ORGANSKE BIOMOLEKULE: ZNAČILNOSTI, FUNKCIJE IN PRIMERI - BIOLOGIJA - 2026

V organskih biomolekul najdemo v vseh živih bitjih in so značilni po strukturi, ki temelji na ogljikovem atomu. Če jih primerjamo z anorganskimi molekulami, so organske po svoji zgradbi veliko bolj zapletene. Poleg tega so veliko bolj raznolike.

Razvrščamo jih v beljakovine, ogljikove hidrate, lipide in nukleinske kisline. Njegove funkcije so izjemno raznolike. Beljakovine sodelujejo kot strukturni, funkcionalni in katalitični elementi. Ogljikovi hidrati imajo tudi strukturne funkcije in so glavni vir energije za organska bitja.

Vir: pixabay.com

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

Splošne značilnosti

Ena najpomembnejših značilnosti organskih biomolekul je njihova vsestranskost, ko gre za oblikovanje struktur. Ta ogromna raznolikost organskih različic, ki lahko obstajajo, je posledica ugodnih razmer, ki jih ogljikov atom prispeva sredi drugega obdobja.

Ogljikov atom ima v zadnji energijski ravni štiri elektrone. Zahvaljujoč svoji srednji elektronegativnosti lahko tvori vezi z drugimi atomi ogljika, tvori verige različnih oblik in dolžine, odprte ali zaprte, z enojnimi, dvojnimi ali trojnimi vezmi v notranjosti.

Na enak način mu povprečna elektronegativnost ogljikovega atoma omogoča, da tvori vezi z drugimi atomi, ki se razlikujejo od ogljika, kot so elektropozitivni (vodik) ali elektronegativni (kisik, dušik, žveplo, med drugim).

Ta lastnost vezi omogoča določitev razvrstitve ogljika v primarni, sekundarni, terciarni ali kvarterni, odvisno od števila ogljika, s katerim je povezan. Ta klasifikacijski sistem ni odvisen od števila odstopanj, povezanih s povezavo.

Razvrstitev in funkcije

Organske molekule so razvrščene v štiri velike skupine: beljakovine, ogljikovi hidrati, lipidi in nukleinske kisline. Podrobneje jih bomo opisali spodaj:

-Proteini

Beljakovine so skupina organskih molekul, ki jih biologi najbolje opredelijo in označujejo. To obsežno znanje je predvsem posledica notranje enostavnosti, ki obstaja, da je izolirana in značilna - v primerjavi s preostalimi tremi organskimi molekulami.

Beljakovine igrajo številne izjemno široke biološke vloge. Lahko služijo kot nosilne, strukturne in celo katalitične molekule. Zadnjo skupino sestavljajo encimi.

Gradniki: aminokisline

Gradniki beljakovin so aminokisline. V naravi najdemo 20 vrst aminokislin, vsaka s svojimi dobro opredeljenimi fizikalno-kemijskimi lastnostmi.

Te molekule so razvrščene kot alfa-aminokisline, ker imajo primarno amino skupino in skupino karboksilne kisline kot substituent na istem ogljikovem atomu. Izjema od tega pravila je aminokislina prolin, ki je zaradi prisotnosti sekundarne amino skupine razvrščena kot alfa-imino kislina.

Da bi tvorili beljakovine, morajo ti „gradniki“ polimerizirati in to storijo s tvorbo peptidne vezi. Tvorba beljakovinske verige vključuje odstranitev ene molekule vode za vsako peptidno vez. Ta vez je predstavljena kot CO-NH.

Poleg tega, da so del beljakovin, nekatere aminokisline veljajo za energijske presnovke in mnoge izmed njih so bistveni prehranski elementi.

Lastnosti aminokislin

Vsaka aminokislina ima svojo maso in svoj povprečen videz v beljakovinah. Poleg tega ima vsaka pK vrednost alfa-karboksilne kisline, alfa-amino in stranskih skupin.

Vrednosti pK skupin karboksilne kisline so približno 2,2; medtem ko alfa-amino skupine predstavljajo vrednosti pK blizu 9,4. Ta lastnost vodi do značilne strukturne značilnosti aminokislin: pri fiziološkem pH sta obe skupini v ionski obliki.

Kadar molekula nosi nabite skupine nasprotnih polaritet, jih imenujemo zwitterions ali zwitterions. Zato lahko aminokislina deluje kot kislina ali kot baza.

Večina alfa-aminokislin ima tališča blizu 300 ° C. Lažje se raztopijo v polarnih okoljih v primerjavi z njihovo topnostjo v nepolarnih topilih. Večina je precej topnih v vodi.

Struktura beljakovin

Za določitev funkcije določenega proteina je treba določiti njegovo strukturo, torej tridimenzionalno razmerje med atomi, ki sestavljajo zadevni protein. Za beljakovine so bile določene štiri stopnje organizacije njihove strukture:

Primarna struktura : se nanaša na aminokislinsko zaporedje, ki sestavlja protein, brez kakršne koli konformacije, ki jo lahko sprejmejo njene stranske verige.

