Właściwości, funkcje, klasyfikacja i przykłady organicznych biomolekuł



The biocząsteczki organiczne Znajdują się one we wszystkich żywych istotach i charakteryzują się strukturą opartą na atomie węgla. Jeśli porównamy je z cząsteczkami nieorganicznymi, cząsteczki organiczne są znacznie bardziej złożone pod względem struktury. Ponadto są znacznie bardziej zróżnicowane.

Są klasyfikowane jako białka, węglowodany, lipidy i kwasy nukleinowe. Jego funkcje są bardzo zróżnicowane. Białka uczestniczą jako elementy strukturalne, funkcjonalne i katalityczne. Węglowodany pełnią również funkcje strukturalne i są głównym źródłem energii dla istot organicznych.

Lipidy są ważnymi składnikami błon biologicznych i innych substancji, takich jak hormony. Działają również jako elementy magazynowania energii. Wreszcie kwasy nukleinowe - DNA i RNA - zawierają wszystkie informacje niezbędne do rozwoju i utrzymania istot żywych.

Indeks

  • 1 Ogólna charakterystyka
  • 2 Klasyfikacja i funkcje
    • 2.1 -Białka
    • 2.2 -Węglowodany
    • 2.3-Lipidy
    • 2.4 - Kwasy nukleinowe
  • 3 Przykłady
    • 3.1 Hemoglobina
    • 3.2 Celuloza
    • 3.3 Błony biologiczne
  • 4 odniesienia

Ogólna charakterystyka

Jedną z najbardziej istotnych cech organicznych biocząsteczek jest ich wszechstronność, jeśli chodzi o formowanie struktur. Ta ogromna różnorodność wariantów organicznych, które mogą istnieć, wynika z uprzywilejowanej sytuacji zapewnianej przez atom węgla, w centrum drugiego okresu.

Atom węgla ma cztery elektrony na ostatnim poziomie energii. Dzięki swojej średniej elektroujemności jest w stanie tworzyć wiązania z innymi atomami węgla, tworząc łańcuchy o różnym kształcie i długości, otwarte lub zamknięte, z prostymi, podwójnymi lub potrójnymi wiązaniami w swoim wnętrzu.

W ten sam sposób średnia elektroujemność atomu węgla pozwala tworzyć wiązania z atomami innymi niż węgiel, takimi jak elektrododatnie (wodór) lub elektroujemne (między innymi tlen, azot, siarka).

Ta właściwość łącza umożliwia ustalenie klasyfikacji węgli w pierwszorzędowych, drugorzędowych, trzeciorzędowych lub czwartorzędowych, w zależności od liczby atomów węgla, z którymi jest związana. Ten system klasyfikacji jest niezależny od liczby wartościowości zaangażowanych w link.

Klasyfikacja i funkcje

Cząsteczki organiczne są podzielone na cztery główne grupy: białka, węglowodany, lipidy i kwasy nukleinowe. Tutaj opiszemy je szczegółowo:

-Białka

Białka stanowią grupę cząsteczek organicznych lepiej zdefiniowanych i scharakteryzowanych przez biologów. Ta szeroka wiedza wynika głównie z wewnętrznej łatwości, którą można wyizolować i scharakteryzować - w porównaniu z resztą trzech cząsteczek organicznych.

Białka odgrywają szereg niezwykle szerokich ról biologicznych. Mogą służyć jako cząsteczki transportowe, strukturalne, a nawet katalityczne. Ta ostatnia grupa składa się z enzymów.

Bloki strukturalne: aminokwasy

Strukturalne bloki białek to aminokwasy. W naturze znajdujemy 20 rodzajów aminokwasów, z których każdy ma dobrze określone właściwości fizykochemiczne.

Cząsteczki te są klasyfikowane jako alfa-aminokwasy, ponieważ posiadają pierwszorzędową grupę aminową i grupę kwasu karboksylowego jako podstawnik na tym samym atomie węgla. Jedynym wyjątkiem od tej reguły jest aminokwas prolina, który jest skatalogowany jako alfa-iminokwas przez obecność drugorzędowej grupy aminowej.

