Razvrstitev biomolekul in glavne funkcije

The biomolekule so molekule, ki nastajajo v živih bitijih. Predpona "bio" pomeni življenje; zato je biomolekula molekula, ki jo proizvaja živo bitje. Živa bitja tvorijo različne vrste molekul, ki izvajajo različne funkcije, potrebne za življenje.

V naravi obstajajo biotski (živi) in abiotski (nežive) sistemi, ki delujejo in v nekaterih primerih izmenjujejo elemente. Značilnost, ki jo imajo vsa živa bitja, je, da so organska, kar pomeni, da so njihove sestavne molekule tvorjene z ogljikovimi atomi..

Biomolekule imajo tudi druge skupne atome poleg ogljika. Ti atomi vključujejo predvsem vodik, kisik, dušik, fosfor in žveplo. Ti elementi se imenujejo tudi bioelementi, ker so glavna sestavina bioloških molekul.

Obstajajo pa tudi drugi atomi, ki so prisotni tudi v nekaterih biomolekulah, čeprav v manjših količinah. To so navadno kovinski ioni, kot so kalij, natrij, železo in magnezij, med drugim. Zato so lahko biomolekule dveh vrst: organske ali anorganske.

Tako so organizmi sestavljeni iz mnogih vrst molekul, ki temeljijo na ogljiku, na primer: sladkorji, maščobe, beljakovine in nukleinske kisline. Vendar obstajajo tudi druge spojine, ki so tudi ogljikove in ki niso del biomolekul.

Te molekule, ki vsebujejo ogljik, vendar jih ne najdemo v bioloških sistemih, lahko najdemo v zemeljski skorji, v jezerih, morjih in oceanih ter v atmosferi. Gibanje teh elementov v naravi je opisano v biogeokemičnih ciklih.

Misli se, da so te preproste organske molekule, ki jih najdemo v naravi, tiste, ki so povzročile najbolj zapletene biomolekule, ki so del temeljne strukture življenja: celice. Zgoraj je znano kot teorija abiotske sinteze.

Indeks

• 1 Klasifikacija in funkcije biomolekul
  • 1.1 Anorganske biomolekule 
  • 1.2 Organske biomolekule
• 2 Reference

Klasifikacija in funkcije biomolekul

Biomolekule so raznolike po velikosti in strukturi, kar jim daje edinstvene lastnosti za izvajanje različnih funkcij, ki so potrebne za življenje. Tako biomolekule med drugim delujejo kot shranjevanje informacij, vir energije, podpora, celični metabolizem.

Biomolekule lahko razvrstimo v dve veliki skupini, ki temeljijo na prisotnosti ali odsotnosti ogljikovih atomov.

Anorganske biomolekule 

So vse tiste molekule, ki so prisotne v živih bitjih in ne vsebujejo ogljika v molekularni strukturi. Anorganske molekule lahko najdemo tudi v drugih (neživih) sistemih narave.

Vrste anorganskih biomolekul so naslednje: \ t

Voda

Je glavna in temeljna sestavina živih bitij, je molekula, ki jo tvori kisikov atom, vezan na dva vodikova atoma. Voda je bistvena za obstoj življenja in je najpogostejša biomolekula.

Med 50 in 95% teže živih bitij je voda, saj je treba opraviti več pomembnih funkcij, kot sta termična regulacija in transport snovi..

Mineralne soli

So preproste molekule, ki jih tvorijo atomi z nasprotnim nabojem, ki se popolnoma ločijo od vode. Na primer: natrijev klorid, tvorjen z atomom klora (negativno nabito) in natrijevim atomom (pozitivno nabit).

Mineralne soli sodelujejo pri nastajanju togih struktur, kot so kosti vretenčarjev ali eksoskeleti nevretenčarjev. Te anorganske biomolekule so potrebne tudi za izvajanje številnih pomembnih celičnih funkcij.

Plini

So molekule, ki so v obliki plina. So temeljnega pomena za dihanje živali in fotosintezo v rastlinah.

Primeri teh plinov so: molekularni kisik, ki ga tvorita dva povezana kisikova atoma; in ogljikov dioksid, ki ga tvori ogljikov atom, vezan na dva kisikova atoma. Obe biomolekuli sodelujeta pri izmenjavi plinov, ki ju živa bitja ustvarjata z okoljem.

Organske biomolekule

Organske biomolekule so tiste molekule, ki vsebujejo ogljikove atome v svoji strukturi. Organske molekule lahko najdemo tudi v naravi kot del neživih sistemov in predstavljajo tako imenovano biomaso.

Vrste organskih biomolekul so naslednje:

Ogljikovi hidrati

Ogljikovi hidrati so verjetno najbolj bogate in razširjene organske snovi v naravi in ​​so bistveni sestavni deli vseh živih bitij.

