Klasyfikacja biomolekuł i główne funkcje

The biocząsteczki są molekułami wytwarzanymi w żywych istotach. Przedrostek „bio” oznacza życie; dlatego biocząsteczka jest cząsteczką wytwarzaną przez żywą istotę. Żywe istoty są tworzone przez różne typy cząsteczek, które pełnią różne funkcje niezbędne do życia.

W naturze istnieją systemy biotyczne (żywe) i abiotyczne (nieożywione), które wchodzą w interakcje, aw niektórych przypadkach wymieniają elementy. Cechą wspólną wszystkich żywych istot jest to, że są one organiczne, co oznacza, że ​​ich cząsteczki składowe są utworzone przez atomy węgla.

Biomolekuły mają także inne atomy wspólne oprócz węgla. Atomy te obejmują głównie wodór, tlen, azot, fosfor i siarkę. Elementy te nazywane są również biopierwiastkami, ponieważ są głównym składnikiem molekuł biologicznych.

Istnieją jednak inne atomy, które występują również w niektórych biomolekułach, chociaż w mniejszych ilościach. Są to między innymi jony metali, takich jak potas, sód, żelazo i magnez. Dlatego biomolekuły mogą być dwojakiego rodzaju: organiczne lub nieorganiczne.

Zatem organizmy składają się z wielu rodzajów cząsteczek opartych na węglu, na przykład: cukry, tłuszcze, białka i kwasy nukleinowe. Istnieją jednak inne związki, które są również oparte na węglu i które nie są częścią biocząsteczek.

Te cząsteczki, które zawierają węgiel, ale nie występują w układach biologicznych, można znaleźć w skorupie ziemskiej, w jeziorach, morzach i oceanach oraz w atmosferze. Ruch tych elementów w naturze jest opisany w tak zwanych cyklach biogeochemicznych.

Uważa się, że te proste cząsteczki organiczne występujące w przyrodzie były tymi, które dały początek najbardziej złożonym biomolekułom, które są częścią podstawowej struktury życia: komórki. Powyższe jest znane jako teoria syntezy abiotycznej.

Indeks

• 1 Klasyfikacja i funkcje biomolekuł
  • 1.1 Nieorganiczne biomolekuły 
  • 1.2 Organiczne biocząsteczki
• 2 referencje

Klasyfikacja i funkcje biomolekuł

Biomolekuły są zróżnicowane pod względem wielkości i struktury, co daje im unikalne właściwości do wykonywania różnych funkcji niezbędnych do życia. Zatem biomolekuły działają między innymi jako przechowywanie informacji, źródło energii, wsparcie, metabolizm komórkowy.

Biomolekuły można podzielić na dwie duże grupy w oparciu o obecność lub nieobecność atomów węgla.

Nieorganiczne biomolekuły 

Są to wszystkie cząsteczki, które są obecne w żywych istotach i które nie zawierają węgla w swojej strukturze molekularnej. Cząsteczki nieorganiczne można również znaleźć w innych (nieożywionych) systemach przyrody.

Typy nieorganicznych biomolekuł są następujące:

Woda

Jest głównym i podstawowym składnikiem istot żywych, jest cząsteczką utworzoną przez atom tlenu połączony z dwoma atomami wodoru. Woda jest niezbędna do istnienia życia i jest najczęstszą biocząsteczką.

Od 50 do 95% masy każdej żywej istoty to woda, ponieważ konieczne jest wykonywanie kilku ważnych funkcji, takich jak regulacja termiczna i transport substancji.

Sole mineralne

Są to proste cząsteczki utworzone przez atomy o przeciwnym ładunku, które całkowicie oddzielają się w wodzie. Na przykład: chlorek sodu, utworzony przez atom chloru (naładowany ujemnie) i atom sodu (naładowany dodatnio).

Sole mineralne uczestniczą w tworzeniu sztywnych struktur, takich jak kości kręgowców lub egzoszkielet bezkręgowców. Te nieorganiczne biomolekuły są również niezbędne do wykonywania wielu ważnych funkcji komórkowych.