Aby utworzyć białka, konieczne jest, aby te „bloki” polimeryzowały, a robią to tworząc wiązanie peptydowe. Tworzenie łańcucha białek obejmuje eliminację jednej cząsteczki wody na wiązanie peptydowe. Ten link jest reprezentowany jako CO-NH.

Oprócz bycia częścią białek, niektóre aminokwasy są uważane za metabolity energetyczne, a wiele z nich jest niezbędnymi składnikami odżywczymi.

Właściwości aminokwasów

Każdy aminokwas ma swoją masę i średni wygląd w białkach. Ponadto każdy ma wartość pK kwasu alfa-karboksylowego, alfa-aminowego i grupy bocznej..

Wartości pK grup kwasu karboksylowego znajdują się około 2,2; podczas gdy grupy alfa-aminowe mają wartości pK bliskie 9,4. Ta cecha prowadzi do typowej strukturalnej charakterystyki aminokwasów: w fizjologicznym pH obie grupy mają postać jonu.

Gdy cząsteczka przenosi naładowane grupy o przeciwnych biegunach, nazywane są jonami dipolarnymi lub jonami obojnaczymi. Dlatego aminokwas może działać jako kwas lub jako zasada.

Większość alfa-aminokwasów ma temperatury topnienia zbliżone do 300 ° C Rozpuszczają się łatwiej w środowisku polarnym w porównaniu z ich rozpuszczalnością w rozpuszczalnikach niepolarnych. Większość jest całkowicie rozpuszczalna w wodzie.

Struktura białek

Aby móc określić funkcję konkretnego białka, konieczne jest określenie jego struktury, czyli trójwymiarowej zależności między atomami tworzącymi dane białko. W przypadku białek określono cztery poziomy organizacji ich struktury:

Podstawowa struktura: odnosi się do sekwencji aminokwasowej, która tworzy białko, z wyłączeniem jakiejkolwiek konformacji, którą mogą przyjąć jego łańcuchy boczne.

Struktura wtórna: powstaje w wyniku lokalnego rozmieszczenia przestrzennego atomów szkieletu. Ponownie, konformacja łańcuchów bocznych nie jest brana pod uwagę.

Struktura trzeciorzędowa: odnosi się do trójwymiarowej struktury całego białka. Chociaż ustalenie wyraźnego podziału między strukturą trzeciorzędową i drugorzędną może być trudne, zdefiniowane konformacje (takie jak obecność śmigieł, złożonych arkuszy i zwojów) są używane do wyznaczania tylko struktur wtórnych.

Struktura czwartorzędowa: dotyczy tych białek, które są tworzone przez kilka podjednostek. To znaczy przez dwa lub więcej pojedynczych łańcuchów polipeptydowych. Jednostki te mogą oddziaływać za pomocą sił kowalencyjnych lub wiązań disiarczkowych. Układ przestrzenny podjednostek określa strukturę czwartorzędową.

-Węglowodany

Węglowodany, węglowodany lub sacharydy (z greckich korzeni sakcharón, co oznacza cukier) to najbardziej obfita klasa cząsteczek organicznych na całej planecie Ziemi.

Jego strukturę można wywnioskować z nazwy „węglowodany”, ponieważ są to cząsteczki o wzorze (C H2O)n, gdzie n jest większa niż 3.

Funkcje węglowodanów są zróżnicowane. Jeden z głównych jest typu strukturalnego, zwłaszcza w roślinach. W królestwie roślin celuloza jest jej głównym materiałem strukturalnym, który odpowiada 80% suchej masy ciała.

Inną ważną funkcją jest jej rola energetyczna. Polisacharydy, takie jak skrobia i glikogen, stanowią ważne źródła rezerw żywieniowych.

Klasyfikacja

Podstawowymi jednostkami węglowodanów są monosacharydy lub cukry proste. Są to pochodne aldehydów liniowych lub ketonów i alkoholi wielowodorotlenowych.

Są one klasyfikowane według chemicznej natury ich grupy karbonylowej w aldozach i ketozach. Są one również klasyfikowane według liczby węgli.

