Proteiinien historia. Ennen kun proteiinit tunnistetaan omaksi yhdistetyypiksi

Transkriptio

1 Proteiinien historia Ihmisen kuivapainosta noin 50 % on proteiinia, suurin osa tästä proteiinista toimii entsyyminä. Entsyymit ovat elimistön robotteja, jotka ovat mukana lukuisissa elimistön tehtävissä aina ruuansulatuksesta hengitykseen. Ihmiset kuten muutkin elävät olennot koostuvat soluista, jotka ovat käytännössä solukalvolla ympäröityjä entysyymilaukkuja. Proteiinit ovat siis elintärkeitä ja mukana kaikissa ihmisen toiminnoissa.proteiinit ovat monimutkaisia yhdisteitä ja niiden tutkiminen on selittänyt paljon siitä, mitä tiedämme eläimistä ja kasveista. Mutta miten kaikki tämä on saatu selville? Itse asiassa suurin osa edellä mainitusta tiedosta on saavutettu vasta viimeisen sadan vuoden aikana. Tieteen historiassa usein kuvataan tieteen kehitystä nopeana prosessina, jossa yksi suurmies on keksinyt kaiken kerralla, vaikka todellisuudessa tiede kehittyy pitkällä aikavälillä ja monen henkilön kautta. Kiinnitä tekstiä lukiessasi huomiota siihen, miten tieto proteiinin käsitteestä on muodostunut. Ennen kun proteiinit tunnistetaan omaksi yhdistetyypiksi Jo muinaiset egyptiläiset ja antiikin kreikkalaiset filosofit päättelivät, että kaikessa elävässä täytyy olla jokin erikoinen voima visvitalis, mikä ylläpitää elämää. Tätä ajatusmallia kutsutaan vitalismiksi ja se oli voimassa aina 1800-luvulle saakka ja pitkään uskottiinkin, ettei tiede edes pysty selittämään, miten elävät olennot tulevat toimeen. Aluksi kasvien ei tiedostettu elävän samalla lailla kuin eläinten. Niinpä luultiin, että elämä siirtyi liharuuan mukana ja muuttui osaksi lihansyöjän omaa elävää kehoa. Tämän ajatusmallin heikkous oli kuitenkin se, kuinka kasvisyöjät tulevat toimeen syömällä pelkkää kasvikunnan ravintoa. Täten kasvikuntakin liitettiin mukaan vitalismin piiriin. Kasvien ja eläinten samankaltaisuutta ja niiden välistä elämän kiertokulkua ei siis aluksi ymmärretty kokonaan. Siksi olikin merkittävä löytö, kun 1728 Jacopo Beccari eristää vehnäjauhosta saman yhdisteen mitä oli aiemmin löydetty eläinten lihasta. Tämän yhdisteen löytyminen avarsi tutkijoille hieman mysteeriä, mitä yhteistä kasvikunnan ja eläinkunnan välillä on. Kuitenkin proteiinien tutkimus oli tässä vaiheessa vasta alussa.

