Biomolekyler Klassifikation og Hovedfunktioner

den biomolekyler de er molekyler, der genereres i levende væsener. Prefikset "bio" betyder liv; Derfor er et biomolekyle et molekyle produceret af et levende væsen. Levende væsener dannes af forskellige typer af molekyler, der udfører forskellige funktioner, der er nødvendige for livet.

I naturen er der biotiske (levende) og abiotiske (ikke-levende) systemer, der interagerer og i nogle tilfælde bytter elementer. Et kendetegn, som alle levende væsener har til fælles, er at de er organiske, hvilket betyder at deres bestanddele molekyler dannes af carbonatomer.

Biomolekyler har også andre atomer til fælles foruden kulstof. Disse atomer omfatter hovedsageligt hydrogen, oxygen, nitrogen, fosfor og svovl. Disse elementer kaldes også bioelementer, fordi de er hovedkomponenten i biologiske molekyler.

Der er dog andre atomer, som også er til stede i nogle biomolekyler, selv om de er i mindre mængder. Disse er normalt metalioner, såsom kalium, natrium, jern og magnesium, blandt andre. Derfor kan biomolekyler være af to typer: organisk eller uorganisk.

Organerne består således af mange typer af molekyler baseret på kulstof, for eksempel: sukkerarter, fedtstoffer, proteiner og nukleinsyrer. Der er dog andre forbindelser, der også er carbonbaserede, og som ikke er en del af biomolekylerne.

Disse molekyler, som indeholder carbon, men som ikke findes i biologiske systemer, findes i jordskorpen, i søer, haver og oceaner og i atmosfæren. Bevægelsen af ​​disse elementer i naturen er beskrevet i det såkaldte biogeokemiske cyklus.

Det antages, at disse enkle organiske molekyler fundet i naturen var dem der gav anledning til de mest komplekse biomolekyler, der er en del af den grundlæggende struktur for livet: cellen. Ovenstående er, hvad der er kendt som teorien om abiotisk syntese.

indeks

• 1 Klassificering og funktioner af biomolekyler
  • 1.1 Uorganiske biomolekyler 
  • 1.2 Organiske biomolekyler
• 2 referencer

Klassifikation og funktioner af biomolekyler

Biomolekyler er forskellige i størrelse og struktur, hvilket giver dem unikke karakteristika for udførelsen af ​​de forskellige funktioner, der er nødvendige for livet. Således fungerer biomolekyler som informationslagring, energikilde, support, cellulær metabolisme, blandt andre.

Biomolekyler kan klassificeres i to store grupper, baseret på tilstedeværelsen eller fraværet af carbonatomer.

Uorganiske biomolekyler 

De er alle molekyler, der er til stede i levende væsener, og som ikke indeholder kulstof i deres molekylære struktur. Uorganiske molekyler kan også findes i andre (ikke-levende) natursystemer.

Typerne af uorganiske biomolekyler er følgende:

vand

Det er den vigtigste og grundlæggende komponent i levende væsener, det er et molekyle dannet af et oxygenatom forbundet med to hydrogenatomer. Vand er afgørende for eksistensen af ​​liv og er den mest almindelige biomolekyle.

Mellem 50 og 95% af vægten af ​​ethvert levende væsen er vand, da det er nødvendigt at udføre flere vigtige funktioner, såsom termisk regulering og transport af stoffer.

Mineralsalte

De er enkle molekyler dannet af atomer med modsat ladning, der adskilles helt i vandet. For eksempel: natriumchlorid, dannet af et chloratom (negativt ladet) og et natriumatom (positivt ladet).

Mineralsalte deltager i dannelsen af ​​stive strukturer, såsom knogler fra hvirveldyr eller exoskeletonen hos hvirvelløse dyr. Disse uorganiske biomolekyler er også nødvendige for at udføre mange vigtige cellulære funktioner.

gasser

De er molekyler, der er i form af gas. De er grundlæggende for respiration af dyr og fotosyntese i planter.

Eksempler på disse gasser er: molekylær oxygen, dannet af to oxygenatomer forbundet sammen; og carbondioxid dannet af et carbonatom bundet til to oxygenatomer. Begge biomolekyler deltager i den gasformige udveksling, som levende væsener gør med deres miljø.

Organiske biomolekyler

Økologiske biomolekyler er de molekyler, der indeholder carbonatomer i deres struktur. Organiske molekyler kan også findes fordelt i naturen som en del af ikke-levende systemer, og udgør det såkaldte biomasse.

