Bioloogia – Organismide koostis (7)

Ande Andekas
Bioloogia – Organismide koostis
Kogu loodus koosneb anorgaanilistest (eluta) ja orgaanilistest (elus) ainetest. Valdav osa orgaanilistest ainetest moodustub organismide elutegevuse käigus. Iga organismi ehituses on nii anorgaanilisi kui orgaanilisi aineid, mis koosnevad mitmesugustest keemilistest elementidest. Erinevate rakkude keemiliste elementide sisaldus on üldiselt ühesugune, kõige enam on hapnikku, süsinikku ja vesinikku, mõnevõrra vähem lämmastikku, fosforit ja väävlit (valkudes, nukleiinhapetes). Neid kuute elementi nimetatakse makroelementideks ning nad moodustavad organismis 90%. Mikroelementideks nimetatakse 16. elementi, mida esineb organismides üliväikestes kogustes , kuid mis on enamiku organismide normaalseks elutegevuseks hädavajalikud. Anorgaanilisi aineid on organismides enamasti üle 80%, nende põhiosa moodustab vesi. Vesi on hea lahusti ja enamik aineid on organismis lahustunud olekus. Vee molekulid osalevad paljudes organismis toimuvates keemilistes reaktsioonides. Veel on suur soojusmahtuvus, seetõttu aitab ta säilitada organismisisest püsivat temperatuuri. Vee molekulid paiknevad rakkudes enamasti kindlasuunaliselt orienteerituna ning võivad moodustada kristalseid struktuure. Happed, alused ja soolad on organismis enamasti dissotsieerunud olekus. Katioonid on positiivselt laetud ioonid (H+, NH4+, K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Fe2+/3+). Kaalium - ja naatriumioonid osalevad närviimpulsi moodustumises ning neid leidub veres ja tsütoplasmas. Kaltsiumsoolad annavad luudele tugevuse. Suur osa magneesiumi aatomitest on seotud nukleiinhapetega, taimedel klorofüll. Raua aatomid esinevad hemoglobiini koostises. Mida suurem on H+ ioonide kontsentratsioon lahuses, seda happelisem (7+), mida suurem on OH- ioonide kontsentratsioon lahuses, seda aluselisem (7-) lahus on. Kui pH on 7, on lahus neutraalne. Rakus toimuvate biokeemiliste protsesside normaalseks kulgemiseks peab raku sisekeskkonnal olema kindel pH väärtus. Anioonid on negatiivselt laetud ioonid (hüdroksüül-, karbonaat-, fosfaat -, kloriid-, joodiioonid). Hingamise käigus tekkiv süsihappegaas lahustub vees (moodustuvad karbonaatioonid), mis kanduvad rakke ümbritsevasse koevedelikku ja sealt edasi kopsudesse. Fosfaatrühmad on kõiki nukleiinhapete ja fosfolipiidide (kuuluvad rakumembraani koostisse) põhilised koostisosad. Joodi on vaja kilpnäärmehormooni sünteesiks. Inimene saab organismile vajalikud anorgaanilised ühendid peamiselt igapäevase toiduga. Suur osa sooli omastatakse joogiveest. Orgaanilistest ainete koostises leiduvad kõik makroelemendid. Biomolekulideks nimetatakse sahhariide , valke, lipiide ja nukleiinhappeid ning nad on organismide koostisesse kuuluvad põhilised orgaanilised ained. Nad kuuluvad rakkude ehitusse, reguleerivad rakkude talitlusi ja nende omavahelist koostööd ning osalevad organismide aine-ja informatsioonivahetuses ümbritseva keskkonnaga. Bioaktiivsed ained on orgaaniliste ühendite eri klassidesse kuuluvad ühendid, mis juba väikestes kogustes mõjutavad organismide ainevahetust ning reguleerivad nende elutalitlusi (ensüümid, vitamiinid , hormoonid). Sahhariidid ehk süsivesikud on orgaanilised ained, mille koostises esinevad süsinik, vesinik ja hapnik. Monosahhariidid e. lihtsuhkrud on madalamolekulaarsed orgaanilised ühendid, milles süsiniku aatomite arv on enamasti kolmest kuueni (riboos (RNA), desoksüriboos (DNA), glükoos e. viinamarjasuhkur, fruktoos e. puuviljasuhkur (organismide põhilised energiaallikad )). Oligosahhariidid on madalamolekulaarsed orgaanilised ühendid, mis organismides on valdavalt moodustunud kahe-kolme monosahhariidi omavahelisel ühinemisel ( sahharoos (roo-ja peedisuhkrus), maltoos e. linnasesuhkur , laktoos e. piimasuhkur ; kasutatakse energia saamiseks). Polüsahhariidid on kõrgemolekulaarsed orgaanilised ühendid (polümeerid), mille ehituslikeks lülideks (monomeerideks) on monosahhariidid (tärklis (taimedel energia saamiseks), tselluloos (taimevarte tugevdamiseks), glükogeen, kitiin ). Sahhariidide põhilised ülesanded on energeetiline ja ehituslik. Lipiidid on orgaaniliste