ОРГАНІЧНІ БІОМОЛЕКУЛИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦІЇ ТА ПРИКЛАДИ - БІОЛОГІЯ - 2025

В органічних біомолекул присутні у всіх живих істот і характеризуються структурою , заснованою на атомі вуглецю. Якщо порівнювати їх з неорганічними молекулами, органічні за своєю будовою набагато складніші. Крім того, вони набагато різноманітніші.

Їх класифікують на білки, вуглеводи, ліпіди та нуклеїнові кислоти. Його функції надзвичайно різноманітні. Білки беруть участь як структурні, функціональні та каталітичні елементи. Вуглеводи також мають структурні функції і є основним джерелом енергії для органічних істот.

Джерело: pixabay.com

Ліпіди є важливими компонентами біологічних мембран та інших речовин, таких як гормони. Вони також функціонують як елементи накопичення енергії. Нарешті, нуклеїнові кислоти - ДНК та РНК - містять всю інформацію, необхідну для розвитку та утримання живих істот.

Загальна характеристика

Однією з найбільш актуальних характеристик органічних біомолекул є їх універсальність, коли мова йде про формування структур. Це величезне різноманіття органічних варіантів, яке може існувати, пов'язане з привілейованою ситуацією, яку сприяє атом вуглецю, в середині другого періоду.

В останньому енергетичному рівні атом вуглецю має чотири електрони. Завдяки середній електронегативності він здатний утворювати зв’язки з іншими атомами вуглецю, утворювати ланцюги різної форми і довжини, відкриті або закриті, з одинарними, подвійними або потрійними зв’язками всередині.

Таким же чином, середня електронегативність атома вуглецю дозволяє йому утворювати зв’язки з іншими атомами, відмінними від вуглецю, такими як електропозитивні (водень) або електронегативні (кисень, азот, сірка, серед інших).

Ця властивість зв’язку дозволяє встановити класифікацію вуглецю на первинному, вторинному, третинному або четвертинному, залежно від кількості вуглецю, з яким він пов'язаний. Ця система класифікації не залежить від кількості валентностей, задіяних у посиланні.

Класифікація та функції

Органічні молекули класифікуються на чотири великі групи: білки, вуглеводи, ліпіди та нуклеїнові кислоти. Ми детально опишемо їх нижче:

-Протеїни

Білки - це група органічних молекул, яка найкраще визначається та характеризується біологами. Це широке знання головним чином пояснюється внутрішньою легкістю, яка існує, щоб бути ізольованою та охарактеризованою - порівняно з рештою трьох органічних молекул.

Білки грають ряд надзвичайно широких біологічних ролей. Вони можуть виконувати роль носіїв, структурних і навіть каталітичних молекул. Останню групу складають ферменти.

Будівельні блоки: амінокислоти

Складовими частинами білків є амінокислоти. У природі ми знаходимо 20 видів амінокислот, кожна зі своїми чітко визначеними фізико-хімічними властивостями.

Ці молекули класифікуються як альфа-амінокислоти, оскільки вони мають первинну аміногрупу та групу карбонових кислот як заступник на тому ж атомі вуглецю. Єдиним винятком з цього правила є амінокислота пролін, яка класифікується як альфа-імінокислота через наявність вторинної аміногрупи.

Для утворення білків ці "будівельні блоки" повинні полімеризуватися, і вони роблять це шляхом утворення пептидної зв'язку. Утворення білкової ланцюга передбачає видалення однієї молекули води для кожного пептидного зв’язку. Ця зв'язок представлена ​​як CO-NH.

Окрім того, що вони входять до складу білків, деякі амінокислоти вважаються енергетичними метаболітами, і багато з них є важливими харчовими елементами.

Властивості амінокислот

Кожна амінокислота має свою масу та середній вигляд у білках. Крім того, кожна має рК значення альфа-карбонової кислоти, альфа-аміно-аміногрупових та побічних груп.

Значення рК груп карбонових кислот приблизно 2,2; тоді як альфа-аміногрупи мають значення рК, близькі до 9,4. Ця характеристика призводить до типової структурної характеристики амінокислот: при фізіологічному рН обидві групи знаходяться в іонній формі.

Коли молекула несе заряджені групи протилежних полярностей, їх називають цвіттерионами або цвіттерионами. Тому амінокислота може діяти як кислота або як основа.

Більшість альфа-амінокислот мають температуру плавлення, близьку до 300 ° C. Вони легше розчиняються у полярних середовищах порівняно з їх розчинністю у неполярних розчинниках. Більшість є досить розчинними у воді.