2 Proteiinien historiaan liittyy vahvasti myös muun modernin kemian kehitys. Mitään niin monimutkaista kuin proteiini ei pystytty tutkimaan ennen kuin oli selvitetty kemian perusteet, jotka tuntuvat tänä päivänä itsestään selvyyksiltä. Modernin kemian synty 1800-luvun vaihteessa selitti meille muun muassa, että kaikki koostuu pienistä rakennusosista, joita kutsutaan atomeiksi. Atomit muodostavat yhdisteitä kiinnytymmällä toisiinsa sidoksilla. Yhdisteet jaettiin ominaisuuksiensa perusteella kahteen ryhmään, orgaanisen ja epäorgaanisen kemian yhdisteisiin. Tämä jako on voimassa vielä nykyäänkin. Orgaaninen kemia on hiiliyhdisteiden kemiaa, johon sisältyvät elävän luonnon yhdisteet. Epäorgaanisiin yhdisteisiin taas kuuluvat elottomat yhdisteet kuten mineraalit ja metallit. Tieteiden kehitykselle on tyypillistä, että tiedeyhteisön yleinen kehitys vaikuttaa yksittäisiin tutkimuksiin. Voit kuvitella, että on vaikea esimerkiksi keksiä Internetiä jos ei ole vielä keksitty tietokoneita luvulla eläimistä ja kasveista oli jo eristetty yhdisteitä kuten munan valkuainen, veriplasma ja vehnän gluteeni, jotka nykyään tiedämme proteiineiksi. Niitä ei kuitenkaan vielä kutsuttu yleisesti proteiineiksi vaan ne oli jaettu moneen eri ryhmään. Näiden ryhmien välistä samankaltaisuutta tutkittaessa ensimmäisiin havaintoihin liittyi se, että ne hyytyivät kuumennettaessaja niissä oli typpeä. Se että ne sisälsivät typpeä, oli mysteeri, sillä muissa ravintoaineissa eli hiilihydraateissa ja rasvoissa ei ollut typpeä.typen luultiin olevan ratkaisun avain siihen, miten eläin voi kasvattaa lihasta kasvisravinnolla. Syntyi teoria, jonka mukaan eläinten ruuansulatus lisäsi kasvisravintoon typpeä, jolloin se muuttui eläimen lihaksi. Huomaa, kuinka mielikuvituksellisia teorioita on ollut olemassa ennen, kuin asioista on saatu kattavammin tietoa. Tieteeseen kuulukin, että tutkijat tarvitsevat luovuutta osatakseen ajatella uudella tavalla ja kehittäessään vanhoja käsityksiä.

3 Proteiinien tunnistus yhdeksi yhdistetyypiksi ja nimeäminen Modernin kemian kehitys vei proteiinien tutkimusta eteenpäin ja mahdollisti sen, että proteiinit pystyttiin luokittelemaan omaksi yhdistetyypikseen. Luokittelu ja nimeäminen tapahtuivat hollantilaisen Gerardus Johannes Mulderin ja ruotsalaisen Jöns Jacob Berzeliuksen yhteistyönä 1830-luvulla. Jöns Jacob Berzelius ( ) Berzelius oli ruotsalainen kemisti, joka tunnetaan yhtenä modernin kemian isänä. Hän muun muassa oli ensimmäisten joukossa kannattamassa jakoa orgaanisen ja epäorgaanisen kemian välillä ja löysi 5 alkuainetta (litium, pii, seleeni, torium ja cerium). Berzeliuksen ura alkoi lääketieteen opinnoilla, mutta hän oli koko kiinnostunut myös kemiasta. Berzelius kärsi pitkään taloudellisista vaikeuksista, koska tutkimuksien rahoittaminen lääkärin ammatilla ei ollut tuohon aikaan kannattavaa ja tiedettä ei rahoitettu muutenkaan samalla tavalla kuin nykyään. Berzeliuksen ura lähti nousukiitoon 1810-luvulla, kun hän pääsi mukaan Ruotsin tiedeakatemiaan ja nousi pian sen johtajaksi. Berzelius on tunnettu siitä, että hän oli aktiivisessa kirjeenvaihdossa muiden kemistien kanssa luvun alussa matkanteko oli hankalaa, joten tiedeyhteisö kommunikoi pääasiassa kirjeenvaihdolla. Gerardus Johannes Mulder ( ) Mulder oli yli kaksikymmentä vuotta kollegaansa Berzeliusta nuorempi, mutta hänen urakehityksensä oli ollut samanlainen. Mulder syntyi vuonna 1802 Hollannin Utrechtista. Hänen isänsä oli kirurgi ja hän innostui sitä kautta urasta lääketieteen parissa. Koulutuksen aikana Mulder kuitenkin innostui kemiasta ja varsinkin sen orgaanisesta haarasta. Mulder sai jo nuorena viran yliopistosta ja ei kärsinyt taloudellisista vaikeuksista kuten Berzelius.