ühendite klass, kuhu kuuluvad rasvad , õlid, vahad, steroidid jt. enamasti vees lahustumatud ühendid, mis lahustuvad enamasti mitmetes orgaanilistes lahustites ( alkohol , eeter ). Nad on organismide energiaallikaks. Lihtlipiidideks e. rasvadeks nimetatakse propaantriooli ja rasvhapete estreid. Mida rohkem on rasvhappejääkides kaksiksidemeid , seda vedelam rasv on. Rasvkude on energiavaruks ja kaitseb jahtumise eest. Lihtlipiidide ühinemisel teiste keemiliste ühenditega moodustuvad liitlipiidid ( fosfolipiidid ). Steroidid on madalmolekulaarsed tsüklilised ühendid, mis vees peaaegu ei lahustu (suguhormoonid, neerupealiste hormoonid, D vitamiin ). Kui toit sisaldab palju rasva ja suhkrut, moodustub organismis hulgaliselt kolesterooli (kuulub loomaraku membraanide koostisesse; liigne kolesterool põhjustab veresoonte lupjumist), mis on üks steroididest. Hormoonid on bioaktiivsed ained, mis põhiliselt moodustuvad loomorganismide sisesekretsiooninäärmetes. Valgud on aminohapetest (20) elusorganismis moodustunud polümeerid. Koos polüsahhariidide ja nukleiinhapetega nimetatakse neid biopolümerideks. Kõigi aminohapete koostisesse kuuluvad aluseliste omadustega aminorühm (-NH2) ja happeliste omadustega karboksüülrühm (-COOH). Molekuli ülejäänud, aminohapetel varieeruvad osad tähistatakse tähega ’R’. Kahe aminohappe omavahelisel reageerimisel moodustub ribosoomis nende vahele kovalentne side, mida nimetatakse peptiidsidemeks. Valgud omavad mitmesuguseid ruumilisi struktuure. Valkude omadused tulenevad molekuli koostisesse kuuluvate aminohappejääkide järjestusest ja hulgast. Valgu aminohappelist järjestust nimetatakse esimest järku struktuuriks (primaarstruktuuriks). Valgu teist järku struktuur (sekundaarstruktuur) tekib polüpeptiidi keerdumisel kruvikujuliseks heeliksiks või kõrvuti asetsevate ahelate voltumisel (juuste, küünte, ämblikuniidi, siidi lõplik tase). Molekuli edasisel kokkukeerdumisel moodustub valgu kolmandat järku struktuur (tertsiaarstruktuur), on enamasti keraja kujuga ja kannab gloobuli nimetust. Kõikidel valkudel aga globulaarset kolmandat järku struktuuri ei teki ja nad jäävad väljavenitatult niitjateks (fibrillaarseteks). Kui omavahel ühinevad kaks või enam polüpeptiidi, moodustub valk, mille puhul räägitakse neljandat järku struktuurist (kvaternaarstruktuur). Valgud võivad ühineda ka teiste orgaaniliste ainetega. Denaturatsiooniks nimetatakse valgu struktuuri alandamist väliste tegurite toimel. Renaturatsiooniks nimetatakse denaturatsiooni pöördprotsessiks, mis toimub siis, kui lõhustavate tegurite ( kuumutamine , happed) mõju pole olnud liiga suur ja valgu struktuurid pole veel lõplikult lagunenud. Biokeemiliste reaktsioonide kiirust reguleerivad valgud, mida nimetatakse ensüümideks, iga reaktsiooni juhib oma ensüüm. Vitamiinid on biomolekulaarsed madalmolekulaarsed ained, mida on vaja mõnede ensüümide aktiveerimiseks. Valgud kuuluvad kõigi rakuorganellide koostisesse ja nahatekised on ainult valgulise ehitusega. Valgud täidavad ka transportfunktsiooni (hemoglobiin, rakumembraani koostises esinevad transportvalgud). Valkude retseptorfunktsioon seisneb selles, et rakumembraanis esineb mõningaid valke, mis edastavad väliskeskkonna infot raku sisemusse (amööbi liikumine, maitse tundmine). Regulatoorset funktsiooni täidavad mitmed valgulised hormoonid ( insuliin ). Valkude kaitsefunktsioonid avalduvad väga eriilmeliselt. Antikehad on organismile mitteomaste orgaaniliste ainete (antigeenide) vastu veres moodustunud kehad. AIDSi e. immuunpuudulikkuse sündroomi põhjustab HIV- viirus . Selle toimel lakkab inimese veres antikehade teke. Kontraktsioonivalkudeks nimetatakse valke, mis on võimelised muutma oma struktuuri (lihasvalgud). Sellega kaasneb molekuli mõõtmete muutumine. Niisiis on valkudel ka liikumisfunktsioon. Valkude täielikul lagunemisel vabanev energia on kasutatav organismi teistes elutegevusprotsessides (kui sahhariidide ja lipiidide tagavarad on peaaegu ammendatud ). Valgu molekulide kaitse saavutatakse eelkõige molekuli esimest järku struktuuri püsivusega. Valkude ruumilise struktuuri ebastabiilsus aitab täita valkudele ainuomaseid ülesandeid.