Klasifikácia a hlavné funkcie biomolekúl

biomolekúl sú to molekuly, ktoré sa vytvárajú v živých bytostiach. Predpona "bio" znamená život; preto biomolekula je molekula produkovaná živou bytosťou. Živé bytosti sú tvorené rôznymi typmi molekúl, ktoré vykonávajú rôzne funkcie potrebné pre život.

V prírode existujú biotické (živé) a abiotické (neživé) systémy, ktoré vzájomne ovplyvňujú av niektorých prípadoch vymieňajú prvky. Charakteristické pre všetky živé bytosti je, že sú organické, čo znamená, že ich základné molekuly sú tvorené atómami uhlíka.

Biomolekuly majú okrem uhlíka aj iné atómy. Medzi tieto atómy patrí najmä vodík, kyslík, dusík, fosfor a síra. Tieto prvky sa tiež nazývajú bioelementy, pretože sú hlavnou zložkou biologických molekúl.

Existujú však aj iné atómy, ktoré sú tiež prítomné v niektorých biomolekulách, hoci v menších množstvách. Sú to okrem iného ióny kovov, ako je napríklad draslík, sodík, železo a horčík. Preto biomolekuly môžu byť dvoch typov: organické alebo anorganické.

Takže organizmy sú tvorené mnohými typmi molekúl na báze uhlíka, napríklad: cukry, tuky, proteíny a nukleové kyseliny. Existujú však aj iné zlúčeniny, ktoré sú tiež na báze uhlíka a ktoré nie sú súčasťou biomolekúl.

Tieto molekuly, ktoré obsahujú uhlík, ale nenachádzajú sa v biologických systémoch, sa nachádzajú v zemskej kôre, v jazerách, moriach a oceánoch av atmosfére. Pohyb týchto prvkov v prírode je opísaný v biogeochemických cykloch.

Predpokladá sa, že tieto jednoduché organické molekuly nachádzajúce sa v prírode boli tie, ktoré viedli k vzniku najkomplexnejších biomolekúl, ktoré sú súčasťou základnej štruktúry života: bunky. Vyššie uvedené je známe ako teória abiotickej syntézy.

index

• 1 Klasifikácia a funkcie biomolekúl
  • 1.1 Anorganické biomolekuly 
  • 1.2 Organické biomolekuly
• 2 Referencie

Klasifikácia a funkcie biomolekúl

Biomolekuly majú rôznu veľkosť a štruktúru, čo im dáva jedinečné vlastnosti pre výkon rôznych funkcií potrebných pre život. Takže biomolekuly pôsobia ako ukladanie informácií, okrem iného zdroj energie, podpora, bunkový metabolizmus.

Biomolekuly môžu byť rozdelené do dvoch veľkých skupín na základe prítomnosti alebo neprítomnosti atómov uhlíka.

Anorganické biomolekuly 

Sú to všetky molekuly, ktoré sú prítomné v živých bytostiach a ktoré neobsahujú uhlík v ich molekulárnej štruktúre. Anorganické molekuly sa môžu nachádzať aj v iných (neživých) systémoch prírody.

Typy anorganických biomolekúl sú nasledovné:

voda

Je to hlavná a základná zložka živých bytostí, je to molekula tvorená atómom kyslíka spojeným s dvoma atómami vodíka. Voda je nevyhnutná pre existenciu života a je najbežnejšou biomolekulou.

50 až 95% hmotnosti živej bytosti je voda, pretože je potrebné vykonávať niekoľko dôležitých funkcií, ako je tepelná regulácia a preprava látok..

Minerálne soli

Sú to jednoduché molekuly tvorené atómami s opačným nábojom, ktoré sa úplne separujú vo vode. Napríklad: chlorid sodný tvorený atómom chlóru (záporne nabitým) a atómom sodíka (kladne nabitý).

