ELÄMÄN MÄÄRITTELEMINEN. LUENTO 1 Kyösti Ryynänen Seutuviikko 2014, Jämsä MITÄ ELÄMÄ ON? EI-ELÄVÄ LUONTO ELÄVÄ LUONTO PAUL DAVIES 26.3.



Samankaltaiset tiedostot
LUENTO Kyösti Ryynänen

Mitä elämä on? Astrobiologian luento Kirsi

Solun perusrakenne I Solun perusrakenne. BI2 I Solun perusrakenne 3. Solujen kemiallinen rakenne

Biomolekyylit ja biomeerit

LUENTO 3 Kyösti Ryynänen Seutuviikko 2014, Jämsä

DNA:n informaation kulku, koostumus

Perinnöllisyystieteen perusteita III Perinnöllisyystieteen perusteita

LUENTO Kyösti Ryynänen

Nimi sosiaaliturvatunnus. Vastaa lyhyesti, selkeällä käsialalla. Vain vastausruudun sisällä olevat tekstit, kuvat jne huomioidaan

Seutuviikko 2015, Jämsä Kyösti Ryynänen PROTEIINISYNTEESI LUENTO 3 DNA-RAKENNE DNA SOLUJAKAUTUMINEN DNA-KAKSOISKIERRE

Tekijä lehtori Zofia Bazia-Hietikko

2.1 Solun rakenne - Lisämateriaalit

Esim. ihminen koostuu 3,72 x solusta

YLEINEN KEMIA. Alkuaineiden esiintyminen maailmassa. Alkuaineet. Alkuaineet koostuvat atomeista. Atomin rakenne. Copyright Isto Jokinen

Elämän synty. Matti Leisola

6 GEENIT OHJAAVAT SOLUN TOIMINTAA nukleiinihapot DNA ja RNA Geenin rakenne Geneettinen informaatio Proteiinisynteesi

2. Elämän kemiallinen koostumus, rakenne ja toiminta

Perinnöllisyystieteen perusteita III Perinnöllisyystieteen perusteita. BI2 III Perinnöllisyystieteen perusteita 9. Solut lisääntyvät jakautumalla

BIOMOLEKYYLEJÄ. fruktoosi

Kaikenlaisia sidoksia yhdisteissä: ioni-, kovalenttiset ja metallisidokset Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka

Kemia 3 op. Kirjallisuus: MaoL:n taulukot: kemian sivut. Kurssin sisältö

KEMIA. Kemia on tiede joka tutkii aineen koostumuksia, ominaisuuksia ja muuttumista.

Erilaisia soluja. Siittiösolu on ihmisen pienimpiä soluja. Tohvelieläin koostuu vain yhdestä solusta. Veren punasoluja

Biomolekyylit 2. Nukleotidit, aminohapot ja proteiinit

Solun toiminta. II Solun toiminta. BI2 II Solun toiminta 7. Fotosynteesi tuottaa ravintoa eliökunnalle

Biologia. Pakolliset kurssit. 1. Eliömaailma (BI1)

Kaikki ympärillämme oleva aine koostuu alkuaineista.

Biopolymeerit. Biopolymeerit ovat kasveissa ja eläimissä esiintyviä polymeerejä.

Solu - perusteet. Enni Kaltiainen

KOULUTUSOHJELMA Sukunimi: Etunimet: Nimikirjoitus: BIOLOGIA (45 p) Valintakoe klo

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 KERTAUSTA

SIDOKSET. Palautetaan mieleen millaisia sidoksia kemia tuntee ja miten ne luokitellaan: Heikot sidokset ovat rakenneosasten välisiä sidoksia.

Sukunimi Etunimet Tehtävä 3 Pisteet / 20

Sisällys. Vesi Avaruus Voima Ilma Oppilaalle Fysiikkaa ja kemiaa oppimaan... 5

Kertausta 1.kurssista. KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 Atomin rakenne ja jaksollinen järjestelmä. Hiilen isotoopit

måndag 10 februari 14 Jaana Ohtonen Kielikoulu/Språkskolan Haparanda

Johdantoa. Kemia on elektronien liikkumista/siirtymistä. Miksi?

Mitä energia on? Risto Orava Helsingin yliopisto Fysiikan tutkimuslaitos CERN

Anatomia ja fysiologia 1 Peruselintoiminnat

PROTEIINIEN RAKENTAMINEN

KEMIA lyhennettyjä ratkaisuja. 1. a) Vesiliukoisia: B, C, D, F, G

PROTEIINIEN MUOKKAUS JA KULJETUS

Vanilliini (karbonyyliyhdiste) Etikkahappo (karboksyyliyhdiste)

Miten kasvit saavat vetensä?

ORGAANINEN KEMIA. = kemian osa-alue, joka tutkii hiilen yhdisteitä KPL 1. HIILI JA RAAKAÖLJY

KEMIA HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEET

Näiden aihekokonaisuuksien opetussuunnitelmat ovat luvussa 8.

