Solu Ja Molekyylibiologian Perusteet

Solujen erilaistuminen ja siihen liittyvä signalointi on oleellista yksilönkehitykselle. Tätä tarkastellaan podcast sarjan kehitysbiologiaa tarkastelevissa jaksoissa. jaksot julkaistaan osana Digicampuksella avoinna olevaa UEF: Kehitysbiologia Mooc-kurssia.

Hermosolun toiminnalle ei riitä, että aktiopotentiaali etenee aksonia pitkin. Solun on myös viestittävä toisille soluille, että aktiopotentiaali on päässyt aksonin päähän saakka. Jaksossa tutustutaan synapsien kemialliseen ja sähköiseen säätelyyn ja hermosolujen toimintaan yhdessä kuuloaistin yhteydessä.

Aivojen toiminnan ymmärtäminen on mahdollista vain ymmärtämällä yksittäisiä hermosoluja ja tämä puolestaan ei onnistu ilman käsitystä sähköfysiologian perusteista. Jaksossa tutustutaan aksonin ja yksittäisten ionikanavien toimintaan ja niiden löytymiseen liittyneisiin tutkimuksiin.

Jos kerran otamme ravintoa, jonka avulla pystymme liikkumaan ja muokkaamaan biomolekyylejä, on meidän myös jotain tehtävä muodostuvalle typpijätteelle. Kuitenkin munuaista tarvitaan urean lisäksi myös moneen muuhun tehtävään - vaikka sen merkityksen usein muistaakin vasta munuaisen toimintahäiriöiden sattuessa.

Ruoansulatus on fysiologian aiheista perinteisesti helpoimpia ja sitä käydään läpi moneen otteeseen eri oppiasteilla. Kuitenkin ajattelemalla ravintoaineiden hajotusta ja imeytymistä yksittäisen solun toiminnan kannalta, huomataan, että jo pelkkä syljen eritys vaatii pientä osmoosiin ja avustettuun diffuusioon liittyvää aivojumppaa.

Happi on ravinnon lisäksi välttämätöntä solujen tehokkaalle toiminnalle. Tätä varten verenkierto yhdistyy keuhkoihin, joissa kaasuja vaihdetaan ympäristön ja eläimet välillä. Näidenkin havaintojen vuoksi on useampi koe-eläin ja muutama tieteentekijäkin menettänyt henkensä.

Jotta solut saavat raaka-aineita energiantuotantoaan varten, on useimmilla eläimillä tehokas tapa siirtää ravintoaineita ja kaasuja ympäri elimistöä. Tästä esimerkkinä ihmisen suljettu verenkierto, jonka toiminnan ymmärtäminen ei 500 vuotta sitten ollut ihan turvallisimpia harrasteita.

Solut tarvitsevat kaiken aikaa energiaa pystyäkseen toimimaan. Saamme sitä tarjottua niille joko syömällä ravintoa tai käyttämällä kehomme ravintovarastoja energiantuotannossa. Kuitenkin ravinto voi aiheuttaa meille terveyshaittoja, mikäli sen kulutus ja saanti eivät ole tasapainossa.

Koska koostumme useista erilaisista soluista, jotka muodostavat erikoistuneita kudoksia ja elimiä, on solujen välinen kommunikaatio välttämätöntä. Tähän tarvitaan kemiallista säätelyä, josta tutuimpia ovat hormonien ja hermovälittäjäaineiden vaikutukset. Solutasolla tarkasteltuna viestimolekyylin tyypillä tai edes sillä, mitä solunsisäistä signaalireittiä käytetään ei ole vaikutusta toimintamekanismeihin.

Fysiologiset toiminnot perustuvat elimiin, jotka koostuvat kudoksista. Siten kudokset ja niissä olevat solut muodostavat näytelmän kulissit, joissa ruumiintoimintomme pystyvät tapahtumaan. Näihin kulisseihin voidaan tutustua tarkastelemalla mikroskooppisia preparaatteja.