Minerálne soli sa podieľajú na tvorbe tuhých štruktúr, ako sú kosti stavovcov alebo exoskeleton bezstavovcov. Tieto anorganické biomolekuly sú tiež potrebné na vykonávanie mnohých dôležitých bunkových funkcií.

plyny

Sú to molekuly, ktoré sú vo forme plynu. Sú základom pre dýchanie zvierat a fotosyntézu v rastlinách.

Príklady týchto plynov sú: molekulárny kyslík, tvorený dvoma atómami kyslíka, ktoré sú navzájom spojené; a oxid uhličitý, tvorený atómom uhlíka viazaným na dva atómy kyslíka. Obe biomolekuly sa zúčastňujú na plynnej výmene, ktorú žijúce bytosti vytvárajú so svojím prostredím.

Organické biomolekuly

Organické biomolekuly sú molekuly, ktoré obsahujú atómy uhlíka v ich štruktúre. Organické molekuly možno tiež nájsť v prírode ako súčasť neživých systémov a predstavujú to, čo je známe ako biomasa.

Typy organických biomolekúl sú nasledovné:

sacharidy

Sacharidy sú pravdepodobne najrozšírenejšími a najrozšírenejšími organickými látkami v prírode a sú základnými zložkami všetkých živých vecí.

Sacharidy sú produkované zelenými rastlinami z oxidu uhličitého a vody počas procesu fotosyntézy.

Tieto biomolekuly sú zložené hlavne z atómov uhlíka, vodíka a kyslíka. Sú tiež známe ako sacharidy alebo sacharidy a fungujú ako zdroje energie a ako štrukturálne zložky organizmov.

- monosacharidy

Monosacharidy sú najjednoduchšie sacharidy a často sa nazývajú jednoduché cukry. Sú to základné stavebné kamene, z ktorých sa tvoria všetky najväčšie sacharidy.

Monosacharidy majú všeobecnú molekulárnej vzorec (CH 2O) n, pričom n môže byť 3, 5 alebo 6. To znamená, že monosacharidy môžu byť klasifikované podľa počtu atómov uhlíka prítomných v molekule:

Ak n = 3, molekula je triosa. Napríklad: glyceraldehyd.

Ak n = 5, molekula je pentóza. Napríklad: ribóza a deoxyribóza.

Ak n = 6, molekula je hexóza. Napríklad: fruktóza, glukóza a galaktóza.

Pentózy a hexózy môžu existovať v dvoch formách: cyklické a necyklické. V necyklickej forme majú ich molekulové štruktúry dve funkčné skupiny: aldehydovú skupinu alebo ketónovú skupinu.

Monosacharidy, ktoré obsahujú aldehydovú skupinu, sa nazývajú aldózy a tie, ktoré majú ketónovú skupinu, sa nazývajú ketózy. Aldózy sú redukujúce cukry, zatiaľ čo ketózy sú neredukujúce cukry.

Vo vode však pentózy a hexózy existujú prevažne v cyklickej forme a v tejto forme sa kombinujú do väčších molekúl sacharidu..

- disacharidy

Väčšina cukrov nachádzajúcich sa v prírode sú disacharidy. Tieto vznikajú tvorbou glykozidovej väzby medzi dvoma monosacharidmi prostredníctvom kondenzačnej reakcie, ktorá uvoľňuje vodu. Tento proces tvorby väzieb vyžaduje, aby energia držala pohromade dve monosacharidové jednotky.

Tri najdôležitejšie disacharidy sú sacharóza, laktóza a maltóza. Sú tvorené kondenzáciou vhodných monosacharidov. Sacharóza je neredukujúci cukor, zatiaľ čo laktóza a maltóza sú redukujúce cukry.

Disacharidy sú rozpustné vo vode, ale sú veľmi veľkými biomolekulami, ktoré prechádzajú cez bunkovú membránu difúziou. Z tohto dôvodu sa rozkladajú v tenkom čreve počas trávenia, takže ich základné zložky (tj monosacharidy) prechádzajú do krvi a do iných buniek..

