BIOMOLEKULĖS: KLASIFIKACIJA IR PAGRINDINĖS FUNKCIJOS - BIOLOGIJA - 2025

Į biomolekulių yra molekulės, kurios generuoja gyvų būtybių. Priešdėlis „bio“ reiškia gyvenimą; todėl biomolekulė yra molekulė, kurią gamina gyva būtybė. Gyvos būtybės yra sudarytos iš skirtingų rūšių molekulių, kurios atlieka įvairias gyvenimui reikalingas funkcijas.

Gamtoje yra biotinių (gyvų) ir abiotinių (negyvų) sistemų, kurios sąveikauja ir kai kuriais atvejais keičiasi elementais. Viena bendra visų gyvų būtybių savybė yra tai, kad jie yra organiniai, o tai reiškia, kad jų sudedamąsias molekules sudaro anglies atomai.

Biomolekulės, be anglies, turi ir kitų bendrų atomų. Šiuos atomus sudaro vandenilis, deguonis, azotas, fosforas ir siera. Šie elementai taip pat vadinami bioelementais, nes jie yra pagrindinis biologinių molekulių komponentas.

Tačiau yra ir kitų atomų, kurie taip pat yra kai kuriose biomolekulėse, nors mažesniais kiekiais. Paprastai tai yra metalo jonai, tokie kaip kalis, natris, geležis ir magnis. Taigi biomolekulės gali būti dviejų tipų: organinės arba neorganinės.

Taigi organizmai yra sudaryti iš daugelio rūšių anglies molekulių, pavyzdžiui: cukraus, riebalų, baltymų ir nukleorūgščių. Tačiau yra ir kitų junginių, kurie taip pat yra sudaryti iš anglies ir nėra biologinių molekulių dalis.

Šių anglies turinčių molekulių, kurių nėra biologinėse sistemose, galima rasti žemės plutoje, ežeruose, jūrose ir vandenynuose bei atmosferoje. Šių elementų judėjimas gamtoje aprašomas vadinamuosiuose biogeocheminiuose cikluose.

Manoma, kad šios gamtoje randamos paprastos organinės molekulės sukūrė pačias sudėtingiausias biomolekules, kurios yra pagrindinės gyvenimo struktūros dalis: ląstelė. Tai vadinama abiotinės sintezės teorija.

Biomolekulių klasifikacija ir funkcijos

Biomolekulės yra įvairaus dydžio ir struktūros, todėl joms būdingos unikalios savybės, reikalingos skirtingoms gyvenimui reikalingoms funkcijoms atlikti. Taigi, biomolekulės, be kita ko, veikia kaip informacijos kaupimas, energijos šaltinis, atrama, ląstelių metabolizmas.

Biomolekulės gali būti suskirstytos į dvi dideles grupes, atsižvelgiant į tai, ar yra arba nėra anglies atomų.

Neorganinės biomolekulės

Tai visos molekulės, esančios gyvose būtybėse ir kurių molekulinėje struktūroje nėra anglies. Neorganinės molekulės taip pat gali būti randamos kitose (negyvose) gamtos sistemose.

Neorganinės biomolekulės yra šios:

Vanduo

Tai yra pagrindinis ir pamatinis gyvų būtybių komponentas, tai yra molekulė, kurią sudaro deguonies atomas, sujungtas su dviem vandenilio atomais. Vanduo yra gyvybiškai būtinas ir yra labiausiai paplitusi biomolekulė.

Nuo 50 iki 95% bet kurios gyvos būtybės svorio yra vanduo, nes būtina atlikti keletą svarbių funkcijų, tokių kaip šilumos reguliavimas ir medžiagų gabenimas.

Mineralinės druskos

Tai paprastos molekulės, sudarytos iš priešingai įkrautų atomų, visiškai atsiskiriančių vandenyje. Pvz .: natrio chloridas, sudarytas iš chloro atomo (neigiamai įkrauto) ir natrio atomo (teigiamai įkrauto).

Mineralinės druskos dalyvauja formuojant standžias struktūras, tokias kaip stuburinių gyvūnų kaulai ar bestuburių egzoskeletas. Šios neorganinės biomolekulės taip pat yra reikalingos atliekant daugelį svarbių ląstelių funkcijų.

