Klasifikace biomolekul a hlavní funkce



biomolekul jsou to molekuly, které jsou generovány v živých bytostech. Předpona "bio" znamená život; proto biomolekula je molekula produkovaná živou bytostí. Živé bytosti jsou tvořeny různými typy molekul, které vykonávají různé funkce nezbytné pro život.

V přírodě existují biotické (živé) a abiotické (neživé) systémy, které vzájemně ovlivňují a v některých případech vyměňují prvky. Charakter, že všechny živé bytosti mají společné, je, že jsou organické, což znamená, že jejich základní molekuly jsou tvořeny atomy uhlíku.

Biomolekuly mají vedle uhlíku i jiné atomy. Mezi tyto atomy patří především vodík, kyslík, dusík, fosfor a síra. Tyto prvky se také nazývají bioelementy, protože jsou hlavní složkou biologických molekul.

Nicméně, tam jsou jiné atomy, které jsou také přítomné v některých biomolecules, ačkoli v menších množstvích. Obvykle se jedná o ionty kovů, jako je například draslík, sodík, železo a hořčík. Proto biomolekuly mohou být dvou typů: organické nebo anorganické.

Organismy jsou tedy tvořeny mnoha typy molekul na bázi uhlíku, například: cukry, tuky, proteiny a nukleové kyseliny. Existují však i jiné sloučeniny, které jsou také na bázi uhlíku a které nejsou součástí biomolekul.

Tyto molekuly, které obsahují uhlík, ale nejsou nalezeny v biologických systémech, lze nalézt v zemské kůře, v jezerech, mořích a oceánech a v atmosféře. Pohyb těchto prvků v přírodě je popsán v biogeochemických cyklech.

To je si myslel, že tyto jednoduché organické molekuly nalezené v přírodě byly ti to dalo svah nejsložitější biomolecules to být díl základní struktury pro život: buňka. Výše uvedené je známé jako teorie abiotické syntézy.

Index

  • 1 Klasifikace a funkce biomolekul
    • 1.1 Anorganické biomolekuly 
    • 1.2 Organické biomolekuly
  • 2 Odkazy

Klasifikace a funkce biomolekul

Biomolekuly jsou rozmanité co do velikosti a struktury, což jim dává jedinečné vlastnosti pro výkon různých funkcí nezbytných pro život. Proto biomolekuly působí mimo jiné jako ukládání informací, zdroj energie, podpora, buněčný metabolismus.

Biomolekuly lze rozdělit do dvou velkých skupin na základě přítomnosti nebo nepřítomnosti atomů uhlíku.

Anorganické biomolekuly 

Jsou to všechny molekuly, které jsou přítomny v živých bytostech a které neobsahují uhlík ve své molekulární struktuře. Anorganické molekuly lze nalézt také v jiných (neživých) přírodních systémech.

Typy anorganických biomolekul jsou následující:

Voda

To je hlavní a základní složka živých bytostí, to je molekula tvořená atomem kyslíku spojeným ke dvěma atomům vodíku. Voda je nezbytná pro existenci života a je nejběžnější biomolekulou.

50 až 95% hmotnosti živé bytosti je voda, protože je nutné provádět několik důležitých funkcí, jako je tepelná regulace a přeprava látek..

Minerální soli

Jsou to jednoduché molekuly tvořené atomy s opačným nábojem, které se zcela oddělují ve vodě. Například: chlorid sodný, tvořený atomem chloru (záporně nabitým) a atomem sodíku (kladně nabitý).

Minerální soli se podílejí na tvorbě tuhých struktur, jako jsou kosti obratlovců nebo exoskelet bezobratlých. Tyto anorganické biomolekuly jsou také nezbytné pro provádění mnoha důležitých buněčných funkcí.

Plyny

Jsou to molekuly, které jsou ve formě plynu. Jsou zásadní pro dýchání zvířat a fotosyntézu v rostlinách.

Příklady těchto plynů jsou: molekulární kyslík, tvořený dvěma atomy kyslíku spojenými dohromady; a oxid uhličitý, tvořený atomem uhlíku připojeným ke dvěma atomům kyslíku. Obě biomolekuly se podílejí na plynné výměně, kterou živé bytosti vytvářejí ve svém prostředí.

Organické biomolekuly

Organické biomolekuly jsou molekuly, které ve své struktuře obsahují atomy uhlíku. Organické molekuly lze také nalézt v přírodě jako součást neživých systémů a představují to, co je známé jako biomasa.

Typy organických biomolekul jsou následující:

Sacharidy

Sacharidy jsou pravděpodobně nejrozšířenější a nejrozšířenější organické látky v přírodě a jsou základními složkami všech živých věcí.

