ORGANISKĀS BIOMOLEKULAS: RAKSTURLIELUMI, FUNKCIJAS UN PIEMĒRI - BIOLOĢIJA - 2025

The organiskās biomolekulas atrodami visu dzīvo būtņu un ir raksturīga struktūra, kas balstās uz oglekļa atomu. Ja mēs tos salīdzinām ar neorganiskām molekulām, organiskās struktūras ir daudz sarežģītākas. Turklāt tie ir daudz daudzveidīgāki.

Tos klasificē olbaltumvielās, ogļhidrātos, lipīdos un nukleīnskābēs. Tās funkcijas ir ārkārtīgi dažādas. Olbaltumvielas piedalās kā strukturāli, funkcionāli un katalītiski elementi. Ogļhidrātiem ir arī strukturālas funkcijas, un tie ir organisko būtņu galvenais enerģijas avots.

Avots: pixabay.com

Lipīdi ir svarīgas bioloģisko membrānu un citu vielu, piemēram, hormonu, sastāvdaļas. Tie darbojas arī kā enerģijas uzkrāšanas elementi. Visbeidzot, nukleīnskābes - DNS un RNS - satur visu informāciju, kas nepieciešama dzīvo būtņu attīstībai un uzturēšanai.

Vispārīgais raksturojums

Viena no visatbilstošākajām organisko biomolekulu īpašībām ir to daudzpusība, veidojot struktūras. Šī milzīgā organisko variantu daudzveidība, kas var pastāvēt, ir saistīta ar priviliģēto situāciju, ko otrā perioda vidū nodrošina oglekļa atoms.

Oglekļa atomā ir četri elektroni pēdējā enerģijas līmenī. Pateicoties vidējai elektronegativitātei, tas spēj veidot saites ar citiem oglekļa atomiem, veidojot dažādas formas un garuma ķēdes, atvērtas vai aizvērtas, ar iekšējām vienreizējām, divkāršām vai trīskāršām saitēm.

Tādā pašā veidā oglekļa atoma vidējā elektronegativitāte ļauj tam veidot saites ar citiem atomiem, kas atšķiras no oglekļa atoma, piemēram, elektropozitīviem (ūdeņradis) vai elektronegatīviem (skābeklis, slāpeklis, sērs, cita starpā).

Šī saiknes īpašība ļauj noteikt oglekļa atomu klasifikāciju primārajā, sekundārajā, terciārajā vai kvartārajā atkarībā no oglekļa skaita, ar kuru tie ir saistīti. Šī klasifikācijas sistēma nav atkarīga no savienojumā iesaistīto valenču skaita.

Klasifikācija un funkcijas

Organiskās molekulas iedala četrās lielās grupās: olbaltumvielas, ogļhidrāti, lipīdi un nukleīnskābes. Mēs tos sīki aprakstīsim zemāk:

-Proteīni

Olbaltumvielas ir organisko molekulu grupa, ko biologi vislabāk definē un raksturo. Šīs plašās zināšanas galvenokārt ir saistītas ar raksturīgo vieglumu, kas pastāv, lai izolētu un raksturotu salīdzinājumā ar pārējām trim organiskajām molekulām.

Olbaltumvielām ir virkne ārkārtīgi plašu bioloģisko lomu. Tās var kalpot kā nesēj-, strukturālās un pat katalītiskās molekulas. Šo pēdējo grupu veido fermenti.

Celtniecības bloki: aminoskābes

Olbaltumvielu celtniecības bloki ir aminoskābes. Dabā mēs atrodam 20 veidu aminoskābes, katrai no tām ir precīzi noteiktas fizikāli ķīmiskās īpašības.

Šīs molekulas klasificē kā alfa-aminoskābes, jo tām ir primārā aminogrupa un karbonskābes grupa kā aizvietotājs uz tā paša oglekļa atoma. Vienīgais izņēmums no šī noteikuma ir aminoskābe prolīns, ko sekundārās aminogrupas klātbūtnes dēļ klasificē kā alfa-imino skābi.

Lai veidotu olbaltumvielas, šiem “celtniecības blokiem” jābūt polimerizētiem, un tie to dara, veidojot peptīdu saiti. Olbaltumvielu ķēdes izveidošana ietver vienas ūdens molekulas noņemšanu katrai peptīda saitei. Šī saite tiek attēlota kā CO-NH.