Ogljikove hidrate proizvajajo zelene rastline iz ogljikovega dioksida in vode med procesom fotosinteze.

Te biomolekule sestavljajo večinoma atomi ogljika, vodika in kisika. Znani so tudi kot ogljikovi hidrati ali saharidi in delujejo kot energetski viri in kot strukturne komponente organizmov.

- Monosaharidi

Monosaharidi so najpreprostejši ogljikovi hidrati in se pogosto imenujejo enostavni sladkorji. To so osnovni gradniki, iz katerih se tvorijo vsi največji ogljikovi hidrati.

Monosaharidi imajo splošno molekulsko formulo (CH2O) n, kjer je n lahko 3, 5 ali 6. Tako se monosaharidi lahko razvrstijo glede na število ogljikovih atomov, ki so prisotni v molekuli:

Če je n = 3, je molekula trioza. Na primer: gliceraldehid.

Če je n = 5, je molekula pentoza. Na primer: riboza in deoksiriboza.

Če je n = 6, je molekula heksoza. Na primer: fruktoza, glukoza in galaktoza.

Pentoze in heksoze lahko obstajajo v dveh oblikah: ciklični in neciklični. V neciklični obliki njihove molekularne strukture kažejo dve funkcionalni skupini: aldehidno skupino ali ketonsko skupino.

Monosaharidi, ki vsebujejo aldehidno skupino, se imenujejo aldoze, tisti, ki imajo ketonsko skupino, pa ketoze. Aldosi so reducirajoči sladkorji, ketoze pa niso reducirajoči sladkorji.

V vodi pa pentoze in heksoze večinoma obstajajo v ciklični obliki in v tej obliki se združijo v večje molekule saharidov..

- Disaharidi

Večina sladkorjev v naravi so disaharidi. Te nastanejo z tvorbo glikozidne vezi med dvema monosaharidoma, preko reakcije kondenzacije, ki sprosti vodo. Ta proces tvorbe vezi zahteva energijo, ki drži skupaj obe enoti monosaharida.

Tri najpomembnejše disaharide so saharoza, laktoza in maltoza. Nastanejo zaradi kondenzacije ustreznih monosaharidov. Saharoza je ne-reducirajoči sladkor, medtem ko sta laktoza in maltoza reducirajoči sladkorji.

Disaharidi so topni v vodi, vendar so zelo velike biomolekule za prečkanje celične membrane z difuzijo. Zato se med prebavo razgradijo v tankem črevesu, tako da njihove osnovne sestavine (tj. Monosaharidi) preidejo v kri in v druge celice..

Monosaharide celice zelo hitro uporabljajo. Če pa celica ne potrebuje energije takoj, jo lahko shrani v obliki bolj kompleksnih polimerov. Tako se monosaharidi pretvorijo v disaharide s kondenzacijskimi reakcijami, ki se pojavijo v celici.

- Oligosaharidi

Oligosaharidi so vmesne molekule, ki jih tvorijo tri do devet enot enostavnih sladkorjev (monosaharidi). Nastanejo z delnim razkrajanjem bolj kompleksnih ogljikovih hidratov (polisaharidov)..

Večina naravnih oligosaharidov najdemo v rastlinah in so, z izjemo maltotrioze, neprebavljivi za ljudi, ker človeško telo nima potrebnih encimov v tankem črevesu, da bi jih razgradilo..

V debelem črevesu lahko koristne bakterije razgradijo oligosaharide s fermentacijo; zato se pretvorijo v absorpcijske hranilne snovi, ki zagotavljajo nekaj energije. Nekateri produkti razgradnje oligosaharidov lahko ugodno vplivajo na sluznico debelega črevesa.

Primeri oligosaharidov vključujejo rafinozo, trisaharid iz stročnic in nekatera žita, sestavljena iz glukoze, fruktoze in galaktoze. Maltotriose, glukozni trisaharid, se proizvaja v nekaterih rastlinah in v krvi določenih členonožcev..

- Polisaharidi

Monosaharidi so lahko podvrženi številnim kondenzacijskim reakcijam, ki dodajo eno verigo za drugo v verigo, dokler ne nastanejo velike molekule. To so polisaharidi.

Lastnosti polisaharidov so odvisne od več faktorjev njihove molekularne strukture: dolžine, stranskih vej, zlaganja in če je veriga "ravna" ali "funky". Obstaja več primerov polisaharidov v naravi.

Škrob se pogosto proizvaja v rastlinah kot način za shranjevanje energije in je sestavljen iz polimerov α-glukoze. Če je polimer razvejan, se imenuje amilopektin, in če ni razvejan, se imenuje amiloza.

