SZERVES BIOMOLEKULÁK: JELLEMZŐK, FUNKCIÓK ÉS PÉLDÁK - BIOLÓGIA - 2025

Az összes élő lényben megtalálható szerves biomolekulák, amelyeket a szénatomon alapuló szerkezet jellemez. Ha összehasonlítjuk őket szervetlen molekulákkal, akkor a szerves vegyületek szerkezetüknél sokkal összetettebbek. Ezen felül sokkal változatosabbak.

Fehérjékre, szénhidrátokra, lipidekre és nukleinsavakra osztják őket. Funkciói rendkívül változatosak. A fehérjék szerkezeti, funkcionális és katalitikus elemként vesznek részt. A szénhidrátok szerkezeti funkciókkal is rendelkeznek, és ezek a fő energiaforrás a szerves lények számára.

Forrás: pixabay.com

A lipidek a biológiai membránok és más anyagok, például a hormonok fontos alkotóelemei. Energiatároló elemként is működnek. Végül, a nukleinsavak - a DNS és az RNS - tartalmaznak minden információt, amely az élőlények fejlődéséhez és fenntartásához szükséges.

Általános tulajdonságok

A szerves biomolekulák egyik legfontosabb tulajdonsága a sokoldalúság a struktúrák kialakításakor. A szerves variánsoknak ez a hatalmas sokfélesége annak a kiváltságos helyzetnek köszönhető, hogy a szénatom hozzájárul a második időszak közepén.

A szénatomban négy elektron van az utolsó energiaszinten. Közepes elektronegativitásának köszönhetően képes kötéseket létrehozni más szénatomokkal, különböző alakú és hosszúságú láncokat képezni, nyitott vagy zárt, egyetlen, kettős vagy hármas kötéssel.

Ugyanígy, a szénatom átlagos elektronegativitása lehetővé teszi kötések kialakulását más szénatomtól eltérő atomokkal, például elektropozitív (hidrogén) vagy elektronegatív (többek között oxigén, nitrogén, kén) atomokkal.

A kötés ezen tulajdonsága lehetővé teszi a szénatomok osztályozását elsődleges, szekunder, tercier vagy kvaterner szénatomon, annak szénszámától függően, amelyhez kapcsolódik. Ez az osztályozási rendszer független a kapcsolatban szereplő vegyértékek számától.

Besorolás és funkciók

A szerves molekulákat négy nagy csoportba lehet sorolni: fehérjék, szénhidrátok, lipidek és nukleinsavak. Az alábbiakban részletesen leírjuk őket:

proteinek,

A fehérjék a biológiai szakemberek által legjobban meghatározott és jellemzett szerves molekulák csoportja. Ez a széles körű tudás elsősorban a belső szerves könnyűségnek köszönhető, amelyet el kell különíteni és jellemezni - a három szerves molekula többi részéhez viszonyítva.

A fehérjék számos rendkívül széles biológiai szerepet játszanak. Hordozó, szerkezeti és akár katalitikus molekulákként is szolgálhatnak. Ez az utolsó csoport enzimekből áll.

Építőelemek: aminosavak

A fehérjék építőkövei aminosavak. A természetben 20 aminosavtípust találunk, amelyek mindegyike jól definiált fizikai-kémiai tulajdonságokkal rendelkezik.

Ezeket a molekulákat alfa-aminosavaknak kell besorolni, mivel primer aminocsoportot és karbonsavcsoportot tartalmaznak, mint szubsztituens ugyanazon a szénatomon. Az egyetlen kivétel e szabály alól a prolin aminosav, amelyet egy szekunder aminocsoport jelenléte miatt alfa-imino-savnak kell besorolni.

A fehérjék kialakításához ezeknek az „építőelemeknek” polimerizálódniuk kell, és ezt peptidkötés kialakításával kell megtenniük. A fehérjelánc kialakítása magában foglalja egy vízmolekula eltávolítását minden peptidkötéshez. Ezt a kötést CO-NH-ként jelöljük.