Papildus tam, ka dažas aminoskābes ir olbaltumvielu sastāvdaļa, tās tiek uzskatītas par enerģijas metabolītiem, un daudzas no tām ir svarīgi uztura elementi.

Aminoskābju īpašības

Katrai aminoskābei ir sava masa un vidējais izskats olbaltumvielās. Turklāt katram no tiem ir alfa-karbonskābes, alfa-aminogrupu un sānu grupu grupu pK vērtība.

Karbonskābes grupu pK vērtības ir aptuveni 2,2; savukārt alfa-aminogrupu pK vērtības ir tuvu 9,4. Šī īpašība noved pie tipiskas aminoskābju struktūras pazīmes: pie fizioloģiskā pH abas grupas ir jonu formā.

Kad molekulā ir uzlādētas pretēju polaritāšu grupas, tās sauc par zwitterions vai cwitterions. Tāpēc aminoskābe var darboties kā skābe vai kā bāze.

Lielākajai daļai alfa-aminoskābju kušanas temperatūra ir tuvu 300 ° C. Salīdzinājumā ar to šķīdību nepolārajos šķīdinātājos tie vieglāk izšķīst polārajā vidē. Lielākā daļa ir diezgan labi šķīst ūdenī.

Olbaltumvielu struktūra

Lai precizētu konkrēta proteīna funkciju, ir jānosaka tā struktūra, tas ir, trīsdimensiju attiecības, kas pastāv starp atomiem, kas veido attiecīgo olbaltumvielu. Olbaltumvielām ir noteikti četri to struktūras organizācijas līmeņi:

Primārā struktūra : attiecas uz aminoskābju secību, kas veido olbaltumvielu, izslēdzot jebkādu konformāciju, ko var veikt tās sānu ķēdes.

Sekundārā struktūra : to veido skeleta atomu lokālais telpiskais izvietojums. Atkal netiek ņemta vērā sānu ķēžu uzbūve.

Terciārā struktūra : attiecas uz visa proteīna trīsdimensiju struktūru. Lai arī var būt grūti noteikt skaidru dalījumu starp terciāro un sekundāro struktūru, noteiktas konfigurācijas (piemēram, spirāles, salocītas loksnes un sagriešanās) tiek izmantotas tikai un vienīgi sekundāro struktūru apzīmēšanai.

Kvartāra struktūra : attiecas uz tiem proteīniem, kas sastāv no vairākām apakšvienībām. Tas ir, pa divām vai vairākām atsevišķām polipeptīdu ķēdēm. Šīs vienības var mijiedarboties, izmantojot kovalento spēku vai disulfīdu saites. Apakšvienību telpiskais izvietojums nosaka kvartāra struktūru.

-Harbohidrāti

Ogļhidrāti, ogļhidrāti vai saharīdi (no grieķu saknēm sakcharón, kas nozīmē cukuru) ir visbagātākā organisko molekulu klase uz visas planētas Zeme.

To struktūru var secināt no nosaukuma "ogļhidrāti", jo tās ir molekulas ar formulu (CH ₂ O) _n , kur n ir lielāks par 3.

Ogļhidrātu funkcijas ir dažādas. Viens no galvenajiem ir strukturāla tipa, īpaši augos. Augu valstībā celuloze ir tās galvenais strukturālais materiāls, kas atbilst 80% no ķermeņa sausā svara.

Vēl viena būtiska funkcija ir tā enerģētiskā loma. Polisaharīdi, piemēram, ciete un glikogēns, ir svarīgi uztura krājumu avoti.

Klasifikācija

Ogļhidrātu pamatvienības ir monosaharīdi vai vienkārši cukuri. Tos iegūst no taisnas ķēdes aldehīdiem vai ketoniem un daudzvērtīgiem spirtiem.

Pēc to karbonilgrupas ķīmiskās īpašības tos klasificē aldozēs un ketozēs. Tos klasificē arī pēc oglekļa atomu skaita.

Monosaharīdi sagrupējas, veidojot oligosaharīdus, kas bieži sastopami kopā ar cita veida organiskajām molekulām, piemēram, olbaltumvielām un lipīdiem. Tos klasificē kā homopolisaharīdus vai heteropolisaharīdus atkarībā no tā, vai tie sastāv no vieniem un tiem pašiem monosaharīdiem (pirmais gadījums) vai ir atšķirīgi.

