6. Biomolekulid

Biomolekule väljaspool elusorganisme ei moodustu. Peamised biomolekulide näited on süsivesikud e. sahhariidid, lipiidid e. rasvad, valgud e. proteiinid ja nukleiinhapped, mille teke ja esinemine on üheks peamiseks elu tunnuseks.

6.1 Süsivesikud

Süsivesikud on kõige arvukamad bioloogilised molekulid. Süsivesikud koosnevad süsinikust, hapnikust ja vesinikust (C, O, H). Süsivesikuid jaotatakse järgmiselt:

 

Monosahhariidid	Oligosahhariidid	Polüsahhariidid
Glükoos (viinamarjasuhkur)	Laktoos (piimasuhkur)	Tärklis
Fruktoos (puuviljasuhkur)	Maltoos (linnasesuhkur)	Tselluloos
Riboos (RNA-s)	Galaktoos	Glükogeen
Desoksüriboos (DNA-s)	Sahharoos (roosuhkur ehk peedisuhkur ehk, lauasuhkur)	Kitiin

 

Süsivesikud täidavad organismides järgmisi ülesandeid:

• Energeetiline: süsivesikud on organismi esmaseks energiaallikaks. Ligikaudu 60% energiast saadakse süsivesikute lõhustumisel 1g süsivesikute oksüdatsioonil vabaneb 17,6 kJ energiat so umbes 4 kcal.
• Struktuurne: kitiin (lülijalgsete ja  seenerakkude kestad) ja tselluloos (taimeraku kestad).
• Varuaine: tärklis (taimedes) ja  glükogeen (loomades ja seentes).
• Toitaine: piimasuhkur (laktoos) imetajate piimas.
• Kaitse: taimedes raku tsütoplasma suhkrustumine – kaitseb külmumise eest.
• Ligimeelitav: õistaimede nektar – putukate ligimeelitamiseks.
• Bioregulatoorne: süsivesikud ja valgud kuuluvad hormoonide koostisesse.
• Biosünteetiline: lähteaineteks teiste ühendite sünteesil (nukleiinhapped)

Täiendav info ja harjutusülesanded

Süsivesikute ehituse ja talitluse seos: https://vara.e-koolikott.ee/taxonomy/term/2491

Lisaks vaata videot:

Videoõps „Süsivesikud“ https://www.youtube.com/watch?v=PzQKne6DZ6w

 

Oluline info, mida meelde jätta: 

• Süsivesikud, eelkõige glükoos, on organismide esmane energiaallikas.
• Süsivesikud on kõige enam levinud biomolekulid organismides, mis on tähtsad elu erinevatel etappidel ja erinevates tingimustes.

 

6.2. Lipiidid

Triglütseriidid, fosfolipiidid, vahad ja steroidid on bioloogilistes süsteemides levinud lipiidid, nad on on rasvased, vahataolised või õlised orgaanilised ühendid.

Lipiide jaotatakse järgmiselt:

Lihtlipiidid	Liitlipiidid	Tsüklilised lipiidid
Rasvad (loomsed rasvad on küllastunud lipiidid, milles ei ole kaksiksidemeid)	Fosfolipiidid (on peamiseks komponendiks rakumemraanides, sest nene kaksikkihis on nii hüdrofiilsed kui hüdrofoobsed osad)	Steroidid (tsüklilised lipiidid, mille hulka kuuluvad nt suguhormoonid steroidid ja östrogeenid)
Õlid (taimsed õlid on küllastumata lipiidid, milles esineb kaksiksidemeid)		Kolesterool (nn hea – HDL ja halb – LDL kolesterool, millest viimane osaleb ateroskleroosi tekkimises)
Vahad  (vahades on glütserooli asemel  mõne teise alkoholi jääk)

 

Lipiidide bioloogilised ülesanded on järgmised:

• Rakumembraani põhiline koostisosa, mis eraldab ja kaitseb rakku väliskeskkonna eest.
• energeetiline varuaine: energiat saadakse 38,9kJ/g, kuid aeglasemalt, kui süsivesikutest. Loomade rasvkoes ja taimede seemnetes.
• Rasvlahustuvate vitamiinide omastamiseks.
• Temperatuuri hoidmiseks veeloomadel (rasvakiht) ja aurumise vältimiseks taimedel ning kajalokatsiooniks vaaladel (vahakiht). 
• Märgumise eest kaitseks lindudel ning siseelundite kaitseks loomadel.
• Kärgede ehitamiseks mesilastel.
• Raskemetallide ladustamiseks organismis ja metaboolse vee saamiseks kaamelitel.