Будова білків

Для конкретизації функції конкретного білка необхідно визначити його структуру, тобто тривимірну залежність, яка існує між атомами, що складають білок, про який йде мова. Для білків визначено чотири рівні організації їх структури:

Первинна структура : відноситься до амінокислотної послідовності, що складається з білка, виключаючи будь-яку конформацію, яку можуть приймати його бічні ланцюги.

Вторинна структура : вона утворена локальним просторовим розташуванням скелетних атомів. Знову-таки, конформація бічних ланцюгів не враховується.

Третинна структура : відноситься до тривимірної структури всього білка. Хоча може бути важко встановити чіткий поділ між третинною та вторинною структурою, визначені конформації (наприклад, наявність спіралей, складених аркушів та скручування) використовуються для виключного позначення вторинних структур.

Четвертична структура : стосується тих білків, які складаються з декількох субодиниць. Тобто двома або більше окремими ланцюгами поліпептидів. Ці одиниці можуть взаємодіяти через ковалентні сили або через дисульфідні зв’язки. Просторове розташування субодиниць визначає четвертинну структуру.

-Вуглеводи

Вуглеводи, вуглеводи або сахариди (від грецького коріння sakcharón, що означає цукор) - найпоширеніший клас органічних молекул на всій планеті Земля.

Їх структуру можна зробити з назви «вуглеводи», оскільки вони є молекулами з формулою (CH ₂ O) _n , де n більше 3.

Функції вуглеводів різноманітні. Один з основних є структурним типом, особливо у рослин. У рослинному царстві целюлоза є її основним структурним матеріалом, що відповідає 80% сухої маси організму.

Ще одна відповідна функція - його енергетична роль. Полісахариди, як крохмаль та глікоген, є важливими джерелами запасів поживних речовин.

Класифікація

Основними одиницями вуглеводів є моносахариди або прості цукри. Вони отримуються з альдегідів або кетонів прямого ланцюга та багатоатомних спиртів.

Вони класифікуються за хімічною природою їх карбонільної групи на альдози та кетози. Їх також класифікують виходячи з кількості вуглецю.

Моносахариди групуються разом, утворюючи олігосахариди, які часто зустрічаються в асоціації з іншими типами органічних молекул, такими як білки та ліпіди. Вони класифікуються як гомополісахариди або гетерополісахариди, залежно від того, складаються вони з тих самих моносахаридів (перший випадок) або є різними.

Крім того, їх також класифікують за характером моносахариду, який їх складає. Полімери глюкози називають глюканами, ті, що виготовлені з галактози, називають галактанами тощо.

Полісахариди мають особливість формування прямих і розгалужених ланцюгів, оскільки глікозидні зв’язки можуть утворюватися з будь-якою з гідроксильних груп, що містяться в моносахариді.

Коли пов'язана більша кількість моносахаридних одиниць, ми говоримо про полісахариди.

-Ліпіди

Ліпіди (від грецького ліпос, що означає жир) - це органічні молекули, нерозчинні у воді та розчинні в неорганічних розчинниках, таких як хлороформ. Вони складають жири, олії, вітаміни, гормони та біологічні мембрани.

Класифікація

Жирні кислоти : це карбонові кислоти з ланцюгами, утвореними вуглеводнями значної довжини. Фізіологічно їх рідко можна знайти, оскільки вони в більшості випадків стерилізовані.

У тварин і рослин ми часто знаходимо їх у ненасиченій формі (утворюючи подвійні зв’язки між вуглецями) та поліненасиченій (з двома або більше подвійними зв’язками).

Триацилгліцерини : їх також називають тригліцеридами або нейтральними жирами, вони складають більшість жирів і олій, присутніх у тварин і рослин. Основна його функція - накопичення енергії у тварин. Вони мають спеціалізовані комірки для зберігання.

Їх класифікують за ідентичністю та положенням залишків жирних кислот. Як правило, рослинні олії рідкі при кімнатній температурі і багатші залишками жирної кислоти з подвійними та потрійними зв’язками між їх вуглецем.

Навпаки, тваринні жири є твердими при кімнатній температурі, а кількість ненасичених вуглецю є низьким.

Гліцерофосфоліпіди : також відомі як фосфогліцериди, вони є основними компонентами ліпідних мембран.

Гліцерофосфоліпіди мають "хвіст" з аполярними або гідрофобними характеристиками та полярну або гідрофільну "голову". Ці структури згруповані в двошаровий, хвостики спрямовані всередину, щоб утворити мембрани. У них вбудований ряд білків.

Сфінголіпіди : це ліпіди, які містяться в дуже низькій кількості. Вони також входять до складу мембран і походять від сфінгозину, дигідросфінгозину та їх гомологів.