Bunkami sa veľmi rýchlo používajú monosacharidy. Ak však bunka nepotrebuje energiu okamžite, môže ju uložiť vo forme zložitejších polymérov. Monosacharidy sa teda konvertujú na disacharidy kondenzačnými reakciami, ktoré sa vyskytujú v bunke.

- oligosacharidy

Oligosacharidy sú intermediárne molekuly tvorené tromi až deviatimi jednotkami jednoduchých cukrov (monosacharidov). Sú tvorené čiastočným rozkladom komplexnejších sacharidov (polysacharidov)..

Väčšina prírodných oligosacharidy sa vyskytujú v rastlinách a okrem maltotriózy, sú nestráviteľný ľuďmi, pretože ľudské telo nemá potrebné enzýmy v tenkom čreve sa rozložiť.

V hrubom čreve môžu užitočné baktérie rozkladať oligosacharidy fermentáciou; transformujú sa na absorbovateľné živiny, ktoré poskytujú určitú energiu. Určité degradačné produkty oligosacharidov môžu mať priaznivý účinok na výstelku hrubého čreva.

Príklady oligosacharidov zahŕňajú rafinózu, trisacharid z strukovín a niektoré obilniny zložené z glukózy, fruktózy a galaktózy. Maltotrióza, trisacharid glukózy, sa vyrába v niektorých rastlinách av krvi určitých článkonožcov..

- polysacharidy

Monosacharidy sa môžu podrobiť sérii kondenzačných reakcií, pričom sa do reťazca pridáva jedna jednotka za druhou, až kým sa nevytvoria veľmi veľké molekuly. Toto sú polysacharidy.

Vlastnosti polysacharidov závisia od viacerých faktorov ich molekulovej štruktúry: dĺžky, bočných vetiev, skladania a ak je reťazec "rovný" alebo "funky". Existuje niekoľko príkladov polysacharidov v prírode.

Škrob sa často vyrába v rastlinách ako spôsob skladovania energie a skladá sa z polymérov a-glukózy. Ak je polymér rozvetvený, nazýva sa amylopektín a ak nie je rozvetvený, nazýva sa amylóza.

Glykogén je energeticky rezervným polysacharidom u zvierat a pozostáva z amylopektínov. Škrob v rastlinách tak degraduje v tele produkciu glukózy, ktorá vstupuje do bunky a používa sa v metabolizme. Glukóza, ktorá sa nepoužíva, polymerizuje a tvorí glykogén, zásobník energie.

lipidy

Lipidy sú ďalším typom organických biomolekúl, ktorých hlavnou vlastnosťou je, že sú hydrofóbne (odpudzujú vodu) a v dôsledku toho sú nerozpustné vo vode. V závislosti od ich štruktúry je možné lipidy rozdeliť do 4 hlavných skupín:

- triglyceridy

Triglyceridy sú tvorené molekulou glycerolu viazaného na tri reťazce mastných kyselín. Mastná kyselina je lineárna molekula, ktorá obsahuje na jednom konci karboxylovú kyselinu, po ktorej nasleduje uhľovodíkový reťazec a metylová skupina na druhom konci.

V závislosti od ich štruktúry môžu byť mastné kyseliny nasýtené alebo nenasýtené. Ak uhľovodíkový reťazec obsahuje len jednoduché väzby, je to nasýtená mastná kyselina. Naopak, ak má tento uhľovodíkový reťazec jednu alebo viac dvojitých väzieb, mastná kyselina je nenasýtená.

V tejto kategórii sú oleje a tuky. Prvými z nich sú energetická zásoba rastlín, majú nenasýtenosť a sú kvapalné pri izbovej teplote. Naopak, tuky sú energetickými rezervami zvierat, sú nasýtené a pevné molekuly pri teplote miestnosti.

fosfolipidy

Fosfolipidy sú podobné triglyceridom v tom, že majú molekulu glycerolu viazanú na dve mastné kyseliny. Rozdiel je v tom, že fosfolipidy majú fosfátovú skupinu v treťom uhlíku glycerolu namiesto inej molekuly mastnej kyseliny.