Monosacharydy są zgrupowane w celu utworzenia oligosacharydów, które często występują w połączeniu z innymi typami cząsteczek organicznych, takich jak białka i lipidy. Są one podzielone na homopolisacharydy lub heteropolisacharydy, w zależności od tego, czy składają się z tych samych monosacharydów (pierwszy przypadek) czy są różne.

Ponadto są one również klasyfikowane zgodnie z charakterem monosacharydu, który je tworzy. Polimery glukozy nazywane są glukanami, te utworzone przez galaktozę nazywane są galaktanami i tak dalej.

Polisacharydy mają szczególną właściwość tworzenia łańcuchów liniowych i rozgałęzionych, ponieważ wiązania glikozydowe mogą być tworzone z dowolną z grup hydroksylowych występujących w monosacharydzie.

Gdy wiąże się większą liczbę jednostek monosacharydowych, mówimy o polisacharydach.

-Lipidy

Lipidy (z greckiego lipos, co oznacza tłuszcz) to cząsteczki organiczne nierozpuszczalne w wodzie i rozpuszczalne w rozpuszczalnikach nieorganicznych, takich jak chloroform. Są to tłuszcze, oleje, witaminy, hormony i błony biologiczne.

Klasyfikacja

Kwasy tłuszczowe: są to kwasy karboksylowe z łańcuchami utworzonymi przez węglowodory o znacznej długości. Fizjologicznie rzadko zdarza się, aby były wolne, ponieważ w większości przypadków są zestryfikowane.

U zwierząt i roślin często znajdujemy je w ich nienasyconej formie (tworząc podwójne wiązania między węglami) i wielonienasycone (z dwoma lub więcej podwójnymi wiązaniami).

Triacyloglicerole: Nazywane również triglicerydami lub obojętnymi kwasami tłuszczowymi, stanowią większość tłuszczów i olejów obecnych u zwierząt i roślin. Jego główną funkcją jest przechowywanie energii u zwierząt. Mają wyspecjalizowane komórki do przechowywania.

Są one klasyfikowane zgodnie z tożsamością i pozycją reszt kwasów tłuszczowych. Ogólnie oleje roślinne są ciekłe w temperaturze pokojowej i są bogatsze w reszty kwasów tłuszczowych z podwójnymi i potrójnymi wiązaniami między węglami.

Natomiast tłuszcze zwierzęce są stałe w temperaturze pokojowej, a liczba nienasyconych węgli jest niska.

Glicerofosfolipidy: znane również jako fosfoglicerydy, są głównymi składnikami błon lipidowych.

Glicerofosfolipidy mają „ogon” o charakterystyce niepolarnej lub hydrofobowej oraz „głowę” polarną lub hydrofilową. Struktury te są zgrupowane w dwuwarstwie, z ogonami skierowanymi do wewnątrz, tworząc błony. W nich osadzona jest seria białek.

Sfingolipidy: są to lipidy występujące w bardzo małych ilościach. Są również częścią błon i są pochodnymi sfingozyny, dihydrosphingozyny i ich homologów.

Cholesterol: u zwierząt jest dominującym składnikiem membran, który modyfikuje jego właściwości, takie jak jego płynność. Znajduje się także w błonach organelli komórkowych. Jest ważnym prekursorem hormonów steroidowych związanych z rozwojem seksualnym.

-Kwasy nukleinowe

Kwasy nukleinowe są DNA i różnymi rodzajami RNA, które istnieją. DNA jest odpowiedzialny za przechowywanie wszystkich informacji genetycznych, które umożliwiają rozwój, wzrost i utrzymanie organizmów żywych.

Z drugiej strony RNA uczestniczy w przekazywaniu informacji genetycznej zakodowanej w DNA do cząsteczek białkowych. Klasycznie wyróżnia się trzy typy RNA: posłaniec, transfer i rybosomal. Istnieje jednak wiele małych RNA, które pełnią funkcje regulacyjne.

Bloki strukturalne: nukleotydy

Strukturalne bloki kwasów nukleinowych, DNA i RNA, są nukleotydami. Chemicznie są to pentozowe estry fosforanowe, w których baza azotowa jest przyłączona do pierwszego węgla. Możemy rozróżnić rybonukleotydy i deoksyrybonukleotydy.

