilinen pää ja toinen on taas hydrofobinen. Näin ollen fosfolipidien hydrofobiset päät hakeutuvat toisiaan vasten muodostaen kalvon.
Solukalvolla on ns. kalvoproteiineja (kuljettajaproteiinit), jotka liikkuvat lipideistä ja kolesterolista muodostuneella kavlolla. Kalvoproteiinit voivat toimia entsyymeinä, reseptoreina tai ionikanavina.
Pienmolekyyliset aineet, kaasut ja rasvaliuokset pääsevät kulkemaan solukalvon läpi ilman energiaa. Tätä kutsutaan diffuusioksi (passiivinen kulkeutuminen), eli aine siirtyy suuremman pitoisuuden puolelta pienemmän pitoisuuden puolelle.
Vesi siirtyy soluihin siihen erikoistuneiden kalvoproteiinien kautta. Veden siirtymistä soluun kutsutaan osmoosiksi, eli vesi siirtyy suuremman pitoisuuden puolelta pienempään pitoisuuteen tasoittaen väkevyyserot. Tämä ei vaadi energiaa.



Glukoosi ja aminohapot tarvitsevat apua kuljettajaproteiinilta solukalvon läpäsemiseen. Tätä kutsutaan avustetuksi diffuusioksi ja on nopeampaa kuin pelkkä diffuusio, eikä myöskään tarvitse energiaa. Kuljettajaproteiinit voivat myös kuljettaa aineita pienemmästä pitoisuudesta suurempaan. Tämä on aktiivista siirtämistä ja tarvitsee energiaa.

KPL2: Solun toiminta tarvitsee energiaa

Solut saavat energiansa runsas energisistä yhdisteistä, joihin sitoutuu energiaa, ja joista solu ottaa energiaa. Yleisin näistä yhdisteistä on ATP (adenosiinitrifosfaatti), joka vapauttaa energiaa sen sidosten purkautuessa. ATP ei toimi energia varastona vaan vähän ajan päästä se hajoaa ADP:ksi (adenosiinimonofosfaatiksi) ja fosfaatiksi, jos sen energiaa ei käytetä.

´

Kappaleen keskeisiä asioita ovat yhteyttäminen eli energian sitoutuminen ja kuinka solut tuottavat energiaa. Luonossa yhteyttäminen voi tapahtua kahdella tavalla: fotosynteesissä ja kemosynteesissä. Kemosynteesi on vanhempi yhteyttämisen muoto eikä siinä tarvitse auringonvaloa.
Yhteyttämisessä viherhiukkaset eli kloroplastit muuttavat auringonvalon kemialliseksi energiaksi. Viherhiukkaset muuttavat epäorgaanisen veden ja hiilidioksidin orgaaniseksi glukoosiksi ja tuotaa samalla happea.

Fotosynteesissä on kaksi vaihetta. Valoreaktiossa vesi hajoaa vedyksi ja hapeksi, jolloin valoenergia sitoutuu ATP -molekyyleihin, jonka jälkeen vedynsiirtäjä siirtää kuljettaa vedyn pimeäreaktioihin.



Eläinsoluissa syötyyn ravintoon sitoutunut energia vapautuu soluhengityksessä solujen mitokondioissa ja muuttaa glukoosin ATP -energiaksi.
1. Energian vapautumisen ensimmäinen vaihe alkaa solulimassa glykolyysillä, jossa glukoosi hajoaa pyruvaattimolekyyliksi ja samalla vapautuu vetyä ja ATP -energiaa.
2. Toisessa vaiheessa pyruvaattimolekyylit viedään mitokondrioon ''sitruunakiertoon'', jossa syntyy vetyioneja (H⁺), elektroneja (e⁻) ja hiilidioksidia, sekä ATP -energiaa.
3. Viimeisessä vaiheessa elektronisiirtoketjussa siirtäjät  kuljettavat vetyionit ja elektronit siirtäjältä toiselle. Viimeiseksi vedyn elektronit kyllästyttävät hapen ja happi muodostaa vetyionin kanssa vettä.

KPL1: Eliöt rakentuvat soluista

Solujen tutkiminen eli solubiologia alkoi 1600 -luvulla, kun valomikroskooppi ja lasilinssit keksitiin. Solut ovat 10-100 mikrometrin kokoisia, mutta kasvisolut ovat keskimäärin suurempia kuin eläinsolut.

Solu

Kappaleen keskeinen asia on solut ja niiden osat. Uutena asiana opin jakamaan eliöt solurakenteen perusteella kahteen ryhmään, esitumallisiin ja yksisoluisiin. 

Esitumalliset (arkit ja bakteerit) ovat 1-10 mikrometrin kokoisia ja eri muotoisia ja niiltä puuttuvat mitokondriot, ja viherhiukkaset. Sen sijaan soluhengitys ja fotosynteesi tapahtuvat kavloilla.

Alkueläimet ja levät ovat yksisoluisia ja ne eroavat esitumallisista siten, että niiden kromosomeja ympäröi kalvo eli tumakotelo.

Solut tuottavat energiaa, joko ympäristöstä saamistaan raaka-aineista tai eläin syömästään ravinnosta. Solut rakentavat DNA:n ohjeiden mukaan tarvittavia aineita.