4 1830-luku oli proteiinien historian tärkein vuosikymmen. Berzeliuksen kannustamana Mulder ryhtyi tutkimaan eri eläin- ja kasviperäisiä yhdisteryhmiä joiden välillä uskottiin olevan yhteys. Mulderin piti tutkia yhdisteiden typpipitoisuuksia, mutta törmäsi tutkimuksissaan mielenkiintoiseen huomioon. Mulder huomasi, että eri lähteistä olevat eläin- ja kasviyhdisteet muistuttivat lähes tismalleen toisiaan. Tätä ei ollut aikaisemmin voinut tutkia, koska ei ollut olemassa sopivaa kokeellista tutkimusmenetelmää yhdisteiden rakenteiden selvittämiseksi. Berzelius innostui Mulderin löydöksistä ja yhdisteet nimettiin proteiiniksi. Proteiini tulee kreikan kielen sanasta proteios, joka tarkoittaa ensisijaista tai elintärkeää, mikä tulikin kuvaamaan hyvin niiden tärkeyttä, sillä ne avasivat olennaisesti ihmisten käsitystä elollisesta luonnosta. Stereotyyppisesti kuvitellaan tutkijan toimivan yksin kammiossaan ja hänelle ajatellaan syttyvän hehkulamppu pään yläpuolelle, kun hän yhtäkkiä keksii jotain. Todellisuudessa tutkijat tietävät usein mitä tutkimuksillaan hakevat ja toimivat yhteistyössä muiden kanssa. Elämän mysteeri tuntui siis selvinneen ja luultiin, että koko luonnossa on olemassa vain yksi kasvien valmistama proteiini. Se siirtyy aluksi kasvisyöjiin ja myöhemmin myös lihansyöjiin lihan muodossa. Ilo siitä, että oli löydetty yksi elämän eliksiiri, oli kuitenkin lyhytikäinen. Pian huomattiin, että kaikilla eläinlajeilla onkin omat proteiininsa ja proteiinit muuttuvat muotoaan selittämättömällä tavalla. Yhdestä elämän eliksiiristä siirryttiin pian käsitykseen, että proteiineja oli olemassa rajaton määrä ja mysteerinä pysyi yhä se, miten eläimet ja kasvit muuttivat proteiineja muodosta toiseen. Huomaa kuinka tieteellinen tieto on kehittynyt siten, että väärät hypoteesit ovat olleet voimassa kunnes ne on todistettu vääriksi. Jopa kuuluisat ja merkittävät tutkijat ovat tehneet aluksi vääriä päätelmiä, mitkä ovat vain unohtuneet historian saatossa, kun ne on todettu vääriksi.

5 Proteiinien pitkä historia Vaikka proteiinit pystyttiin toteamaan omaksi samankaltaiseksi yhdisteryhmäksi, pysyi niiden rakenne mysteerinä vielä 100 vuotta. Berzelius ja Mulderin tutkimukset paljastivat, että proteiinit koostuvat aminohapoista, jotka muodostavat pitkän ketjun. Tutkijoiden ensimmäinen tehtävä oli löytää kaikki mahdolliset aminohapot. Jälleen proteiinitutkimusten kehitys seurasi modernin kemian yleistä kehitystä. Ilman tiettyjä perustietoja ja työskentelytapoja ei voitu erottaa ja tunnistaa aminohappoja. Kaikki 20 aminohappoa löydettiin vasta 1900-luvun alkuun mennessä. Kun aminohapot oli löydetty, ongelmaksi Sanger (s. 1918) muodostui siitä miten ne muodostavat ketjun ja missä järjestyksessä aminohapot ovat eri proteiineissa. Teoria tälle luotiin 1900-luvun alussa, mutta vasta toisen maailman sodan jälkeen yhdysvaltalainen kemisti Frederick Sanger selvitti aminohappojen väliset sidokset ja tavan miten selvitetään missä järjestyksessä ne ovat.sanger sai tutkimuksistaan Nobelin palkinnon vuonna Hän oli myös mukana työssä jossa kesti 30 vuotta selvittää miten keho osaa tehdä monimutkaiset proteiinit, joiden valmistamiseksi tutkijat itse joutuivat tekemään paljon työtä. DNA tutkimuksista Sanger sai toisen Nobelin palkinnon ja on yksi harvoista, jotka ovat saaneet sen kahdesti. DNA:n avulla elämän viimeiset mysteerit ovat alkaneet avautua geenitutkimuksien muodossa. Vaikka tutkijat pystyvät usein päättelemään, miten joku toimii teoriassa, asian osoittamiseen saattaa kestää pitkän aikaa.

