Biomolekulu klasifikācija un galvenās funkcijas

The biomolekulas tās ir dzīvās būtnēs radušās molekulas. Priekšvārds "bio" nozīmē dzīvi; tādēļ biomolekula ir molekula, ko ražo dzīvā būtne. Dzīvās būtnes veido dažāda veida molekulas, kas veic dažādas dzīvībai nepieciešamās funkcijas.

Dabā ir biotiskas (dzīvas) un abiotiskas (nedzīvas) sistēmas, kas mijiedarbojas un dažos gadījumos apmainās ar elementiem. Raksturīga iezīme, ka visām dzīvajām būtnēm ir kopīga iezīme ir tā, ka tās ir organiskas, kas nozīmē, ka to molekulas veido oglekļa atomi..

Biomolekulām ir arī citi oglekļa atomi. Šie atomi galvenokārt ietver ūdeņradi, skābekli, slāpekli, fosforu un sēru. Šos elementus sauc arī par bioelementiem, jo ​​tie ir bioloģisko molekulu galvenā sastāvdaļa.

Tomēr ir arī citi atomi, kas ir arī dažās biomolekulās, kaut arī mazākos daudzumos. Tie parasti ir metāla joni, piemēram, kālijs, nātrijs, dzelzs un magnija. Tāpēc biomolekulas var būt divu veidu: organiskās vai neorganiskās.

Tādējādi organismi sastāv no daudzu veidu molekulām, kuru pamatā ir ogleklis, piemēram: cukuri, tauki, proteīni un nukleīnskābes. Tomēr ir arī citi savienojumi, kas ir arī uz oglekļa bāzes un kas nav biomolekulu daļa.

Šīs molekulas, kas satur oglekli, bet nav atrodamas bioloģiskajās sistēmās, atrodamas zemes garozā, ezeros, jūrās un okeānos un atmosfērā. Šo elementu kustība dabā ir aprakstīta tā sauktajā biogeoķīmiskajā ciklā.

Tiek uzskatīts, ka šīs dabiskās dabiskās molekulas ir tās, kas radīja sarežģītākās biomolekulas, kas ir daļa no dzīves pamatstruktūras - šūnas. Iepriekš minētais ir abiotiskās sintēzes teorija.

Indekss

• 1 Biomolekulu klasifikācija un funkcijas
  • 1.1. Neorganiskās biomolekulas 
  • 1.2 Organiskās biomolekulas
• 2 Atsauces

Biomolekulu klasifikācija un funkcijas

Biomolekulas ir atšķirīgas pēc izmēra un struktūras, kas dod tām unikālas īpašības dažādām dzīvībai nepieciešamajām funkcijām. Tādējādi, cita starpā, biomolekulas darbojas kā informācijas glabāšana, enerģijas avots, atbalsts, šūnu metabolisms.

Biomolekulas var iedalīt divās lielās grupās, pamatojoties uz oglekļa atomu klātbūtni vai neesamību.

Neorganiskās biomolekulas 

Tās ir visas tās molekulas, kas ir dzīvās būtnes un kas nesatur oglekļa molekulāro struktūru. Neorganiskās molekulas var atrast arī citās (nedzīvās) dabas sistēmās.

Neorganisko biomolekulu veidi ir šādi:

Ūdens

Tā ir dzīvo būtņu galvenā un būtiskā sastāvdaļa, tā ir molekula, ko veido skābekļa atoms, kas saistīts ar diviem ūdeņraža atomiem. Ūdens ir būtisks dzīves pastāvēšanai un ir visizplatītākā biomolekula.

No 50 līdz 95% no jebkuras dzīvās būtnes svara ir ūdens, jo ir nepieciešams veikt vairākas svarīgas funkcijas, piemēram, termisko regulēšanu un vielu transportēšanu..

Minerālie sāļi

Tās ir vienkāršas molekulas, ko veido atomi ar pretēju uzlādi, kas pilnīgi atdalās ūdenī. Piemēram: nātrija hlorīds, ko veido hlora atoms (negatīvi uzlādēts) un nātrija atoms (pozitīvi uzlādēts)..