Eliömaailma. BI1 Elämä ja evoluutio Leena Kangas-Järviluoma

KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 VESI

Sukunimi: Etunimi: Henkilötunnus:

Väärin, Downin oireyhtymä johtuu ylimääräisestä kromosomista n.21 (trisomia) Geeni s. 93.

Alikuoret eli orbitaalit

ASEA. Maailman ensimmäinen ja ainoa redoxsignalointimolekyyli valmiste. Mitä ovat redoxsignalointimolekyylit?

c) Mitkä alkuaineet ovat tärkeitä ravinteita kasveille?

Nimi sosiaaliturvatunnus. Vastaa lyhyesti, selkeällä käsialalla. Vain vastausruudun sisällä olevat tekstit, kuvat jne huomioidaan

JAKSOLLINEN JÄRJESTELMÄ

Nimi sosiaaliturvatunnus

LUENTO Kyösti Ryynänen

LUENTO Kyösti Ryynänen ELÄMÄN EDELLYTYKSET LISÄULOTTUVUUDET AIKA-AVARUUS MUUNLAISET UNIVERSUMIT PERUSVOIMAT

HEIKOT VUOROVAIKUTUKSET MOLEKYYLIEN VÄLISET SIDOKSET

Isomerian lajit. Rakenne- eli konstituutioisomeria. Avaruus- eli stereoisomeria. Ketjuisomeria Funktioisomeria Paikkaisomeria

DNA, RNA ja proteiinirakenteen ennustaminen

Metsäpatologian laboratorio tuhotutkimuksen apuna. Metsätaimitarhapäivät Anne Uimari

FyKe 7 9 Kemia ja OPS 2016

KE1 - Kemiaa kaikkialla on pakollinen kurssi, joka on päästävä läpi lukion läpäisemiseksi

Jaksollinen järjestelmä ja sidokset

Käytetään nykyaikaista kvanttimekaanista atomimallia, Bohrin vetyatomi toimii samoin.

Hiukkasfysiikan luento Pentti Korpi. Lapuan matemaattisluonnontieteellinen seura

Kemian opiskelun avuksi

EPIONEN Kemia EPIONEN Kemia 2015

KE4, KPL. 3 muistiinpanot. Keuruun yläkoulu, Joonas Soininen

Miten kasvit saavat vetensä?

Nukleiinihapot! Juha Klefström, Biolääketieteen laitos/biokemia ja genomibiologian tutkimusohjelma Helsingin yliopisto.

Seutuviikko 2017, Jämsä Kyösti Ryynänen

LISÄULOTTUVUUDET ELÄMÄN EDELLYTYKSET MUUNLAISET UNIVERSUMIT AIKA-AVARUUS

Luennon 5 oppimistavoitteet. Soluseinän biosynteesi. Puu Puun rakenne ja kemia. Solun organelleja. Elävä kasvisolu

ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto TERVETULOA!

Avaruus- eli stereoisomeria

NITRIFIKAATIOBAKTEERIEN TOIMINTA

VASTAUS 1: Yhdistä oikein

Aikaerotteinen spektroskopia valokemian tutkimuksessa

Vastaa lyhyesti selkeällä käsialalla. Vain vastausruudun sisällä olevat tekstit, kuvat jne huomioidaan

KE2 Kemian mikromaailma

Mamk / Tekniikka ja liikenne / Sähkövoimatekniikka / Sarvelainen 2015 T8415SJ ENERGIATEKNIIKKA Laskuharjoitus

Liitetaulukko 1/11. Tutkittujen materiaalien kokonaispitoisuudet KOTIMAINEN MB-JÄTE <1MM SAKSAN MB- JÄTE <1MM POHJAKUONA <10MM

Avainsanat: perimä dna rna 5`-ja 3`-päät replikaatio polymeraasientsyymi eksoni introni promoottori tehostajajakso silmukointi mutaatio

Reaktioyhtälö. Sähköisen oppimisen edelläkävijä Empiirinen kaava, molekyylikaava, rakennekaava, viivakaava

Lämpö- eli termokemiaa

Kotitehtävä. Ruokapäiväkirja kolmelta vuorokaudelta (normi reenipäivä, lepopäivä, kisapäivä) Huomioita, havaintoja?

Ilmiö 7-9 Kemia OPS 2016

Seoksen pitoisuuslaskuja

VESI JA VESILIUOKSET

Tarkastele kuvaa, muistele matematiikan oppejasi, täytä tekstin aukot ja vastaa kysymyksiin.