Glikogen je polisaharid rezerve energije pri živalih in je sestavljen iz amilopektinov. Tako se škrob v rastlinah v telesu razgradi, da nastane glukoza, ki vstopi v celico in se uporablja v presnovi. Glukoza, ki se ne uporablja, polimerizira in tvori glikogen, energetski rezervoar.

Lipidi

Lipidi so še ena vrsta organskih biomolekul, katerih glavna značilnost je, da so hidrofobne (odbijajo vodo) in so zato netopne v vodi. Glede na njihovo strukturo lahko lipide razvrstimo v 4 glavne skupine:

- Trigliceridi

Trigliceride tvorijo molekule glicerola, povezane s tremi verigami maščobnih kislin. Maščobna kislina je linearna molekula, ki na enem koncu vsebuje karboksilno kislino, ki ji sledi ogljikovodična veriga in metilna skupina na drugem koncu..

Odvisno od strukture lahko maščobne kisline postanejo nasičene ali nenasičene. Če ogljikovodikova veriga vsebuje samo posamezne vezi, je nasičena maščobna kislina. Nasprotno, če ima ta ogljikovodična veriga eno ali več dvojnih vezi, je maščobna kislina nenasičena.

V to kategorijo spadajo olja in maščobe. Prve so energetska zaloga rastlin, imajo insaturacije in so pri sobni temperaturi tekoče. Nasprotno, maščobe so zaloge energije živali, so nasičene in trdne molekule pri sobni temperaturi.

Fosfolipidi

Fosfolipidi so podobni trigliceridom, ker imajo molekulo glicerola vezano na dve maščobni kislini. Razlika je, da imajo fosfolipidi v tretjem ogljiku glicerola fosfatno skupino, namesto druge molekule maščobnih kislin..

Ti lipidi so zelo pomembni zaradi načina medsebojnega delovanja z vodo. Z enim koncem fosfatne skupine postane molekula hidrofilna (privlači vodo) v tej regiji. Vendar pa ostane hidrofobna v preostali molekuli.

Zaradi svoje strukture so fosfolipidi običajno organizirani tako, da so fosfatne skupine na voljo za interakcijo z vodnim medijem, medtem ko so hidrofobne verige, ki jih organizirajo, daleč od vode. Fosfolipidi so tako del vseh bioloških membran.

- Steroidi

Steroidi so sestavljeni iz štirih taljenih ogljikovih obročev, ki jih združujejo različne funkcionalne skupine. Eden od najpomembnejših je holesterol, je bistvenega pomena za živa bitja. Je predhodnik nekaterih pomembnih hormonov, kot so estrogen, testosteron in kortizon.

- Voski

Voski so majhna skupina lipidov, ki imajo zaščitno funkcijo. Najdemo jih v listih dreves, perju ptic, v ušesih nekaterih sesalcev in na mestih, ki jih je treba izolirati ali zaščititi pred zunanjim okoljem..

Nukleinske kisline

Nukleinske kisline so glavne transportne molekule genetskih informacij v živih bitijih. Njena glavna naloga je usmerjati proces sinteze beljakovin, ki določa podedovane značilnosti vsakega živega bitja. Sestavljeni so iz ogljikovih, vodikovih, kisikovih, dušikovih in fosforjevih atomov.

Nukleinske kisline so polimeri, ki jih tvorijo ponavljajoči se monomeri, imenovani nukleotidi. Vsak nukleotid je sestavljen iz aromatske baze, ki vsebuje dušik, vezanega na pentozni sladkor (pet ogljikov), ki je nato vezan na fosfatno skupino..

Dva glavna razreda nukleinskih kislin sta deoksiribonukleinska kislina (DNA) in ribonukleinska kislina (RNA). DNA je molekula, ki vsebuje vse informacije o vrsti, zato je prisotna v vseh živih bitjih in v večini virusov..

RNA je genetski material določenih virusov, vendar se nahaja tudi v vseh živih celicah. Tam ima pomembno vlogo v nekaterih procesih, kot je proizvodnja beljakovin.

Vsaka nukleinska kislina vsebuje štiri od petih možnih baz, ki vsebujejo dušik: adenin (A), gvanin (G), citozin (C), timin (T) in uracil (U). DNA ima baze adenin, gvanin, citozin in timin, medtem ko je RNA enaka, razen timina, ki ga nadomesti uracil v RNA.

- Deoksiribonukleinska kislina (DNA)

Molekula DNA je sestavljena iz dveh verig nukleotidov, povezanih z vezmi, imenovanimi fosfodiestrske vezi. Vsaka veriga ima strukturo v obliki vijačnice. Dva spirala se prepletata, da dobita dvojno vijačnico. Podlage so znotraj propelerja, fosfatne skupine pa na zunanji strani.

