MAKROMOLEKULE: ZNAČILNOSTI, VRSTE, FUNKCIJE IN PRIMERI - BIOLOGIJA - 2026

V makromolekule so velike molekule - običajno nad 1000 atomov - tvorjene z zvezo monomerov estructurares ali manjše bloke. V živih stvareh najdemo štiri glavne vrste makromolekule: nukleinske kisline, lipidi, ogljikovi hidrati in beljakovine. Obstajajo tudi drugi sintetičnega izvora, na primer plastika.

Vsaka vrsta biološke makromolekule je sestavljena iz posebnega monomera, in sicer: nukleinskih kislin z nukleotidi, ogljikovih hidratov z monosaharidi, beljakovin z aminokislinami in lipidov iz ogljikovodikov spremenljive dolžine.

Vir: pixabay.com

Ogljikovi hidrati in lipidi glede na svojo funkcijo hranijo energijo celice za izvajanje svojih kemijskih reakcij, uporabljajo pa jih tudi kot strukturne sestavine.

Beljakovine imajo tudi strukturne funkcije, poleg tega, da so molekule s katalizacijo in transportno zmogljivostjo. Nazadnje, nukleinske kisline hranijo genetske informacije in sodelujejo pri sintezi beljakovin.

Sintetične makromolekule imajo enako strukturo kot biološke: veliko monomerov, povezanih skupaj, da tvorijo polimer. Primera tega sta polietilen in najlon. Sintetični polimeri se v industriji pogosto uporabljajo za izdelavo tkanin, plastike, izolacije itd.

značilnosti

Velikost

Kot pove že ime, je ena od značilnosti makromolekule velika velikost. Sestavljeni so iz vsaj 1.000 atomov, ki jih povezujejo kovalentne vezi. Pri tej vrsti vezi si atomi, ki sodelujejo v vezi, delijo elektrone zadnje stopnje.

Ustava

Drugi izraz, ki se uporablja za makromolekule, je polimer ("številni deli"), ki ga sestavljajo ponavljajoče se enote, imenovane monomeri ("en del"). To so strukturne enote makromolekul in so lahko enake ali različne med seboj, odvisno od primera.

Lahko bi uporabili analogijo otroške igre Lego. Vsak kos predstavlja monomere, in ko jih združimo, da tvorijo različne strukture, dobimo polimer.

Če so monomeri enaki, je polimer homopolimer; in če sta drugačna, bo to heteropolimer.

Obstaja tudi nomenklatura za označevanje polimera glede na njegovo dolžino. Če je molekula sestavljena iz nekaj podenot, jo imenujemo oligomer. Na primer, ko se želimo sklicevati na majhno nukleinsko kislino, ji rečemo oligonukleotid.

Struktura

Glede na neverjetno raznolikost makromolekul je težko vzpostaviti splošno strukturo. "Okostje" teh molekul je sestavljeno iz ustreznih monomerov (sladkorjev, aminokislin, nukleotidov itd.), Ki jih je mogoče razvrstiti v linearni, razvejani način ali prevzeti bolj zapletene oblike.

Kot bomo videli kasneje, so makromolekule lahko biološkega ali sintetičnega izvora. Prvi imajo neskončnost funkcij v živih bitjih, druge pa družba na primer pogosto uporablja - podobno plastiki.

Biološke makromolekule: funkcije, zgradba in primeri

Pri organskih bitjih najdemo štiri osnovne vrste makromolekule, ki opravljajo ogromno funkcij, kar omogoča razvoj in vzdrževanje življenja. To so beljakovine, ogljikovi hidrati, lipidi in nukleinske kisline. Spodaj bomo opisali njegove najpomembnejše značilnosti.

Beljakovine

Beljakovine so makromolekule, katerih strukturne enote so aminokisline. V naravi najdemo 20 vrst aminokislin.

Struktura

Ti monomeri so sestavljene iz osrednjega atoma ogljika (imenovan alfa ogljika) s kovalentne vezi povezan s štirih različnih skupin: atom vodika, amino skupina (NH ₂ ), karboksilno skupino (COOH) in R skupino.

20 vrst aminokislin se med seboj razlikujejo le po identiteti skupine R. Ta skupina se razlikuje glede na kemijsko naravo in lahko med drugim najde osnovne, kisle, nevtralne aminokisline z dolgimi, kratkimi in aromatičnimi verigami.

Ostanke aminokislin se držijo skupaj s peptidnimi vezmi. Narava aminokislin bo določila naravo in značilnosti nastalih beljakovin.

Linearno zaporedje aminokislin predstavlja primarno strukturo proteinov. Nato so zloženi in združeni v različne vzorce, ki tvorijo sekundarne, terciarne in kvartarne strukture.

Funkcija

Beljakovine služijo različnim funkcijam. Nekateri služijo kot biološki katalizatorji in jih imenujemo encimi; nekatere so strukturne beljakovine, kot so keratin v laseh, nohtih itd .; in drugi opravljajo transportne funkcije, kot je hemoglobin znotraj naših rdečih krvnih celic.