Холестерин : у тварин це переважаючий компонент мембран, який змінює їх властивості, наприклад їх плинність. Він також розташований у мембранах клітинних органел. Це важливий попередник стероїдних гормонів, пов'язаних із статевим розвитком.

-Нуклеїнові кислоти

Нуклеїнові кислоти - це ДНК та різні типи РНК, які існують. ДНК відповідає за зберігання всієї генетичної інформації, що дозволяє розвивати, ріст і підтримку живих організмів.

РНК, зі свого боку, бере участь у передачі генетичної інформації, закодованої в ДНК, до білкових молекул. Класично виділяють три типи РНК: месенджер, передачу та рибосома. Однак існує ряд невеликих РНК, які мають регуляторні функції.

Будівельні блоки: нуклеотиди

Будівельними блоками нуклеїнових кислот, ДНК та РНК, є нуклеотиди. Хімічно вони являють собою фосфатні ефіри пентоз, в яких до першого вуглецю приєднується азотиста основа. Можна виділити рибонуклеотиди і дезоксирибонуклеотиди.

Ці молекули є плоскими, ароматичними та гетероциклічними. Коли фосфатна група відсутня, нуклеотид перейменовують на нуклеозид.

Крім своєї ролі мономерів у нуклеїнових кислотах, ці молекули є біологічно всюдисущими та беруть участь у значній кількості процесів.

Нуклеозидні трифосфати - продукти, багаті енергією, як АТФ, і використовуються як енергетична валюта клітинних реакцій. Вони є важливим компонентом коферментів NAD ⁺ , NADP ⁺ , FMN, FAD та коферменту A. Нарешті, вони є регуляторними елементами різних метаболічних шляхів.

Приклади

Існує незліченна кількість прикладів органічних молекул. Найвидатніші та вивчені біохіміки будуть розглянуті нижче:

Гемоглобін

Гемоглобін, червоний пігмент у крові, є одним із класичних прикладів білків. Завдяки широкій дифузії та легкій ізоляції він був протеїном, вивченим з давніх часів.

Це білок, що складається з чотирьох субодиниць, саме тому він підпадає під тетрамерну класифікацію, з двома альфа-і двома бета-одиницями. Субодиниці гемоглобіну пов'язані з невеликим білком, що відповідає за надходження кисню в м'язи: міоглобін.

Група гема - похідне порфірину. Це характеризує гемоглобін і є тією ж групою, що знаходиться в цитохромах. Група гема відповідає за характерний червоний колір крові і є фізичною областю, де кожен мономер глобіну зв’язується з киснем.

Основна функція цього білка - транспортування кисню з органу, відповідального за обмін газами - називають його легені, зябра або шкіра - до капілярів, які використовуються при диханні.

Клітковина

Целюлоза - це лінійний полімер, що складається з субодиниць D-глюкози, пов'язаних зв'язками типу бета 1,4. Як і більшість полісахаридів, вони не мають обмеженого максимального розміру. Однак у середньому вони мають близько 15 000 залишків глюкози.

Це компонент клітинних стінок рослин. Завдяки целюлозі вони жорсткі і дозволяють протистояти осмотичному навантаженню. Аналогічно, у великих рослинах, таких як дерева, целюлоза забезпечує підтримку та стабільність.

Хоча він переважно пов'язаний з овочами, деякі тварини, які називаються синичками, мають в своїй структурі целюлозу.

За підрахунками, щороку синтезується та деградується в середньому 10 ¹⁵ кілограмів целюлози.

Біологічні мембрани

Біологічні мембрани в основному складаються з двох біомолекул, ліпідів і білків. Просторова конформація ліпідів має форму двошарових, при цьому гідрофобні хвости спрямовані всередину, а гідрофільні головки спрямовані назовні.

Мембрана - динамічне утворення, і її компоненти відчувають часті рухи.

Список літератури

1. Арацил, КБ, Родрігес, народний депутат, Magraner, JP та Pérez, RS (2011). Основи біохімії. Університет Валенсії.
2. Battaner Arias, E. (2014). Компендіум ензимології. Видання університету Саламанки.
3. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Біохімія. Я перевернувся.
4. Devlin, TM (2004). Біохімія: підручник з клінічним застосуванням. Я перевернувся.
5. Діаз, А. П., Пена, А. (1988). Біохімія. Редакційна Лімуса.
6. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1994). Біохімія людини: основний курс. Я перевернувся.
7. Мюллер - Esterl, W. (2008). Біохімія. Основи медицини та наук про життя. Я перевернувся.
8. Teijón, JM (2006). Основи структурної біохімії. Редакція Тебар.