Typerne af organiske biomolekyler er følgende:

kulhydrater

Kulhydrater er sandsynligvis de mest rigelige og udbredte organiske stoffer i naturen og er essentielle komponenter i alle levende ting.

Kulhydrater produceres af grønne planter fra kuldioxid og vand under fotosynteseprocessen.

Disse biomolekyler består hovedsageligt af carbon-, hydrogen- og oxygenatomer. De er også kendt som kulhydrater eller saccharider, og de fungerer som energikilder og som strukturelle bestanddele af organismer.

- monosaccharider

Monosaccharider er de enkleste kulhydrater og kaldes ofte simple sukkerarter. De er de elementære byggesten, hvorfra alle de største kulhydrater dannes.

Monosaccharider har den generelle molekylformel (CH2O) n, hvor n kan være 3, 5 eller 6. Således kan monosaccharider klassificeres i overensstemmelse med antallet af carbonatomer, der er til stede i molekylet:

Hvis n = 3 er molekylet en triose. For eksempel: glyceraldehyd.

Hvis n = 5 er molekylet en pentose. For eksempel: ribose og deoxyribose.

Hvis n = 6 er molekylet en hexose. For eksempel: fructose, glucose og galactose.

Pentoser og hexoser kan eksistere i to former: cyklisk og ikke-cyklisk. I den ikke-cykliske form viser deres molekylære strukturer to funktionelle grupper: en aldehydgruppe eller en ketongruppe.

Monosaccharider, som indeholder aldehydgruppen, kaldes aldoser, og de, der har en ketongruppe, kaldes ketoser. Aldoser reducerer sukkerarter, mens ketoser er ikke-reducerende sukkerarter.

I vand findes pentoserne og hexoserne dog hovedsageligt i cyklisk form, og det er i denne form, at de kombinerer for at danne større saccharidmolekyler.

- disaccharider

De fleste sukkerarter, der findes i naturen, er disaccharider. Disse dannes ved dannelsen af ​​en glycosidbinding mellem to monosaccharider gennem en kondensationsreaktion, der frigiver vand. Denne bindingsdannelsesproces kræver energi til at holde sammen de to monosaccharid-enheder.

De tre vigtigste disaccharider er saccharose, lactose og maltose. De dannes ud fra kondensationen af ​​de passende monosaccharider. Saccharose er et ikke-reducerende sukker, mens lactose og maltose reducerer sukkerarter.

Disacchariderne er opløselige i vand, men de er meget store biomolekyler for at krydse cellemembranen ved diffusion. Af den grund brydes de ned i tyndtarmen under fordøjelsen, så deres grundlæggende komponenter (dvs. monosaccharider) passerer ind i blodet og ind i de andre celler.

Monosaccharider anvendes meget hurtigt af celler. Men hvis en celle ikke behøver energien med det samme, kan den opbevare den i form af mere komplekse polymerer. Således omdannes monosaccharider til disaccharider ved kondensationsreaktioner, der forekommer i cellen.

- oligosaccharider

Oligosaccharider er mellemliggende molekyler dannet af tre til ni enheder simple sukkerarter (monosaccharider). De dannes ved delvis nedbrydning af mere komplekse kulhydrater (polysaccharider).

De fleste naturlige oligosaccharider findes i planter, og med undtagelse af maltotriose er de ufordøjelige af mennesker, fordi menneskekroppen mangler de nødvendige enzymer i tyndtarmen for at bryde dem ned.

I tyktarmen kan gavnlige bakterier nedbryde oligosacchariderne ved fermentering; således omdannes de til absorberbare næringsstoffer, som giver en smule energi. Visse nedbrydningsprodukter af oligosaccharider kan have en gavnlig virkning på formen af ​​tyktarmen.

Eksempler på oligosaccharider indbefatter raffinose, et trisaccharid fra bælgfrugter og nogle kornblandinger sammensat af glucose, fructose og galactose. Maltotriose, et glucose trisaccharid, produceres i nogle planter og i blodet af visse leddyr.

- polysaccharider

Monosaccharider kan gennemgå en række kondensationsreaktioner, idet der tilføjes en enhed efter den anden til kæden, indtil der dannes meget store molekyler. Disse er polysacchariderne.

Egenskaberne af polysaccharider afhænger af flere faktorer af deres molekylære struktur: længde, laterale grene, foldning og hvis kæden er "lige" eller "funky". Der er flere eksempler på polysaccharider i naturen.