Sacharidy jsou produkovány zelenými rostlinami z oxidu uhličitého a vody během procesu fotosyntézy.

Tyto biomolekuly jsou převážně tvořeny atomy uhlíku, vodíku a kyslíku. Jsou také známé jako sacharidy nebo sacharidy a fungují jako zdroje energie a jako strukturální složky organismů.

- Monosacharidy

Monosacharidy jsou nejjednodušší sacharidy a často se nazývají jednoduché cukry. Jedná se o základní stavební kameny, ze kterých se tvoří všechny největší sacharidy.

Monosacharidy mají obecný molekulární vzorec (CH2O) n, kde n může být 3, 5 nebo 6. Monosacharidy tak mohou být klasifikovány podle počtu atomů uhlíku přítomných v molekule:

Jestliže n = 3, molekula je triosa. Například: glyceraldehyd.

Jestliže n = 5, molekula je pentóza. Například: ribóza a deoxyribóza.

Jestliže n = 6, molekula je hexóza. Například: fruktóza, glukóza a galaktóza.

Pentózy a hexózy mohou existovat ve dvou formách: cyklické a necyklické. V necyklické formě vykazují jejich molekulární struktury dvě funkční skupiny: aldehydovou skupinu nebo ketonovou skupinu.

Monosacharidy, které obsahují aldehydovou skupinu, se nazývají aldózy a ty, které mají ketonovou skupinu, se nazývají ketózy. Aldózy jsou redukující cukry, zatímco ketózy jsou neredukující cukry.

Ve vodě však pentózy a hexózy existují převážně v cyklické formě a v této formě se spojují do větších molekul sacharidů..

- Disacharidy

Většina cukrů nalezených v přírodě jsou disacharidy. Ty jsou tvořeny tvorbou glykosidové vazby mezi dvěma monosacharidy prostřednictvím kondenzační reakce, která uvolňuje vodu. Tento proces tvorby vazeb vyžaduje energii, aby se obě monosacharidové jednotky držely pohromadě.

Tři nejdůležitější disacharidy jsou sacharóza, laktóza a maltóza. Jsou tvořeny kondenzací příslušných monosacharidů. Sacharóza je neredukující cukr, zatímco laktóza a maltóza jsou redukující cukry.

Disacharidy jsou rozpustné ve vodě, ale jsou velmi velkými biomolekulami, které procházejí buněčnou membránou difuzí. Z tohoto důvodu se během trávení štěpí v tenkém střevě, takže jejich základní složky (tj. Monosacharidy) přecházejí do krve a do dalších buněk..

Monosacharidy jsou používány velmi rychle buňkami. Pokud však buňka nepotřebuje energii okamžitě, může ji uložit ve formě složitějších polymerů. Monosacharidy jsou tedy konvertovány na disacharidy kondenzačními reakcemi, které se vyskytují v buňce.

- Oligosacharidy

Oligosacharidy jsou intermediární molekuly tvořené třemi až devíti jednotkami jednoduchých cukrů (monosacharidů). Jsou tvořeny částečným rozkladem komplexnějších sacharidů (polysacharidů)..

Většina přírodních oligosacharidů se nachází v rostlinách a s výjimkou maltotriosy, které jsou pro člověka nestravitelné, protože lidskému tělu chybí potřebné enzymy v tenkém střevě, aby je rozbily..

V tlustém střevě mohou prospěšné bakterie štěpit oligosacharidy fermentací; jsou tedy transformovány do vstřebatelných živin, které poskytují určitou energii. Některé degradační produkty oligosacharidů mohou mít příznivý vliv na výstelku tlustého střeva.

Příklady oligosacharidů zahrnují rafinózu, trisacharid z luštěnin a některé obiloviny složené z glukózy, fruktózy a galaktózy. Maltotriose, trisacharid glukózy, se vyrábí v některých rostlinách a v krvi některých členovců.

- Polysacharidy

Monosacharidy mohou projít řadou kondenzačních reakcí, přičemž se do řetězce přidává jedna jednotka za druhou, dokud se nevytvoří velmi velké molekuly. To jsou polysacharidy.

Vlastnosti polysacharidů závisí na několika faktorech jejich molekulární struktury: délce, postranních větvích, skládání a v případě, že řetěz je "rovný" nebo "funky". Existuje několik příkladů polysacharidů v přírodě.

Škrob se často vyrábí v rostlinách jako způsob skladování energie a skládá se z polymerů α-glukózy. Pokud je polymer rozvětvený, nazývá se amylopektin, a pokud není rozvětvený, nazývá se amylóza.