Minerālie sāļi piedalās cietu struktūru veidošanā, piemēram, mugurkaulnieku kaulos vai bezmugurkaulnieku eksoskeletā. Šīs neorganiskās biomolekulas ir nepieciešamas arī daudzu svarīgu šūnu funkciju veikšanai.

Gāzes

Tie ir molekulas, kas ir gāzes formā. Tās ir būtiskas dzīvnieku elpināšanai un fotosintēzi augos.

Šo gāzu piemēri ir: molekulārais skābeklis, ko veido divi skābekļa atomi, kas savienoti kopā; un oglekļa dioksīdu, ko veido oglekļa atoms, kas pievienots diviem skābekļa atomiem. Abas biomolekulas piedalās gāzveida apmaiņā, ko dzīvās būtnes veido savā vidē.

Organiskās biomolekulas

Organiskās biomolekulas ir tās molekulas, kas savā struktūrā satur oglekļa atomus. Organiskās molekulas var būt arī izplatītas dabā kā daļa no nedzīvām sistēmām, un tās veido to, ko sauc par biomasu.

Organisko biomolekulu veidi ir šādi:

Ogļhidrāti

Ogļhidrāti, iespējams, ir visbiežāk sastopamās un izplatītākās organiskās vielas dabā, un tās ir visu dzīvo būtisko sastāvdaļu sastāvdaļa..

Fotosintēzes procesā ogļhidrātus ražo zaļie augi no oglekļa dioksīda un ūdens.

Šīs biomolekulas galvenokārt sastāv no oglekļa, ūdeņraža un skābekļa atomiem. Tās ir pazīstamas arī kā ogļhidrāti vai saharīdi, un tās darbojas kā enerģijas avoti un kā strukturālas sastāvdaļas organismiem.

- Monosaharīdi

Monosaharīdi ir visvienkāršākie ogļhidrāti, un tos bieži sauc par vienkāršiem cukuriem. Tie ir pamatelementi, no kuriem veidojas visi lielākie ogļhidrāti.

Monosaharīdiem ir vispārēja molekulārā formula (CH2O) n, kur n var būt 3, 5 vai 6. Tādējādi monosaharīdus var klasificēt pēc molekulā esošo oglekļa atomu skaita:

Ja n = 3, molekula ir trioze. Piemēram: gliceraldehīds.

Ja n = 5, molekula ir pentoze. Piemēram: riboze un dezoksiriboze.

Ja n = 6, molekula ir heksoze. Piemēram: fruktoze, glikoze un galaktoze.

Pentozes un heksozes var izpausties divos veidos: cikliska un cikliska. Cikliskā formā to molekulārajās struktūrās ir divas funkcionālās grupas: aldehīda grupa vai ketona grupa.

Monosaharīdus, kas satur aldehīda grupu, sauc par aldozēm, un tos, kuriem ir ketona grupa, sauc par ketozēm. Aldozes ir reducējošie cukuri, bet ketozes ir nesamazinoši cukuri.

Tomēr ūdenī pentozes un heksozes pastāv galvenokārt cikliskā formā, un šajā formā tās apvienojas, veidojot lielākas saharīdu molekulas..

- Disaharīdi

Lielākā daļa dabā sastopamo cukuru ir disaharīdi. Tie veidojas, veidojot glikozīdu saiti starp diviem monosaharīdiem, izmantojot kondensācijas reakciju, kas atbrīvo ūdeni. Šim saiknes veidošanās procesam ir nepieciešama enerģija, lai kopā glabātu abas monosaharīdu vienības.

Trīs svarīgākie disaharīdi ir saharoze, laktoze un maltoze. Tie veidojas no atbilstošo monosaharīdu kondensācijas. Saharoze ir nesamazinošs cukurs, bet laktoze un maltoze ir reducējošie cukuri.

Disaharīdi šķīst ūdenī, bet tie ir ļoti lieli biomolekulas, kas šķērso šūnu membrānu ar difūziju. Šā iemesla dēļ tos sagremo tievajās zarnās gremošanas laikā, lai to pamatkomponenti (ti, monosaharīdi) nonāk asinīs un citās šūnās..

Monosaharīdus šūnas ļoti ātri izmanto. Tomēr, ja šūna neprasa enerģiju nekavējoties, tā var uzglabāt to sarežģītāku polimēru veidā. Tādējādi monosaharīdus pārvērš disaharīdos ar kondensācijas reakcijām, kas rodas šūnā.