Täiendav info ja enesekontrolli harjutusülesanded

Lipiidide ehitus ja ülesanded: https://vara.e-koolikott.ee/taxonomy/term/3536
 

Lisaks vaata videot

Videoõps „Lipiidid“ https://www.youtube.com/watch?v=ZkzwzOgbH3M

 

Oluline info, mida meelde jätta: 

• Rasvhapped on kahetise keemilise iseloomuga lipiidid, sest neil on hüdrofiilne ja hüdrofoobne osa.
• Triglütseriid on rasv. Küllastunud rasvadel on kolm rasvhappe jääki; küllastumata rasvadel on üks või mitu küllastumata jääki.
• Fosfolipiidid on rakumembraani lipiidikihi peamine komponent.
• Steroidid on nelja süsinikurõngaga lipiidid. Nad täidavad olulist füsioloogilist rolli taimedes, seentes ja loomades.
• Vahad on keerulised, erineva struktuuriga lipiidide segud.

6.3. Valgud

Kõikidest bioloogilistest molekulidest on valgud kõige mitmekesisemad nii struktuuri kui ka funktsiooni poolest. Valk on aminohapete ahel. Aminohapete järjestus polüpeptiidahelas määrab valgu tüübi ja valgu funktsioon tuleneb selle kujust. Valgu kuju muutustel võivad olla drastilised tagajärjed tervisele, sest valgu saab lahti harutada kuumuse või muude tingimuste abil, mis häirivad vesiniksidet. Valgu funktsioon sõltub selle kujust, seega tingimused, mis muudavad valgu kuju, muudavad ka selle funktsiooni.

Denaturatsioon on pöördumatu valgu lagunemine, renaturatsioon on valgu struktuuri taastumine.

Valgud on ainsad biomolekulid, millel on vähemalt 4 erinevat struktuurset tasandit:

Primaarstruktuur	Sekundaarstruktuur	Tertsiaarstruktuur	Kvaternaarstruktuur
Esimest järku struktuuriks on valgu  aminohappeline järjestus, mis määrab ära kõik valgu omadused.	Teist järku struktuuri puhul pakitakse valgumolekul kokku Kas α-heeliksiks ja β-struktuuriks.	Kolmandat järku struktuurid jagunevad fibrillaarseks ja globulaarseks struktuuriks.	Neljandat järku struktuur on omane liitvalkudele, mis täidavad ühte ülesannet (nt hemoglobiin hapniku transportijana veres).

 

Valkudel on järgmised ülesanded:

• Ensümaatiline, mille puhul ensüümid reguleerivad reaktsioonide kiirust;
• Regulatoorne, mille puhul toimivad suguhormoonid hormonaalsete tsüklite regulaatoritena;
• Ehituslik ülesanne tagab organismi kudede ja organite ülesehituse;
• Kontraktsiooniline ehk liikumisülesanne on tagatud liikumisvalkude poolt;
• Transportülesanne, mis tagab ainete transpordi rakkude, kudede ja organite vahel;
• Retseptoorne ülesanne võimaldab info ülekannet ilma otseselt  membraani läbimata;
• Energeetiline ülesanne – 1g valgust saab orgaism 17,6 kJ energiat, kuid seda ainult on äärmuslikes olukordades,  kus kõik teised energiavarud on lõpukorral.

Täiendav info ja enesekontrolli harjutusülesanded

Valkude ehitus ja ülesanded: https://vara.e-koolikott.ee/taxonomy/term/3537

Lisaks vaata videosid

1. Videõps „Valkude ehitus“: https://www.youtube.com/watch?v=J0-4CYk-r4M

2. Videoõps „Valkude ülesanded“: https://www.youtube.com/watch?v=d7P6GdtjZgA

 

Oluline info, mida meelde jätta: 

• Valk on aminohapete ahel. Aminohapete järjestus polüpeptiidahelas dikteerib valgu tüübi.
• Vesiniksidemed põhjustavad polüpeptiidahelate keerdumist spiraalideks ja lehtedeks, mis volditakse ja pakendatakse edasi funktsionaalseteks üksusteks.
• Valgu kuju saab kuumuse või muude tingimuste abil lahti harutada, mis lõhuvad vesiniksidet.
• Valgu funktsioon tuleneb ja sõltub selle kujust, nii et tingimused, mis muudavad valgu kuju, muudavad ka selle funktsiooni.