Nukleinske kisline: DNA in RNA

Druga vrsta polimera, ki je del živih bitij, so nukleinske kisline. V tem primeru strukturne enote niso aminokisline kot v beljakovinah, ampak so monomeri, imenovani nukleotidi.

Struktura

Nukleotidi so sestavljeni iz fosfatne skupine, pet-ogljikovega sladkorja (osrednja komponenta molekule) in dušikove baze.

Obstajata dve vrsti nukleotidov: ribonukleotidi in deoksiribonukleotidi, ki se glede na jedrni sladkor razlikujejo. Prvi so strukturni sestavni deli ribonukleinske kisline ali RNK, drugi pa deoksiribonukleinska kislina ali DNK.

V obeh molekulah so nukleotidi združeni s fosfodiestersko vezjo - enakovredno peptidni vezi, ki drži beljakovine skupaj.

Strukturni sestavni deli DNK in RNK so si podobni in se med seboj razlikujejo, saj RNA najdemo v obliki enojnega pasu, DNK pa v dvojnem pasu.

Funkcija

RNA in DNK sta dve vrsti nukleinskih kislin, ki jih najdemo v živih bitjih. RNA je večnamenska, dinamična molekula, ki se pojavlja v različnih strukturnih formacijah in sodeluje pri sintezi beljakovin in uravnavanju genske ekspresije.

DNK je makromolekula, zadolžena za shranjevanje vseh genetskih informacij organizma, potrebnih za njegov razvoj. Vse naše celice (razen zrelih rdečih krvnih celic) imajo genetsko gradivo, shranjeno v svojem jedru, na zelo kompakten in organiziran način.

Ogljikovi hidrati

Ogljikovi hidrati, znani tudi kot ogljikovi hidrati ali preprosto kot sladkorji, so makromolekule, sestavljene iz gradnikov, imenovanih monosaharidi (dobesedno "sladkor").

Struktura

Molekulska formula ogljikovih hidratov je (CH ₂ O) _n . Vrednost n se lahko razlikuje od 3, za najpreprostejši sladkor, do tisoč za najbolj zapletene ogljikove hidrate, saj je glede na dolžino precej spremenljiva.

Ti monomeri imajo sposobnost polimerizacije med seboj z reakcijo, ki vključuje dve hidroksilni skupini, kar ima za posledico tvorbo kovalentne vezi, imenovane glikozidna vez.

Ta vez ima monomere ogljikovih hidratov skupaj na enak način, tako da peptidne vezi in fosfodiesterske vezi vsebujejo beljakovine in nukleinske kisline.

Vendar se peptidne in fosfodiesterske vezi pojavljajo na specifičnih območjih njihovih sestavnih monomerov, medtem ko se glikozidne vezi lahko tvorijo s katero koli hidroksilno skupino.

Kot smo že omenili v prejšnjem razdelku, so majhne makromolekule označene s predpono oligo. V primeru majhnih ogljikovih hidratov se uporablja izraz oligosaharidi, če sta le dva monomera, je to disaharid, če pa sta večja, polisaharidi.

Funkcija

Sladkorji so temeljne makromolekule za življenje, saj izpolnjujejo energijske in strukturne funkcije. Te zagotavljajo kemično energijo, potrebno za poganjanje velikega števila reakcij znotraj celic in se uporabljajo kot "gorivo" za živa bitja.

Drugi ogljikovi hidrati, na primer glikogen, služijo za shranjevanje energije, tako da se celica lahko črpa nanjo, kadar je to potrebno.

Imajo tudi strukturne funkcije: so del drugih molekul, kot so nukleinske kisline, celične stene nekaterih organizmov in eksoskeleti žuželk.

Na primer, v rastlinah in nekaterih protetikih najdemo kompleksno ogljikovo hidrato, imenovano celuloza, sestavljeno iz samo glukoznih enot. Ta molekula je na zemlji neverjetno bogata, saj je prisotna v celičnih stenah teh organizmov in v drugih nosilnih strukturah.

Lipidi

"Lipid" je izraz, ki obsega veliko število nepolarnih ali hidrofobnih molekul (s fobijo ali odboj do vode), sestavljenih iz ogljikovih verig. Za razliko od omenjenih treh molekul, beljakovin, nukleinskih kislin in ogljikovih hidratov, za lipidov ni enega samega monomera.

Struktura

S strukturnega vidika se lahko lipid predstavlja na več načinov. Ker so narejeni iz ogljikovodikov (CH), vezi niso delno napolnjene, zato niso topne v polarnih topilih, kot je voda. Vendar jih lahko raztopimo v drugih vrstah nepolarnih topil, kot je benzen.

Maščobna kislina je sestavljena iz omenjenih ogljikovodikovih verig in karboksilne skupine (COOH) kot funkcionalne skupine. Na splošno maščobna kislina vsebuje 12 do 20 atomov ogljika.

Verige maščobnih kislin so lahko nasičene, kadar so vsi ogljiki povezani z enojnimi vezmi, ali nenasičene, če je v strukturi več kot ena dvojna vez. Če vsebuje več dvojnih vezi, je polinenasičena kislina.