Sekundarna struktura : tvorjena je z lokalno prostorsko razporeditvijo skeletnih atomov. Ponovno se konformacija stranskih verig ne upošteva.

Terciarna struktura : se nanaša na tridimenzionalno strukturo celotnega proteina. Čeprav je težko določiti jasno ločitev med terciarno in sekundarno strukturo, se za določitev sekundarnih struktur uporabljajo izključno določene skladnosti (na primer prisotnost vijačnic, zloženih listov in sukancev).

Četverica : velja za tiste proteine, ki jih sestavlja več podenot. Se pravi dve ali več posameznih polipeptidnih verig. Te enote lahko medsebojno delujejo prek kovalentnih sil ali prek disulfidnih vezi. Prostorska razporeditev podenot določa kvartarno strukturo.

Ogljikovi hidrati

Ogljikovi hidrati, ogljikovi hidrati ali saharidi (iz grške korenine sakcharón, kar pomeni sladkor) so najbolj obilen razred organskih molekul na celotnem planetu Zemlji.

Njihova struktura je mogoče razbrati iz njihovih imenom "ogljikovi hidrati", saj so molekule s formulo (CH ₂ O) _n , kjer je n večji kot 3.

Funkcije ogljikovih hidratov so raznolike. Eden glavnih je strukturnega tipa, zlasti pri rastlinah. V rastlinskem kraljestvu je celuloza njen glavni strukturni material, kar ustreza 80% suhe teže telesa.

Druga pomembna funkcija je njegova energijska vloga. Polisaharidi, kot škrob in glikogen, predstavljajo pomembne vire prehranskih zalog.

Razvrstitev

Osnovne enote ogljikovih hidratov so monosaharidi ali preprosti sladkorji. Ti so pridobljeni iz aldehidov ali ketonov z ravno verigo ali večhidričnih alkoholov.

Razvrščamo jih po kemijski naravi njihove karbonilne skupine v aldoze in ketoze. Razvrščajo jih tudi glede na število ogljika.

Monosaharidi se združujejo in tvorijo oligosaharide, ki jih pogosto najdemo v povezavi z drugimi vrstami organskih molekul, kot so beljakovine in lipidi. Ti so razvrščeni kot homopolisaharidi ali heteropolisaharidi, 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 sestavlja. Glukozni polimeri se imenujejo glukani, tisti, ki so narejeni iz galaktoze, se imenujejo galaktani in tako naprej.

Polisaharidi imajo posebnost, da tvorijo ravne in razvejane verige, saj lahko nastanejo glikozidne vezi s katero koli izmed hidroksilnih skupin, ki jih najdemo v monosaharidu.

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

-Lididi

Lipidi (iz grške lipos, kar pomeni maščoba) so organske molekule, ki so netopne v vodi in topne v anorganskih topilih, kot je kloroform. Te sestavljajo maščobe, olja, vitamine, hormone in biološke membrane.

Razvrstitev

Maščobne kisline : so karboksilne kisline z verigami, ki jih tvorijo ogljikovodiki velike dolžine. Fiziološko jih redko najdemo brez, saj so v večini primerov esterificirani.

Pri živalih in rastlinah jih pogosto najdemo v njihovi nenasičeni obliki (tvorijo dvojne vezi med ogljiki) in polinenasičenih (z dvema ali več dvojnimi vezmi).

Triacilgliceroli : imenujejo jih tudi trigliceridi ali nevtralne maščobe, saj predstavljajo večino maščob in olj, prisotnih v živalih in rastlinah. Njegova glavna funkcija je shranjevanje energije pri živalih. Te imajo specializirane celice za shranjevanje.

Razvrščamo jih glede na identiteto in položaj ostankov maščobnih kislin. Rastlinska olja so na splošno tekoča pri sobni temperaturi in so bogatejša z ostanki maščobnih kislin z dvojnimi in trojnimi vezmi med njihovimi ogljiki.

Živalske maščobe so v nasprotju s tem pri sobni temperaturi trdne, število nenasičenih ogljikov pa majhno.

Glicerofosfolipidi : znani tudi kot fosfogliceridi, so glavni sestavni deli lipidnih membran.

Glicerofosfolipidi imajo "rep" z apolarnimi ali hidrofobnimi lastnostmi in polarno ali hidrofilno "glavo". Te strukture so združene v dvoslojni, pri čemer so repi usmerjeni navznoter, da tvorijo membrane. V njih je vgrajena vrsta beljakovin.

Sfingolipidi : so lipidi, ki jih najdemo v zelo nizkih količinah. Prav tako so del membran in izvirajo iz sfingozina, dihidrosfingozina in njihovih homologov.

