Značilnosti, funkcije, klasifikacija in primeri organskih biomolekul



The organske biomolekule Najdemo jih v vseh živih bitjih in so označene s strukturo, ki temelji na atomu ogljika. Če jih primerjamo z anorganskimi molekulami, so organske molekule veliko bolj kompleksne po svoji strukturi. Poleg tega so veliko bolj raznoliki.

Razvrščeni so kot beljakovine, ogljikovi hidrati, lipidi in nukleinske kisline. Njegove funkcije so zelo različne. Beljakovine sodelujejo kot strukturni, funkcionalni in katalitični elementi. Ogljikovi hidrati imajo tudi strukturne funkcije in so glavni vir energije za organska bitja.

Lipidi so pomembne sestavine bioloških membran in drugih snovi, kot so hormoni. Delujejo tudi kot elementi za shranjevanje energije. Nukleinske kisline - DNA in RNA - vsebujejo vse potrebne informacije za razvoj in vzdrževanje živih bitij.

Indeks

  • 1 Splošne značilnosti
  • 2 Klasifikacija in funkcije
    • 2.1 - Proteini
    • 2.2-ogljikovi hidrati
    • 2.3 -Lipidi
    • 2.4 - Nukleinske kisline
  • 3 Primeri
    • 3.1 Hemoglobin
    • 3.2 Celuloza
    • 3.3 Biološke membrane
  • 4 Reference

Splošne značilnosti

Ena najpomembnejših značilnosti organskih biomolekul je njihova vsestranskost pri oblikovanju struktur. Ta ogromna raznolikost organskih variant, ki lahko obstajajo, je posledica privilegiranega položaja, ki ga zagotavlja ogljikov atom v središču drugega obdobja..

V zadnjem energetskem nivoju ima atom ogljika štiri elektrone. Zaradi svoje povprečne elektronegativnosti lahko tvori vezi z drugimi ogljikovimi atomi, oblikujejo verige različnih oblik in dolžin, odprte ali zaprte, z enostavnimi, dvojnimi ali trojnimi vezmi v svoji notranjosti..

Na enak način omogoča povprečna elektronegativnost ogljikovega atoma, da tvorijo vezi z atomi, ki niso ogljik, kot so elektropozitivni (vodik) ali elektronegativni (kisik, dušik, žveplo)..

Ta lastnost povezave omogoča določitev razvrstitve za ogljike v primarnem, sekundarnem, terciarnem ali kvartarnem, odvisno od števila ogljika, s katerim je povezana. Ta sistem klasifikacije je neodvisen od števila valenc, ki so vključene v povezavo.

Klasifikacija in funkcije

Organske molekule razvrščamo v štiri glavne skupine: beljakovine, ogljikove hidrate, lipide in nukleinske kisline. Tu jih bomo podrobno opisali:

-Beljakovine

Proteini sestavljajo skupino organskih molekul, ki jih biologi bolje definirajo in karakterizirajo. To široko znanje je predvsem posledica intrinzične enostavnosti, ki jo je mogoče izolirati in karakterizirati - v primerjavi s preostalimi tremi organskimi molekulami.

Proteini igrajo vrsto zelo širokih bioloških vlog. Lahko služijo kot transportne, strukturne in celo katalitske molekule. Zadnja skupina je sestavljena iz encimov.

Strukturni bloki: aminokisline

Strukturni bloki proteinov so aminokisline. V naravi najdemo 20 vrst aminokislin, od katerih ima vsaka dobro definirane fizikalno-kemijske lastnosti.

Te molekule so razvrščene kot alfa-aminokisline, ker imajo primarno amino skupino in skupino karboksilne kisline kot substituent na istem atomu ogljika. Edina izjema pri tem pravilu je aminokislina prolin, ki je katalogizirana kot alfa-imino kislina ob prisotnosti sekundarne amino skupine..