Amellett, hogy a fehérjék részét képezik, néhány aminosavat energia-metabolitoknak tekintnek, és sokuk nélkülözhetetlen táplálkozási elemek.

Az aminosavak tulajdonságai

Minden aminosavnak megvan a tömege és átlagos megjelenése a fehérjékben. Ezen felül mindegyiküknek van az alfa-karbonsav-, alfa-amino- és oldalcsoportok pK-értéke.

A karbonsavcsoportok pK-értékei 2,2 körül vannak; míg az alfa-aminocsoportok pK értéke közel 9,4. Ez a tulajdonság az aminosavak tipikus szerkezeti tulajdonságához vezet: fiziológiás pH mellett mindkét csoport ion alakban van.

Ha egy molekula ellentétes polaritású töltött csoportokat hordoz, akkor ezeket cwitterionoknak vagy zwitterionoknak nevezik. Ezért egy aminosav savként vagy bázisként is működhet.

Az alfa-aminosavak többségének olvadáspontja közel 300 ° C. Poláris környezetben könnyebben oldódnak, összehasonlítva a nem poláros oldószerekben való oldhatóságukkal. A legtöbb vízben oldódik.

A fehérjék felépítése

Egy adott fehérje funkciójának meghatározásához meg kell határozni annak szerkezetét, azaz a szóban forgó fehérjét alkotó atomok közötti háromdimenziós kapcsolatot. A fehérjék esetében szerkezetük négy szervezettségi szintjét határoztuk meg:

Primer szerkezet: a fehérjét alkotó aminosav-szekvenciára vonatkozik, kizárva minden olyan konformációt, amelyet az oldalsó láncai felvehetnek.

Másodlagos szerkezet: a vázatomok helyi térbeli elrendezésével jön létre. Az oldalsó láncok alakját szintén nem vesszük figyelembe.

Harmadlagos szerkezet: a teljes fehérje háromdimenziós szerkezetére utal. Noha nehéz lehet egyértelmű megoszlást meghatározni a harmadlagos és a másodlagos szerkezet között, a meghatározott alakváltozásokat (például heliklikák, hajtogatott lapok és csavarások jelenléte) használják kizárólag a másodlagos szerkezetek kijelölésére.

Kvaterner szerkezet: vonatkozik azokra a fehérjékre, amelyek több alegységből állnak. Vagyis két vagy több egyedi polipeptidlánccal. Ezek az egységek kölcsönhatásba léphetnek kovalens erőkkel vagy diszulfidkötések révén. Az alegységek térbeli elrendezése határozza meg a kvaterner felépítést.

-Carbohydrates

A szénhidrátok, szénhidrátok vagy szacharidok (a sakcharón görög gyökerekből, ami cukor jelent) a szerves molekulák leggyakoribb osztálya az egész Föld bolygón.

Szerkezetüket a "szénhidrátok" elnevezésükből lehet levezetni, mivel ezek olyan molekulák, amelyek (CH ₂ O) _{n képletüek}, ahol n nagyobb, mint 3.

A szénhidrátok funkciói változatosak. Az egyik fő szerkezeti típusú, főleg növényekben. A növényi királyságban a cellulóz a fő szerkezeti anyag, amely a test száraz tömegének 80% -ának felel meg.

Egy másik lényeges funkció az energikus szerepe. A poliszacharidok, mint például a keményítő és a glikogén, a táplálékboltok fontos forrásait jelentik.

Osztályozás

A szénhidrátok alapegységei a monoszacharidok vagy az egyszerű cukrok. Ezek egyenes láncú aldehidekből vagy ketonokból és többértékű alkoholokból származnak.

Karbonilcsoportjuk kémiai jellege alapján osztályozzák őket aldózokba és ketózokba. Ezeket a szénatomszám alapján is besorolják.

