Tanniinien ja proteiinien välisen vuorovaikutuksen tutkiminen isotermisen titrauskalorimetrian avulla

Tanniinit ovat kasvien polyfenolisia sekundäärimetaboliitteja. Kasvikunnassa yleisimpiä näistä ovat kondensoituneet tanniinit ja harvinaisimpia florotanniinit, joita tavataan vain ruskolevissä. Hydrolysoituvat tanniinit ovat rakenteeltaan monimutkaisimpia ja ne jaotellaan edelleen kolmeen alaluokkaan: yksinkertaisiin galloyylihappojohdannaisiin, gallotanniineihin ja ellagitanniineihin. Tanniinit ovat biologisesti aktiivisia yhdisteitä, jotka vaikuttavat kasvin ravintoarvoon ja voivat olla terveydelle hyödyllisiä tai haitallisia. Biologisen aktiivisuuden uskotaan johtuvan toisaalta tanniinien kyvystä saostaa proteiineja vesiliuoksista neutraaleissa ja happamissa olosuhteissa ja toisaalta myös niiden oksidatiivisesta aktiivisuudesta neutraaleissa tai emäksisissä olosuhteissa. Isotermisen titrauskalorimetrian, ITC:n, avulla kyetään mittaamaan tanniinien ja proteiinien välisen vuorovaikutuksen reaktiolämpö ja määrittämään kyseiselle reaktiolle sen termodynaamiset parametrit. Tässä työssä luotiin katsaus ITC:n hyödyntämiseen tanniinitutkimuksessa. ITC:n käyttö on yleistynyt erityisesti viimeisen vuosikymmenen aikana, mutta tutkimuksissa on pääasiassa käytetty yhdisteseoksia puhtaiden tanniinien asemesta. Kokeellisen osan tavoitteena oli selvittää puhdistettujen ellagitanniinien affiniteetti kahteen erityyppiseen proteiiniin, globulaariseen naudan seerumin albumiiniin, BSA, ja kuitumaiseen proliinirikkaaseen gelatiiniin, ITC:n avulla. Tutkitut ellagitanniinit olivat monomeereja, dimeerejä, sekä pidempiä oligomeerejä. Erityisenä kiinnostuksen kohteena olivat pienet eroavaisuudet ellagitanniinien rakenteissa ja näiden vaikutus proteiiniaffiniteettiin. ITC on erinomainen työkalu selvitettäessä tanniinin ja proteiinin rakenteen vaikutusta niiden väliseen vuorovaikutukseen. Gelatiinilla on suurempi affiniteetti tanniineihin. Todennäköisesti tämä johtuu sen konformationaalisesti taipuisasta rakenteesta, mutta myös sen sisältämien proliinitähteiden suuresta osuudesta. Tanniinin rakenteen ollessa joustava, proteiinin rakenteella on vähemmän vaikutusta ja tällaisilla tanniineilla on suurempi affiniteetti globulaarisiin proteiineihin kuten BSA:han. Lisäksi kooltaan suuremmat tanniinit sitoutuvat proteiineihin hanakammin, sillä ne voivat vuorovaikuttaa samanaikaisesti useamman sitoutumiskohdan kanssa.

Kaivinkonekuoppa-aineistot osana ydinjätteen loppusijoituksen pitkäaikaisturvallisuutta, OL-KK25 ja 26 koekuoppien maaperän geokemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet

Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitus Olkiluodon kallioperään edellyttää kattavaa turvallisuusarviointia. Turvallisuusarviointi koostuu monista osista, joista yksi on biosfääriarviointi. Sen tavoitteena on selvittää mahdollisten säteilyannosten määriä ihmisille ja muulle luonnolle. Annosarvioinnin edellytyksenä on tuntea Olkiluodon paikalliset olosuhteet ja mahdolliset kehityskulut. Yksi keskeinen osa biosfääriarviointia on mallintaa radionuklidien kulkeutumista kallioperästä maanpinnalle. Kulkeutumisen kannalta on olennaista tuntea maaperän ominaisuudet, koska maaperä toimii rajapintana kallioperän ja elävän luonnon välillä. Tässä tutkimuksessa selvitettiin Olkiluodon saarelle tehtyjen koekuoppien OL-KK25-26 maaperän geokemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia sekä alkuaineiden in situ jakaantumiskertoimia (Kd). Jakaantumiskertoimilla selvitetään alkuaineiden ja radionuklidien liikkuvuutta erilaisissa ympäristöissä. Tässä tutkimuksessa keskityttiin käytetystä ydinpolttoaineesta löytyviin analogisiin alkuaineisiin (Ag, Cl, Cs, I, Mo, Nb, Ni, Pb, Se, Sn ja Sr), jotka ovat turvallisuusarvioinnin kannalta kaikkein tärkeimpiä. Kd – arvot laskettiin alkuaineiden konsentraatioista, jotka mitattiin maanäytteistä kahdella erilaisella uuttomenetelmällä. Heikkoliukoisten ja kasvien saatavilla olevien alkuaineiden konsentraatiot määritettiin NH4Ac (pH 4,5) uutolla ja kokonaispitoisuudet HNO3-HF uutolla sekä LiBO2- fuusiolla. Lisäksi näytteistä maaritettiin maalajit ja niiden raekokojakaumat, orgaaninen aines (LOI), pH, liuennut orgaaninen ja epäorgaanin hiili, pääanionit, mineraalikoostumus, kationinvaihtokapasiteetti (CEC) sekä emäskylläisyys (BS). Koekuopista määritetyile Kd – arvoille ja muille muuttujille tehtiin lopuksi korrelaatioanalyysit, joilla pyrittiin löytämään alkuaineiden liikkuvuuteen eniten vaikuttavia tekijöitä. Maaperää Olkiluodossa voidaan pitää hyvin heterogeenisenä, koska hyvin lähellä toisiian sijainneissa koekuopissa niin maalajit kuin muut ominaisuudet vaihtelivat runsaasti. Myös ominaisuudet eri maakerroksissa vaihtelivat merkittävästi. Alkuaineiden konsentraatioiden sekä Kd - arvojen muutokset olivat voimakkaasti yhteydessä maalajityyppeihin. Merkittävimmin Kd - arvoihin vaikuttivat mineraalikoostumus, savipitoisuus ja raekoko. Muita konsentraatioihin ja jakaantumiskertoimiin vaikuttavia muuttujia olivat orgaanisen aineksen määrä sekä pH. Lisäksi tietyillä, luonnossa pääasiassa anionisilla, alkuaineilla korrelaatiot olivat heikompia tai päinvastaisia kuin muilla aineilla. Tutkimuksen tulokset lisäävät ymmärrystä maaperän ominaisuuksien ja alkuaineiden liikkuvuuden riippuvuuksista. Tuntemalla maaperän ominaisuudet ja alkuaineiden Kd - arvot sekä niiden väliset riippuvuudet, voidaan radionuklidien kulkeutumista kallioperästä maanpinnalle arvioida entistä luotettavammin. Tutkimuksessa tuotettuja tuloksia ja aineistoja hyödynnetään myös pintaympäristön ekosysteemien ja maaperän mallinnuksissa.