Dujos

Tai yra molekulės, kurios yra dujų pavidalu. Jie yra būtini gyvūnų kvėpavimui ir augalų sintezei.

Šių dujų pavyzdžiai: molekulinis deguonis, sudarytas iš dviejų sujungtų deguonies atomų; ir anglies dioksidas, sudarytas iš anglies atomo, sujungto su dviem deguonies atomais. Abi biomolekulės dalyvauja dujų mainuose, kuriuos gyvos būtybės vykdo su savo aplinka.

Organinės biomolekulės

Organinės biomolekulės yra tos molekulės, kurių struktūroje yra anglies atomai. Organinės molekulės taip pat gali būti randamos gamtoje kaip negyvosios sistemos dalis, ir jos sudaro vadinamąją biomasę.

Organinės biomolekulės yra šios:

Angliavandeniai

Angliavandeniai yra turbūt labiausiai paplitusios ir labiausiai paplitusios organinės medžiagos gamtoje, ir jos yra svarbios visų gyvų dalykų sudedamosios dalys.

Angliavandenius gamina žali augalai iš anglies dioksido ir vandens fotosintezės metu.

Šios biomolekulės daugiausia sudarytos iš anglies, vandenilio ir deguonies atomų. Jie taip pat žinomi kaip angliavandeniai arba sacharidai ir veikia kaip energijos šaltiniai ir kaip organizmų struktūriniai komponentai.

- Monosacharidai

Monosacharidai yra paprasčiausi angliavandeniai ir dažnai vadinami paprastaisiais cukrumi. Jie yra elementarūs blokai, iš kurių susidaro visi didžiausi angliavandeniai.

Monosacharidai turi bendrąją molekulinę formulę (CH2O) n, kur n gali būti 3, 5 arba 6. Taigi, monosacharidai gali būti klasifikuojami pagal molekulėje esančių anglies atomų skaičių:

Jei n = 3, molekulė yra triozė. Pvz .: glicerraldehidas.

Jei n = 5, molekulė yra pentozė. Pvz .: ribozė ir dezoksiribozė.

Jei n = 6, molekulė yra heksozė. Pvz .: fruktozė, gliukozė ir galaktozė.

Pentozės ir heksozės gali būti dviejų formų: ciklinės ir ne ciklinės. Ciklinės formos molekulinės struktūros pasižymi dviem funkcinėmis grupėmis: aldehido grupe arba ketono grupe.

Monosacharidai, kuriuose yra aldehido grupė, yra vadinami aldozėmis, o tie, kurie turi ketonų grupę, yra vadinami ketozėmis. Aldozės redukuoja cukrų, o ketozės - nesumažinančius cukrų.

Tačiau vandenyje pentozės ir heksozės egzistuoja daugiausia cikliniu pavidalu, ir būtent tokia forma jos sujungiamos, kad sudarytų didesnes sacharido molekules.

- disacharidai

Dauguma gamtoje randamų cukrų yra disacharidai. Jie susidaro susidarius glikozidiniam ryšiui tarp dviejų monosacharidų, vykstant kondensacijos reakcijai, išlaisvinančiai vandenį. Šiam jungties formavimo procesui reikia energijos, kad abu monosacharidų vienetai būtų laikomi kartu.

Trys svarbiausi disaharidai yra sacharozė, laktozė ir maltozė. Jie susidaro iš atitinkamų monosacharidų kondensacijos. Sacharozė yra nesumažinantis cukrus, o laktozė ir maltozė - redukcinis cukrus.

Disacharidai tirpsta vandenyje, tačiau yra biomolekulės, kurios yra per didelės, kad difuzijos būdu pereitų ląstelės membraną. Dėl šios priežasties virškinimo metu jie suskaidomi plonojoje žarnoje, kad jų pagrindiniai komponentai (ty monosacharidai) patektų į kraują ir kitas ląsteles.

Monosacharidus ląstelės naudoja labai greitai. Tačiau jei ląstelei nereikia energijos, ji gali ją nedelsdama laikyti sudėtingesnių polimerų pavidalu. Taigi monosacharidai virsta disacharidais per kondensacijos reakcijas, kurios vyksta ląstelėje.