Stivelse produceres ofte i planter som en måde at opbevare energi på, og består af a-glucosepolymerer. Hvis polymeren er forgrenet, kaldes den amylopectin, og hvis den ikke er forgrenet, kaldes den amylose.

Glycogen er energiereservets polysaccharid hos dyr og består af amylopectiner. Stivelsen i planter nedbryder således i kroppen for at producere glukose, som kommer ind i cellen og anvendes i metabolismen. Glukose, der ikke anvendes, polymeriserer og danner glykogen, energibeholderen.

lipider

Lipider er en anden type organiske biomolekyler, hvis hovedkarakteristika er, at de er hydrofobe (de afviser vand) og følgelig er de uopløselige i vand. Afhængigt af deres struktur kan lipider klassificeres i 4 hovedgrupper:

- triglycerider

Triglycerider dannes af et molekyle glycerol bundet til tre kæder af fedtsyrer. En fedtsyre er et lineært molekyle, der i den ene ende indeholder en carboxylsyre efterfulgt af en carbonhydridkæde og en methylgruppe i den anden ende.

Afhængig af deres struktur kan fedtsyrerne være mættede eller umættede. Hvis carbonhydridkæden kun indeholder enkeltbindinger, er den en mættet fedtsyre. Omvendt, hvis denne carbonhydridkæde har en eller flere dobbeltbindinger, er fedtsyren umættet.

Inden for denne kategori er olier og fedtstoffer. De første er energibesparelsen af ​​planterne, de har formætning og er flydende ved stuetemperatur. I modsætning hertil er fedtstoffer energiereserver af dyr, de er mættede og faste molekyler ved stuetemperatur.

fosfolipider

Phospholipider ligner triglycerider, idet de har et glycerolmolekyle bundet til to fedtsyrer. Forskellen er, at phospholipider har en phosphatgruppe i det tredje carbon af glycerol, i stedet for et andet fedtsyremolekyle.

Disse lipider er meget vigtige på grund af den måde, hvorpå de kan interagere med vand. Ved at have en phosphatgruppe i den ene ende bliver molekylet hydrofilt (tiltrækker vand) i den pågældende region. Imidlertid forbliver den hydrofob i resten af ​​molekylet.

På grund af deres struktur har phospholipider tendens til at være organiseret på en sådan måde, at phosphatgrupper er tilgængelige for at interagere med det vandige medium, medens de hydrofobe kæder de organiserer inde er langt fra vand. Således er phospholipider en del af alle biologiske membraner.

- steroid

Steroider består af fire kondenserede carbonringe, som er forbundet med forskellige funktionelle grupper. En af de vigtigste er kolesterol, det er afgørende for levende væsener. Det er forløberen for nogle vigtige hormoner som bl.a. østrogen, testosteron og cortison.

- voksarter

Voks er en lille gruppe lipider, der har en beskyttende funktion. De findes i træernes blade, i fuglernes fjer, i ørerne hos nogle pattedyr og på steder, der skal isoleres eller beskyttes mod det ydre miljø..

Nukleinsyrer

Nukleinsyrer er de vigtigste transportmolekyler af genetisk information i levende væsener. Dens hovedfunktion er at lede processen med proteinsyntese, som bestemmer de arvelige egenskaber ved hvert levende væsen. De er sammensat af kulstof-, hydrogen-, oxygen-, nitrogen- og fosforatomer.

Nukleinsyrer er polymerer dannet ved gentagelser af monomerer, der kaldes nukleotider. Hvert nukleotid består af en aromatisk base indeholdende nitrogen bundet til et pentosukker (fem carbonatomer), som igen er bundet til en phosphatgruppe.

De to hovedklasser af nukleinsyrer er deoxyribonukleinsyre (DNA) og ribonukleinsyre (RNA). DNA er molekylet, som indeholder alle oplysninger af en art, hvorfor den er til stede i alle levende væsener og i de fleste vira.

RNA er det genetiske materiale af visse vira, men det findes også i alle levende celler. Der spiller han vigtige roller i visse processer, såsom fremstilling af proteiner.

Hver nukleinsyre indeholder fire af fem mulige baser indeholdende nitrogen: adenin (A), guanin (G), cytosin (C), thymin (T) og uracil (U). DNA har baserne adenin, guanin, cytosin og thymin, medens RNA har det samme undtagen thymin, som erstattes af uracil i RNA.

- Deoxyribonukleinsyre (DNA)

DNA-molekylet består af to kæder af nukleotider, der er forbundet med bindinger kaldet phosphodiesterbindinger. Hver kæde har en struktur i form af en spiral. De to helixer forveksles med at give en dobbelt helix. Baserne er inde i propellen, og fosfatgrupperne er på ydersiden.

