MAKROMOLEKULÁK: JELLEMZŐK, TÍPUSOK, FUNKCIÓK ÉS PÉLDÁK - BIOLÓGIA - 2026

A makromolekulák nagy molekulák - általában több, mint 1000 atom -, amelyeket a szerkezeti monomerek vagy kisebb blokkok egyesítése képez. Az élő dolgokban négy fő típusú makromolekulát találunk: nukleinsavak, lipidek, szénhidrátok és fehérjék. Vannak mások is, amelyek szintetikus eredetűek, például a műanyagok.

A biológiai makromolekulák minden típusa egy specifikus monomerből áll, nevezetesen: nukleinsavak nukleotidok által, szénhidrátok monoszacharidok által, fehérjék aminosavak által és lipidek különböző méretű szénhidrogénekből.

Forrás: pixabay.com

Funkciójuk szempontjából a szénhidrátok és a lipidek energiát tárolnak a sejt számára kémiai reakcióinak végrehajtására, és strukturális komponenseikként is felhasználják.

A fehérjék szerkezeti funkcióval is rendelkeznek, amellett, hogy katalizáló és szállítóképességű molekulák. Végül, a nukleinsavak genetikai információkat tárolnak és részt vesznek a fehérje szintézisében.

A szintetikus makromolekulák ugyanazt a szerkezetet követik, mint a biológiai: sok monomer kapcsolódik össze, hogy polimert képezzen. Erre példa a polietilén és a nejlon. A szintetikus polimereket az iparban széles körben használják szövetek, műanyagok, szigetelés stb. Gyártására.

jellemzők

Méret

Ahogy a neve is sugallja, a makromolekulák egyik megkülönböztető tulajdonsága a nagy méret. Legalább 1000 atomból állnak, amelyeket kovalens kötések kötnek össze. Az ilyen típusú kötésben a kötésben részt vevő atomok megosztják az utolsó szint elektronjait.

Alkotmány

Egy másik kifejezés, amely a makromolekulákra utal, a polimer ("sok rész"), amelyek monomereknek nevezett ismétlődő egységekből állnak ("egy rész"). Ezek a makromolekulák szerkezeti egységei, és az esettől függően azonosak vagy különbözhetnek egymástól.

Használhatjuk a Lego gyermekjáték analógiáját. Mindegyik darab képviseli a monomereket, és amikor egyesítjük őket, hogy különböző szerkezeteket képezzenek, megkapjuk a polimert.

Ha a monomerek azonosak, a polimer egy homopolimer; és ha különböznek egymástól, akkor heteropolimer lesz.

Van egy nómenklatúra is, amely a polimert hosszától függően jelöli. Ha a molekula néhány alegységből áll, akkor oligomernek nevezzük. Például, amikor egy kis nukleinsavra akarunk hivatkozni, oligonukleotidnak nevezzük.

Szerkezet

Tekintettel a makromolekulák hihetetlen sokféleségére, nehéz létrehozni az általános struktúrát. Ezeknek a molekuláknak a "vázát" a megfelelő monomerek (cukrok, aminosavak, nukleotidok stb.) Alkotják, és lineáris, elágazó módon csoportosíthatók, vagy bonyolultabb formákat ölthetnek.

Mint később meglátjuk, a makromolekulák biológiai vagy szintetikus eredetűek lehetnek. Az elsőknek végtelen funkciói vannak az élőlényekben, az utóbbiakat a társadalom széles körben használja, például a műanyagok.

Biológiai makromolekulák: funkciók, szerkezet és példák

A bio lényekben négy alapvető típusú makromolekulát találunk, amelyek hatalmas számú funkciót látnak el, lehetővé téve az élet kialakulását és fenntartását. Ezek fehérjék, szénhidrátok, lipidek és nukleinsavak. Az alábbiakban leírjuk annak legfontosabb jellemzőit.

Fehérje

A fehérjék makromolekulák, amelyek szerkezeti egységei aminosavak. A természetben 20 aminosavtípust találunk.