6 Proteiinit ja ravitsemuksen historia Kun tutkijoille selvisi, että proteiini on ihmisen tärkein rakennusosa, ryhdyttiin heti tutkimaan sen merkitystä ruokavaliolle. Aluksi selvitettiin, mitkä 20 aminohaposta olivat elämälle välttämättömiä ja pian oli selvillä, että on olemassa 8 välttämätöntä aminohappoa. Näitä aminohappoja löytyi eniten lihasta ja eläinkokeilla paljastui, että ne auttoivat merkittävästi kasvussa. Ravitsemustiede joutui lihaproteiini-innostuksen valtaan ja tutkijat alkoivat suositella ihmiselle lihapitoista ruokavaliota. Eläinkokeet olivat kuitenkin antaneet virheellistä tietoa, sillä eläinkokeessa käytetty rotta kasvaa aikuiskokoon viikoissa, mutta ihmisen kasvu kestää lähes 20 vuotta, joten ylimääräisellä proteiinilla ei ole samaa vaikutusta. Tutkimuskentän tiedot olivat lisäksi puutteelliset, eikä ymmärretty, että myös rasvalla ja hiilihydraateilla on tärkeä rooli ruokavaliossa, sillä ne toimivat energialähteenä ja niiden lisäksi ihminen tarvitsee myös vitamiineja ja hivenaineita. Tutkijat huomasivatkin jo pian, että ihminen ei tarvitse proteiinipitoisuudeltaan korkeaa ruokavaliota. Ihminen tulee helposti toimeen, vaikka pelkällä kasvisravinnolla, kunhan syö tarpeeksi monipuolisesti ja saa riittävästi energiaa. Tästä huolimatta proteiinivimma ei laantunut, vaan sen sijaan lihan kulutus kasvoi. Nykyään länsimaista kulttuuria leimaakin se, että syömme paljon lihaa. Ylimääräinen proteiini kertyy rasvaksi ja lisäksi munuaiset kärsivät liiasta proteiinista. Länsimaalaiseen ruokavalioon kuuluvat myös sokerit ja rasva, jotka vievät tilaa pois kasviksilta, joista saa myös proteiinia. Proteiinin liittyy myös paljon yleisiä harhakuvia. Esimerkiksi naiset ja kasvuiässä olevat lapset tarvitsevat enemmän proteiinia kuin miehet, vaikka yleensä luullaan, että fyysistä työtä tekevät tai urheilevat miehet tarvitsevat lihaisen ruokavalion. Tosiasiassa fyysinen suorittaminen edellyttää vain energiaa, jota saa hiilihydraateista ja rasvoista. Liian vähän proteiinin oletetaan johtavan myös puutostauteihin, joista on nähty esimerkkejä kehitysmaissa. Niissä on kuitenkin yleensä kyse siitä, että varsinkin kasvuiässä olevat lapset eivät ole saaneet tarpeeksi ravintoa, eikä siitä, että tarvittaisiin juuri lihaa. Uusista tieteellisistä tuloksista huolimatta vanhat käsitykset voivat jäädä voimaan, vaikka ne olisi kumottu.

7 Tehtävä 1. Yhdistä laatikot ja tapahtuma/ilmiö aikajanalle Tehtävä 2. Totta vai tarua Väite Totta Tarua Ihmisen painosta 50 % on proteiinia Vitalismi uskoi tieteen kehitykseen Orgaaninen kemia tutkii elollista kemiaa Proteiinit sisältävät typpeä Berzelius piti yhteyttä kollegoidensa kanssa järjestämällä kokouksia Mulder loi teorian aminohappojen sitoutumisesta DNA ei ole proteiini Ihminen tarvitsee 20 eri aminohappoa Ylimääräisestä proteiinista on hyötyä terveydelle Kasvisravinnolla voi tulla toimeen Tehtävä 3. Kirjoita lyhyt kirje 1700-luvun ihmiselle, jossa kerrot mitä proteiini on.