- Oligosaharīdi

Oligosaharīdi ir starpmolekulas, ko veido trīs līdz deviņas vienkāršu cukuru (monosaharīdu) vienības. Tie veidojas, daļēji sadalot sarežģītākus ogļhidrātus (polisaharīdus)..

Lielākā daļa dabisko oligosaharīdu atrodami augos, un cilvēki, izņemot maltotriozi, ir nesagremojami, jo cilvēka ķermenim trūkst vajadzīgo enzīmu tievajās zarnās, lai tās izjauktu.

Lielās zarnās labvēlīgas baktērijas var noārdīt oligosaharīdus ar fermentāciju; tādējādi tie tiek pārveidoti par absorbējošām barības vielām, kas nodrošina enerģiju. Dažiem oligosaharīdu sadalīšanās produktiem var būt labvēlīga ietekme uz resnās zarnas oderējumu.

Oligosaharīdu piemēri ir rafinoze, trekaharīds no pākšaugiem un daži graudaugi, kas sastāv no glikozes, fruktozes un galaktozes. Maltotriozi, glikozes trisaharīdu, ražo dažos augos un dažu posmkāju asinīs..

- Polisaharīdi

Monosaharīdus var pakļaut virknei kondensācijas reakciju, pievienojot ķēdei vienu vienību, līdz veidojas ļoti lielas molekulas. Tie ir polisaharīdi.

Polisaharīdu īpašības ir atkarīgas no vairākiem to molekulārās struktūras faktoriem: garums, sānu atzarojumi, locīšana un, ja ķēde ir "taisna" vai "bailīga". Pastāv vairāki polisaharīdu piemēri dabā.

Ciete bieži tiek ražota augos kā enerģijas uzglabāšanas veids, un tā sastāv no α-glikozes polimēriem. Ja polimērs ir sazarots, to sauc par amilopektīnu, un, ja tas nav sazarots, to sauc par amilozi.

Glikogēns ir enerģijas rezervju polisaharīds dzīvniekiem un sastāv no amilopektīniem. Tādējādi cietes augos degradējas organismā, lai iegūtu glikozi, kas nonāk šūnā un tiek izmantota vielmaiņā. Neizmantotā glikoze polimerizē un veido glikogēnu - enerģijas rezervuāru.

Lipīdi

Lipīdi ir cita veida organiskās biomolekulas, kuru galvenā īpašība ir tā, ka tās ir hidrofobas (tās atvaira ūdeni), un tādēļ tās nešķīst ūdenī. Atkarībā no to struktūras lipīdi var iedalīt 4 galvenajās grupās:

- Triglicerīdi

Triglicerīdus veido glicerīna molekula, kas saistīta ar trim taukskābju ķēdēm. Taukskābe ir lineāra molekula, kas vienā galā satur karboksilskābi, kam seko ogļūdeņražu ķēde un metilgrupa otrā galā..

Atkarībā no to struktūras taukskābes var būt piesātinātas vai nepiesātinātas. Ja ogļūdeņražu ķēdē ir tikai atsevišķas saites, tā ir piesātināta taukskābe. Un otrādi, ja ogļūdeņražu ķēdē ir viena vai vairākas divkāršas saites, taukskābe ir nepiesātināta.

Šajā kategorijā ir eļļas un tauki. Pirmie ir augu enerģijas rezerve, tiem ir piesātinājums un istabas temperatūrā šķidrumi. Turpretī tauki ir dzīvnieku enerģijas rezerves, tie ir piesātināti un cietas molekulas istabas temperatūrā.

Fosfolipīdi

Fosfolipīdi ir līdzīgi triglicerīdiem, jo ​​tiem ir glicerīna molekula, kas piesaistīta divām taukskābēm. Atšķirība ir tā, ka fosfolipīdiem ir fosfātu grupa glicerīna trešajā oglekļa vietā, nevis citas taukskābju molekulas.

Šie lipīdi ir ļoti svarīgi, jo tie var mijiedarboties ar ūdeni. Ja vienā galā ir fosfātu grupa, molekula kļūst hidrofila (piesaista ūdeni) šajā reģionā. Tomēr pārējā molekulas daļā tas paliek hidrofobs.