Szerkezet

Ezeket a monomereket egy központi szénatom (úgynevezett alfa-szénatomon) kovalens kötéssel négy különböző csoport: hidrogénatom, aminocsoport (NH ₂), karboxilcsoport (COOH) és egy R-csoport.

A 20 aminosavtípus csak az R csoport azonosítása szempontjából különbözik egymástól: Ez a csoport kémiai jellege szempontjából változik, többek között képes bázikus, savas, semleges aminosavakat találni, hosszú, rövid és aromás láncokkal.

Az aminosavmaradványokat peptidkötések tartják össze. Az aminosavak jellege határozza meg a kapott protein természetét és tulajdonságait.

A lineáris aminosav-szekvencia képviseli a fehérjék primer szerkezetét. Ezeket azután összehajtogatják és különböző mintázatokba csoportosítják, így képezik a szekunder, harmadlagos és kvaterner struktúrákat.

Funkció

A fehérjék különféle funkciókat szolgálnak. Egyesek biológiai katalizátorként szolgálnak, és enzimeknek nevezik őket; néhány szerkezeti fehérje, például a hajban, a körömben jelen lévő keratin; és mások transzport funkciókat hajtanak végre, mint például a vörösvértestekben a hemoglobin.

Nukleinsavak: DNS és RNS

Az élő dolgok részét képező második típusú polimer a nukleinsavak. Ebben az esetben a szerkezeti egységek nem aminosavak, mint a fehérjékben, hanem nukleotidoknak nevezett monomerek.

Szerkezet

A nukleotidok foszfátcsoportból, öt széncukorból (a molekula központi alkotóeleme) és nitrogénbázisból állnak.

Kétféle nukleotid létezik: ribonukleotidok és dezoxiribonukleotidok, amelyek a magcukor szempontjából változnak. Az előbbiek a ribonukleinsav vagy RNS szerkezeti komponensei, utóbbiak a dezoxiribonukleinsav vagy a DNS alkotóelemei.

Mindkét molekulában a nukleotidokat egy foszfodiészter kötés tartja össze - ami megegyezik a fehérjéket együtt tartó peptidkötéssel.

A DNS és az RNS szerkezeti komponensei hasonlóak és szerkezetükben különböznek, mivel az RNS egyetlen sáv és a kettős sáv formájában található meg.

Funkció

Az RNS és a DNS a nukleinsavak azon két típusa, amelyeket az élőlényekben találunk. Az RNS egy multifunkcionális, dinamikus molekula, amely különböző szerkezeti átalakulásokban jelenik meg, és részt vesz a fehérje szintézisében és a gén expressziójának szabályozásában.

A DNS az a makromolekula, amely a szervezet fejlődéséhez szükséges összes genetikai információ tárolásáért felelős. Valamennyi sejtünk (az érett vörösvértestek kivételével) genetikai anyagot tárol a magjában, nagyon kompakt és szervezett módon.

Szénhidrát

A szénhidrátok, más néven szénhidrátok vagy egyszerűen csak cukrok, makromolekulák, amelyek építőelemekből állnak, amelyeket monoszacharidoknak (szó szerint "cukornak") hívnak.

Szerkezet

A molekuláris képlete szénhidrát (CH ₂ O) _n. Az n értéke a legegyszerűbb cukor esetében 3-tól a legösszetettebb szénhidrátok ezreinél változhat, hosszúságát tekintve meglehetősen változó lehet.

Ezeknek a monomereknek a képessége, hogy két hidroxilcsoportot érintő reakción keresztül polimerizálódjanak, és így kovalens kötést képeznek, amelyet glikozidos kötésnek hívnak.

Ez a kötés szénhidrátmonomereket tart össze, ugyanúgy, mint a peptidkötések és a foszfodiészterkötések a fehérjéket és a nukleinsavakat.