Cząsteczki te są płaskie, aromatyczne i heterocykliczne. Gdy grupa fosforanowa jest nieobecna, nukleotyd zmienia nazwę na nukleozyd.

Oprócz roli monomerów w kwasach nukleinowych cząsteczki te są wszechobecne biologicznie i uczestniczą w znacznej liczbie procesów.

Trifosforany nukleozydów są produktami bogatymi w energię, takimi jak ATP, i są używane jako waluta energetyczna reakcji komórkowych. Są ważnym składnikiem koenzymów NAD+, NADP+, FMN, FAD i koenzym A. Wreszcie, są elementami regulacyjnymi różnych szlaków metabolicznych.

Przykłady

Istnieje nieskończoność przykładów cząsteczek organicznych. Następnie omówione zostaną najbardziej wybitne i badane przez biochemików:

Hemoglobina

Hemoglobina, czerwony pigment we krwi, jest jednym z klasycznych przykładów białek. Dzięki szerokiemu rozproszeniu i łatwej izolacji jest to białko badane od starożytności.

Jest to białko utworzone przez cztery podjednostki, więc wchodzi w klasyfikację tetrameryczną, z dwiema jednostkami alfa i dwiema beta. Podjednostki hemoglobiny są powiązane z małym białkiem odpowiedzialnym za pobieranie tlenu w mięśniach: mioglobina.

Grupa hemowa jest pochodną porfiryny. Charakteryzuje to hemoglobinę i jest tą samą grupą występującą w cytochromach. Grupa hemowa odpowiada za charakterystyczny czerwony kolor krwi i jest fizycznym obszarem, w którym każdy monomer globiny wiąże się z tlenem.

Główną funkcją tego białka jest transport tlenu z narządu odpowiedzialnego za wymianę gazową - nazywanie płuc, skrzeli lub skóry - do naczyń włosowatych, które mają być używane do oddychania.

Celuloza

Celuloza jest liniowym polimerem złożonym z podjednostek D-glukozy, połączonych wiązaniami typu beta 1,4. Podobnie jak większość polisacharydów, nie mają one ograniczonego maksymalnego rozmiaru. Jednak średnio stanowią około 15 000 reszt glukozy.

Jest składnikiem ścian komórkowych roślin. Dzięki celulozie są sztywne i pozwalają radzić sobie ze stresem osmotycznym. Podobnie w większych roślinach, takich jak drzewa, celuloza zapewnia wsparcie i stabilność.

Chociaż dotyczy głównie warzyw, niektóre zwierzęta zwane osłonicami mają w swojej strukturze celulozę.

Szacuje się, że średnio wynosi 1015 kilogramy celulozy są syntetyzowane - i rozkładane - rocznie.

Błony biologiczne

Błony biologiczne składają się głównie z dwóch biocząsteczek, lipidów i białek. Konformacja przestrzenna lipidów ma postać dwuwarstwy, z hydrofobowymi ogonami skierowanymi do wnętrza i hydrofilowymi głowami na zewnątrz..

Membrana jest dynamiczną jednostką, a jej elementy doświadczają częstych ruchów.

Referencje

  1. Aracil, C. B., Rodriguez, M. P., Magraner, J. P., i Perez, R. S. (2011). Podstawy biochemii. Uniwersytet w Walencji.
  2. Battaner Arias, E. (2014). Kompendium enzymatyczne. Wydania Uniwersytetu w Salamance.
  3. Berg, J. M., Stryer, L. i Tymoczko, J. L. (2007). Biochemia. Odwróciłem się.
  4. Devlin, T. M. (2004). Biochemia: podręcznik z zastosowaniami klinicznymi. Odwróciłem się.
  5. Diaz, A. P., i Pena, A. (1988). Biochemia. Artykuł wstępny Limusa.
  6. Macarulla, J. M. i Goñi, F. M. (1994). Biochemia człowieka: kurs podstawowy. Odwróciłem się.
  7. Müller-Esterl, W. (2008). Biochemia Podstawy medycyny i nauk przyrodniczych. Odwróciłem się.
  8. Teijón, J. M. (2006). Podstawy biochemii strukturalnej. Redakcja Tébar.