A monoszacharidok oligoszacharidokat alkotnak, amelyek gyakran más típusú szerves molekulákkal, például fehérjékkel és lipidekkel társulnak. Ezeket homopoliszacharidoknak vagy heteropoliszacharidoknak kell besorolni, attól függően, hogy ugyanazon monoszacharidokból állnak (az első eset), vagy különböznek egymástól.

Ezen túlmenően őket az őket alkotó monoszacharid jellege szerint osztályozzák. A glükózpolimereket glükánoknak, a galaktózból készült polimereket galaktánoknak nevezik, és így tovább.

A poliszacharidok sajátossága az egyenes és elágazó láncok kialakítása, mivel a glikozidkötések kialakíthatók a monoszacharidban található hidroxilcsoportok bármelyikével.

Ha nagyobb számú monoszacharid egységet társítanak, akkor poliszacharidokról beszélünk.

-Lipids

A lipidek (a görög lipókból, zsír jelentése) olyan szerves molekulák, amelyek vízben nem oldódnak, és szervetlen oldószerekben, például kloroformban oldódnak. Ezekből áll zsírok, olajok, vitaminok, hormonok és biológiai membránok.

Osztályozás

Zsírsavak: karbonsavak, amelyek láncát jelentős hosszúságú szénhidrogének alkotják. Élettani szempontból ritkán találhatók szabadon, mivel a legtöbb esetben észteresek.

Az állatokban és növényekben gyakran telítetlen formában (kettős kötést képezve a szénatomok között) és többszörösen telítetlen formában (két vagy több kettős kötéssel) találjuk meg őket.

Triacilglicerinek: más néven trigliceridek vagy semleges zsírok, amelyek az állatokban és növényekben jelen lévő zsírok és olajok többségét teszik ki. Fő funkciója az energia tárolása az állatokban. Ezek tárolására speciális cellák vannak.

Ezeket a zsírsavmaradékok azonosítása és elhelyezkedése alapján osztályozzák. A növényi olajok általában szobahőmérsékleten folyékonyak és gazdagabbak zsírsavmaradványokban, kettős és hármas kötéssel a szénatomok között.

Ezzel szemben az állati zsírok szobahőmérsékleten szilárd anyagok, és a telítetlen szénatomok száma alacsony.

Glicerofoszfolipidek: foszfogliceridekként is ismertek, ők a lipid membránok fő alkotóelemei.

A glicerofoszfolipideknek "farok" van, apoláris vagy hidrofób tulajdonságokkal, és poláris vagy hidrofil "fejükkel". Ezeket a szerkezeteket egy kétrétegű csoportba osztják úgy, hogy a farok befelé nézzen, és így képezik a membránokat. Ezekbe egy sor fehérje beágyazódik.

Szfingolipidek: lipidek, amelyek nagyon alacsony mennyiségben találhatók meg. Ezek szintén a membránok részét képezik, és szfingozinból, dihidroszifingozinból és ezek homológjaiból származnak.

Koleszterin: állatokban a membránok domináns alkotóeleme, amely módosítja tulajdonságaikat, például folyékonyságukat. A sejtek organelláinak membránjaiban is található. Fontos előfutára a szteroid hormonoknak, a szexuális fejlődéshez kapcsolódóan.

-Nukleinsavak

A nukleinsavak a DNS és a létező különféle RNS-ek. A DNS felelős minden genetikai információ tárolásáért, amely lehetővé teszi az élő szervezetek fejlődését, növekedését és fenntartását.

Az RNS a maga részéről részt vesz a DNS-ben kódolt genetikai információ átadásában a fehérjemolekulákba. Klasszikusan az RNS három típusát különböztetjük meg: messenger, transzfer és riboszómális. Van azonban számos kicsi RNS, amelyek szabályozó funkciókat látnak el.

Építőelemek: nukleotidok

A nukleinsavak, a DNS és az RNS építőkövei nukleotidok. Kémiailag pentózok foszfát-észterei, amelyekben az első szénhez nitrogéntartalmú bázis kapcsolódik. Megkülönböztethetjük a ribonukleotidokat és a dezoxiribonukleotidokat.