A peptid- és foszfodiészter-kötések azonban alkotóelemeik egyes területein fordulnak elő, míg a glikozidos kötések bármilyen hidroxilcsoporttal kialakíthatók.

Mint az előző szakaszban említettük, a kis makromolekulákat az oligo előtaggal jelöljük. Kicsi szénhidrátok esetén az oligoszacharidok kifejezést használjuk, ha csak két monomer kapcsolódik egymáshoz, ez egy diszacharid, és ha ezek nagyobbak, a poliszacharidok.

Funkció

A cukrok az élet alapvető makromolekulái, mivel energiát és szerkezeti funkciókat látnak el. Ezek biztosítják a kémiai energiát, amely a sejten belüli jelentős számú reakció végrehajtásához szükséges, és az élőlények "tüzelőanyaga".

Más szénhidrátok, mint például a glikogén, energiát tárolnak, így a sejt szükség szerint rá tud húzni rá.

Szerkezeti funkcióik is vannak: részei más molekuláknak, például nukleinsavaknak, egyes organizmusok sejtfalának és a rovarok exoskeletonjának.

Például a növényekben és egyes protistákban egy komplex szénhidrátot, úgynevezett cellulózt találunk, amely csak glükóz egységekből áll. Ez a molekula hihetetlenül gazdag a Földön, mivel ezen organizmusok sejtfalában és más támasztó struktúrákban van jelen.

lipidek

A "lipid" kifejezés nagy számú szénláncokból álló, nem poláris vagy hidrofób molekulát (fóbia vagy vízre visszatérő molekulák) foglal magában. A három említett molekulától, a proteinektől, a nukleinsavaktól és a szénhidrátoktól eltérően, a lipidek egyetlen monomerjét nem képezik.

Szerkezet

Szerkezeti szempontból a lipid többféle módon jelenhet meg. Mivel szénhidrogénekből (CH) készülnek, a kötések nem részlegesen töltöttek, tehát nem oldódnak poláris oldószerekben, például vízben. Oldhatók azonban más típusú nem-poláros oldószerekben, például benzolban.

A zsírsav az említett szénhidrogénláncokból és karboxilcsoportból (COOH) áll, mint funkcionális csoport. Általában egy zsírsav 12-20 szénatomot tartalmaz.

A zsírsavláncok telítettek lehetnek, ha az összes szén egyszeres kötéssel kapcsolódik egymáshoz, vagy telítetlenek, ha egynél több kettős kötés van jelen a szerkezetben. Ha több kettős kötést tartalmaz, akkor többszörösen telítetlen sav.

A lipidek típusai szerkezetük szerint

A sejtekben háromféle lipid létezik: szteroidok, zsírok és foszfolipidek. A szteroidokat egy terjedelmes négygyűrűs struktúra jellemzi. A koleszterin a legismertebb, és a membránok fontos alkotóeleme, mivel szabályozza azok folyékonyságát.

A zsírok három zsírsavból állnak, amelyek észterkötéssel kapcsolódnak egy glicerinnek nevezett molekulahoz.

Végül a foszfolipidek egy foszfátcsoporthoz kapcsolódó glicerin molekulából és két zsírsav láncból vagy izoprenoidból állnak.

Funkció

A szénhidrátokhoz hasonlóan a lipidek a sejt energiaforrásaként és egyes struktúrák összetevőiként is funkcionálnak.

A lipidek alapvető funkcióval bírnak minden élő forma esetében: a plazmamembrán alapvető alkotóelemei. Ezek képezik a kritikus határt az élő és az élettelen között, és szelektív akadályként szolgálnak, amely eldönti, hogy mi jut be a sejtbe, és mi nem, köszönhetően féligáteresztő tulajdonságának.

A lipidek mellett a membránok különféle fehérjékből állnak, amelyek szelektív transzporterekként funkcionálnak.

Néhány hormon (például a szexuális) lipid jellegű, és nélkülözhetetlen a test fejlődéséhez.