DNA'et er sammensat af en hovedkæde af sukkerdeoxyribose bundet til et phosphat og de fire nitrogenholdige baser: adenin, guanin, cytosin og thymin. Basepar er dannet i dobbeltstrenget DNA: adenin binder altid til thymin (A-T) og guanin til cytosin (G-C).

De to spiraler holdes sammen ved at matche baserne af nukleotiderne ved hydrogenbindinger. Strukturen beskrives nogle gange som en stige, hvor sukker- og fosfatkæderne er siderne, og basisbasisbindingerne er sporene.

Denne struktur, sammen med molekylets kemiske stabilitet, gør DNA til det ideelle materiale til at transmittere genetisk information. Når en celle opdeles, kopieres dens DNA og går fra en generation af celler til den næste generation.

- Ribonukleinsyre (RNA)

RNA er en polymer af nukleinsyre, hvis struktur er dannet af en enkelt kæde af nucleotider: adenin, cytosin, guanin og uracil. Som i DNA binder cytosin altid til guanin (C-G), men adenin binder til uracil (A-U).

Det er den første mellemmand i overførsel af genetisk information i celler. RNA er afgørende for syntesen af ​​proteiner, da oplysningerne i den genetiske kode sædvanligvis overføres fra DNA til RNA og fra det til proteiner..

Nogle RNA'er har også direkte funktioner i cellulær metabolisme. RNA opnås ved kopiering af basesekvensen af ​​et DNA-segment kaldet et gen i en enkeltstrenget nukleinsyre-del. Denne proces, kaldet transkription, katalyseres af et enzym kaldet RNA polymerase.

Der er flere forskellige typer af RNA, hovedsagelig tre. Den første er messenger RNA, som er den, der kopieres direkte fra DNA ved transkription. Den anden type er overførsels-RNA, som er den, der overfører de korrekte aminosyrer til syntese af proteiner.

Endelig er den anden klasse af RNA det ribosomale RNA, der sammen med nogle proteiner danner ribosomerne, cellulære organeller, som er ansvarlige for at syntetisere alle cellens proteiner.

protein

Proteiner er store, komplekse molekyler, der udfører mange vigtige funktioner og gør det meste af arbejdet i celler. De er nødvendige for opbygning, funktion og regulering af levende væsener. De består af carbon, hydrogen, oxygen og nitrogenatomer.

Proteiner består af mindre enheder kaldet aminosyrer, koblet sammen ved hjælp af peptidbindinger og dannelse af lange kæder. Aminosyrer er små organiske molekyler med meget særlige fysisk-kemiske egenskaber, der er 20 forskellige typer.

Aminosyresekvensen bestemmer den unikke tredimensionelle struktur af hvert protein og dets specifikke funktion. Faktisk er funktionerne af individuelle proteiner lige så varierede som deres unikke aminosyresekvenser, som bestemmer de interaktioner, som genererer komplekse tredimensionale strukturer.

Varierede funktioner

Proteiner kan være strukturelle og bevægelseskomponenter til cellen, såsom actin. Andre arbejder ved at accelerere biokemiske reaktioner i cellen, såsom DNA-polymerase, som er enzymet, der syntetiserer DNA.

Der er andre proteiner, hvis funktion er at overføre en vigtig besked til organismen. For eksempel sender nogle typer hormoner som væksthormon signaler til at koordinere biologiske processer mellem forskellige celler, væv og organer.

Nogle proteiner binder og transporterer atomer (eller små molekyler) inde i celler; Sådan er det tilfældet med ferritin, som er ansvarlig for opbevaring af jern i nogle organismer. En anden gruppe vigtige proteiner er antistofferne, som tilhører immunsystemet og er ansvarlige for at detektere toksiner og patogener.

Således er proteiner de endelige produkter fra afkodningsprocessen af ​​genetisk information, som begynder med cellulært DNA. Denne utrolige række funktioner er afledt af en overraskende enkel kode, der er i stand til at angive et enormt forskelligt sæt af strukturer.

referencer

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Molecular Biology of the Cell (6. udgave). Garland Science.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biokemi (8. udgave). W. H. Freeman og Company.
3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biologi (2. udgave) Pearson Education.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Molecular Cell Biology (8. udgave). W. H. Freeman og Company.
5. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biologi (7. udgave) Cengage Learning.
6. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Grundlag for biokemi: Livet på Molekylært niveau (5. udgave). Wiley.