Holesterol : pri živalih je prevladujoč sestavni del membran, ki spreminja njihove lastnosti, kot je njihova pretočnost. Nahaja se tudi v membranah celičnih organelov. Je pomemben predhodnik steroidnih hormonov, povezanih s spolnim razvojem.

-Nukleinska kislina

Nukleinske kisline so DNK in različne vrste RNA, ki obstajajo. DNK je odgovoren za shranjevanje vseh genetskih informacij, kar omogoča razvoj, rast in vzdrževanje živih organizmov.

RNA pa sodeluje pri prenosu genetskih informacij, kodiranih v DNK, do beljakovinskih molekul. Klasično ločimo tri vrste RNA: sel, prenos in ribosomal. Vendar pa obstaja več majhnih RNK, ki imajo regulativne funkcije.

Gradniki: nukleotidi

Gradniki nukleinskih kislin, DNA in RNA, so nukleotidi. Kemično so to fosfatni estri pentoz, v katerih je na prvi ogljik vezan dušik. Ločimo lahko med ribonukleotidi in deoksiribonukleotidi.

Te molekule so ploščate, aromatične in heterociklične. Kadar fosfatna skupina ni, se nukleotid preimenuje v nukleozid.

Te molekule so poleg svoje vloge monomerov v nukleinskih kislinah biološko vseprisotne in sodelujejo v pomembnem številu procesov.

Nukleozidni trifosfati so produkti bogate z energijo, kot je ATP in se uporabljajo kot energijska valuta celičnih reakcij. So pomemben sestavni del koencimov NAD ⁺ , NADP ⁺ , FMN, FAD in koencima A. Končno so regulativni elementi različnih presnovnih poti.

Primeri

Obstaja nešteto primerov organskih molekul. Spodaj bodo obravnavani najpomembnejši in preučeni biokemiki:

Hemoglobin

Hemoglobin, rdeči pigment v krvi, je eden klasičnih primerov beljakovin. Zahvaljujoč široki difuziji in lahki izolaciji je bil protein že od antičnih časov raziskan.

Gre za protein, ki ga sestavljajo štiri podenote, zato spada pod tetramerno klasifikacijo z dvema alfa in dvema beta enotama. Podenote hemoglobina so povezane z majhnim beljakovinam, odgovornim za vnos kisika v mišico: mioglobinom.

Skupina hema je derivat porfirina. To je značilno za hemoglobin in je ista skupina, ki jo najdemo v citokromih. Skupina heme je odgovorna za značilno rdečo barvo krvi in ​​je fizična regija, kjer se vsak monomer globina veže s kisikom.

Glavna funkcija tega beljakovine je prevoz kisika iz organa, ki je odgovoren za izmenjavo plinov - imenujemo ga pljuča, škrge ali koža - do kapilar, ki se uporabljajo pri dihanju.

Celuloza

Celuloza je linearni polimer, ki ga sestavljajo podenote D-glukoze, povezane z vezmi tipa beta 1,4. Kot večina polisaharidov tudi oni nimajo omejene največje velikosti. Vendar imajo v povprečju okoli 15.000 ostankov glukoze.

Je sestavni del celičnih sten rastlin. Zahvaljujoč celulozi so toge in omogočajo, da prenesejo osmotski stres. Podobno je pri večjih rastlinah, kot so drevesa, celuloza zagotavlja podporo in stabilnost.

Čeprav je večinoma povezan z zelenjavo, imajo nekatere živali, imenovane plaščarji, celulozo v svoji strukturi.

Ocenjujejo, da se na leto sintetizira - in razgradi v povprečju 10 ¹⁵ kilogramov celuloze.

Biološke membrane

Biološke membrane so v glavnem sestavljene iz dveh biomolekul, lipidov in beljakovin. Prostorska konformacija lipidov je v obliki dvosloja, pri čemer so hidrofobni repi usmerjeni navznoter, hidrofilne glave pa usmerjene navzven.

Membrana je dinamična entiteta in njene komponente doživljajo pogoste premike.

Reference

1. Aracil, CB, Rodríguez, poslanec, Magraner, JP, in Pérez, RS (2011). Osnove biokemije. Univerza v Valenciji.
2. Battaner Arias, E. (2014). Zbirka encimologije. Univerzitetne izdaje Salamanca.
3. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biokemija. Sem obrnil.
4. Devlin, TM (2004). Biokemija: učbenik s kliničnimi aplikacijami. Sem obrnil.
5. Díaz, AP, & Pena, A. (1988). Biokemija. Uredništvo Limusa.
6. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1994). Človeška biokemija: osnovni tečaj. Sem obrnil.
7. Müller - Esterl, W. (2008). Biokemija. Osnove medicine in življenjskih ved. Sem obrnil.
8. Teijón, JM (2006). Osnove strukturne biokemije. Uredništvo Tébar.