МАКРОМОЛЕКУЛИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ТИПИ, ФУНКЦІЇ ТА ПРИКЛАДИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Ці макромолекули великі молекули , як правило , - понад 1000 атомів - освічені об'єднанням мономерів estructurares або менші блоки. У живих істотах ми знаходимо чотири основні типи макромолекул: нуклеїнові кислоти, ліпіди, вуглеводи та білки. Є також інші синтетичного походження, наприклад, пластмаса.

Кожен тип біологічної макромолекули складається з конкретного мономеру, а саме: нуклеїнових кислот нуклеотидами, вуглеводів моносахаридами, білків амінокислотами та ліпідів вуглеводнями різної довжини.

Джерело: pixabay.com

Що стосується їх функції, вуглеводи та ліпіди зберігають енергію клітини для проведення її хімічних реакцій, і вони також використовуються як структурні компоненти.

Білки також мають структурні функції, крім того, що є молекулами з каталізатором і транспортною здатністю. Нарешті, нуклеїнові кислоти зберігають генетичну інформацію та беруть участь у синтезі білка.

Синтетичні макромолекули дотримуються тієї ж будови, що і біологічна: багато мономерів пов'язані між собою, утворюючи полімер. Прикладами цього є поліетилен та нейлон. Синтетичні полімери широко застосовуються в промисловості для виготовлення тканин, пластмас, ізоляції тощо.

характеристики

Розмір

Як випливає з назви, однією з відмінних характеристик макромолекул є їх великий розмір. Вони складаються щонайменше з 1000 атомів, пов'язаних ковалентними зв’язками. У цьому типі зв’язку атоми, що беруть участь у зв’язку, поділяють електрони останнього рівня.

Конституція

Іншим терміном, який використовується для позначення макромолекул, є полімер ("багато деталей"), який складається з повторюваних одиниць, що називаються мономерами ("одна частина"). Це структурні одиниці макромолекул і можуть бути однаковими або різними одна від одної, залежно від випадку.

Ми могли б використати аналогію дитячої гри Лего. Кожна з деталей представляє мономери, і коли ми з'єднуємо їх для формування різних структур, ми отримуємо полімер.

Якщо мономери однакові, полімер є гомополімером; і якщо вони різні, це буде гетерополімер.

Існує також номенклатура для позначення полімеру залежно від його довжини. Якщо молекула складається з декількох субодиниць, її називають олігомером. Наприклад, коли ми хочемо віднести малу нуклеїнову кислоту, ми називаємо її олігонуклеотидом.

Будова

Враховуючи неймовірне різноманіття макромолекул, складно встановити загальну структуру. "Скелет" цих молекул складається з відповідних їм мономерів (цукрів, амінокислот, нуклеотидів тощо), і їх можна групувати лінійним, розгалуженим способом або приймати більш складні форми.

Як ми побачимо згодом, макромолекули можуть мати біологічне або синтетичне походження. Перші мають нескінченність функцій у живих істот, а другі широко використовуються суспільством - наприклад пластмаси.

Біологічні макромолекули: функції, структура та приклади

У органічних істот ми знаходимо чотири основні типи макромолекул, які виконують величезну кількість функцій, що дозволяють розвивати та підтримувати життєдіяльність. Це білки, вуглеводи, ліпіди та нуклеїнові кислоти. Ми опишемо його найбільш відповідні характеристики нижче.

Білок

Білки - це макромолекули, структурними одиницями яких є амінокислоти. У природі ми знаходимо 20 видів амінокислот.

Будова

Ці мономери складаються з центрального атома вуглецю (званий альфа-вуглецем), пов'язаного ковалентними зв'язками з чотирма різними групами: атомом водню, аміногрупою (NH ₂ ), карбоксильною групою (СООН) і R-групою.

20 типів амінокислот відрізняються одна від одної лише ідентичністю групи R. Ця група змінюється за своєю хімічною природою, будучи здатною знаходити основні, кислі, нейтральні амінокислоти, серед яких довгі, короткі та ароматичні ланцюги.

Залишки амінокислот утримуються разом пептидними зв’язками. Характер амінокислот буде визначати характер і характеристики отриманого білка.

Лінійна амінокислотна послідовність являє собою первинну структуру білків. Потім вони складаються та групуються за різними візерунками, утворюючи вторинні, третинні та четвертинні структури.

Функція

Білки виконують різні функції. Деякі служать біологічними каталізаторами і називаються ферментами; деякі - структурні білки, такі як кератин, присутні у волоссі, нігтях тощо; та інші виконують транспортні функції, такі як гемоглобін в межах наших еритроцитів.