Szállítás

Biológiai rendszerekben a makromolekulák a sejtek belső és külső része között endo- és exocitózisnak nevezett folyamatokkal (vezikulák képződését is beleértve) vagy aktív transzport útján szállíthatók.

Az endocitózis magában foglalja az összes olyan mechanizmust, amelyet a sejt használ a nagy részecskék bejutásának elérésére, és a következő osztályba sorolható: fagocitózis, amikor a lenyelni kívánt elem szilárd részecske; pinocytosis, amikor az extracelluláris folyadék belép; és a receptorok által közvetített endocitózis.

Az ilyen módon bevitt molekulák többsége az emésztésért felelős organellekbe kerül: a lizoszóma. Mások fagoszómákba kerülnek - amelyeknek fuzionális tulajdonságai vannak a lizoszómákkal, és fagolizoszómáknak nevezett struktúrát képeznek.

Ily módon a lizoszómában levő enzimatikus akkumulátor lebontja az eredetileg bejutott makromolekulákat. Az azokat alkotó monomereket (monoszacharidok, nukleotidok, aminosavak) visszajuttatják a citoplazmába, ahol új makromolekulák képzésére használják őket.

A bél egészében vannak olyan sejtek, amelyeknek speciális transzporterei vannak az étrendben felhasznált egyes makromolekulák felszívódására. Például a PEP1 és PEP2 transzportereket használják fehérjékhez, és SGLT-t a glükózhoz.

Szintetikus makromolekulák

A szintetikus makromolekulákban ugyanazt a szerkezeti mintázatot találjuk, mint a biológiai eredetű makromolekulák esetében: monomerek vagy kis alegységek, amelyek kötések útján kapcsolódnak polimer képzéséhez.

Különböző típusú szintetikus polimerek léteznek, a legegyszerűbbek a polietilén. Ez egy semleges műanyag a kémiai képlete CH ₂ -CH ₂ (amely egy kettős kötést) elég gyakori az iparban, mivel olcsó és könnyen előállítható.

Mint látható, ennek a műanyagnak a felépítése lineáris, és nincs elágazása.

A poliuretán egy másik polimer, amelyet az iparban széles körben használnak habok és szigetelők gyártására. Konyháinkban biztosan lesz egy szivacs az anyagból. Ezt az anyagot hidroxil-bázisok diizocianátoknak nevezett elemekkel történő kondenzációjával nyerik.

Vannak más, még bonyolultabb szintetikus polimerek is, például a nejlon (vagy nejlon). Jellemzői között az, hogy nagyon ellenálló, észrevehető rugalmassággal rendelkezik. A textilipar kihasználja ezeket a tulajdonságokat szövetek, sörték, vonalak stb. Gyártása során. Az orvosok varratok készítésére is használják.

Irodalom

1. Berg, JM, Stryer, L. és Tymoczko, JL (2007). Biokémia. Megfordítottam.
2. Campbell, MK és Farrell, SO (2011). Biokémia. Thomson. Brooks / Cole.
3. Devlin, TM (2011). Biokémiai tankönyv. John Wiley & Sons.
4. Freeman, S. (2017). Biológiai tudomány. Pearson oktatás.
5. Koolman, J. és Röhm, KH (2005). Biokémia: szöveg és atlasz. Panamerican Medical Ed.
6. Moldoveanu, SC (2005). Szintetikus szerves polimerek analitikai pirolízise (25. kötet). Elsevier.
7. Moore, JT és Langley, RH (2010). Bemutatók biokémiája. John Wiley & Sons.
8. Mougios, V. (2006). Gyakorlati biokémia. Emberi kinetika.
9. Müller-Esterl, W. (2008). Biokémia. Az orvostudomány és az élettudomány alapjai. Megfordítottam.
10. Poortmans, JR (2004). A testmozgás biokémiai alapelvei. 3 ^rd, átdolgozott kiadás. Karger.
11. Voet, D. és Voet, JG (2006). Biokémia. Panamerican Medical Ed.