Vuonna 2020 aloitetaan Solu ja molekyylibiologian perusteet podcast-ohjelmassa eläinfysiologiaa käsittelevä sarja. Sarja on luotu tukimateriaaliksi Digicampus-alustalta löytyvälle avoimelle UEF Eläinfysiologia ja histologia 5 op:n kurssille. Uskomme kuitenkin, että varsinkin solutasolla tarkasteltua fysiologian periaatteet eivät oleellisesti eroa solu- ja molekyylibiologian sisällöistä. Siksi seuraavien parinkymmenen jakson aikana etsimme solubiologian biokemian ja molekyylibiologian sovelluksia, jotka liittyvät eläinten toimintaan – fysiologiaan.

Molekyylibiologian menetelmien käytöstä saa parhaiten käsityksen esimerkkien valossa. Selvitin 15 vuotta sitten mysteerin tutkiessani periytyvää sydänsairautta. Lopulta tiesimme tarkkaan, miksi perheenjäsenten sydän ei kestä. Kuitenkaan emme pystyneet heitä auttamaan.

Molekyylibiologian menetelmät ovat lisänneett ymmärrystämme esilaisten sairauksien mekanismeista. Sairauksen molekyylibiologiasta keskustelevat Yliopistotutkija Jaakko pohjoismäki ja HY:n molekyylilääketieteen apulaisprofessori Henna Tyynismaa

98 % perimästämme ei koodaa proteiineja. Kuitenkaan kyse ei ole mistään haaskauksesta vaan tarvitsemme suuren määrän DNA:ta, jotta voimme säädellä, mitä geenejä luetaan ja mitä proteiineja tuotetaan missäkin solussa. Aiheesta keskustellaan yliopistotutkijan Jaakko Pohjoismäen kanssa.

Elämä perustuu paitsi erilaisiin hiiliyhdisteisiin myös geneettiseen koodiin ja sen yksinkertaiseen ominaisuuteen, jossa tietyt emäksen ovat aina vastakkain. Ei siis ihme, että DNA:n rakenne on tunnetuin biomolekyyli. DNA:n kopiointi on soluillemme välttämätöntä, minkä lisäksi emme voi käsittää esimerkiksi geenien aktiivisuutta ymmärtämättä DNA:n rakennetta,

Solu- molekyylibiologian podcast-ohjelma alkoivat syyskuussa 2015, minkä jälkeen ne ovat löytäneet vähitellen laajan joukon aktiivisia kuuntelijoita. Kuunteluiden yhteismäärä lähestyy jo 30 tuhatta. Miten ohjelmasarja sai alkunsa ja miten se on kehittynyt 5 vuoden aikana? Millaiset ohjelmat ovat olleet suosittuja ja mitä sinä haluaisit ohjelmasarjalta? Lähetä palautetta somo@uef.fi

Biokemialliset reaktiot tapahtuvat termodynamiikan pääsääntöjen ohjaamina, jolloin pystymme uskottavasti erottamaan mahdolliset ja mahdottomat reaktiot toisistaan. Biomolekyylien reaktiohin vaikuttavat kuitenkin yleensä entsyymit, jotka helpottavat reaktion etenemistä fysiologisissa oloissa.

Biologiset makromolekyylit koostuvat vain muutamasta atomista, mutta ne koostavat mitä mielikuvituksellisimpia toiminnallisia rakenteita esim. proteiineina. Mihin sokereiden ja proteiinien rakenteiden vaihtelu perustuu ja miten proteiinit laskostuvat toiminnallisiksi kokonaisuuksiksi?

Standardimenetelmä proteiinien rakenteen määrityksessä on röntgensäteiden siroutumiseen perustuva proteiinikristallografia. Menetelmän toiminnasta ja erilaisista rakenteen määritystavoista kertoo podcast-jaksossa professori Juha Rouvinen Itä-Suomen yliopiston kemian laitokselta.

Biomolekyylit ovat usein erittäin suuria, jolloin niiden määrittäminen ei onnistu yksinkertaisilla toiminnallisten ryhmien analyysillä koeputkesta. Tunnistamiseen parempi tapa on käyttää erilaia spektroskooppisia menetelmiä, joista tutkimuspäällikkö Markku Keinänen Itä-Suomen yliopistolta kertoo podcast-haastattelussa tarkemmin.