Vrste lipidov glede na njihovo strukturo

V celici so tri vrste lipidov: steroidi, maščobe in fosfolipidi. Za steroide je značilna prostornina s štirimi obročki. Holesterol je najbolj znan in je pomemben sestavni del membran, saj nadzoruje njihovo pretočnost.

Maščobe so sestavljene iz treh maščobnih kislin, povezanih preko esterske vezi z molekulo, imenovano glicerol.

Nazadnje so fosfolipidi sestavljeni iz molekule glicerola, vezane na fosfatno skupino, in dveh verig maščobnih kislin ali izoprenoidov.

Funkcija

Tako kot ogljikovi hidrati tudi lipidi delujejo kot vir energije za celico in kot sestavni deli nekaterih struktur.

Lipidi imajo bistveno funkcijo za vse žive oblike: so bistvena sestavina plazemske membrane. Te tvorijo ključno mejo med živim in neživim, saj služijo kot selektivna ovira, ki odloča, kaj vstopi v celico in kaj ne, zahvaljujoč njihovi polprepustni lastnosti.

Membrane poleg lipidov sestavljajo tudi različni proteini, ki delujejo kot selektivni prenašalci.

Nekateri hormoni (na primer spolni) so po naravi lipidni in so ključni za razvoj telesa.

Prevoz

V bioloških sistemih se makromolekule prenašajo med notranjo in zunanjo celico s postopki, imenovanimi endo in eksocitoza (ki vključujejo tvorbo veziklov) ali z aktivnim transportom.

Endocitoza obsega vse mehanizme, ki jih celica uporablja za dosego vstopa velikih delcev in je razvrščena kot: fagocitoza, kadar je element, ki ga je treba pogoltniti, trden delček; pinocitoza, ko vstopi zunajcelična tekočina; in endocitoza, posredovana z receptorji.

Večina molekul, ki jih zaužijemo na ta način, konča v organeli, ki je odgovorna za prebavo: lizosomu. Drugi se končajo v fagosomih - ki imajo fuzijske lastnosti z lizosomi in tvorijo strukturo, imenovano fagolizom.

Na ta način encimska baterija, prisotna v lizosomu, razgradi makromolekule, ki so bile sprva vnesene. Monomeri, ki so jih tvorili (monosaharidi, nukleotidi, aminokisline), se prevažajo nazaj v citoplazmo, kjer se uporabljajo za tvorbo novih makromolekul.

Po celotnem črevesju so celice, ki imajo posebne transporterje za absorpcijo vsake makromolekule, ki so jo zaužili v prehrani. Na primer, transportera PEP1 in PEP2 se uporabljata za beljakovine, SGLT pa za glukozo.

Sintetične makromolekule

V sintetičnih makromolekulah najdemo tudi enak strukturni vzorec, ki je opisan za makromolekule biološkega izvora: monomere ali majhne podenote, ki jih povezujejo vezi, da tvorijo polimer.

Obstajajo različne vrste sintetičnih polimerov, najpreprostejši je polietilen. Gre za inertne plastike s kemijsko formulo CH ₂ CH ₂ (povezana tudi z dvojno vezjo) dokaj pogosta v industriji, ker je poceni in enostavna za izdelavo.

Kot je razvidno, je struktura te plastike linearna in nima razvejenosti.

Poliuretan je še en polimer, ki se široko uporablja v industriji za proizvodnjo pene in izolatorjev. Gotovo bomo v naših kuhinjah imeli gobo tega materiala. Ta material dobimo s kondenzacijo hidroksilnih baz, pomešanih z elementi, imenovanimi diizocijanati.

Obstajajo tudi drugi sintetični polimeri večje kompleksnosti, na primer najlon (ali najlon). Med njegovimi lastnostmi je zelo odporen, z občutljivo elastičnostjo. Tekstilna industrija izkorišča te lastnosti za izdelavo tkanin, ščetin, linij itd. Zdravniki ga uporabljajo tudi za izvajanje šivov.

Reference

1. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biokemija. Sem obrnil.
2. Campbell, MK, & Farrell, SO (2011). Biokemija. Thomson. Brooks / Cole.
3. Devlin, TM (2011). Učbenik biokemije. John Wiley & Sons.
4. Freeman, S. (2017). Biološka znanost. Pearsonova vzgoja.
5. Koolman, J., in Röhm, KH (2005). Biokemija: besedilo in atlas. Panamerican Medical Ed.
6. Moldoveanu, SC (2005). Analitična piroliza sintetičnih organskih polimerov (Vol. 25). Elsevier.
7. Moore, JT in Langley, RH (2010). Biokemija za lutke. John Wiley & Sons.
8. Mougios, V. (2006). Vaja biokemija. Kinetika človeka.
9. Müller-Esterl, W. (2008). Biokemija. Osnove medicine in življenjskih ved. Sem obrnil.
10. Poortmans, JR (2004). Načela biokemije vadbe. 3 ^rd , dopolnjena izdaja. Karger.
11. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biokemija. Panamerican Medical Ed.