Luku 2: Atomisidokset ja ominaisuudet

Kappale 1. Peruskemia

Solun Kalvot. Kalvot muodostuvat spontaanisti. Biologiset kalvot koostuvat tuhansista erilaisista molekyyleistä

Avaruus- eli stereoisomeria

LUENTO B Kyösti Ryynänen

LUENTO B Kyösti Ryynänen ELÄMÄN EDELLYTYKSET AIKA-AVARUUS LISÄULOTTUVUUDET PERUSVOIMAT MUUNLAISET UNIVERSUMIT

Kemiallinen reaktio

Transkriptio:

LUENTO 1 Kyösti Ryynänen Seutuviikko 2014, Jämsä MITEN ELÄMÄÄ VOIDAAN MÄÄRITELLÄ? MAA-ELÄMÄN RAKENNUSSARJAN SISÄLTÖ 1 ELÄMÄN MÄÄRITTELEMINEN ASTROBIOLOGIA TARVITSEE JA EDELLYTTÄÄ KOSMOLOGISTA JA UNIVERSAALIA (YLEISTÄ) ELÄMÄN TEORIAA TÄHTITIETEEN AVULLA ELÄMÄ JA SEN KEHITYS VOIDAAN NÄHDÄ LAAJASSA OLOSUHDE-, PAIKKA- JA AIKAYHTEYDESSÄ YKSITTÄISET ELÄMÄNMUODOT OVAT AINUTKERTAISIA ELÄMÄN ILMENEMIS- 2 JA KEHITYSHISTORIOITA MITÄ ELÄMÄ ON? ELÄMÄ MAAPALLOLLA ON AINOA TUNNETTU ELÄMÄNMUOTO PLANEETTAMME NYKYISEEN ELÄMÄÄN PERUSTUVAT MÄÄRITELMÄT OVAT HELPOSTI LIIAN KAPEA-ALAISIA: ALKUELÄMÄ OLI ERILAISTA JA KEHITYS ON OLOSUHDE- JA SATTUMARIIPPUVAISTA SAMAA ELÄMÄÄ VOIDAAN MÄÄRITELLÄ ERI LÄHTÖKOHDISTA KÄSIN (FYSIIKKA, KEMIA, BIOLOGIA) JA ERI ABSTRAKTIOTASOILLA (MOLEKYYLI, SOLU, KUDOS, ELIN, ORGANISMI) MAAPALLOLLA SAATTAA OLLA TOISIAKIN ELÄMÄNMUOTOJA (ESIM. RNA-ELÄMÄÄ), MUTTA NIITÄ EI OLE KUNNOLLA EDES ETSITTY (MERET JA MULTA, MILJARDEJA BAKTEEREJA SATOJA TUHANSIA ERILAISIA LAJEJA KUUTIOSENTTIMETRISSÄ EDUSTAVAT TYYPILLISTÄ MAA-ELÄMÄÄ) MAAPALLON ALKUAIKOINA ON SAATTANUT SYNTYÄ USEITA PERUSTALTAAN ERILAISIA ELÄMÄNMUOTOJA, MITKÄ OVAT KUITENKIN TUHOUTUNEET TAI HÄVINNEET KILPAILUSSA NYKYISIN TUNTEMALLEMME MAA-ELÄMÄLLE EI-ELÄVÄ LUONTO EI-ELÄVÄLLE LUONNOLLE TUNNUSOMAISTA PELKÄSTÄÄN MEKANISTINEN JÄRJESTÄYTYMINEN LUONNONLAKIEN MUKAAN EI-ELÄVÄN LUONNON KÄYTTÄYTYMINEN VOIDAAN ENNUSTAA SUHTEELLISEN TARKASTI 3 4 ELÄVÄ LUONTO ELÄVÄ LUONTO ON SAMALLA TAVOIN EI- ELÄVÄN LUONNON KANSSA AIKA- AVARUUDESTA JA LUONNONLAISTA RIIPPUVAINEN NÄIDEN LISÄKSI ELÄVÄN LUONNON MONIMUOTOISTA JA VAIHTELEVAA ORGANISOITUMISTA, KEHITYSTÄ, PROSESSEJA JA KÄYTTÄYTYMISTÄ SÄÄTELEE INFORMAATIOTA SISÄLTÄVÄ KOODAAVA MATERIA (MATERIA KOODAA MATERIAA) 5 PAUL DAVIES ELÄMÄN ALUSSA KATALYYTIT AIKAANSAAVAT ENERGIAA JA RAKENNETTA SISÄLTÄVIÄ MOLEKYYLEJÄ (TERMODYNAMIIKAN MÄÄRITTÄMÄÄ TODENNÄKÖISINTÄ SUUNTAA VASTAAN) ELÄMÄSSÄ MOLEKYYLIT JÄRJESTÄVÄT ITSE KEMIALLISET REITTINSÄ, SEN SIJAAN ETTÄ NE NOUDATTAISIVAT TODENNÄKÖISIMPIÄ KEMIALLISIA REAKTIOITA ELÄMÄ LUOPUU KEMIAN RAJOITUKSISTA KÄYTTÄMÄLLÄ INFORMAATIOTA (KOODAAVIA MOLEKYYLEJÄ) LUODEN UUDEN ITSENÄISEN EMERGENTIN TOIMINNAN MAAILMAN ATOMIEN VUOROVAIKUTUSTEN SYNNYTTÄMÄN TÖRMÄILYN YLÄPUOLELLE 6 1