Tieto lipidy sú veľmi dôležité z toho dôvodu, ako môžu vzájomne pôsobiť s vodou. Mať fosfátovú skupinu na jednom konci, molekula sa stáva hydrofilnou (priťahuje vodu) v tejto oblasti. Vo zvyšku molekuly však zostáva hydrofóbna.

Vzhľadom na svoju štruktúru majú fosfolipidy tendenciu byť organizované takým spôsobom, že fosfátové skupiny sú dostupné na interakciu s vodným médiom, zatiaľ čo hydrofóbne reťazce, ktoré organizujú vo vnútri, sú ďaleko od vody. Fosfolipidy sú teda súčasťou všetkých biologických membrán.

- steroid

Steroidy sa skladajú zo štyroch kondenzovaných uhlíkových kruhov, ktoré sú spojené rôznymi funkčnými skupinami. Jedným z najdôležitejších je cholesterol, ktorý je nevyhnutný pre živé bytosti. Je to prekurzor niektorých dôležitých hormónov, ako sú estrogén, testosterón a kortizón.

- vosky

Vosky sú malá skupina lipidov, ktoré majú ochrannú funkciu. Nachádzajú sa v listoch stromov, v perách vtákov, v ušiach niektorých cicavcov av miestach, ktoré musia byť izolované alebo chránené pred vonkajším prostredím..

Nukleové kyseliny

Nukleové kyseliny sú hlavnými transportnými molekulami genetickej informácie v živých bytostiach. Jeho hlavnou funkciou je riadiť proces syntézy proteínov, ktorý určuje dedičné charakteristiky každej živej bytosti. Pozostávajú z atómov uhlíka, vodíka, kyslíka, dusíka a fosforu.

Nukleové kyseliny sú polyméry tvorené opakovaním monomérov, nazývaných nukleotidy. Každý nukleotid pozostáva z aromatickej bázy obsahujúcej dusík naviazaný na pentózový cukor (päť uhlíkov), ktorý je naviazaný na fosfátovú skupinu..

Dve hlavné triedy nukleových kyselín sú kyselina deoxyribonukleová (DNA) a kyselina ribonukleová (RNA). DNA je molekula, ktorá obsahuje všetky informácie o druhu, preto je prítomná vo všetkých živých bytostiach a vo väčšine vírusov.

RNA je genetický materiál určitých vírusov, ale nachádza sa aj vo všetkých živých bunkách. Tam hrá dôležitú úlohu v určitých procesoch, ako je napríklad výroba proteínov.

Každá nukleová kyselina obsahuje štyri z piatich možných báz obsahujúcich dusík: adenín (A), guanín (G), cytozín (C), tymín (T) a uracil (U). DNA má bázy adenín, guanín, cytozín a tymín, zatiaľ čo RNA má rovnaké okrem tymínu, ktorý je nahradený uracilom v RNA..

- Deoxyribonukleová kyselina (DNA)

Molekula DNA sa skladá z dvoch reťazcov nukleotidov spojených väzbami nazývanými fosfodiesterové väzby. Každá reťaz má štruktúru v tvare špirály. Obe špirály sa prelínajú, čím sa vytvorí dvojitá špirála. Základne sú vo vnútri vrtule a fosfátové skupiny sú na vonkajšej strane.

DNA sa skladá z hlavného reťazca deoxyribózy cukru spojeného s fosfátom a štyrmi dusíkatými bázami: adenín, guanín, cytozín a tymín. V dvojvláknovej DNA sa tvoria páry báz: adenín sa vždy viaže na tymín (A-T) a guanín na cytozín (G-C).

Tieto dve špirály sa držia pohromade tak, že sa zodpovedajú bázy nukleotidov vodíkovými väzbami. Štruktúra je niekedy opísaná ako rebrík, kde sú cukor a fosfátové reťazce strany a väzby bázy sú priečkami.

