Määritelmä

substantiivi
plural: biomolekyylit
bi-o-mol-e-molekyyli, ˈbaɪoʊ ˈmɑləkjul
Kaikki elävien organismien tuottamat molekyylit

Yksityiskohdat

Yleiskuvaus

Fysiikassa ja kemiassa, molekyyli on sähköisesti neutraali, ryhmä atomeja, joka voi olla yksinään vapaassa tilassa säilyttäen sille ominaiset ominaisuudet. Molekyylin muodostavat atomit voivat olla samantyyppisiä (kuten happimolekyyli, joka koostuu kahdesta happiatomista) tai eri tyyppisiä (kuten vesimolekyyli, joka koostuu hapesta ja vedystä). Biologiassa, erityisesti biokemiassa, molekyyli on termi, jota käytetään vähemmän tiukasti siten, että sillä voidaan viitata myös mihin tahansa pieneen hiukkaseen, kuten varattuihin orgaanisiin molekyyleihin, tai aineisiin (joita kutsutaan biomolekyyleiksi), joita syntyy ja esiintyy luonnostaan elävissä organismeissa, kuten proteiineihin, hiilihydraatteihin, DNA:han ym.

Erilaisia biomolekyylejä

Biomolekyylillä viitataan mihin tahansa elävissä organismeissa syntyvään molekyyliin. Sellaisenaan useimmat niistä ovat orgaanisia molekyylejä. Biomolekyylien neljä pääryhmää ovat polysakkaridit, aminohapot ja proteiinit, nukleiinihapot (DNA ja RNA) sekä lipidit, joita esiintyy elävissä organismeissa ja joita ne tuottavat. Monet biomolekyyleistä ovat siis polymeerejä. Polymeeri on yhdiste, joka koostuu useista toistuvista yksiköistä (monomeereistä) tai protomeereistä ja jota tuotetaan polymeroimalla. Useimmat näistä biomolekyyleistä ovat orgaanisia yhdisteitä. Se, että ne ovat ”orgaanisia”, tarkoittaa yleensä sitä, että ne sisältävät hiiliatomeja, jotka ovat kovalenttisesti sitoutuneet muihin atomeihin, erityisesti hiili-hiili (C-C) ja hiili-vety (C-H). Neljä tärkeintä alkuaineosaa ovat hiili, vety, happi ja typpi.

Biomolekyylityypit

Nukleiinihappo on biomolekyyli, joka koostuu nukleotidien monomeerisista yksiköistä. Kukin nukleotidi puolestaan koostuu fosforihaposta, sokerista (5 hiiltä) ja typpiemäksestä. Nukleiinihapon nukleotidiketjut liittyvät toisiinsa 3′, 5′ fosfodiesterisidoksilla. Nukleiinihapot voivat olla DNA- tai RNA-molekyylejä, jotka sisältävät kaikkien solutoimintojen ja perinnöllisyyden kannalta tärkeää geneettistä tietoa. Nukleosidi taas on biomolekyyli, joka muodostuu, kun nukleobaasi liitetään riboosiin tai deoksiriboosiin. Esimerkkejä ovat sytidiini, uridiini, adenosiini, guanosiini ja tymidiini. Fosforyloidut nukleosidit muuttuvat nukleotideiksi. Sen lisäksi, että nukleotidit toimivat nukleiinihappojen rakenneyksikkönä, ne voivat toimia myös kemiallisen energian lähteinä (esim. adenosiinitrifosfaatti eli ATP). Nukleotidit voivat myös toimia joidenkin entsymaattisten reaktioiden kofaktorina (esim. flaviiniadeniinidinukleotidi eli FAD, nikotiiniamidiadeniinidinukleotidifosfaatti eli NADP).
DNA eli deoksiribonukleiinihappo on elävän olennon geneettisen informaation sisältävä kaksijuosteinen nukleiinihappo. Se koostuu kahdesta säikeestä, jotka kiertyvät yhteen muodostaen spiraalin. Kumpikin säie koostuu vuorotellen fosfaatti- ja pentoosisokerista (2-deoksiriboosi), ja sokeriin on kiinnittynyt typpiemäs, joka voi olla adeniini, tymiini, guaniini tai sytosiini. DNA on välttämätön solun kasvulle, jakautumiselle ja elimistön toiminnalle.
RNA eli ribonukleiinihappo on nukleiinihappo, joka on yleensä yksisäikeinen ja koostuu toistuvista nukleotidiyksiköistä, jotka koostuvat riboosisokerista, fosfaattiryhmästä ja typpiemäksestä. Se koostuu pitkästä lineaarisesta nukleotidiketjusta, jossa jokainen nukleotidi koostuu sokerista, fosfaattiryhmästä ja typpiemäksestä. Se eroaa DNA-molekyylistä siten, että sokerirunko on riboosi (DNA:ssa deoksiriboosi) ja emäkset ovat adeniini, guaniini, sytosiini ja urasiili.
Kaikki DNA ja RNA ovat biopolymeerejä, jotka koostuvat mononukleotidien toistuvista yksiköistä ja koostuvat pohjimmiltaan hiilestä, vedystä, hapesta, typestä ja fosforista.