ELÄMÄN MÄÄRITELMIÄ A SELF-SUSTAINING CHEMICAL SYSTEM CAPABLE OF UNDERGOING DARWINIAN EVOLUTION (GERALD JOYCE, NASA) CARL SAGAN (1934-1996) KÄYTTI SAMANSISÄLTÖISTÄ MÄÄRITELMÄÄ STEVEN BRENNER: ELÄMÄ ON KEMIALLISTEN REAKTIOIDEN LUONNOLLINEN OMINAISUUS ELÄMÄ ON ORGAANISEN KEMIAN LUONNOLLINEN KEHITYSVAIHE ELÄMÄN MÄÄRITELMIÄ KEHÄMÄISIÄ PROSESSEJA, ALKUAINEIDEN JA MOLEKYYLIEN KIERRÄTTÄMISTÄ FYSIKAALIS-KEMIALLISIA ITSEORGANISOITUVIA EVOLUTIIVISIA RAKENTEITA JA PROSESSEJA AUTOMAATTISIA SYKLISIÄ BIOKEMIALLISIA PROSESSEJA DIGITAALISTA MOLEKYYLIKOODIA SEKÄ FYSIIKKAA JA KEMIAA NUKLEIINIHAPPOMOLEKYYLIEN (DNA JA RNA) KOODAAMAA MOLEKYYLIEN ITSEORGANISOITUMISTA GENOMITASOLLA KAIKELLE ELÄMÄLLE YHTEISET TEKIJÄT ( ELÄVÄN SYSTEEMIN MINIMIVAATIMUKSET) 7 8 ELÄMÄLLE TUNNUSOMAISTA RICHARD DAWKINS MOLEKYYLIBIOLOGIA OSOITTANUT, ETTÄ ELÄMÄ RAKENTUU MOLEKYYLEISTÄ, JOTKA ITSESSÄÄN EIVÄT OLE ELÄVIÄ (ERO EI OLE SUBSTANSSISSA VAAN INFORMAATIO-SISÄLLÖSSÄ) ELÄMÄN INFORMAATIO-SISÄLTÖKÄÄN (DNA) EI SÄILY SAMANA MOLEKYYLINÄ, VAAN SEN JATKUVANA KOPIOIMISENA MATERIA KOODAA MATERIAN JÄRJESTÄYTYMISTÄ ELÄVIKSI SYSTEEMEIKSI (ELÄMÄ ON YKSI AINEEN OLOMUODOISTA ) ELÄMÄ POIKKEAA MUISTA FYSIKAALIS-KEMIALLISISTA SYSTEEMEISTÄ SIINÄ, ETTÄ ELÄMÄ PYSTYY KONSTRUOIMAAN ITSE ITSENSÄ (OMAN PROSESSINSA) JA SÄÄTELEMÄÄN ITSEÄÄN (OMAA PROSESSIAAN) ELÄMÄÄN SISÄLTYY EMERGENTTEJÄ OMINAISUUKSIA (mm. REPRODUKTIO JA TIETOISUUS) PROSESSIEN HAHMOT OVAT ELÄMÄÄ (Thomas Ray), ELÄMÄN MONINAISISTA HAHMOISTA EI ENSIMMÄISENÄ TULE MIELEEN NIIDEN TAKANA PIILOSSA OLEVIEN PROSESSIEN SÄÄNNÖNMUKAISUUS 9 ELÄMÄN INFORMAATIOJÄRJESTELMÄT DNA (EMÄSJÄRJESTYS) IMMUNOLOGINEN JÄRJESTELMÄ (ANTIBODY PROTEINS) HERMOSTO (POSITIVE AND NEGATIVE REINFORCEMENT) KULTTUURISISÄLLÖT 10 ELÄMÄLLE TUNNUSOMAISTA SOLULLISUUS (SOLUKALVO+LIUOTIN+DNA) AINEENVAIHDUNTA (METABOLISMI) LISÄÄNTYMINEN (REPRODUKTIO) SYNTYMÄ JA KUOLEMA (SUKUPOLVET) ELÄMÄLLE TUNNUSOMAISTA JÄRJESTYNEISYYS LISÄÄNTYMINEN KASVU KEHITYS ENERGIAN TARVE YMPÄRISTÖÖN REAGOINTI EVOLUTIIVINEN SOPEUTUMINEN 11 12 2