Za tvorbo beljakovin je potrebno, da se ti "bloki" polimerizirajo in to naredijo s tvorbo peptidne vezi. Nastajanje verige proteinov vključuje izločanje ene molekule vode na peptidno vez. Ta povezava je predstavljena kot CO-NH.

Poleg tega, da so del beljakovin, nekatere aminokisline veljajo za energetske metabolite in mnoge izmed njih so bistvena hranila.

Lastnosti aminokislin

Vsaka aminokislina ima svojo maso in povprečni videz beljakovin. Poleg tega ima vsaka pK vrednost alfa-karboksilne kisline, alfa-amino in stranske skupine..

PK vrednosti skupin karboksilnih kislin se nahajajo okoli 2,2; medtem ko imajo alfa-amino skupine pK vrednosti blizu 9,4. Ta značilnost vodi do tipične strukturne značilnosti aminokislin: pri fiziološkem pH sta obe skupini v obliki iona.

Ko molekula nosi napolnjene skupine nasprotnih polarnosti, se imenujejo dipolarni ioni ali zwitterioni. Zato lahko amino kislina deluje kot kislina ali kot baza.

Večina alfa-aminokislin ima tališče blizu 300 ° C. V polarnih okoljih se lažje raztopijo v primerjavi z njihovo topnostjo v nepolarnih topilih. Večina je zelo topnih v vodi.

Struktura beljakovin

Da bi lahko določili funkcijo določenega proteina, je treba določiti njegovo strukturo, to je tridimenzionalno razmerje, ki obstaja med atomi, ki sestavljajo zadevno beljakovino. Za beljakovine so bile določene štiri ravni organizacije njihove strukture:

Primarna strukturananaša se na aminokislinsko zaporedje, ki tvori beljakovino, brez kakršne koli konformacije, ki jo lahko sprejmejo njene stranske verige.

Sekundarna struktura: oblikuje lokalna prostorska razporeditev atomov skeleta. Tudi konformacija stranskih verig se ne upošteva.

Terciarna struktura: nanaša se na tridimenzionalno strukturo celotnega proteina. Čeprav je težko vzpostaviti jasno delitev med terciarno in sekundarno strukturo, se za označevanje le sekundarnih konstrukcij uporabljajo opredeljene konformacije (kot so navzočnost propelerjev, prepognjenih listov in zavojev);.

Kvartarna strukturaUporablja se za tiste beljakovine, ki jih tvori več podenot. To pomeni, da gre za dve ali več posameznih polipeptidnih verig. Te enote lahko medsebojno delujejo s pomočjo kovalentnih sil ali z disulfidnimi vezmi. Prostorska razporeditev podenot določa kvartarno strukturo.

-Ogljikovi hidrati

Ogljikovi hidrati, ogljikovi hidrati ali saharidi (iz grških korenin) sakcharón, kar pomeni sladkor) so najbolj bogat razred organskih molekul na celotnem planetu Zemlja.

Njegovo strukturo lahko sklepamo iz njenega imena "ogljikovi hidrati", saj so to molekule s formulo (C H2O)n, kjer je n je večja od 3.

Funkcije ogljikovih hidratov so različne. Eden glavnih je strukturnega tipa, zlasti v rastlinah. V rastlinskem kraljestvu je celuloza glavni strukturni material, ki ustreza 80% suhe teže telesa.

Druga pomembna funkcija je njena energetska vloga. Polisaharidi, kot so škrob in glikogen, predstavljajo pomemben vir prehranskih rezerv.

Razvrstitev

Osnovne enote ogljikovih hidratov so monosaharidi ali preprosti sladkorji. To so derivati ​​linearnih aldehidov v verigi ali ketoni in polihidrični alkoholi.

Razvrščeni so glede na kemijsko naravo njihove karbonilne skupine v aldozah in ketozah. Razvrščeni so tudi glede na število ogljikov.