Glykogen je energeticky rezervním polysacharidem u zvířat a sestává z amylopektinů. Takže škrob v rostlinách degraduje v těle za vzniku glukózy, která vstupuje do buňky a používá se v metabolismu. Glukóza, která se nepoužívá, polymerizuje a tvoří glykogen, zásobník energie.

Lipidy

Lipidy jsou dalším typem organických biomolekul, jejichž hlavní vlastností je to, že jsou hydrofobní (odpuzují vodu) a v důsledku toho jsou nerozpustné ve vodě. Lipidy lze v závislosti na struktuře rozdělit do 4 hlavních skupin:

- Triglyceridy

Triglyceridy jsou tvořeny molekulou glycerolu spojenou se třemi řetězci mastných kyselin. Mastná kyselina je lineární molekula, která obsahuje na jednom konci karboxylovou kyselinu, následovanou uhlovodíkovým řetězcem a methylovou skupinou na druhém konci.

V závislosti na jejich struktuře mohou být mastné kyseliny nasycené nebo nenasycené. Pokud uhlovodíkový řetězec obsahuje pouze jednoduché vazby, jedná se o nasycenou mastnou kyselinu. Naopak, pokud má tento uhlovodíkový řetězec jednu nebo více dvojných vazeb, mastná kyselina je nenasycená.

V této kategorii jsou oleje a tuky. První z nich jsou energetická rezerva rostlin, mají nenasycenost a jsou kapalné při pokojové teplotě. Oproti tomu tuky jsou energetickými rezervami zvířat, jsou nasycené a pevné molekuly při teplotě místnosti.

Fosfolipidy

Fosfolipidy jsou podobné triglyceridům v tom, že mají molekulu glycerolu navázanou na dvě mastné kyseliny. Rozdíl je v tom, že fosfolipidy mají fosfátovou skupinu ve třetím uhlíku glycerolu místo jiné molekuly mastné kyseliny.

Tyto lipidy jsou velmi důležité, protože mohou komunikovat s vodou. Tím, že má fosfátová skupina na jednom konci, se molekula stává hydrofilní (přitahuje vodu) v této oblasti. Ve zbytku molekuly však zůstává hydrofobní.

Vzhledem ke své struktuře mají fosfolipidy tendenci být organizovány tak, že fosfátové skupiny jsou k dispozici pro interakci s vodným médiem, zatímco hydrofobní řetězce, které organizují uvnitř, jsou daleko od vody. Fosfolipidy jsou tedy součástí všech biologických membrán.

- Steroidy

Steroidy jsou tvořeny čtyřmi kondenzovanými uhlíkovými kruhy, které jsou spojeny různými funkčními skupinami. Jedním z nejdůležitějších je cholesterol, který je nezbytný pro živé bytosti. To je předchůdce některých důležitých hormonů takový jako estrogen, testosteron a kortizon, mezi ostatními.

- Vosky

Vosky jsou malá skupina lipidů, které mají ochrannou funkci. Nacházejí se v listech stromů, v peřích ptáků, v uších některých savců a na místech, která musí být izolována nebo chráněna před vnějším prostředím..

Nukleové kyseliny

Nukleové kyseliny jsou hlavní transportní molekuly genetické informace v živých bytostech. Jeho hlavní funkcí je řídit proces syntézy proteinů, který určuje zděděné vlastnosti každé živé bytosti. Jsou složeny z atomů uhlíku, vodíku, kyslíku, dusíku a fosforu.

Nukleové kyseliny jsou polymery tvořené opakováním monomerů, nazývaných nukleotidy. Každý nukleotid sestává z aromatické báze obsahující dusík připojený k pentózovému cukru (pět uhlíků), který je zase připojen k fosfátové skupině..

Dvě hlavní třídy nukleových kyselin jsou kyselina deoxyribonukleová (DNA) a kyselina ribonukleová (RNA). DNA je molekula, která obsahuje všechny informace o druhu, proto je přítomna ve všech živých bytostech a ve většině virů.

RNA je genetický materiál určitých virů, ale nachází se také ve všech živých buňkách. Tam hraje důležité role v určitých procesech, jako je například výroba proteinů.

Každá nukleová kyselina obsahuje čtyři z pěti možných bází obsahujících dusík: adenin (A), guanin (G), cytosin (C), tymin (T) a uracil (U). DNA má báze adeninu, guaninu, cytosinu a thyminu, zatímco RNA má stejný význam kromě thyminu, který je nahrazen uracilem v RNA..

- Deoxyribonukleová kyselina (DNA)

Molekula DNA se skládá ze dvou řetězců nukleotidů spojených vazbami nazývanými fosfodiesterové vazby. Každý řetěz má strukturu ve tvaru šroubovice. Dvě šroubovice se proplétají a poskytují dvojitou šroubovici. Základny jsou uvnitř vrtule a fosfátové skupiny jsou na vnější straně.