Fosfolipīdi savu struktūru dēļ mēdz būt organizēti tā, ka fosfātu grupas ir pieejamas, lai mijiedarbotos ar ūdens vidi, savukārt iekšējās hidrofobās ķēdes ir tālu no ūdens. Tādējādi fosfolipīdi ir daļa no visām bioloģiskajām membrānām.

- Steroīdi

Steroīdi sastāv no četriem kausētiem oglekļa gredzeniem, kurus savieno dažādas funkcionālās grupas. Viens no svarīgākajiem ir holesterīns, tas ir būtiski dzīvajām būtnēm. Tas ir dažu svarīgu hormonu, piemēram, estrogēna, testosterona un kortizona, priekštecis.

- Vaski

Vaski ir neliela lipīdu grupa, kam ir aizsargfunkcija. Tie ir atrodami koku lapās, putnu spalvās, dažu zīdītāju ausīs un vietās, kuras nepieciešams izolēt vai aizsargāt no ārējās vides..

Nukleīnskābes

Nukleīnskābes ir galvenās ģenētiskās informācijas molekulas dzīvajām būtnēm. Tās galvenā funkcija ir virzīt proteīna sintēzes procesu, kas nosaka katras dzīvās būtnes mantojamās īpašības. Tie sastāv no oglekļa, ūdeņraža, skābekļa, slāpekļa un fosfora atomiem.

Nukleīnskābes ir polimēri, ko veido monomēru atkārtojumi, ko sauc par nukleotīdiem. Katrs nukleotīds sastāv no aromātiskas bāzes, kas satur slāpekli, kas piesaistīts pentozes cukuram (pieciem oglekļiem), kas savukārt ir pievienots fosfātu grupai..

Divas galvenās nukleīnskābju klases ir dezoksiribonukleīnskābe (DNS) un ribonukleīnskābe (RNS). DNS ir molekula, kas satur visu sugas informāciju, un tāpēc tā atrodas visās dzīvajās būtnēs un vairumā vīrusu.

RNS ir dažu vīrusu ģenētiskais materiāls, bet tas ir atrodams arī visās dzīvajās šūnās. Tur viņš spēlē nozīmīgas lomas noteiktos procesos, piemēram, proteīnu ražošanā.

Katra nukleīnskābe satur četras no piecām iespējamām bāzēm, kas satur slāpekli: adenīnu (A), guanīnu (G), citozīnu (C), timīnu (T) un uracilu (U). DNS ir bāzes adenīns, guanīns, citozīns un timīns, bet RNS ir tāds pats, izņemot timīnu, kuru RNS aizstāj ar uracilu..

- Dezoksiribonukleīnskābe (DNS)

DNS molekula sastāv no divām nukleotīdu ķēdēm, kas saistītas ar saitēm, ko sauc par fosfodiestera saitēm. Katrai ķēdei ir struktūra spirāles formā. Abas heliketes sasaucas, lai iegūtu dubultu spirāli. Bāzes atrodas propellera iekšpusē un fosfātu grupas atrodas ārpusē.

DNS sastāv no galvenās cukura dezoksiribozes ķēdes, kas saistīta ar fosfātu un četrām slāpekļa bāzēm: adenīnu, guanīnu, citozīnu un timīnu. Bāzes pāri veidojas divslāņu DNS: adenīns vienmēr saistās ar timīnu (A-T) un guanīnu - citozīnu (G-C)..

Abas spirāles tiek turētas kopā, saskaņojot nukleotīdu bāzes ar ūdeņraža saitēm. Šo struktūru dažreiz raksturo kā kāpnes, kurās cukura un fosfātu ķēdes ir sānu malas, un bāzes bāzes saites ir kāpnes.

Šī struktūra kopā ar molekulas ķīmisko stabilitāti padara DNS par ideālu materiālu ģenētiskās informācijas pārraidei. Kad šūna sadala, tā DNS tiek kopēta un pāriet no vienas paaudzes paaudzes uz nākamo paaudzi.