Monosaharidi so združeni v oligosaharide, ki se pogosto pojavljajo v povezavi z drugimi vrstami organskih molekul, kot so beljakovine in lipidi. Ti so razvrščeni v homopolisaharide ali heteropolisaharide, odvisno od tega, ali so sestavljeni iz istih monosaharidov (prvi primer) ali so različni.

Poleg tega so razvrščeni tudi glede na naravo monosaharida, ki jih sestavljajo. Polimeri glukoze se imenujejo glukani, tisti, ki jih tvori galaktoza, imenujemo galaktani in tako naprej.

Polisaharidi imajo posebnost oblikovanja linearnih in razvejanih verig, ker lahko glikozidne vezi nastanejo s katerokoli izmed hidroksilnih skupin, najdenih v monosaharidu..

Ko je povezano večje število monosaharidnih enot, govorimo o polisaharidih.

-Lipidi

Lipidi (iz grščine lipos, kar pomeni maščobe) so organske molekule, netopne v vodi in topne v anorganskih topilih, kot je kloroform. To so maščobe, olja, vitamini, hormoni in biološke membrane.

Razvrstitev

Maščobne kisline: so karboksilne kisline z verigami, ki jih tvorijo precej dolgi ogljikovodiki. Fiziološko jih je redko odkriti, saj so večinoma zaestrene.

Pri živalih in rastlinah jih pogosto najdemo v nenasičeni obliki (ki tvorita dvojne vezi med ogljiki) in polinenasičenimi (z dvema ali več dvojnimi vezmi)..

Triacilgliceroli: Prav tako imenovane trigliceridi ali nevtralne maščobne kisline predstavljajo večino maščob in olj, ki so prisotne v živalih in rastlinah. Njegova glavna naloga je shranjevanje energije pri živalih. Te imajo posebne celice za shranjevanje.

Razvrščajo se glede na identiteto in položaj ostankov maščobnih kislin. Na splošno so rastlinska olja tekoča pri sobni temperaturi in so bogatejša z ostanki maščobnih kislin z dvojnimi in trojnimi vezmi med njimi..

Nasprotno pa so živalske maščobe trdne pri sobni temperaturi, število nenasičenih ogljikov pa nizko.

Glycerophospholipids: znane tudi kot fosfogliceridi, so glavne sestavine lipidnih membran.

Glicerofosfolipidi imajo "rep" z nepolarnimi ali hidrofobnimi lastnostmi ter polarno ali hidrofilno "glavo". Te strukture so združene v dvosloj, pri čemer so repi usmerjeni navznoter, da tvorijo membrane. V njih so vključene vrste beljakovin.

Sfingolipidi: so lipidi, ki se nahajajo v zelo majhnih količinah. So tudi del membran in so derivati ​​sfingozina, dihidrosfingozina in njihovih homologov.

Holesterol: pri živalih je prevladujoča sestavina membran, ki spreminja njene lastnosti, kot je njena fluidnost. Prav tako se nahaja v membranah celičnih organelov. Je pomemben predhodnik steroidnih hormonov, povezanih s spolnim razvojem.

-Nukleinske kisline

Nukleinske kisline so DNA in različne vrste RNA, ki obstajajo. DNA je odgovorna za shranjevanje vseh genetskih informacij, ki omogočajo razvoj, rast in vzdrževanje živih organizmov.

RNA pa po drugi strani sodeluje pri prehodu genetskih informacij, kodiranih v DNA, na proteinske molekule. Klasično se razlikujejo tri vrste RNA: sel, prenos in ribosomal. Vendar pa obstajajo številne majhne RNA, ki imajo regulativne funkcije.

Strukturni bloki: nukleotidi

Strukturni bloki nukleinskih kislin, DNA in RNA, so nukleotidi. Kemično so to pentozni fosfatni estri, v katerih je na prvi ogljik vezana dušikova baza. Razlikujemo lahko ribonukleotide in deoksiribonukleotide.

