Biomolekulide klassifikatsioon ja peamised funktsioonid

The biomolekulid need on elusolendites tekkinud molekulid. Eesliide "bio" tähendab elu; seetõttu on biomolekul elusolendi poolt toodetud molekul. Elusolendeid moodustavad erinevad molekulid, mis teostavad erinevaid elu jaoks vajalikke funktsioone.

Looduses on olemas biotilised (elavad) ja abiootilised (mitte-elavad) süsteemid, mis suhtlevad ja mõnel juhul vahetavad elemente. Kõikide elusolendite ühiseks tunnuseks on see, et nad on orgaanilised, mis tähendab, et nende molekulid moodustavad süsinikuaatomid.

Biomolekulidel on ka süsiniku kõrval ka teisi aatomeid. Need aatomid hõlmavad peamiselt vesinikku, hapnikku, lämmastikku, fosforit ja väävlit. Neid elemente nimetatakse ka bioelemenditeks, sest need on bioloogiliste molekulide peamine komponent.

Siiski on ka teisi aatomeid, mis on mõnedes biomolekulides, kuigi väiksemates kogustes. Need on tavaliselt metalliioonid, nagu kaalium, naatrium, raud ja magneesium. Seetõttu võivad biomolekulid olla kahte tüüpi: orgaanilised või anorgaanilised.

Seega moodustavad organismid mitmesuguseid süsinikul põhinevaid molekule, näiteks: suhkrud, rasvad, valgud ja nukleiinhapped. Siiski on ka teisi ühendeid, mis on samuti süsiniku baasil ja mis ei ole biomolekulide osa.

Neid süsinikku sisaldavaid molekule, mida bioloogilistes süsteemides ei leidu, võib leida maakoores, järvedes, meredes ja ookeanides ning atmosfääris. Nende elementide liikumist looduses kirjeldatakse biogeokeemiliste tsüklitena.

Arvatakse, et need looduses leiduvad lihtsad orgaanilised molekulid olid need, mis tekitasid kõige keerulisemad biomolekulid, mis on osa elu põhistruktuurist - rakust. Eespool nimetatu on abiootilise sünteesi teooria.

Indeks

• 1 Biomolekulide klassifikatsioon ja funktsioonid
  • 1.1 Anorgaanilised biomolekulid 
  • 1.2 Orgaanilised biomolekulid
• 2 Viited

Biomolekulide klassifikatsioon ja funktsioonid

Biomolekulid on erineva suuruse ja struktuuri poolest, mis annab neile ainulaadsed omadused eluks vajalike erinevate funktsioonide täitmiseks. Seega toimivad biomolekulid muuhulgas informatsiooni säilitamiseks, energiaallikaks, toeks, raku ainevahetuseks.

Biomolekule võib klassifitseerida kaheks suureks rühmaks, mis põhinevad süsinikuaatomite olemasolul või puudumisel.

Anorgaanilised biomolekulid 

Nad on kõik need molekulid, mis on elusolendites ja mis ei sisalda nende molekulaarses struktuuris süsinikku. Anorgaanilisi molekule võib leida ka teistes looduslikes süsteemides.

Anorgaaniliste biomolekulide tüübid on järgmised:

Vesi

See on elusolendite peamine ja põhiline komponent, see on kahe vesinikuaatomiga seotud hapnikuaatomi moodustatud molekul. Vesi on elu olemasolu jaoks oluline ja kõige levinum biomolekul.

50–95% iga elusolendi massist on vesi, kuna on vaja teha mitmeid olulisi funktsioone, nagu termiline reguleerimine ja ainete transport.

Mineraalsoolad

Need on lihtsad molekulid, mille moodustavad aatomid, millel on vastupidine laeng, mis eraldub täielikult veest. Näiteks: naatriumkloriid, mis on moodustatud kloori aatomi (negatiivselt laetud) ja naatriumi aatomi abil (positiivselt laetud).

Mineraalsoolad osalevad jäikade struktuuride, nagu selgroogsete luude või selgrootute exoskeleton moodustamisel. Need anorgaanilised biomolekulid on vajalikud ka paljude oluliste rakuliste funktsioonide teostamiseks.