- Ribonukleīnskābe (RNS)

RNS ir nukleīnskābes polimērs, kura struktūru veido viena nukleotīdu ķēde: adenīns, citozīns, guanīns un uracils. Tāpat kā DNS, citozīns vienmēr saistās ar guanīnu (C-G), bet adenīns saistās ar uracilu (A-U)..

Tas ir pirmais starpnieks ģenētiskās informācijas nodošanā šūnās. RNS ir būtiska proteīnu sintēzei, jo ģenētiskajā kodā iekļautā informācija parasti tiek pārnesta no DNS uz RNS un no tās uz olbaltumvielām..

Dažām RNS ir arī tiešas funkcijas šūnu metabolismā. RNS iegūst, kopējot DNS segmenta bāzes sekvenci, ko sauc par gēnu, vienā virknē nukleīnskābes daļā. Šo procesu, ko sauc par transkripciju, katalizē enzīms, ko sauc par RNS polimerāzi.

Pastāv vairāki dažādi RNS veidi, galvenokārt trīs: pirmais ir kurjera RNS, kas tiek tieši kopēts no DNS ar transkripciju. Otrais veids ir pārneses RNS, kas pārnes pareizās aminoskābes proteīnu sintēzei.

Visbeidzot, otra RNS klase ir ribosomu RNS, kas kopā ar dažiem proteīniem veido ribosomas, šūnu organelus, kas atbild par visu šūnas proteīnu sintēzi..

Olbaltumvielas

Olbaltumvielas ir lielas, sarežģītas molekulas, kas veic daudzas svarīgas funkcijas un veic lielāko daļu darbu šūnās. Tie ir nepieciešami dzīvo būtņu struktūrai, funkcijai un regulēšanai. Tie sastāv no oglekļa, ūdeņraža, skābekļa un slāpekļa atomiem.

Olbaltumvielas sastāv no mazākām vienībām, ko sauc par aminoskābēm, kuras savieno peptīdu saites un veido garas ķēdes. Aminoskābes ir nelielas organiskas molekulas ar ļoti īpašām fizikāli ķīmiskām īpašībām, ir 20 dažādi veidi.

Aminoskābju secība nosaka katra proteīna unikālo trīsdimensiju struktūru un tās specifisko funkciju. Patiesībā atsevišķu proteīnu funkcijas ir tikpat daudzveidīgas kā to unikālās aminoskābju sekvences, kas nosaka mijiedarbību, kas rada sarežģītas trīsdimensiju struktūras.

Dažādas funkcijas

Olbaltumvielas var būt šūnas strukturālās un kustības sastāvdaļas, piemēram, aktīns. Citi strādā, paātrinot bioķīmiskās reakcijas šūnā, piemēram, DNS polimerāzi, kas ir DNS, kas sintezē DNS..

Ir arī citi proteīni, kuru funkcija ir nodot organismam svarīgu vēstījumu. Piemēram, dažu veidu hormoni, piemēram, augšanas hormons, pārraida signālus, lai koordinētu bioloģiskos procesus starp dažādām šūnām, audiem un orgāniem..

Daži proteīni saistās un transportē atomus (vai mazas molekulas) šūnās; Tāds ir feritīna gadījums, kas ir atbildīgs par dzelzs uzglabāšanu dažos organismos. Vēl viena svarīgu proteīnu grupa ir antivielas, kas pieder imūnsistēmai un ir atbildīgas par toksīnu un patogēnu noteikšanu.

Tādējādi olbaltumvielas ir ģenētiskās informācijas dekodēšanas procesa galīgie produkti, kas sākas ar šūnu DNS. Šī neticami daudzveidīgā funkcija ir iegūta no pārsteidzoši vienkārša koda, kas spēj noteikt ļoti daudzveidīgu struktūru komplektu.

Atsauces

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Šūnas molekulārā bioloģija (6. izdevums). Garland Zinātne.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Bioķīmija (8. izdevums). W. H. Freemans un uzņēmums.
3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Bioloģija (2. izdevums) Pearson Education.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Molekulāro šūnu bioloģija (8. izdevums). W. H. Freemans un uzņēmums.
5. Solomons, E., Bergs, L. un Martin, D. (2004). Bioloģija (7. izdevums) Cengage Learning.
6. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Bioķīmijas pamati: dzīve Molekulārais līmenis (5. izdevums). Wiley.