Biomolekyylityypit

Proteiini on biomolekyyli, joka koostuu aminohapoista, jotka on yhdistetty toisiinsa peptidisidoksilla. Aminohappo on molekyyli, joka koostuu emäksisestä aminoryhmästä (NH2), happamasta karboksyyliryhmästä (COOH), vetyatomista ja hiiliatomiin kiinnitetystä orgaanisesta sivuryhmästä (R). Sen peruskaava on siis NH2CHRCOOH. Aminohapot luokitellaan sen mukaan, ovatko ne epäolennaisia vai välttämättömiä. Ei-välttämättömät (tai tarpeettomat) aminohapot syntetisoidaan elimistössä. Välttämättömiä (eli välttämättömiä) aminohappoja ei voida syntetisoida elimistössä, vaan niitä saadaan vain ravinnosta. Luonnollisia aminohappoja on tunnistettu noin sata. Niistä kaksikymmentä osallistuu proteiinin muodostamiseen. Proteiinit ovat välttämättömiä, koska ne palvelevat erilaisia biologisia tehtäviä: rakennemateriaalina (esim. keratiini), entsyymeinä, kuljettajina (esim. hemoglobiini), vasta-aineina tai geenien ilmentymisen säätelijöinä.

Biomolekyylityypit

Hiilihydraatit (sokerit) ovat biomolekyylien pääluokista runsaimpia. Suurin osa hiilihydraateista noudattaa yleistä kaavaa: Cn (H2O) n, mistä ne ovat saaneet nimensä, joka tarkoittaa hiilihydraatteja. Kaikki hiilihydraatit eivät kuitenkaan noudata tätä kaavaa, vaan niiden rakenne poikkeaa hieman tästä säännöstä. Kemiallisesti ne ovat yksinkertaisia orgaanisia yhdisteitä, jotka ovat aldehydejä tai ketoneita, joihin on lisätty useita hydroksyyliryhmiä yleensä jokaiseen hiiliatomiin, joka ei kuulu aldehydin tai ketonin funktionaaliseen ryhmään.
Sakkaridi on hiilihydraattien rakenteellinen (monomeerinen) yksikkö. Monomeeriyksiköiden lukumäärän perusteella hiilihydraatit voivat olla monosakkarideja, disakkarideja, oligosakkarideja tai polysakkarideja. Monosakkaridit ovat hiilihydraatteja, joissa on vain yksi yksinkertainen sokeri. Esimerkkejä ovat glukoosi, fruktoosi ja galaktoosi. Ne ovat hiilihydraattien perustyyppiä. Disakkaridit ovat hiilihydraatteja, jotka koostuvat kahdesta monosakkaridiyksiköstä. Esimerkkejä ovat sakkaroosi, maltoosi ja laktoosi. Oligosakkaridit ovat hiilihydraatteja, jotka koostuvat kahdesta kymmeneen yksinkertaisesta monosakkaridiyksiköstä. Esimerkkejä ovat raffinoosi, maltotrioosi ja maltotetraoosi. Niitä, joissa on suurempi määrä monosakkaridiyksiköitä, kutsutaan polysakkarideiksi. Esimerkkejä ovat tärkkelys, selluloosa ja glykogeeni. Kun polysakkaridi koostuu samantyyppisistä monosakkaridiyksiköistä, sitä kutsutaan homopolysakkaridiksi (tai homoglykaaniksi), kun taas polysakkaridia, joka koostuu useammasta kuin yhdestä monosakkaridityypistä, kutsutaan heteropolysakkaridiksi (tai heteroglykaaniksi).

Biomolekyylityypit

Lipidit ovat orgaanisia yhdisteitä, jotka liukenevat helposti poolittomaan liuottimeen (esim. eetteriin) mutta eivät polaariseen liuottimeen (esim. veteen). Niiden tärkeimpiä biologisia tehtäviä ovat energian varastointi, solukalvon rakenneosa ja solun signalointi. Biologisissa kalvoissa lipidikomponentilla on hydrofiilinen pää, joka voi olla glykolipidiä, fosfolipidiä tai sterolia (esim. kolesterolia), ja hydrofobinen häntä.

Biomolekyylityyppejä

Muita biomolekyylejä ovat aineenvaihduntatuotteet ja luonnontuotteet. Metaboliitilla tarkoitetaan mitä tahansa ainetta, joka syntyy aineenvaihdunnassa tai aineenvaihduntaprosessissa. Esimerkkejä metaboliiteista ovat alkoholit, aminohapot, antioksidantit, nukleotidit, orgaaniset hapot, vitamiinit, polyot, alkaloidit, terpenoidit jne. Luonnontuotteisiin kuuluvat biologisesti peräisin olevat materiaalit, biopohjaiset materiaalit ja kehon nesteet.

Tutkimus

Molekyylibiologia ja biokemia ovat kaksi biologian osa-aluetta, jotka tutkivat biomolekyylejä ja niiden reaktioita. Erityisesti molekyylibiologia tutkii elämälle olennaisten makromolekyylien rakennetta ja toimintaa (ja erityisesti niiden geneettistä roolia). Se on biologian tutkimusta molekyylitasolla, kuten DNA:n kemiallisia ominaisuuksia. Biokemia tutkii solukomponenttien, kuten proteiinien, hiilihydraattien, lipidien, nukleiinihappojen ja muiden biomolekyylien rakennetta ja toimintaa sekä niiden toimintaa ja muuntumista elämänprosessien aikana.

Lisätiedot

Etymologia

• Antiikin kreikan βίος (bíos, tarkoittaa ”elämää”)
• ranskan molécule, uuslatinasta molecula (”molekyyli”)

Synonyymi

Johdettu termi

• biomolekyyli (adjektiivi, of, pertaining to, relating to, tai biomolekyyliä kuvaava)

Lisätietoja

Ks. myös

• nukleiinihappo
• proteiini
• hiilihydraatti
• lipidit
• molekyyli