Gaasid

Need on molekulid, mis on gaasi kujul. Need on loomade hingamise ja taimedes fotosünteesi jaoks olulised.

Nende gaaside näited on: molekulaarne hapnik, mille moodustavad kaks omavahel ühendatud hapniku aatomit; ja süsinikdioksiid, mis on moodustatud kahe hapniku aatomiga seotud süsinikuaatomi kaudu. Mõlemad biomolekulid osalevad gaasivahetuses, mida elavad olendid teevad oma keskkonnaga.

Orgaanilised biomolekulid

Orgaanilised biomolekulid on need molekulid, mis sisaldavad nende struktuuris süsinikuaatomeid. Orgaanilisi molekule võib samuti leida looduses jaotatuna elusate süsteemide osana ja need moodustavad biomassi.

Orgaaniliste biomolekulide tüübid on järgmised:

Süsivesikud

Süsivesikud on tõenäoliselt looduses kõige rikkalikumad ja levinumad orgaanilised ained, mis on kõigi elusolendite olulised osad..

Süsivesikuid toodavad fotosünteesi käigus rohelised taimed süsinikdioksiidist ja veest.

Need biomolekulid koosnevad peamiselt süsiniku-, vesinik- ja hapnikuaatomitest. Neid tuntakse ka süsivesikute või sahhariididena ning need toimivad energiaallikatena ja organismide struktuurikomponentidena.

- Monosahhariidid

Monosahhariidid on lihtsaimad süsivesikud ja neid nimetatakse sageli lihtsaks suhkruks. Need on elementaarsed ehitusplokid, millest moodustuvad kõik suurimad süsivesikud.

Monosahhariididel on üldine molekulaarne valem (CH20) n, kus n võib olla 3, 5 või 6. Seega võib monosahhariide klassifitseerida molekulis olevate süsinikuaatomite arvu järgi:

Kui n = 3, siis on molekul trioos. Näiteks: glütseraldehüüd.

Kui n = 5, on molekul pentoos. Näiteks: riboos ja deoksüriboos.

Kui n = 6, on molekul heksoos. Näiteks: fruktoos, glükoos ja galaktoos.

Pentoosid ja heksoosid võivad esineda kahes vormis: tsüklilised ja mitte-tsüklilised. Mittetsüklilises vormis on nende molekulaarstruktuurid kaks funktsionaalset rühma: aldehüüdi rühm või ketoonrühm.

Aldehüüdi rühma sisaldavaid monosahhariide nimetatakse aldoosideks ja ketoonrühmi nimetatakse ketoosideks. Aldoosid on redutseerivad suhkrud, samas kui ketoosid on redutseerivad suhkrud.

Kuid vees esinevad pentoosid ja heksoosid peamiselt tsüklilises vormis ja sellisel kujul moodustavad nad suuremad sahhariidmolekulid.

- Disahhariidid

Enamik looduses leitud suhkruid on disahhariidid. Need moodustuvad kahe monosahhariidi vahelise glükosiidse sideme moodustamise teel läbi kondensatsioonireaktsiooni, mis vabastab vett. See sideme moodustamise protsess nõuab energiat, et hoida kokku kaks monosahhariidühikut.

Kolm kõige olulisemat disahhariidi on sahharoos, laktoos ja maltoos. Need on moodustatud sobivate monosahhariidide kondenseerumisest. Sahharoos on mitte-redutseeriv suhkur, samas kui laktoos ja maltoos on redutseerivad suhkrud.

Disahhariidid on vees lahustuvad, kuid need on väga suured biomolekulid, mis läbivad rakumembraani difusiooni teel. Sel põhjusel lagunevad need seedimise ajal peensooles nii, et nende põhikomponendid (st monosahhariidid) satuvad veresse ja teistesse rakkudesse..