ELIÖILLE TUNNUSOMAISTA ELÄMÄN PERUSTEET AINEENVAIHDUNTA KOMPLEKSISUUS JA JÄRJESTYS LISÄÄNTYMINEN KEHITTYVÄT YKSILÖINÄ KEHITTYVÄT EVOLUUTION KAUTTA OVAT AUTONOMISIA (ITSENÄISYYS JA ITSEMÄÄRÄÄMINEN), Paul Davies ja Freeman Dyson 13 UNIVERSUMIN RAKENNE JA LUONNONLAIT (VALLITSEVA FYSIIKKA JA KEMIA) PAIKALLISESTI VALLITSEVAT OLOSUHTEET (M.M. GRAVITAATIO) SAATAVILLA OLEVAT RAAKA-AINEET (ALKUAINEET JA MOLEKYYLIT) SAATAVILLA OLEVAT ENERGIALÄHTEET 14 YLEISIMMÄT ALKUAINEET ELÄMÄN PERUSTEET IHMINEN H, O, C, N, Ca, P, S, Na, K, Cl MAAN KUORI O, Si, Al, H, Na, Ca, Fe, Mg, K, Ti MERET H, O, Cl, Na, Mg, S, Ca, K, C, Si UNIVERSUMI H, He, O, Ne, N, C, Si, Mg, Fe, S ELÄMÄ KÄYTTÄÄ NOIN 25:ttä LUONNOSSA ESIINTYVISTÄ 92:sta ALKUAINEESTA ELÄMÄN RAKENTEET JA PROSESSIT PERUSTUVAT NELJÄÄN UNIVERSUMISSA VAIKUTTAVAA VOIMAAN: VAHVA JA HEIKKO YDINVOIMA, SÄHKÖMAGNETISMI JA GRAVITAATIO MAAELÄMÄ TOIMII MAA-PLANEETALLA, MUTTA JOSSAKIN MUUALLA TOIMIVA ELÄMÄ ON VÄISTÄMÄTTÄ ERILAISTA 15 16 IHMISEN ATOMIKOOSTUMUS OLEMME CHNOPS -OLIOITA VETY (H) 60,6% HAPPI (O) 25,7% HIILI (C) 10,7% TYPPI (N) 2,4% KALSIUM (Ca) <0,6% (LOPUT) FOSFORI (P) RIKKI (S) NATRIUM (Na) KALIUM (K) KLOORI (Cl) 17 MAAELÄMÄ ON HIILIPOHJAISTA ORGAANISTA BIOKEMIAA MOLEKYYLIEN MUODOSTAMISKYKY SIDOSTEN RIITTÄVÄ (SOPIVA) LUJUUS LIUKOISUUS KEMIALLISISSA REAKTIOISSA ON KYSE SIDOSTEN MUODOSTUMISESTA JA RIKKOUTUMISESTA 18 3

HIILI SIDOKSET MUODOSTAA HIILIKETJUJA JA RENGASMAISIA YHDISTEITÄ => SUURET MOLEKYYLIT MAHDOLLISIA MUODOSTAA YHDISTEITÄ MONIEN ERI ALKUAINEIDEN KANSSA (VETY, HAPPI, TYPPI, RIKKI, FOSFORI, RAUTA, MAGNESIUM, SINKKI) => MONIPUOLINEN BIOKEMIA MAHDOLLISTA LUONNOSSA ESIINTYY MILJOONIA ERILAISIA HIILIYHDISTEITÄ KOVALENTTISIDOS (YHTEISIÄ ELEKTRONEJA) VETYSIDOS (DIPOLISIDOS, POLAARISTEN MOLEKYYLIEN VASTAKKAISMERKKISET PÄÄT VETÄVÄT TOISIAAN PUOLEENSA) KEMIALLISET SIDOKSET PERUSTUVAT SÄHKÖISIIN VETOVOIMIIN 19 20 LIUKOISUUS POLAARISET ORGAANISET MOLEKYYLIT LIUKENEVAT VETEEN (HYDROFIILISIÄ) APOLAARISET ORGAANISET MOLEKYYLIT EIVÄT LIUKENE HELPOSTI VETEEN (HYDROFOBISIA) VEDELLÄ TÄRKEÄ ROOLI ELÄMÄN BIOKEMIASSA 21 VESI NESTEMÄINEN VESI ON MAA-ELÄMÄN EDELLYTYS SOLUT SISÄLTÄVÄT PÄÄOSIN VETTÄ VEDEN TILAVUUS RAJAA JA TUKEE MAHDOLLISTAA AINEIDEN KASAANTUMISEN JA PROTEIINIEN LASKOSTUMISEN VETY- JA HAPPIATOMIEN LÄHDE LIUOTIN MISSÄ BIOKEMIALLISET REAKTIOT VOIVAT TAPAHTUA (LIUOTTAA ORGAANISIA MOLEKYYLEJÄ) OSALLISTUU AINEENVAIHDUNNAN REAKTIOIHIN KULJETIN (SOLUSTA SISÄÄN JA ULOS) LÄMMÖNTASAIN 22 ENERGIA TERMODYNAMIIKAN TOISEN LAIN MUKAAN ENTROPIA (EPÄJÄRJESTYS) LISÄÄNTYY (EIKÄ ITSESTÄÄN KOSKAAN VÄHENE) PYRKIEN KOHTI TERMODYNAAMISTA TASAPAINOTILAA ENERGIAN AVULLA LUODAAN JA SÄILYTETÄÄN JÄRJESTYSTÄ (ELÄMÄN RAKENTEITA JA BIOKEMIALLISIA PROSESSEJA) ELÄVÄ AINE VÄLTTÄÄ HAJOAMISTA TASAPAINOTILAAN (Erwin Schrödinger 1887-1961) 23 MAAN ENERGIALÄHTEET AURINGON SÄTEILY 99,9% KAIKESTA ENERGIASTA LISÄKSI: UV-SÄTEILY, SALAMOINTI, RADIOAKTIIVISET AINEET (MAANKUORI), VULKANISMI JA KOSMISET SÄTEET 24 4