Gazy

Są to cząsteczki w postaci gazu. Są one fundamentalne dla oddychania zwierząt i fotosyntezy w roślinach.

Przykładami tych gazów są: tlen cząsteczkowy, utworzony przez dwa połączone ze sobą atomy tlenu; i dwutlenek węgla, utworzony przez atom węgla przyłączony do dwóch atomów tlenu. Obie biomolekuły uczestniczą w wymianie gazowej, którą żywe istoty tworzą z otoczeniem.

Organiczne biomolekuły

Organiczne biomolekuły to te cząsteczki, które zawierają atomy węgla w swojej strukturze. Cząsteczki organiczne można również znaleźć w naturze jako część systemów nieożywionych i stanowią tak zwaną biomasę.

Rodzaje biocząsteczek organicznych są następujące:

Węglowodany

Węglowodany są prawdopodobnie najbardziej obfitymi i rozpowszechnionymi substancjami organicznymi w przyrodzie i są niezbędnymi składnikami wszystkich żywych istot.

Węglowodany są produkowane przez zielone rośliny z dwutlenku węgla i wody podczas procesu fotosyntezy.

Te biomolekuły składają się głównie z atomów węgla, wodoru i tlenu. Znane są również jako węglowodany lub sacharydy i działają jako źródła energii oraz jako składniki strukturalne organizmów.

- Monosacharydy

Monosacharydy są najprostszymi węglowodanami i często nazywane są cukrami prostymi. Są to podstawowe elementy budulcowe, z których powstają wszystkie największe węglowodany.

Monosacharydy mają ogólny wzór cząsteczkowy (CH2O) n, gdzie n może wynosić 3, 5 lub 6. Zatem monosacharydy można klasyfikować zgodnie z liczbą atomów węgla obecnych w cząsteczce:

Jeśli n = 3, cząsteczka jest triozą. Na przykład: aldehyd glicerynowy.

Jeśli n = 5, cząsteczka jest pentozą. Na przykład: ryboza i dezoksyryboza.

Jeśli n = 6, cząsteczka jest heksozą. Na przykład: fruktoza, glukoza i galaktoza.

Pentozy i heksozy mogą występować w dwóch postaciach: cyklicznej i niecyklicznej. W postaci niecyklicznej ich struktury molekularne wykazują dwie grupy funkcyjne: grupę aldehydową lub grupę ketonową.

Monosacharydy zawierające grupę aldehydową są nazywane aldozami, a te zawierające grupę ketonową nazywane są ketozami. Aldozy są cukrami redukującymi, podczas gdy ketozy są cukrami nieredukującymi.

Jednak w wodzie pentozy i heksozy występują głównie w postaci cyklicznej i właśnie w tej formie łączą się, tworząc większe cząsteczki sacharydów.

- Disacharydy

Większość cukrów występujących w przyrodzie to disacharydy. Tworzą się one przez tworzenie wiązania glikozydowego między dwoma monosacharydami poprzez reakcję kondensacji, która uwalnia wodę. Ten proces tworzenia wiązań wymaga energii do utrzymania razem dwóch jednostek monosacharydowych.

Trzy najważniejsze disacharydy to sacharoza, laktoza i maltoza. Powstają w wyniku kondensacji odpowiednich monosacharydów. Sacharoza jest cukrem nieredukującym, podczas gdy laktoza i maltoza to cukry redukujące.

Disacharydy są rozpuszczalne w wodzie, ale są bardzo dużymi biocząsteczkami do przenikania przez błonę komórkową przez dyfuzję. Z tego powodu są rozkładane w jelicie cienkim podczas trawienia, tak że ich podstawowe składniki (tj. Monosacharydy) przechodzą do krwi i do innych komórek.

Monosacharydy są bardzo szybko wykorzystywane przez komórki. Jeśli jednak komórka nie potrzebuje energii natychmiast, może ją przechowywać w postaci bardziej złożonych polimerów. Zatem monosacharydy są przekształcane w disacharydy w reakcjach kondensacji, które zachodzą w komórce.