Turklāt tos klasificē arī pēc monosaharīdu veida, kas tos veido. Glikozes polimērus sauc par glikāniem, tos, kas izgatavoti no galaktozes, sauc par galaktāniem utt.

Polisaharīdiem ir īpatnība, veidojot taisnas un sazarotas ķēdes, jo glikozīdiskās saites var veidoties ar jebkuru no hidroksilgrupām, kas atrodamas monosaharīdā.

Ja tiek saistīts lielāks skaits monosaharīdu vienību, mēs runājam par polisaharīdiem.

-Lipīdi

Lipīdi (no grieķu lipos, kas nozīmē taukus) ir organiskas molekulas, kas nešķīst ūdenī un šķīst neorganiskos šķīdinātājos, piemēram, hloroformā. Tie veido taukus, eļļas, vitamīnus, hormonus un bioloģiskās membrānas.

Klasifikācija

Taukskābes : tās ir karbonskābes ar ķēdēm, kuras veido ievērojama garuma ogļūdeņraži. Fizioloģiski reti tos atrod brīvus, jo vairumā gadījumu tie ir esterificēti.

Dzīvniekiem un augiem mēs tos bieži atrodam nepiesātinātā veidā (veidojot divkāršās saites starp oglekļa atomu savienojumiem) un polinepiesātinātos (ar divām vai vairākām dubultsaitēm).

Triacilglicerīni : saukti arī par triglicerīdiem vai neitrāliem taukiem, tie veido lielāko daļu dzīvnieku un augu tauku un eļļu. Tās galvenā funkcija ir enerģijas uzkrāšana dzīvniekiem. Tiem ir īpašas šūnas uzglabāšanai.

Tos klasificē pēc taukskābju atlikumu identitātes un novietojuma. Parasti augu eļļas istabas temperatūrā ir šķidras un taukskābju atlikumiem bagātākas ar divkāršām un trīskāršām saitēm starp to oglekļa atomu.

Turpretī dzīvnieku tauki istabas temperatūrā ir cietā stāvoklī, un nepiesātināto oglekļa atomu skaits ir mazs.

Glicerofosfolipīdi : pazīstami arī kā fosfoglicerīdi, tie ir lipīdu membrānu galvenie komponenti.

Glicerofosfolipīdiem ir "aste" ar apolārām vai hidrofobām īpašībām un polāra vai hidrofila "galva". Šīs struktūras ir sagrupētas divslānī, ar astes vērstas uz iekšu, lai veidotu membrānas. Tajos ir iestrādāta virkne olbaltumvielu.

Sfingolipīdi : tie ir lipīdi, kas atrodami ļoti mazos daudzumos. Tās ir arī membrānu daļa un tiek iegūtas no sfingozīna, dihidrosfingosīna un to homologiem.

Holesterīns : dzīvniekiem tā ir galvenā membrānu sastāvdaļa, kas maina to īpašības, piemēram, plūstamību. Tas atrodas arī šūnu organellu membrānās. Tas ir svarīgs steroīdu hormonu priekštecis, kas saistīts ar seksuālo attīstību.

-Nukleīnskābes

Nukleīnskābes ir DNS un dažādi RNS veidi, kas pastāv. DNS ir atbildīga par visas ģenētiskās informācijas glabāšanu, kas ļauj attīstīt, augt un uzturēt dzīvos organismus.

RNS no savas puses piedalās DNS kodētas ģenētiskās informācijas nodošanā olbaltumvielu molekulām. Klasiski tiek izdalīti trīs RNS tipi: kurjers, transmisija un ribosomālais. Tomēr ir vairākas mazas RNS, kurām ir regulatīvās funkcijas.

Celtniecības bloki: nukleotīdi

Nukleīnskābju, DNS un RNS, bloki ir nukleotīdi. Ķīmiski tie ir pentožu fosfātu esteri, kuros pirmajam ogleklim ir pievienota slāpekļa bāze. Mēs varam atšķirt ribonukleotīdus no dezoksiribonukleotīdiem.

Šīs molekulas ir plakanas, aromātiskas un heterocikliskas. Kad fosfātu grupas nav, nukleotīdu pārdēvē par nukleozīdu.