ENERGIAN HYVÄKSIKÄYTTÖ AUTOTROFIT: FOTOSYNTEESI (AURINGONVALO) TAI KEMOSYNTEESI (KEMIALLINEN ENERGIA) HETEROTROFIT SYÖVÄT AUTOTROFEJA FERMENTAATIO JA RESPIRAATIO (ENERGIAN VAPAUTTAMINEN SOLUJEN KÄYTTÖÖN) LISÄKSI RAVINNON HAJOITTAMISESSA VAPAUTUVA HUKKALÄMPÖ YLLÄPITÄÄ JA MAHDOLLISTAA ELIMISTÖN FYSIKAALISIA JA KEMIALLISIA TOIMINTOJA ENERGIAN VARASTOINTI HITAASTI KÄYTETTÄVISSÄ (PALAMALLA) HIILIHYDRAATEISSA, PROTEIINEISSA JA RASVA- AINEISSA (RASVAKUDOS) NOPEASTI KÄYTETTÄVISSÄ ATP (ADENOSIINITRIFOSFAATTI) MOLEKYYLEISSÄ PROTONIEN (VETYATOMISTA POISTETTU ELEKTRONI) VIRTA ADP- JA ATP-MOLEKYYLIEN VÄLILLÄ JOKO VARASTOI TAI VAPAUTTAA ENERGIAA REDOX-REAKTIOT, PELKISTYS-HAPETUS REAKTIOT, JOISSA SOKERIT LUOVUTTAVAT JA LOPULTA HAPPI VASTAANOTTAA ELEKTRONIN, TOIMII KUTEN SÄHKÖINEN PARISTO 25 26 KEMOSYNTEESI GEOKEMIALLISESTI ENERGIAA YKSINKERTAISIA EPÄORGAANISIA YHDISTEITÄ HAPETTAMALLA RAUTA, RIKKI, TYPPI, VETY ESIM. Fe 2+ -> Fe 3+ + elektroni ELIÖIDEN (ARKKIBAKTEERIT) VANHIN YHTEYTTÄMISTAPA ILMAN AURINGONVALOA FOTOSYNTEESI VIHERHIUKKANEN (KLOROPLASTI) ABSORBOI FOTONEJA JA EKSITOI NIILLÄ ELEKTRONEJA, EDELLEEN SYNTYVÄT PROTONIT KÄYTETÄÄN ATP- MOLEKYYLIEN RAKENTAMISEEN (KUTEN ELÄINSOLUISSAKIN) RIKKIIN PERUSTUVA nco 2 + nh 2 S + energiaa => (CH 2 O) n + nh 2 O + ns HIILIDIOKSIDISTA JA VEDESTÄ HIILIHYDRAATTEJA nco 2 + nh 2 O + energiaa => (CH 2 O) n +no 2 27 28 HETEROTROFIT RAVINTO PILKOTAAN ENTSYYMIEN TOIMESTA PIENEMMIKSI MOLEKYYLEIKSI, JOISTA EDELLEEN SOLUT RAKENTAVAT TARVITSEMIAAN MOLEKYYLEJÄ FERMENTAATIO JA RESPIRAATIO KÄYMINEN (FERMENTAATIO) C 6 H 12 O 6 => 2CO 2 + 2C 2 H 5 OH HENGITTÄMINEN (RESPIRAATIO) (CH 2 O) n + no 2 => nco 2 + nh 2 O + energiaa 29 KÄYMISEN HYÖTYSUHDE NOIN 10% PALAMISEN (HENGITYS) HYÖTYSUHDE NOIN 40% 30 5