- Oligosacharydy

Oligosacharydy to cząsteczki pośrednie utworzone z trzech do dziewięciu jednostek cukrów prostych (monosacharydów). Tworzą się one przez częściowe rozkładanie bardziej złożonych węglowodanów (polisacharydów).

Większość naturalnych oligosacharydów znajduje się w roślinach i, z wyjątkiem maltotriozy, jest niestrawna dla ludzi, ponieważ organizmowi ludzkiemu brakuje niezbędnych enzymów w jelicie cienkim, aby je zniszczyć.

W jelicie grubym pożyteczne bakterie mogą rozkładać oligosacharydy przez fermentację; w ten sposób przekształcają się w przyswajalne składniki odżywcze, które dostarczają energii. Pewne produkty degradacji oligosacharydów mogą mieć korzystny wpływ na wyściółkę jelita grubego.

Przykłady oligosacharydów obejmują rafinozę, trisacharyd z roślin strączkowych i niektóre zboża złożone z glukozy, fruktozy i galaktozy. Maltotrioza, trisacharyd glukozowy, jest wytwarzana w niektórych roślinach i we krwi niektórych stawonogów.

- Polisacharydy

Monosacharydy mogą przechodzić szereg reakcji kondensacji, dodając do łańcucha jedną jednostkę po drugiej, aż do utworzenia bardzo dużych cząsteczek. To są polisacharydy.

Właściwości polisacharydów zależą od kilku czynników ich struktury molekularnej: długości, bocznych odgałęzień, składania i czy łańcuch jest „prosty” czy „funky”. Istnieje kilka przykładów polisacharydów w przyrodzie.

Skrobia jest często wytwarzana w roślinach jako sposób na przechowywanie energii i składa się z polimerów α-glukozy. Jeśli polimer jest rozgałęziony, nazywany jest amylopektyną, a jeśli nie jest rozgałęziony, nazywany jest amylozą.

Glikogen jest polisacharydem rezerwy energii u zwierząt i składa się z amylopektyn. Zatem skrobia w roślinach rozkłada się w organizmie, wytwarzając glukozę, która wchodzi do komórki i jest wykorzystywana w metabolizmie. Nieużywana glukoza polimeryzuje i tworzy glikogen, zbiornik energii.

Lipidy

Lipidy są innym rodzajem organicznych biocząsteczek, których główną cechą jest to, że są hydrofobowe (odpychają wodę), aw konsekwencji są nierozpuszczalne w wodzie. W zależności od ich struktury, lipidy można podzielić na 4 główne grupy:

- Triglicerydy

Trójglicerydy są tworzone przez cząsteczkę glicerolu połączoną z trzema łańcuchami kwasów tłuszczowych. Kwas tłuszczowy jest cząsteczką liniową, która zawiera na jednym końcu kwas karboksylowy, a następnie łańcuch węglowodorowy i grupę metylową na drugim końcu.

W zależności od ich struktury, kwasy tłuszczowe mogą być nasycone lub nienasycone. Jeśli łańcuch węglowodorowy zawiera tylko pojedyncze wiązania, jest to nasycony kwas tłuszczowy. I odwrotnie, jeśli ten łańcuch węglowodorowy ma jedno lub więcej wiązań podwójnych, kwas tłuszczowy jest nienasycony.

W tej kategorii znajdują się oleje i tłuszcze. Pierwsze są rezerwą energetyczną roślin, mają nienasycenie i są płynne w temperaturze pokojowej. Natomiast tłuszcze są zasobami energetycznymi zwierząt, są nasyconymi i stałymi cząsteczkami w temperaturze pokojowej.

Fosfolipidy

Fosfolipidy są podobne do trójglicerydów, ponieważ posiadają cząsteczkę glicerolu związaną z dwoma kwasami tłuszczowymi. Różnica polega na tym, że fosfolipidy mają grupę fosforanową w trzecim węglu glicerolu, zamiast innej cząsteczki kwasu tłuszczowego.