Te molekule so ravne, aromatične in heterociklične. Ko je fosfatna skupina odsotna, se nukleotid preimenuje v nukleozid.

Poleg njihove vloge monomerov v nukleinskih kislinah so te molekule biološko povsod prisotne in sodelujejo v velikem številu procesov..

Nukleozidni trifosfati so energijsko bogati izdelki, kot je ATP, in se uporabljajo kot energijska valuta celičnih reakcij. So pomemben sestavni del koencimov NAD+, NADP+, FMN, FAD in koencim A. Končno so regulativni elementi različnih presnovnih poti.

Primeri

Obstaja neskončno število primerov organskih molekul. V nadaljevanju bodo razpravljali o najpomembnejših in najbolj raziskanih biokemikih:

Hemoglobin

Hemoglobin, rdeči pigment v krvi, je eden od klasičnih primerov beljakovin. Zahvaljujoč široki razpršenosti in enostavni izolaciji je bila raziskana že od antike.

Je beljakovina, ki jo sestavljajo štiri podenote, zato vstopi v klasifikacijo tetramernih, z dvema alfa enotama in dvema beta. Podenote hemoglobina so povezane z majhno beljakovino, ki je odgovorna za vnos kisika v mišice: mioglobin.

Heme skupina je derivat porfirina. To označuje hemoglobin in je ista skupina, ki jo najdemo v citokromih. Heme skupina je odgovorna za značilno rdečo barvo krvi in ​​je fizikalna regija, kjer se vsak globin monomer veže s kisikom.

Glavna naloga te beljakovine je prenos kisika iz organa, ki je odgovoren za izmenjavo plinov - klicanje pljuč, škrg ali kože - v kapilare, za uporabo pri dihanju.

Celuloza

Celuloza je linearni polimer, sestavljen iz podenot D-glukoze, ki so povezani z vezmi tipa beta 1,4. Kot večina polisaharidov nimajo omejene največje velikosti. Vendar pa v povprečju predstavljajo približno 15.000 glukoznih ostankov.

Je sestavni del celičnih sten rastlin. Zahvaljujoč celulozi so te trdne in omogočajo obvladovanje osmotskega stresa. Tudi v večjih rastlinah, kot so drevesa, celuloza daje podporo in stabilnost.

Čeprav so večinoma povezane z zelenjavo, imajo nekatere živali, imenovane tunicije, v svoji strukturi celulozo.

Ocenjuje se, da je v povprečju 1015 kilogrami celuloze se sintetizirajo - in razgradijo - na leto.

Biološke membrane

Biološke membrane so sestavljene predvsem iz dveh biomolekul, lipidov in beljakovin. Prostorska konformacija lipidov je v obliki dvosloja, pri čemer hidrofobni repi kažejo na notranjost in hidrofilne glave na zunanjost..

Membrana je dinamična entiteta in njene komponente doživljajo pogoste premike.

Reference

  1. Aracil, C. B., Rodriguez, M.P., Magraner, J.P., & Perez, R.S. (2011). Osnove biokemije. Univerza v Valenciji.
  2. Battaner Arias, E. (2014). Zbirka encimologije. Izdaje Univerze v Salamanci.
  3. Berg, J. M., Stryer, L., in Tymoczko, J.L. (2007). Biokemija. Obrnil sem se.
  4. Devlin, T. M. (2004). Biokemija: učbenik s kliničnimi aplikacijami. Obrnil sem se.
  5. Diaz, A. P., & Pena, A. (1988). Biokemija. Uvodnik Limusa.
  6. Macarulla, J. M., & Goñi, F. M. (1994). Biokemija človeka: osnovni tečaj. Obrnil sem se.
  7. Müller-Esterl, W. (2008). Biokemija Osnove medicine in znanosti o življenju. Obrnil sem se.
  8. Teijón, J. M. (2006). Osnove strukturne biokemije. Uvodnik Tébar.