Нуклеїнові кислоти: ДНК та РНК

Другий тип полімеру, що входить до складу живих істот, - це нуклеїнові кислоти. У цьому випадку структурні одиниці не є амінокислотами, як у білках, а є мономерами, які називаються нуклеотидами.

Будова

Нуклеотиди складаються з фосфатної групи, п'ятивуглецевого цукру (центральний компонент молекули) та азотистої основи.

Існує два типи нуклеотидів: рибонуклеотиди та дезоксирибонуклеотиди, які різняться за рівнем основного цукру. Перші є структурними компонентами рибонуклеїнової кислоти або РНК, а другі - дезоксирибонуклеїновою кислотою або ДНК.

В обох молекулах нуклеотиди утримуються разом фосфодіефірною зв'язком - еквівалентно пептидному зв’язку, який утримує білки разом.

Структурні компоненти ДНК та РНК схожі та відрізняються за своєю будовою, оскільки РНК виявляється у вигляді єдиної смуги, а ДНК - у подвійній смузі.

Функція

РНК і ДНК - це два типи нуклеїнових кислот, які ми знаходимо в живих істотах. РНК - це багатофункціональна, динамічна молекула, яка з'являється в різних структурних формаціях і бере участь у синтезі білка та в регуляції експресії генів.

ДНК - це макромолекула, відповідальна за зберігання всієї генетичної інформації організму, необхідної для її розвитку. Усі наші клітини (за винятком зрілих еритроцитів) мають генетичний матеріал, що зберігається у своєму ядрі, дуже компактно та організовано.

Вуглеводи

Вуглеводи, також відомі як вуглеводи або просто як цукри - це макромолекули, що складаються з будівельних блоків, званих моносахаридами (буквально «цукром»).

Будова

Молекулярна формула вуглеводів - (CH ₂ O) _n . Значення n може варіюватися від 3, для найпростішого цукру, до тисяч для найскладніших вуглеводів, будучи досить мінливим за довжиною.

Ці мономери мають здатність полімеризуватися один з одним за допомогою реакції, в якій беруть участь дві гідроксильні групи, в результаті чого утворюється ковалентний зв’язок, який називається глікозидною зв'язком.

Цей зв'язок утримує мономери вуглеводів разом так само, як пептидні зв'язки та фосфодіефірні зв'язки містять відповідно білки та нуклеїнові кислоти.

Однак пептидні та фосфодіефірні зв'язки відбуваються у конкретних областях їх складових мономерів, тоді як глікозидні зв’язки можуть утворюватися з будь-якою гідроксильною групою.

Як ми згадували в попередньому розділі, малі макромолекули позначаються префіксом оліго. Що стосується малих вуглеводів, то використовується термін олігосахариди, якщо вони є лише двома мономерами, пов'язаними - це дисахарид, а якщо їх більше - полісахариди.

Функція

Цукри - основні макромолекули для життя, оскільки вони виконують енергетичні та структурні функції. Вони забезпечують хімічну енергію, необхідну для протікання значної кількості реакцій всередині клітин і використовуються як "паливо" для живих істот.

Інші вуглеводи, такі як глікоген, служать для зберігання енергії, так що клітина може черпати на ній при необхідності.

Вони також мають структурні функції: вони входять до складу інших молекул, таких як нуклеїнові кислоти, клітинні стінки деяких організмів та екзоскелети комах.

Наприклад, у рослин та деяких протестів ми знаходимо складний вуглевод під назвою целюлоза, що складається лише з одиниць глюкози. Ця молекула неймовірно багата на землі, оскільки вона присутня в клітинних стінках цих організмів та в інших опорних структурах.

Ліпіди

"Ліпід" - термін, що використовується для охоплення великої кількості неполярних або гідрофобних молекул (з фобією або відштовхуванням у воду), що складаються з вуглецевих ланцюгів. На відміну від трьох згаданих молекул, білків, нуклеїнових кислот та вуглеводів, для ліпідів немає жодного мономеру.

Будова

З структурної точки зору ліпід може представити себе декількома способами. Оскільки вони виготовлені з вуглеводнів (СН), зв’язки частково не заряджаються, тому вони не розчиняються у полярних розчинниках, таких як вода. Однак вони можуть бути розчинені в інших типах неполярних розчинників, таких як бензол.

Жирна кислота складається із згаданих вуглеводневих ланцюгів та карбоксильної групи (СООН) як функціональної групи. Як правило, жирна кислота містить від 12 до 20 атомів вуглецю.

Ланцюги жирної кислоти можуть бути насиченими, коли всі вуглеці пов'язані між собою поодинокими зв'язками, або ненасиченими, коли в структурі присутнє більше одного подвійного зв'язку. Якщо він містить кілька подвійних зв’язків, це поліненасичена кислота.