DNK je sestavljena iz glavne verige sladkorne deoksiriboze, ki je povezana s fosfatom in štirimi dušikovimi bazami: adeninom, gvaninom, citozinom in timinom. Osnovni pari nastanejo v dvojno verižni DNA: adenin se vedno veže na timin (A-T) in gvanin na citozin (G-C).

Dva spirala sta združena z ujemanjem baz nukleotidov z vodikovimi vezmi. Struktura je včasih opisana kot lestev, kjer sta stranski in sladkorni in fosfatni verigi, osnovni vezni stebri pa prečke..

Ta struktura, skupaj s kemijsko stabilnostjo molekule, naredi DNA idealen material za prenos genetskih informacij. Ko se celica deli, se njena DNA kopira in prehaja iz ene generacije celic v naslednjo generacijo.

- Ribonukleinska kislina (RNA)

RNA je polimer nukleinske kisline, katere struktura je sestavljena iz ene verige nukleotidov: adenina, citozina, gvanina in uracila. Kot v DNA se citozin vedno veže na gvanin (C-G), adenin pa se veže na uracil (A-U).

Je prvi posrednik pri prenosu genetskih informacij v celicah. RNA je bistvena za sintezo beljakovin, saj se informacije, ki jih vsebuje genetska koda, običajno prenašajo iz DNA v RNA in iz nje v beljakovine..

Nekatere RNA imajo tudi neposredno funkcijo v celičnem metabolizmu. RNA dobimo s kopiranjem baznega zaporedja segmenta DNA, imenovanega gena, v enojno verižni del nukleinske kisline. Ta proces, imenovan transkripcija, se katalizira z encimom RNA polimeraza.

Obstaja več različnih vrst RNA, predvsem tri, prva je RNA, ki je neposredno prepisana iz DNA s transkripcijo. Druga vrsta je prenosna RNA, ki prenaša pravilne aminokisline za sintezo beljakovin.

Končno, drugi razred RNA je ribosomska RNA, ki skupaj z nekaterimi beljakovinami tvori ribosome, celične organele, ki so odgovorni za sintezo vseh beljakovin celice..

Beljakovine

Beljakovine so velike, kompleksne molekule, ki opravljajo veliko pomembnih funkcij in opravljajo večino dela v celicah. Potrebne so za strukturo, delovanje in regulacijo živih bitij. Sestavljeni so iz atomov ogljika, vodika, kisika in dušika.

Beljakovine sestavljajo manjše enote, imenovane aminokisline, ki jih povezujejo peptidne vezi in tvorijo dolge verige. Aminokisline so majhne organske molekule z zelo posebnimi fizikalno-kemijskimi lastnostmi, obstaja 20 različnih vrst.

Zaporedje amino kislin določa edinstveno tridimenzionalno strukturo vsakega proteina in njegovo specifično funkcijo. Dejansko so funkcije posameznih beljakovin tako raznolike kot njihove edinstvene aminokislinske sekvence, ki določajo interakcije, ki ustvarjajo kompleksne tridimenzionalne strukture..

Različne funkcije

Proteini so lahko strukturne in gibalne komponente za celico, kot je aktin. Drugi delujejo s pospeševanjem biokemičnih reakcij znotraj celice, kot je DNA polimeraza, ki je encim, ki sintetizira DNA.

Obstajajo tudi druge beljakovine, katerih funkcija je posredovanje pomembnega sporočila organizmu. Na primer, nekatere vrste hormonov, kot je rastni hormon, prenašajo signale za usklajevanje bioloških procesov med različnimi celicami, tkivi in ​​organi.

Nekateri proteini vežejo in prenašajo atome (ali majhne molekule) znotraj celic; Takšen je primer feritina, ki je odgovoren za shranjevanje železa v nekaterih organizmih. Druga skupina pomembnih beljakovin so protitelesa, ki pripadajo imunskemu sistemu in so odgovorna za odkrivanje toksinov in patogenov.

Tako so beljakovine končni produkt procesa dekodiranja genetske informacije, ki se začne s celično DNA. Ta neverjetna raznolikost funkcij je izpeljana iz presenetljivo preproste kode, ki je sposobna določiti izjemno raznolik nabor struktur.

Reference

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. in Walter, P. (2014). Molekularna biologija celice (6. izd.). Garland Science.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. in Strayer, L. (2015). Biokemija (8. izd.). W. H. Freeman in družba.
3. Campbell, N. in Reece, J. (2005). Biologija (2. izd.) Pearson Education.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. in Martin, K. (2016). Molekularna celična biologija (8. izd.). W. H. Freeman in družba.
5. Solomon, E., Berg, L. in Martin, D. (2004). Biologija (7. izd.) Cengage Learning.
6. Voet, D., Voet, J. in Pratt, C. (2016). Osnove biokemije: življenje na Molekularna raven (5. izd.). Wiley.