- oligosacharidai

Oligosacharidai yra tarpinės molekulės, sudarytos iš trijų iki devynių paprastų cukraus vienetų (monosacharidų). Jie susidaro dalinai skaidydami sudėtingesnius angliavandenius (polisacharidus).

Labiausiai natūraliai esantys oligosacharidai randami augaluose ir, išskyrus maltotriozę, yra nevirškinami žmonėms, nes žmogaus kūne trūksta reikiamų fermentų plonojoje žarnoje, kad jie galėtų suskaidyti.

Storojoje žarnoje naudingos bakterijos gali suskaidyti oligosacharidus per fermentaciją; taigi jie virsta absorbuojamomis maistinėmis medžiagomis, kurios suteikia šiek tiek energijos. Tam tikri oligosacharidų skilimo produktai gali turėti teigiamą poveikį storosios žarnos gleivinei.

Oligosacharidų pavyzdžiai yra rafinozė, trisacharidas iš ankštinių augalų ir kai kurie grūdai, sudaryti iš gliukozės, fruktozės ir galaktozės. Maltotriozė, gliukozės trisacharidas, atsiranda kai kuriuose augaluose ir kai kurių nariuotakojų kraujyje.

- Polisacharidai

Monosacharidai gali patirti daugybę kondensacijos reakcijų, vienas grandis po kito pridedami prie grandinės, kol susidarys labai didelės molekulės. Tai yra polisacharidai.

Polisacharidų savybės priklauso nuo kelių jų molekulinės struktūros veiksnių: ilgio, šoninių šakų, raukšlių ir jei grandinė yra „tiesi“ ar „susukta“. Gamtoje yra keletas polisacharidų pavyzdžių.

Krakmolas dažnai gaminamas augaluose kaip būdas kaupti energiją, ir jį sudaro α-gliukozės polimerai. Jei polimeras yra šakotas, jis vadinamas amilopektinu, o jei jis nėra šakotas, vadinamas amiloze.

Glikogenas yra energijos atsargų polisacharidas gyvūnams ir yra sudarytas iš amilopektinų. Taigi augalų krakmolas organizme suskaidomas, kad susidarytų gliukozė, kuri patenka į ląstelę ir naudojama metabolizmui. Nenaudojama gliukozė polimerizuojasi ir sudaro glikogeną, energijos kaupiklį.

Lipidai

Lipidai yra kitos rūšies organinės biomolekulės, kurių pagrindinė savybė yra tai, kad jie yra hidrofobiniai (jie atstumia vandenį), todėl jie netirpsta vandenyje. Priklausomai nuo jų struktūros, lipidus galima suskirstyti į 4 pagrindines grupes:

- trigliceridai

Trigliceridus sudaro glicerolio molekulė, prijungta prie trijų riebalų rūgščių grandinių. Riebalų rūgštis yra linijinė molekulė, kurios viename gale yra karboksirūgštis, o kitame gale seka angliavandenilių grandinė ir metilo grupė.

Priklausomai nuo jų struktūros, riebiosios rūgštys gali būti sočios arba nesočios. Jei angliavandenilių grandinėje yra tik viengubos jungtys, tai yra sočiųjų riebalų rūgštis. Ir atvirkščiai, jei ši angliavandenilių grandinė turi vieną ar daugiau dvigubų jungčių, riebalų rūgštis yra nesočioji.

Šioje kategorijoje yra aliejai ir riebalai. Pirmieji yra augalų energetiniai rezervai, jie turi nesočiųjų medžiagų ir yra skysti kambario temperatūroje. Priešingai, riebalai yra gyvūnų energijos atsargos, jie yra prisotintos ir kietos molekulės kambario temperatūroje.

Fosfolipidai

Fosfolipidai yra panašūs į trigliceridus tuo, kad turi glicerolio molekulę, prijungtą prie dviejų riebalų rūgščių. Skirtumas tas, kad fosfolipidai turi trečiojoje glicerolio anglies fosfato grupę, o ne kitą riebalų rūgšties molekulę.

Šie lipidai yra labai svarbūs dėl to, kaip jie gali sąveikauti su vandeniu. Turėdama fosfato grupę viename gale, molekulė tame regione tampa hidrofilinė (traukia vandenį). Tačiau likusioje molekulėje jis vis dar yra hidrofobinis.