Види ліпідів за їх будовою

У клітині є три типи ліпідів: стероїди, жири та фосфоліпіди. Для стероїдів характерна об'ємна структура з чотирма кільцями. Холестерин є найвідомішим і є важливим компонентом мембран, оскільки він контролює їх текучість.

Жири складаються з трьох жирних кислот, пов'язаних ефірним зв’язком з молекулою, званою гліцерином.

Нарешті, фосфоліпіди складаються з молекули гліцерину, приєднаної до фосфатної групи та двох ланцюгів жирних кислот або ізопреноїдів.

Функція

Як і вуглеводи, ліпіди також функціонують як джерело енергії для клітини та як компоненти деяких структур.

Ліпіди мають важливу функцію для всіх живих форм: вони є важливою складовою плазматичної мембрани. Вони утворюють вирішальну межу між живим та неживим, слугуючи вибірковим бар'єром, який вирішує, що потрапляє в клітину, а що ні, завдяки її напівпроникній властивості.

Крім ліпідів, мембрани також складаються з різних білків, які функціонують як селективні транспортери.

Деякі гормони (наприклад, статеві) мають ліпідний характер і мають важливе значення для розвитку організму.

Транспорт

У біологічних системах макромолекули транспортуються між внутрішньою та зовнішньою клітинами процесами, які називаються ендо- та екзоцитозом (пов'язаними з утворенням везикул) або активним транспортом.

Ендоцитоз охоплює всі механізми, які використовує клітина для досягнення потрапляння великих частинок і класифікується як: фагоцитоз, коли елемент, який потрібно проковтнути, є твердою частинкою; піноцитоз, коли потрапляє позаклітинна рідина; і ендоцитоз, опосередкований рецепторами.

Більшість молекул, які потрапляють таким чином, потрапляють в органелу, відповідальну за травлення: лізосому. Інші опиняються у фагосомах - які мають властивості злиття з лізосомами та утворюють структуру, яку називають фаголізосомою.

Таким чином, ферментативна батарея, присутня в лізосомі, закінчується руйнуванням макромолекул, які були введені спочатку. Мономери, які їх утворили (моносахариди, нуклеотиди, амінокислоти) транспортуються назад до цитоплазми, де вони використовуються для утворення нових макромолекул.

По всьому кишечнику є клітини, які мають специфічні транспортери для всмоктування кожної макромолекули, яка вживалась у раціоні. Наприклад, транспортери PEP1 і PEP2 використовуються для білків, а SGLT - для глюкози.

Синтетичні макромолекули

У синтетичних макромолекул ми також знаходимо ту саму структурну схему, що описана для макромолекул біологічного походження: мономери або невеликі субодиниці, які пов'язані за допомогою зв’язків для утворення полімеру.

Існують різні види синтетичних полімерів, найпростіший - поліетилен. Це інертний пластик з хімічною формулою CH ₂ -CH ₂ (пов'язаний подвійним зв’язком), досить поширений у промисловості, оскільки його дешево і легко виготовити.

Як видно, структура цього пластику лінійна і не має розгалужень.

Поліуретан - ще один полімер, широко застосовуваний у промисловості для виготовлення пінопластів та ізоляторів. У нас обов’язково буде губка з цього матеріалу на наших кухнях. Цей матеріал отримують конденсацією гідроксильних основ, змішаних з елементами, які називаються діізоціанатами.

Є й інші синтетичні полімери більшої складності, такі як нейлон (або нейлон). Серед його характеристик є дуже стійкий, з помітною еластичністю. Текстильна промисловість використовує ці характеристики для виготовлення тканин, щетинок, ліній тощо. Він також використовується медиками для виконання швів.

Список літератури

1. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Біохімія. Я перевернувся.
2. Кемпбелл, МК, і Фаррелл, SO (2011). Біохімія. Томсон. Брукс / Коул.
3. Devlin, TM (2011). Підручник з біохімії. Джон Вілі та сини.
4. Фріман, С. (2017). Біологічна наука. Пірсон освіта.
5. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Біохімія: текст та атлас. Panamerican Medical Ed.
6. Moldoveanu, SC (2005). Аналітичний піроліз синтетичних органічних полімерів (т. 25). Ельзев'є.
7. Moore, JT, & Langley, RH (2010). Біохімія для манекенів. Джон Вілі та сини.
8. Mougios, V. (2006). Вправа біохімія. Кінетика людини.
9. Müller-Esterl, W. (2008). Біохімія. Основи медицини та наук про життя. Я перевернувся.
10. Poortmans, JR (2004). Принципи біохімії вправ. 3 ^-е , перероблене видання. Каргер.
11. Voet, D., & Voet, JG (2006). Біохімія. Panamerican Medical Ed.