BIOMOLEKYYLIT ELÄMÄN SUURET MOLEKYYLIT SYNTYVÄT AINOASTAAN ELIÖIDEN GENEETTISEN KOODIN OHJAAMINA EIKÄ NIITÄ ESIINNY ELOTTOMASSA LUONNOSSA SOLUJEN ORGAANISIA MAKROMOLEKYYLEJÄ LIPIDIT HIILIHYDRAATIT AMINOHAPOT JA PROTEIINIT NUKLEOTIDIT JA NUKLEIINIHAPOT KIRAALISUUS MAAELÄMÄ KÄYTTÄÄ VASENKÄTISIÄ MOLEKYYLEJÄ (ISOMEERIT EROAVAT VAIN AVARUUSRAKENTEELTAAN) YKSINKERTAISIN AMINOHAPPO GLYSIINI ON AKIRAALINEN (PEILIKUVA SAMANNÄKÖINEN) ENTSYYMIT KATALYSOIVAT VAIN VASENKÄTISIÄ MOLEKYYLIEN 31 32 KOKOLUOKKIA ATOMIT 0,1 nm AMINOHAPOT, EMÄKSET 1 nm (=10-9 m) DNA-MOLEKYYLI 2 nm (läpim.) PROTEIINIT 10 nm VIRUKSET 100 nm BAKTEERIT 1000 nm pienimmät nanobakteerit 400 nm ELÄINSOLU 10000 nm suurimmat yksisoluiset ameebat 10 cm 33 LIPIDIT RASVOJA JA ÖLJYJÄ SOLUKALVOJEN RAKENNUSAINEITA ENERGIAN VARASTOINTI LIUKENEVAT HUONOSTI VETEEN YKSI HYDROFOBINEN JA YKSI HYDROFIILINEN PÄÄ CH 3 (CH 2 ) n COOH 34 HIILIHYDRAATIT SOKERIT LIUKENEVAT VETEEN ENERGIAN VARASTOINTI JA ORGANISMIEN RAKENTEET OIKEAKÄTISIÄ C n (H 2 O) m AMINOHAPOT AMINOHAPOT MUODOSTUVAT SPONTAANISTI LÄHTÖAINEISTAAN LÖYTYY ELIMISTÖSTÄ SATOJA ERILAISIA PROTEIINISYNTEESIKONEISTO KÄYTTÄÄ NIISTÄ KAHTAKYMMENTÄ (KOODATTUA) NÄISTÄ KAHDEKSAA NS. VÄLTTÄMÄTÖNTÄ AMINOHAPPOA ON SAATAVA SUORAAN RAVINNOSTA, KOSKA NIITÄ EI MUODOSTU ELÄINTEN ELIMISTÖSSÄ R H 2 N CH COOH KASVIT PYSTYVÄT TUOTTAMAAN ITSE KAIKKIA TARVITSEMIAAN AMINOHAPPOJA 35 36 6

PROTEIINIT PERÄKKÄISTEN AMINOHAPPOJEN AMINO- JA KARBOKSYYLIRYHMÄT YHTYVÄT MUODOSTAEN PEPTIDISIDOKSILLA (SAMALLA TUOTTAEN VETTÄ) PROTEIINEJA (PEPTIDIKETJUJA) PEPTIDISIDOKSEN (PROTEIINIEN) MUODOSTAMISEEN TARVITAAN ENERGIAA VALMIS PROTEIINI LASKOSTUU MUUTAMASSA SEKUNNISSA LOPULLISEEN SYKKYRÄ- MUOTOONSA, ULKOPINNAN ATOMIT JA MOLEKYYLIT MÄÄRÄÄVÄT SEN FYSIKAALISET JA KEMIALLISET OMINAISUUDET PROTEIINIT YKSI PROTEIINI MUODOSTUU SADOISTA (TUHANSISTA) PERÄKKÄISISTÄ AMINOHAPOISTA BAKTEERISOLUSSA LUOKKAA 3000 ERILAISTA PROTEIINIA IHMISSOLUSSA LUOKKAA 50 000-100 000 ERILAISTA PROTEIINIA ERILAISIA TEHTÄVIÄ SOLUSSA (USEIMMAT ENTSYYMEJÄ JA RAKENTEEN OSIA, KULJETTAVAT KEMIKAALEJA, VÄLITTÄVÄT VIESTEJÄ) 37 38 NUKLEOTIDIT FOSFAATTIRYHMÄ, SOKERI JA EMÄS NUKLEOTIDIT LIITTYNEINÄ TOISIINSA FOSFAATTIRYHMIEN KAUTTA MUODOSTAVAT NUKLEIINIHAPON RUNGON SOKERIIN KIINNITTYNEENÄ YKSI NELJÄSTÄ ERILAISESTA EMÄKSESTÄ EMÄS TOIMII GENEETTISEN KOODIN KIRJAIMENA ADENIINI (A) GUANIINI (G) SYTOSIINI (C) TYMIINI (T) URASIILI (U) EMÄKSET 39 40 NUKLEIINIHAPOT NUKLEIINIHAPOT SUURIMPIA MAKROMOLEKYYLEJÄ KOOSTUVAT NUKLEOTIDEISTA RNA JA DNA RIBONUKLEIINIHAPOSSA (RNA) SOKERINA RIBOOSI JA EMÄKSINÄ ADENIINI, GUANIINI, SYTOSIINI JA URASIILI DEOKSIRIBONUKLEIINIHAPOSSA (DNA) SOKERINA DEOKSIRIBOOSI JA EMÄKSINÄ ADENIINI, GUANIINI, SYTOSIINI JA TYMIINI 41 42 7