Te lipidy są bardzo ważne ze względu na sposób, w jaki mogą oddziaływać z wodą. Mając grupę fosforanową na jednym końcu, cząsteczka staje się hydrofilowa (przyciąga wodę) w tym regionie. Jednak pozostaje reszta hydrofobowa w pozostałej części cząsteczki.

Ze względu na swoją strukturę fosfolipidy mają tendencję do organizowania się w taki sposób, że grupy fosforanowe są dostępne do oddziaływania z ośrodkiem wodnym, podczas gdy hydrofobowe łańcuchy, które organizują wewnątrz, są dalekie od wody. Zatem fosfolipidy są częścią wszystkich błon biologicznych.

- Sterydy

Sterydy składają się z czterech skondensowanych pierścieni węglowych, które są połączone przez różne grupy funkcyjne. Jednym z najważniejszych jest cholesterol, jest niezbędny dla żywych istot. Jest prekursorem niektórych ważnych hormonów, takich jak między innymi estrogen, testosteron i kortyzon.

- Woski

Woski są małą grupą lipidów, które mają funkcję ochronną. Występują w liściach drzew, w piórach ptaków, w uszach niektórych ssaków oraz w miejscach, które wymagają izolacji lub ochrony przed środowiskiem zewnętrznym..

Kwasy nukleinowe

Kwasy nukleinowe są głównymi cząsteczkami transportowymi informacji genetycznej w żywych istotach. Jego główną funkcją jest kierowanie procesem syntezy białek, która określa odziedziczone cechy każdej żywej istoty. Składają się z atomów węgla, wodoru, tlenu, azotu i fosforu.

Kwasy nukleinowe są polimerami utworzonymi przez powtórzenia monomerów, zwane nukleotydami. Każdy nukleotyd składa się z aromatycznej zasady zawierającej azot przyłączony do cukru pentozowego (pięć węgli), który z kolei jest przyłączony do grupy fosforanowej.

Dwie główne klasy kwasów nukleinowych to kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA) i kwas rybonukleinowy (RNA). DNA to cząsteczka, która zawiera wszystkie informacje o gatunku, dlatego jest obecna we wszystkich żywych istotach iw większości wirusów.

RNA jest materiałem genetycznym niektórych wirusów, ale występuje również we wszystkich żywych komórkach. Tam odgrywa ważną rolę w niektórych procesach, takich jak produkcja białek.

Każdy kwas nukleinowy zawiera cztery z pięciu możliwych zasad zawierających azot: adeninę (A), guaninę (G), cytozynę (C), tyminę (T) i uracyl (U). DNA ma zasady adeninę, guaninę, cytozynę i tyminę, podczas gdy RNA ma to samo z wyjątkiem tyminy, która jest zastąpiona przez uracyl w RNA.

- Kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA)

Cząsteczka DNA składa się z dwóch łańcuchów nukleotydów połączonych wiązaniami zwanymi wiązaniami fosfodiestrowymi. Każdy łańcuch ma strukturę w postaci helisy. Dwie helisy przeplatają się, tworząc podwójną helisę. Podstawy znajdują się wewnątrz śmigła, a grupy fosforanowe znajdują się na zewnątrz.

DNA składa się z głównego łańcucha dezoksyrybozy cukrowej połączonej z fosforanem i czterech zasad azotowych: adeniny, guaniny, cytozyny i tyminy. Pary zasad powstają w dwuniciowym DNA: adenina zawsze wiąże się z tyminą (A-T) i guaniną z cytozyną (G-C).

Dwie helisy są utrzymywane razem przez dopasowanie zasad nukleotydów przez wiązania wodorowe. Struktura jest czasami opisywana jako drabina, w której bokami są łańcuchy cukrowe i fosforanowe, a wiązania bazowe są szczeblami.

Ta struktura, wraz ze stabilnością chemiczną cząsteczki, czyni DNA idealnym materiałem do przekazywania informacji genetycznej. Gdy komórka dzieli się, jej DNA jest kopiowane i przechodzi z jednej generacji komórek do następnej generacji.