Papildus molekulas monomēru lomai nukleīnskābēs, šīs molekulas ir bioloģiski visuresošas un piedalās ievērojamā skaitā procesu.

Nukleozīdu trifosfāti ir produkti, kas bagāti ar enerģiju, piemēram, ATP, un tiek izmantoti kā šūnu reakciju enerģijas valūta. Tie ir svarīga koenzīmu NAD ⁺ , NADP ⁺ , FMN, FAD un koenzīma A sastāvdaļa. Visbeidzot, tie ir dažādu metabolisma ceļu regulējoši elementi.

Piemēri

Ir neskaitāmi organisko molekulu piemēri. Visizcilākie un bioķīmiķu izpētītie jautājumi tiks apskatīti zemāk:

Hemoglobīns

Hemoglobīns, sarkanais pigments asinīs, ir viens no klasiskajiem olbaltumvielu piemēriem. Pateicoties plašajai difūzijai un vieglajai izolācijai, tas ir olbaltumviela, kas pētīta kopš seniem laikiem.

Tas ir proteīns, kas sastāv no četrām apakšvienībām, tāpēc tas ietilpst tetrameriskajā klasifikācijā ar divām alfa un divām beta vienībām. Hemoglobīna apakšvienības ir saistītas ar nelielu olbaltumvielu, kas atbild par skābekļa uzņemšanu muskuļos: mioglobīnu.

Hēma grupa ir porfirīna atvasinājums. Tas raksturo hemoglobīnu un ir tā pati grupa, kas atrodama citohromos. Hēma grupa ir atbildīga par raksturīgo sarkano asiņu krāsu un ir fiziskais reģions, kurā katrs globīna monomērs saistās ar skābekli.

Šī proteīna galvenā funkcija ir skābekļa transportēšana no orgāna, kas ir atbildīgs par gāzu apmaiņu - sauciet to par plaušām, žaunām vai ādu - uz kapilāriem, kurus izmanto elpošanai.

Celuloze

Celuloze ir lineārs polimērs, ko veido D-glikozes subvienības, kas savienotas ar beta 1,4 tipa saitēm. Tāpat kā lielākajai daļai polisaharīdu, tiem nav ierobežots maksimālais izmērs. Tomēr vidēji viņiem ir apmēram 15 000 glikozes atlikumu.

Tā ir augu šūnu sienu sastāvdaļa. Pateicoties celulozei, tās ir stingras un ļauj izturēt osmotisko stresu. Līdzīgi lielākos augos, piemēram, kokos, celuloze nodrošina atbalstu un stabilitāti.

Lai arī tas galvenokārt ir saistīts ar dārzeņiem, dažiem dzīvniekiem, kurus sauc par tunikātiem, to struktūrā ir celuloze.

Tiek lēsts, ka gadā tiek sintezēts un sadalīts vidēji 10 ¹⁵ kilogrami celulozes.

Bioloģiskās membrānas

Bioloģiskās membrānas galvenokārt sastāv no divām biomolekulēm, lipīdiem un olbaltumvielām. Lipīdu telpiskā konformācija ir divslāņu formā ar hidrofobām asīm vērstām uz iekšu, bet hidrofilām galvām - uz āru.

Membrāna ir dinamiska vienība, un tās sastāvdaļas bieži pārvietojas.

Atsauces

1. Aracil, CB, Rodríguez, MP, Magraner, JP, & Pérez, RS (2011). Bioķīmijas pamati. Valensijas universitāte.
2. Battaner Arias, E. (2014). Enzimoloģijas apkopojums. Salamankas universitātes izdevumi.
3. Bergs, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Bioķīmija. Es apgriezos.
4. Devlins, TM (2004). Bioķīmija: mācību grāmata ar klīnisko pielietojumu. Es apgriezos.
5. Díaz, AP, un Pena, A. (1988). Bioķīmija. Redakcija Limusa.
6. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1994). Cilvēka bioķīmija: pamatkurss. Es apgriezos.
7. Millere - Esterla, W. (2008). Bioķīmija. Medicīnas un dzīvības zinātņu pamati. Es apgriezos.
8. Teijón, JM (2006). Strukturālās bioķīmijas pamati. Redakcijas tebārs.