SOLUT ELÄMÄN PERUSYKSIKKÖ, LUONNON KEHITTÄMÄ NANOKONE SOLUSEINÄMÄ EROTTAA ELÄMÄN RAKENTEET JA PROSESSIT YMPÄRISTÖSTÄÄN SOLU MUODOSTAA OLOSUHTEILTAAN OPTIMOIDUN RAJATUN YMPÄRISTÖN, MISSÄ BIOKEMIALLISET REAKTIOT (ETENKIN PROTEIINISYNTEESI) VOIVAT TAPAHTUA (LUONNON PERUSVOIMIEN HALLITSEMA NANOMITTAKAAVAINEN TOISISTAAN RIIPPUVAISTEN MOLEKYYLIEN SYSTEEMI) SOLUISSA VARASTOITUU DNA YKSISOLUISET BAKTEERIT MONISOLUISET Paul Davies kuvaillut solujen sisältävät pikkuruisia pumppuja, vipuja, moottoreita, roottoreita, turbiineja, potkureita, sakseja ja muita ihmisten työkalupakeista tuttuja välineitä nanokoossa SOLUN RAKENNE SOLUSEINÄ KASVEILLA (HIILIHYDRAATEISTA JA AMINOHAPOISTA) SOLUKALVO AITOTUMALLISILLA (LIPIDEISTÄ JA PROTEIINEISTA) SOLULIMA (AMINOHAPOT, ENTSYYMIT, PROTEIINIT) TUMAKOTELO (AITOTUMALLISET) RNA, DNA (GENOMI) RIBOSOMIT (PROTEIINISYNTEESI) MITOKONDRIO (ENERGIAA HAPETTAMALLA) VIHERHIUKKANEN (ENERGIAA FOTOSYNTEESILLÄ) GOLGIN LAITE (KUONA-AINEIDEN POISTO) AINEENVAIHDUNTA KANAVAT (SOLUKALVOSSA) MUITA ORGANELLEJA JA TUKIRAKENTEITA 43 44 SOLUT ESITUMALLISET (PROKARYOOTIT) AITOTUMALLISET (EUKARYOOTIT) ITUSOLUT (HAPLOIDEJA) KANTASOLUT (DIPLOIDEJA) SOMAATTISET SOLUT KASVISOLUT OVAT KAIKKIKYKYISIÄ ELÄINSOLUT OVAT MONIKYKYISIÄ 45 IHMISSOLUT AIKUISESSA IHMISESSÄ (RINNAKKAINKYTKETTYNÄ) SOLUJA LUOKKAA 10 14 MYÖS PALJON PIENEMPIÄ ARVIOITA KUTEN 50 MILJOONAA SOLUA ESITETTY, PERÄKKÄINASETETTUINA YHTEISPITUUS OLISI KYMMENKUNTA KERTAA MAAPALLON YMPÄRI JA IHMISEN ELINAIKANA UUSIUTUNEIDEN SOLUJEN MASSA IHMISTÄ KOHDEN KYMMENKUNTA TONNIA AIVOISSA SOLUJA LUOKKAA 10 11 RAKENTUNEET YHDESTÄ MUNASOLUSTA JA SIITTIÖSOLUSTA JAKAUTUMALLA SATOJA (~210) ERILAISIA SOLUTYYPPEJÄ KUDOKSINA ELIMINÄ YHDESSÄ IHMISSOLUSSA LUOKKAA GIGATAVU MUISTIA OSA UUSIUTUU JATKUVASTI (SUOLISTO) OSA EI UUSIUDU KOSKAAN (HERMOSOLUT) AIKUISESSA IHMISESSÄ MOLEKYYLEJA LUOKKAA 10 27 46 IHMISSOLUT KOKO 0.01 0.1 mm SUURIMPIA : MUNASOLUT, HERMOSOLUT JA LIHASSOLUT PIENIMPIÄ: PUNASOLUT, SIITTIÖSOLUT JA BAKTEERIT 47 IHMISSOLUT SOLUJEN LUONNOLLINEN TILA ON KUOLEMA JA VAIN ÄRSYKKEET YMPÄRÖIVISTÄ SOLUISTA SAAVAT SOLUT PYSYMÄÄN ELOSSA IHMISSOLUT KUOLEVAT MUUTAMAN KYMMENEN JAKAUTUMISKIERROKSEN JÄLKEEN (OHJELMOITU SOLUKUOLEMA) SYÖPÄSOLUT OVAT MUUTTUNEET KUOLEMATTOMIKSI JA JAKAANTUVAT LOPUTTOMASTI VAHINGOITTUNEEN DNA:N TAKIA 48 8

LÄHDEKIRJALLISUUS Susan Aldridge: Elämän lanka, Geenitekniikan tarina, Art House, 1999 (1996) Lewis Dartnell: Life in the Universe, Oneworld Publications, 2007 Bennett, Shostak, Jakovsky: Life in the Universe, Addison Wesley, 2003 Sean B. Carroll: The Making of the Fittest, 2006 Paul Davies: Viides ihme, elämän syntyä etsimässä, Terra Cognita, 1999 Paul Davies: The Goldilocks Enigma, Penguin Books 2007, (Allen Lane 2006) Richard Dawkins: A Pilgrimage to the Dawn of Life, The Ancestor s Tale, Weidenfeld & Nicolson, 2004 Iain Gilmour and Mark A. Sephton (eds.): An Introduction to Astrobiology, The Open University, 2003 Ilkka Hanski, (toim.): Kaikki evoluutiosta, Gaudeamus, 2009 Erkki Hiltunen, (toim.): Galenos, ihmiselimistö kohtaa ympäristön, WSOY, 2001 Jörgen Sjöström: På spaning efter livets ursprung, Om astrobiologi, människans rötter och evolutionen, Norstedts, 2010 Peter Ward: Tuntematon elämä, Ursa, 2006 (2005) 49 9