7.10. Bioühendid

Bioühendid ehk biomolekulid on orgaanilised ained elusorganismides, mis osalevad elutegevusega seotud protsessides. Need ained on olulised nii organismi struktuuride ehituses kui ka elutegevuseks vajalikes ainevahetuse reaktsioonides. Elu on keemia seisukohalt väga keeruline nähtus ja organismide koostises on väga palju erinevaid orgaanilisi ja anorgaanilisi aineid. Selles peatükis käsitleme põgusalt kolme olulisemat biomolekulide klassi: rasvad, sahhariidid ja valgud.

Rasvad

Rasvad on glütserooli (propaan-1,2,3-triooli) ja rasvhapete triestrid. Rasva teket võib ette kujutada kui glütserooli molekuli ja kolme rasvhappe molekuli reaktsiooni, mille käigus moodustub kolm estersidet.

Joonis 1. Rasva teke

Kuna rasvamolekulides on pikad alküülahelad ning puuduvad tugevalt polaarsed rühmad, siis on rasvad väga hüdrofoobsed ning ei lahustu vees. Tavaliselt jaotatakse rasvu nende koostises leiduvate rasvhappejääkide järgi. Kui rasvhapetest pärinevates ahelates on kõik süsinikuaatomite vahelised sidemed üksiksidemed, siis on tegemist küllastunud rasvaga. Kui ahelates on aga üks või mitu kaksiksidet, on tegemist küllastumata rasvaga. Üldreeglina on küllastunud rasvhappeid rohkem tahketes loomsetes rasvades ja küllastumata rasvhappeid rohkem vedelates taimsetes õlides. Kuna rasvade energiasisaldus on suur, on nende peamine ülesanne olla energiarikkad varuained. Rasvad annavad võrreldes teiste toitainetega palju rohkem energiat (massiühiku kohta üle kahe korra rohkem kui sahhariidid või valgud).

Rasvu kasutatakse ka naturaalse seebi valmistamiseks. Selleks hüdrolüüsitakse rasvades olevad estersidemed leelisega ning saadakse rasvhapete naatriumisoolad ja glütserool. Kõnekeeles nimetataksegi estrite aluselist hüdrolüüsi seebistamiseks ja naatriumhüdroksiidi seebikiviks. Kuigi seebina on läbi aegade tuntud rasvhapete soolade segu, on poes müüdava „seebi“ koostises küll sageli hoopis sünteetilised pesemisvahendeid.

Joonis 2. Seebi saamisreaktsioon

Sahhariidid

Sahhariidid ehk süsivesikud sisaldavad mitut hüdroksüülrühma ning lisaks veel karbonüülset süsinikku, st kuuluvad samaaegselt alkoholide ja ka ketoonide või aldehüüdide aineklassidesse. Monosahhariidi molekulis on üks karbonüülrühm ja mitu hüdroksüülrühma (monosahhariid on nt glükoos ehk viinamarjasuhkur ja fruktoos ehk puuviljasuhkur). Suuremad monosahhariidimolekulid esinevad peamiselt tsüklilisena, sest hüdroksüülrühm reageerib molekulisiseselt karbonüülrühmaga. Monosahhariidimolekulid võivad reageerida ka üksteisega ja moodustada suuremaid sahhariidimolekule. Lihtsamaid sahhariide, mis koosnevad ühest või kahest monosahhariidist, kutsutakse suhkruteks. Näiteks sahharoos on saadud fruktoosi- ja glükoosimolekulist. Oligosahhariidid sisaldavad 3 kuni mõnikümmend monosahhariidiühikut. Kui monosahhariide on molekuli struktuuri ühendatud veelgi enam, siis on aine polüsahhariidid.

Joonis 3. Näited süsivesikute erinevatest vormidest. Monosahhariid lineaarses ja tsüklilises vormis. Paremal on näidatud, kuidas kaks monosahhariidi on ühinenud dimeeriks (disahhariidiks). Oligosahhariidides ja polüsahhariidides on palju selliseid ühendusi

Sahhariidid on esmased energiaallikad ja ka olulised energiarikkad varuained. Sahhariidide energiasisaldus on küll enam kui kaks korda väiksem kui rasvade oma (massiühiku kohta), aga nende kasutamine on mõnedel juhtudel organismide jaoks eelistatud. Taimede varuaineks on polüsahhariid tärklis, mis on inimestele toidu koostises tähtis energiaallikas. Inimkehas olev tärklisesarnane varuaine on glükogeen. Polüsahhariidid on ka mitmed looduses levinud struktuursed ained nagu tselluloos ja kitiin. Tselluloosist koosneb taimerakke ümbritsev kest ning ka paljud taimsed kiud (nt puuvill) on moodustunud tselluloosist. Kitiinist kest ümbritseb lülijalgseid organisme.

Valgud

Valgud on looduslikud polüamiidid ehk polümeerid, mille ehituskivid on omavahel seotud amiidsidemetega. Valkude amiidsidemeid nimetatakse biokeemias tihti ka peptiidsidemeteks ning lühemaid valgujuppe peptiidideks. Kui sünteetilised polüamiidid on üldiselt tekkinud identsetest ühikutest, siis valgud on tavaliselt kokku pandud 20 erinevast aminohappest. Tavalise polümeermaterjali koostises on segu erineva molekulmassiga molekulidest, kuid iga kindla valgu molekulis on identse pikkuse ja sama aminohapete järjestusega polüpeptiidahelad. Valkude süntees toimub täpselt geenijärjestusse kodeeritud info alusel. Selline struktuuri ja valgumolekulide omaduste korratavus võimaldab organismil valmistada valke, mis täidavad väga spetsiifilisi funktsioone.

Joonis 4.Tripeptiidi moodustumine aminohapetest. Valkudes sisalduvad peptiidiahelad on pikemad ja ühtekokku võib valgus sisaldub sadu ja isegi tuhandeid aminohappejääke

Valkude sünteesil kasutatavad aminohapped on mitmekülgsete omadustega, mistõttu moodustub eluslooduses palju erinevate omadustega valke. Elusorganismides toimuvad keemilised reaktsioonid on enamasti katalüüsitud ensüümide poolt ja pea kõik ensüümid on struktuurilt valgud. Väga paljud valgud omavad ka struktuurset rolli. Näiteks nahk, küüned, kõõlused, kõhred ja juuksed on peamiselt valgulise ehitusega. Lisaks on organismides palju valgulisi struktuure, mis asuvad rakkude sees. Valgud on ka raku pinnal olevad retseptorid (bioloogilist signaalide ülekannet vahendavad valgud) ja toitainete transporterid (lasevad kindlaid aineid rakku). Immuunsuse juures on oluline roll kindlatel valkudel – antikehadel. Mitmed hormoonid on valgulise ehitusega. Seega võib valke lugeda elu seisukohast kõige olulisemaks biomolekulide aineklassiks. Meie DNA-s olev geneetiline info realiseerub suures osas keha poolt toodetavates valkudes. Valgud määravad seega, millised me olema ja kuidas toimime.

Igapäevaelus tuttavatest materjalidest koosnevad valkudest loomset päritolu kiud nagu vill, siid ja ämblikuvõrk.