Táto štruktúra spolu s chemickou stabilitou molekuly robí DNA ideálnym materiálom na prenos genetickej informácie. Keď sa bunka delí, jej DNA sa kopíruje a prechádza z jednej generácie buniek na ďalšiu generáciu.

- Kyselina ribonukleová (RNA)

RNA je polymér nukleovej kyseliny, ktorého štruktúra je tvorená jedným reťazcom nukleotidov: adenín, cytozín, guanín a uracil. Ako v DNA, cytozín sa vždy viaže na guanín (C-G), ale adenín sa viaže na uracil (A-U).

Je to prvý sprostredkovateľ prenosu genetickej informácie v bunkách. RNA je nevyhnutná pre syntézu proteínov, pretože informácie obsiahnuté v genetickom kóde sa zvyčajne prenášajú z DNA na RNA az nej na proteíny..

Niektoré RNA majú tiež priame funkcie v bunkovom metabolizme. RNA sa získa kopírovaním sekvencie báz DNA segmentu nazývaného gén do jednovláknovej časti nukleovej kyseliny. Tento proces, nazývaný transkripcia, je katalyzovaný enzýmom nazývaným RNA polymeráza.

Existuje niekoľko rôznych typov RNA, hlavne tri, prvá je mediátorová RNA, ktorá je kopírovaná priamo z DNA transkripciou. Druhým typom je transferová RNA, ktorá prenáša správne aminokyseliny na syntézu proteínov.

Nakoniec, ďalšia trieda RNA je ribozomálna RNA, ktorá spolu s niektorými proteínmi vytvára ribozómy, bunkové organely zodpovedné za syntézu všetkých proteínov bunky..

proteín

Proteíny sú veľké, komplexné molekuly, ktoré plnia mnohé dôležité funkcie a vykonávajú väčšinu práce v bunkách. Sú nevyhnutné pre štruktúru, funkciu a reguláciu živých bytostí. Pozostávajú z atómov uhlíka, vodíka, kyslíka a dusíka.

Proteíny sú tvorené menšími jednotkami nazývanými aminokyseliny, ktoré sú spojené peptidovými väzbami a vytvárajú dlhé reťazce. Aminokyseliny sú malé organické molekuly s veľmi špecifickými fyzikálno-chemickými vlastnosťami, existuje 20 rôznych typov.

Aminokyselinová sekvencia určuje jedinečnú trojrozmernú štruktúru každého proteínu a jeho špecifickú funkciu. V skutočnosti sú funkcie jednotlivých proteínov také rozmanité ako ich jedinečné aminokyselinové sekvencie, ktoré určujú interakcie, ktoré generujú komplexné trojrozmerné štruktúry.

Rôzne funkcie

Proteíny môžu byť štruktúrne a pohybové zložky pre bunku, ako je aktín. Iní pracujú urýchlením biochemických reakcií v bunke, ako je DNA polymeráza, čo je enzým, ktorý syntetizuje DNA.

Existujú aj iné proteíny, ktorých funkciou je prenášať dôležité informácie do organizmu. Niektoré typy hormónov, ako napríklad rastový hormón, prenášajú signály na koordináciu biologických procesov medzi rôznymi bunkami, tkanivami a orgánmi.

Niektoré proteíny viažu a transportujú atómy (alebo malé molekuly) vo vnútri buniek; Taký je prípad feritínu, ktorý je zodpovedný za skladovanie železa v niektorých organizmoch. Ďalšou skupinou dôležitých proteínov sú protilátky, ktoré patria do imunitného systému a sú zodpovedné za detekciu toxínov a patogénov.

Proteíny sú teda konečnými produktmi dekódovacieho procesu genetickej informácie, ktorá začína bunkovou DNA. Táto neuveriteľná rozmanitosť funkcií je odvodená z prekvapivo jednoduchého kódu, ktorý je schopný špecifikovať nesmierne rôznorodý súbor štruktúr.

referencie

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