Dėl savo struktūros fosfolipidai yra linkę organizuotis taip, kad fosfatų grupės galėtų sąveikauti su vandenine terpe, o hidrofobinės grandinės, kurias jos organizuoja viduje, yra toli nuo vandens. Taigi, fosfolipidai yra visų biologinių membranų dalis.

- Steroidai

Steroidai yra sudaryti iš keturių lydytų anglies žiedų, prie kurių yra prijungtos skirtingos funkcinės grupės. Vienas iš svarbiausių yra cholesterolis, nes jis būtinas gyvoms būtybėms. Tai yra kai kurių svarbių hormonų, tokių kaip estrogenas, testosteronas ir kortizonas, pirmtakas.

- Vaškai

Vaškai yra nedidelė lipidų grupė, atliekanti apsauginę funkciją. Jie randami medžių lapuose, paukščių plunksnose, kai kurių žinduolių ausyse ir vietose, kurias reikia izoliuoti ar apsaugoti nuo išorinės aplinkos.

Nukleorūgštys

Nukleorūgštys yra pagrindinės gabenančios genetinės informacijos molekules gyvosiose būtybėse. Pagrindinė jo funkcija yra nukreipti baltymų sintezės procesą, kuris lemia paveldimas kiekvienos gyvos būtybės savybes. Jie sudaryti iš anglies, vandenilio, deguonies, azoto ir fosforo atomų.

Nukleorūgštys yra polimerai, sudaryti iš kartotinių monomerų, vadinamų nukleotidais. Kiekvienas nukleotidas susideda iš azoto turinčios aromatinės bazės, pritvirtintos prie pentozinio cukraus (penki angliavandeniliai), kuris savo ruožtu yra prijungtas prie fosfato grupės.

Dvi pagrindinės nukleorūgščių klasės yra dezoksiribonukleino rūgštis (DNR) ir ribonukleino rūgštis (RNR). DNR yra molekulė, kurioje yra visa informacija apie rūšį, todėl jos yra visose gyvose būtybėse ir daugumoje virusų.

RNR yra genetinė tam tikrų virusų medžiaga, tačiau ji taip pat randama visose gyvose ląstelėse. Ten jis atlieka svarbias funkcijas tam tikruose procesuose, pavyzdžiui, baltymų gamyboje.

Kiekvienoje nukleino rūgštyje yra keturios iš penkių galimų azoto turinčių bazių: adenino (A), guanino (G), citozino (C), timino (T) ir uracilo (U). DNR bazės yra adeninas, guaninas, citozinas ir timinas, o RNR turi tas pačias bazes, išskyrus timiną, kuris RNR pakeičia uracilą.

- dezoksiribonukleino rūgštis (DNR)

DNR molekulę sudaro dvi nukleotidų grandinės, sujungtos jungtimis, vadinamomis fosfodiesteriniais ryšiais. Kiekviena grandinė turi spiralės formos struktūrą. Abi spiralės susikerta, kad gautų dvigubą spiralę. Pagrindai yra spiralės viduje, o fosfato grupės - išorėje.

DNR sudaro fosfatais surištas dezoksiribozės cukraus pagrindas ir keturios azotinės bazės: adeninas, guaninas, citozinas ir timinas. Bazinės poros yra sudarytos iš dvigubos grandinės DNR: adeninas visada jungiasi su timinu (AT), o guaninas - prie citozino (GC).

Abi spiralės laikomos kartu su nukleotidų bazėmis susiejant vandeniliu. Struktūra kartais apibūdinama kaip kopėčios, kuriose cukraus ir fosfato grandinės yra šonai, o bazės ir pagrindo jungtys yra pakopos.

Ši struktūra kartu su cheminiu molekulės stabilumu daro DNR idealia medžiaga genetinei informacijai perduoti. Kai ląstelė dalijasi, jos DNR yra nukopijuojama ir perduodama iš vienos ląstelių kartos į kitą kartą.

- Ribonukleino rūgštis (RNR)

RNR yra nukleino rūgšties polimeras, kurio struktūrą sudaro viena nukleotidų grandinė: adeninas, citozinas, guaninas ir uracilas. Kaip ir DNR, citozinas visada jungiasi su guaninu (CG), bet adeninas jungiasi su uracilu (AU).