 

6.4. Nukleiinhapped

Nukleiinhapped on pärilikkuse aine polümeerid, mille monomeerideks on nukleotiidid. Nukleiinhape DNA sisaldab teavet, mis on vajalik rakkude ja paljuraksete isendite ülesehitamiseks. RNA-d  on nukleiinhapped, mis teostavad valkude sünteesi. Mõnedel nukleotiididel on ka roll ainevahetuses (ATP). Nukleotiidid on väikesed orgaanilised molekulid, mis toimivad energiakandjatena, ensüümide abistajatena, keemiliste sõnumitoojatena ning DNA ja RNA allüksustena. Kõik koosnevad monosahhariidist, mis on seotud lämmastikalusega ja ühe, kahe või kolme fosfaatrühmaga. Monosahhariid nukleotiidid on viie süsinikuga monosahhariid, kas riboos või desoksüriboos. 

DNA, RNA  ja ATP võrdlus on toodud järgmises tabelis:

	DNA (desoksüribonukliinhape)	RNA (ribonukliinhape)	ATP (adenosiintrifosfaat)
Suhkur (pentoos)	desoksüriboos	riboos	riboos
Lämmastikalused ja nende komplementaarsus	Adenosiin (A) – Tümiin (T) Guanosiin (G) – Tsütosiin (C)	Adenosiin (A) – Uratsiil (U) Guanosiin (G) – Tsütosiin (C)	Adenosiin (A)
Ehitus ja tüübid	biheeliks ehk kaksikspiraal	mRNA – üksikahel tRNA – osaline kaksikahel rRNA – osaline kaksikahel	kolme fosfaatrühmaga nukleotiid
Ülesanded	päriliku info säilitamine ja  täpne edasikandmine	mRNA –  geeni informatsiooni viimine ribosoomidesse tRNA – transpordib aminohappeid tsütoplasmast ribosoomidesse rRNA –  koos proteiinidega moodustab valgusünteesi  läbiviivaid ribosoome ja osaleb valgusünteesis	universaalne energiaallikas kõikides organismi protsessides

Täiendav info ja enesekontrolli harjutusülesanded

Nukleiinhapete ehitus ja ülesanded: https://vara.e-koolikott.ee/node/342

Lisaks vaata videot

Videõps „DNA ja RNA“: https://www.youtube.com/watch?v=tLxmeuGDdkc

 

Oluline info, mida meelde jätta:

• Nukleotiidid on nukleiinhapete monomeerid. Nukleotiid ATP on oluline roll ka ainevahetuses energiakandjana.
• Nukleiinhape DNA sisaldab rakkude ehitamiseks vajalikku teavet ja hulkraksete isendite loomiseks. 
• RNAd on nukleiinhapped, mis teostavad valkude sünteesi.
   

Kuidas toimivad orgaanilised molekulid elusates süsteemides?

• Orgaanilise molekuli funktsionaalsed rühmad annavad selle süsivesiniku selgroo keemilised omadused. Need rühmad aitavad kaasa bioloogilise molekuli toimimisele.
• orgaanilise molekuli struktuur dikteerib selle funktsiooni bioloogilistes süsteemides.
• kogu elu põhineb samadel orgaaniliste ühendite tüüpidel: keerulised süsivesikud, lipiidid, valgud ja nukleiinhapped.
• Ainevahetusprotsesside abil panevad rakud elu molekulid monomeeridest kokku. Samuti lagundavad nad polümeerid komponentmonomeerideks.

Kuidas on kõik elu molekulid ühesugused?

• Elu molekulid (süsivesikud, lipiidid, valgud ja nukleiinhapped) on orgaanilised, mis tähendab, et nad koosnevad peamiselt süsinik- ja vesinikuaatomitest.
• Orgaanilise molekuli struktuur algab süsinikuaatomite ahelaga (selgroog), mis võib moodustada rõnga.
• Me kasutame erinevaid mudeleid erinevate struktuuriliste omaduste kujutamiseks. Molekuli struktuuriomaduste arvestamine annab meile ülevaate selle toimimisest.
• Kõik elu molekulid on orgaanilised, mis tähendab, et nad koosnevad peamiselt süsiniku- ja vesinikuaatomitest. 
• Funktsionaalsed rühmad, mis on seotud süsinike aatomitega, annavad molekulile erinevaid keemilisi omadusi.
• Me kasutame erinevaid molekulmudeleid, et visualiseerida molekuli erinevaid struktuuriomadusi, mis annab meile ülevaate funktsioonist.
• Ainevahetusprotsesside abil sünteesitakse monomeeridest biomolekulid ja lagundatakse polümeerid monomeerideks.