Ezek a molekulák lapos, aromás és heterociklusosak. Ha a foszfátcsoport hiányzik, a nukleotidot nukleozidnak nevezzük.

A nukleinsavakban monomerként betöltött szerepük mellett ezek a molekulák biológiailag mindenütt jelen vannak és jelentős számú folyamatban részt vesznek.

A nukleozid-trifoszfátok energiagazdag termékek, mint például az ATP, és a celluláris reakciók energia pénznemeként használják őket. Fontos alkotóelemei a NAD ⁺, NADP ⁺, FMN, FAD és A koenzimnek. Végül, a különféle metabolikus folyamatok szabályozó elemei.

Példák

Számtalan példa található a szerves molekulákra. A legelterjedtebb és a biokémikusok által tanulmányozott alábbiakban tárgyaljuk:

Hemoglobin

A hemoglobin, a vörös vörös pigment a fehérjék egyik klasszikus példája. Széles diffúziójának és könnyű elkülönítésének köszönhetően az ősi idők óta vizsgált fehérje.

Ez egy négy alegységből álló fehérje, ezért tartozik a tetramer osztályba, két alfa és két béta egységgel. A hemoglobin alegységek egy kis fehérjéhez kapcsolódnak, amely felelős az izmok oxigénfelvételéért: a mioglobin.

A hem csoport a porfirin származéka. Ez jellemzi a hemoglobint, és ugyanaz a csoport található a citokrómokban. A hem csoport felelős a vér jellegzetes vörös színéért és ez a fizikai régió, ahol az egyes globin monomerek kötődnek az oxigénnel.

Ennek a proteinnek a fő funkciója az oxigén szállítása a gázcseréjért felelős szervből - tüdőnek, kopoltyúnak vagy bőrnek - a kapillárisokba, a légzéshez.

Cellulóz

A cellulóz egy lineáris polimer, amely D-glükóz alegységekből áll, amelyeket béta-1,4 típusú kötések kötnek össze. A legtöbb poliszacharidhoz hasonlóan ezeknek sem korlátozott maximális mérete van. Átlagosan körülbelül 15 000 glükózmaradékkal rendelkeznek.

Ez a növények sejtfalának alkotóeleme. A cellulóznak köszönhetően ezek merevek és lehetővé teszik az ozmotikus stressz ellenállását. Hasonlóképpen, nagyobb növényekben, például fákban a cellulóz támogatást és stabilitást biztosít.

Annak ellenére, hogy túlnyomórészt zöldségekkel kapcsolatos, egyes állatoknak, úgynevezett zsákállatoknak, cellulóz van a szerkezetükben.

Becslések szerint évente átlagosan 10 ¹⁵ kg cellulózt szintetizálnak és bontanak le.

Biológiai membránok

A biológiai membránok főleg két biomolekulából, lipidekből és fehérjékből állnak. A lipidek térbeli konformációja kétrétegű, a hidrofób farok befelé mutatnak, a hidrofil fejek pedig kifelé mutatnak.

A membrán dinamikus egység, és alkotóelemei gyakran mozognak.

Irodalom

1. Aracil, CB, Rodríguez, MP, Magraner, JP, és Pérez, RS (2011). A biokémia alapjai. Valencia Egyetem.
2. Battaner Arias, E. (2014). Az enzimológia összefoglalása. Salamanca University Editions.
3. Berg, JM, Stryer, L. és Tymoczko, JL (2007). Biokémia. Megfordítottam.
4. Devlin, TM (2004). Biokémia: tankönyv klinikai alkalmazásokkal. Megfordítottam.
5. Díaz, AP és Pena, A. (1988). Biokémia. Szerkesztői Limusa.
6. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1994). Humán biokémia: alaptanfolyam. Megfordítottam.
7. Müller - Esterl, W. (2008). Biokémia. Az orvostudomány és az élettudomány alapjai. Megfordítottam.
8. Teijón, JM (2006). A strukturális biokémia alapjai. Szerkesztõ Tébar.