Tai yra pirmasis tarpininkas perduodant genetinę informaciją ląstelėse. RNR yra būtina baltymų sintezei, nes informacija, esanti genetiniame kode, paprastai perduodama iš DNR į RNR, o iš šios - į baltymus.

Kai kurios RNR taip pat atlieka tiesiogines ląstelių metabolizmo funkcijas. RNR gaunama nukopijavus DNR segmento, vadinamo genu, bazinę seką ant vienos grandinės nukleorūgšties dalies. Šį procesą, vadinamą transkripcija, katalizuoja fermentas, vadinamas RNR polimeraze.

Yra keli skirtingi RNR tipai, daugiausia jų yra 3. Pirmasis yra pasiunčiamasis RNR, kuris yra nukopijuojamas tiesiogiai iš DNR transkripcijos būdu. Antrasis tipas yra pernešamoji RNR, kuri perkelia tinkamas aminorūgštis baltymų sintezei.

Galiausiai, kita RNR klasė yra ribosominė RNR, kuri kartu su kai kuriais baltymais sudaro ribosomas, ląstelių organelus, atsakingus už visų baltymų sintezę ląstelėje.

Baltymas

Baltymai yra didelės, sudėtingos molekulės, kurios atlieka daugybę svarbių funkcijų ir didžiąją dalį darbo atlieka ląstelėse. Jie yra būtini gyvų būtybių struktūrai, funkcijai ir reguliavimui. Jie sudaryti iš anglies, vandenilio, deguonies ir azoto atomų.

Baltymai yra sudaryti iš mažesnių vienetų, vadinamų aminorūgštimis, sujungtų peptidiniais ryšiais ir sudarančių ilgas grandines. Amino rūgštys yra mažos organinės molekulės, turinčios labai specifines fizikines ir chemines savybes, yra 20 skirtingų rūšių.

Aminorūgščių seka nustato kiekvieno baltymo unikalią trimatę struktūrą ir jo specifinę funkciją. Tiesą sakant, atskirų baltymų funkcijos yra tokios pačios kaip ir jų unikalių aminorūgščių sekų, kurios nulemia sąveiką, sukuriančią sudėtingas trimates struktūras.

Įvairios funkcijos

Baltymai gali būti ląstelės struktūriniai ir judėjimo komponentai, tokie kaip aktinas. Kiti veikia pagreitindami biochemines reakcijas ląstelėje, pavyzdžiui, DNR polimerazę, kuri yra fermentas, sintetinantis DNR.

Yra ir kitų baltymų, kurių funkcija yra perduoti svarbų pranešimą kūnui. Pavyzdžiui, kai kurie hormonų tipai, tokie kaip augimo hormonai, perduoda signalus, kad koordinuotų biologinius procesus tarp skirtingų ląstelių, audinių ir organų.

Kai kurie baltymai jungiasi ir nešioja atomus (arba mažas molekules) ląstelėse; toks yra feritinas, kuris yra atsakingas už geležies kaupimąsi kai kuriuose organizmuose. Kita svarbi baltymų grupė yra antikūnai, kurie priklauso imuninei sistemai ir yra atsakingi už toksinų ir patogenų aptikimą.

Taigi baltymai yra galutiniai genetinės informacijos, kuri prasideda ląstelių DNR, dekodavimo proceso produktai. Ši neįtikėtinų funkcijų įvairovė yra gaunama iš stebėtinai paprasto kodo, galinčio apibūdinti nepaprastai skirtingą struktūrų rinkinį.

Nuorodos

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. ir Walter, P. (2014). Ląstelės molekulinė biologija (6-asis leidimas). Girlianda mokslas.
2. Bergas, J., Tymoczko, J., Gatto, G. ir Strayeris, L. (2015). Biochemija (8-asis leidimas). WH Freeman ir kompanija.
3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biologija (2-asis leidimas) „Pearson Education“.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. ir Martin, K. (2016). Molekulinių ląstelių biologija (8-asis leidimas). WH Freeman ir kompanija.
5. Saliamonas, E., Bergas, L. ir Martinas, D. (2004). Biologija (7-asis leidimas) Cengage mokymasis.
6. Voet, D., Voet, J. ir Pratt, C. (2016). Biochemijos pagrindai: gyvenimas molekuliniame lygmenyje (5-asis leidimas). Vilis.