DNA je tvořena hlavním řetězcem cukerné deoxyribózy spojené s fosfátem a čtyřmi dusíkatými bázemi: adenin, guanin, cytosin a thymin. Páry bází jsou tvořeny ve dvouvláknové DNA: adenin se vždy váže na thymin (A-T) a guanin na cytosin (G-C).

Dvě helixy jsou drženy pohromadě tím, že odpovídají základům nukleotidů vodíkovými vazbami. Struktura je někdy popisována jako žebřík kde cukrové a fosfátové řetězce jsou strany a základ-základní vazby jsou příčky.

Tato struktura spolu s chemickou stabilitou molekuly činí DNA ideálním materiálem pro přenos genetické informace. Když se buňka rozdělí, její DNA se zkopíruje a přechází z jedné generace buněk na další generaci.

- Kyselina ribonukleová (RNA)

RNA je polymer nukleové kyseliny, jejíž struktura je tvořena jedním řetězcem nukleotidů: adenin, cytosin, guanin a uracil. Jako v DNA, cytosin se vždy váže na guanin (C-G), ale adenin se váže na uracil (A-U).

Je to první zprostředkovatel přenosu genetické informace v buňkách. RNA je nezbytná pro syntézu proteinů, protože informace obsažené v genetickém kódu jsou obvykle přenášeny z DNA na RNA az ní na proteiny..

Některé RNA mají také přímé funkce v buněčném metabolismu. RNA se získá zkopírováním sekvence bází DNA segmentu zvaného gen do jednovláknové části nukleové kyseliny. Tento proces, nazývaný transkripce, je katalyzován enzymem nazývaným RNA polymeráza.

Existuje několik různých typů RNA, především tři, z nichž první je messenger RNA, která je zkopírována přímo z DNA transkripcí. Druhým typem je transferová RNA, která přenáší správné aminokyseliny pro syntézu proteinů.

Konečně, druhá třída RNA je ribozomální RNA, která spolu s některými proteiny tvoří ribozomy, buněčné organely zodpovědné za syntézu všech proteinů buňky..

Proteiny

Proteiny jsou velké, komplexní molekuly, které vykonávají mnoho důležitých funkcí a dělají většinu práce v buňkách. Jsou nezbytné pro strukturu, funkci a regulaci živých bytostí. Skládají se z atomů uhlíku, vodíku, kyslíku a dusíku.

Proteiny jsou tvořeny menšími jednotkami nazývanými aminokyseliny, které jsou spojeny peptidovými vazbami a tvoří dlouhé řetězce. Aminokyseliny jsou malé organické molekuly s velmi specifickými fyzikálně-chemickými vlastnostmi, existuje 20 různých typů.

Aminokyselinová sekvence určuje jedinečnou trojrozměrnou strukturu každého proteinu a jeho specifickou funkci. Ve skutečnosti jsou funkce jednotlivých proteinů stejně rozmanité jako jejich jedinečné aminokyselinové sekvence, které určují interakce, které generují komplexní trojrozměrné struktury.

Různé funkce

Proteiny mohou být strukturní a pohybové složky pro buňku, jako je aktin. Jiní pracují urychlením biochemických reakcí uvnitř buňky, jako je DNA polymeráza, což je enzym, který syntetizuje DNA.

Existují i ​​jiné proteiny, jejichž funkcí je přenášet důležité informace do organismu. Některé typy hormonů, jako je růstový hormon, přenášejí signály pro koordinaci biologických procesů mezi různými buňkami, tkáněmi a orgány.

Některé proteiny váží a transportují atomy (nebo malé molekuly) uvnitř buněk; Takový je případ feritinu, který je zodpovědný za ukládání železa v některých organismech. Další skupinou důležitých proteinů jsou protilátky, které patří do imunitního systému a jsou zodpovědné za detekci toxinů a patogenů.

Proteiny jsou tedy konečnými produkty procesu dekódování genetické informace, která začíná buněčnou DNA. Tato neuvěřitelná rozmanitost funkcí je odvozena z překvapivě jednoduchého kódu, který je schopen specifikovat nesmírně různorodý soubor struktur.

Odkazy

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Molekulární biologie buňky (6. vydání). Garland věda.
  2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biochemie (8. vydání). W. H. Freeman a Company.
  3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biologie (2. vyd.) Pearson Education.
  4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Molekulární buněčná biologie (8. vydání). W. H. Freeman a Company.
  5. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biologie (7. vydání) Cengage Learning.
  6. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Základy biochemie: Život na Molekulární úroveň (5. vydání). Wiley.