- Kwas rybonukleinowy (RNA)

RNA jest polimerem kwasu nukleinowego, którego struktura jest utworzona przez pojedynczy łańcuch nukleotydów: adeninę, cytozynę, guaninę i uracyl. Podobnie jak w DNA, cytozyna zawsze wiąże się z guaniną (C-G), ale adenina wiąże się z uracylem (A-U).

Jest pierwszym pośrednikiem w przekazywaniu informacji genetycznej w komórkach. RNA jest niezbędny do syntezy białek, ponieważ informacje zawarte w kodzie genetycznym są zwykle przekazywane z DNA do RNA iz niego do białek..

Niektóre RNA mają również bezpośrednie funkcje w metabolizmie komórkowym. RNA otrzymuje się przez skopiowanie sekwencji zasad segmentu DNA zwanego genem do jednoniciowej części kwasu nukleinowego. Proces ten, zwany transkrypcją, jest katalizowany przez enzym zwany polimerazą RNA.

Istnieje kilka różnych rodzajów RNA, głównie trzy. Pierwszym z nich jest informacyjny RNA, który jest kopiowany bezpośrednio z DNA przez transkrypcję. Drugim typem jest transfer RNA, który przenosi prawidłowe aminokwasy do syntezy białek.

Wreszcie, drugą klasą RNA jest rybosomalny RNA, który wraz z niektórymi białkami tworzy rybosomy, organelle komórkowe odpowiedzialne za syntezę wszystkich białek komórki.

Białka

Białka są dużymi, złożonymi cząsteczkami, które pełnią wiele ważnych funkcji i wykonują większość pracy w komórkach. Są niezbędne dla struktury, funkcji i regulacji istot żywych. Składają się z atomów węgla, wodoru, tlenu i azotu.

Białka składają się z mniejszych jednostek zwanych aminokwasami, połączonych ze sobą wiązaniami peptydowymi i tworzącymi długie łańcuchy. Aminokwasy są małymi cząsteczkami organicznymi o bardzo szczególnych właściwościach fizykochemicznych, istnieje 20 różnych typów.

Sekwencja aminokwasów określa unikalną trójwymiarową strukturę każdego białka i jego specyficzną funkcję. W rzeczywistości funkcje poszczególnych białek są tak różne, jak ich unikalne sekwencje aminokwasowe, które określają interakcje generujące złożone trójwymiarowe struktury.

Różne funkcje

Białka mogą być składnikami strukturalnymi i ruchowymi komórki, takimi jak aktyna. Inne działają poprzez przyspieszanie reakcji biochemicznych w komórce, takich jak polimeraza DNA, która jest enzymem syntetyzującym DNA.

Istnieją inne białka, których zadaniem jest przekazywanie ważnych wiadomości do organizmu. Na przykład niektóre rodzaje hormonów, takie jak hormon wzrostu, przekazują sygnały w celu koordynacji procesów biologicznych między różnymi komórkami, tkankami i narządami.

Niektóre białka wiążą i transportują atomy (lub małe cząsteczki) wewnątrz komórek; Tak jest w przypadku ferrytyny, która jest odpowiedzialna za przechowywanie żelaza w niektórych organizmach. Inną grupą ważnych białek są przeciwciała, które należą do układu odpornościowego i są odpowiedzialne za wykrywanie toksyn i patogenów.

Zatem białka są końcowymi produktami procesu dekodowania informacji genetycznej, która rozpoczyna się od DNA komórkowego. Ta niesamowita różnorodność funkcji wywodzi się z zaskakująco prostego kodu, który jest w stanie określić niezwykle różnorodny zestaw struktur.

Referencje

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. i Walter, P. (2014). Molekularna biologia komórki (Wyd. 6). Garland Science.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biochemia (8 wyd.). W. H. Freeman and Company.
3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biologia (Drugie wydanie) Pearson Education.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. i Martin, K. (2016). Molekularna biologia komórkowa (8 wyd.). W. H. Freeman and Company.
5. Solomon, E., Berg, L. i Martin, D. (2004). Biologia (7 wyd.) Cengage Learning.
6. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Fundamentals of Biochemistry: Life at the Poziom molekularny (5 wyd.). Wiley.