Monosahhariide kasutavad rakud väga kiiresti. Kui aga rakk ei vaja energiat kohe, võib see salvestada keerukamate polümeeride kujul. Seega muundatakse monosahhariidid disahhariidideks kondenseerumisreaktsioonidega, mis esinevad rakus.

- Oligosahhariidid

Oligosahhariidid on vahepealsed molekulid, mis moodustuvad kolme kuni üheksa ühikuga lihtsaid suhkruid (monosahhariide). Need moodustuvad osaliselt lagundades keerukamaid süsivesikuid (polüsahhariide)..

Enamik looduslikke oligosahhariide leidub taimedes ja inimesed, välja arvatud maltotrioos, on seedimatud, sest inimkehal puudub peensooles vajalike ensüümide lagundamine..

Suures sooles võivad kasulikud bakterid oligosahhariidid lagundada fermentatsiooni teel; seega muundatakse need imenduvateks toitaineteks, mis annavad energiat. Teatud oligosahhariidide lagunemisproduktidel võib olla kasulik mõju jämesoole vooderdusele.

Oligosahhariidide näideteks on rafinoos, kaunviljade trisahhariid ja mõned glükoosist, fruktoosist ja galaktoosist koosnevad teraviljad. Maltotrioos, glükoostrisahhariid, toodetakse mõnedes taimedes ja teatud lülijalgsete veres.

- Polüsahhariidid

Monosahhariidid võivad läbida rea ​​kondenseerumisreaktsioone, lisades ahelale ühte üksust, kuni moodustuvad väga suured molekulid. Need on polüsahhariidid.

Polüsahhariidide omadused sõltuvad mitmetest nende molekulaarse struktuuri teguritest: pikkus, külgmised oksad, voltimine ja kui ahel on "sirge" või "funky". Polüsahhariidide kohta looduses on mitmeid näiteid.

Tärklist toodetakse sageli taimedes energia säilitamise viisina ja see koosneb α-glükoosi polümeeridest. Kui polümeer on hargnenud, nimetatakse seda amülopektiiniks ja kui see ei ole hargnenud, nimetatakse seda amüloosiks.

Glükogeen on loomade energiavaru polüsahhariid, mis koosneb amülopektiinidest. Seega laguneb taimedes olev tärklis organismis glükoosi tootmiseks, mis siseneb rakku ja mida kasutatakse ainevahetuses. Kasutamata glükoos polümeriseerub ja moodustab glükogeeni, energia reservuaari.

Lipiidid

Lipiidid on teist tüüpi orgaanilised biomolekulid, mille peamine omadus on see, et nad on hüdrofoobsed (nad tõrjuvad vett) ja seetõttu on nad vees lahustumatud. Sõltuvalt nende struktuurist võib lipiide liigitada nelja põhirühma:

- Triglütseriidid

Triglütseriidid moodustuvad glütserooli molekulist, mis on seotud kolme rasvhapete ahelaga. Rasvhape on lineaarne molekul, mis sisaldab ühest otsast karboksüülhapet, millele järgneb süsivesiniku ahel ja metüülrühm teises otsas.

Sõltuvalt nende struktuurist võivad rasvhapped olla küllastunud või küllastumata. Kui süsivesiniku ahel sisaldab ainult üksikuid sidemeid, on see küllastunud rasvhape. Vastupidiselt, kui sellel süsivesiniku ahelal on üks või mitu kaksiksidet, on rasvhape küllastumata.

Selles kategoorias on õlid ja rasvad. Esimesed on taimede energiavarud, neil on küllastumata olendid ja need on toatemperatuuril vedelad. Seevastu rasvad on loomade energiavarud, nad on toatemperatuuril küllastunud ja tahked molekulid.

Fosfolipiidid

Fosfolipiidid on sarnased triglütseriididega, kuna neil on kaks rasvhapet seondunud glütserooli molekul. Erinevus seisneb selles, et fosfolipiididel on glütserooli kolmandas süsinikus fosfaadirühm, mitte teise rasvhappe molekuli asemel..

Need lipiidid on väga olulised, kuna nad võivad veega suhelda. Kui ühes otsas on fosfaatrühm, muutub molekul hüdrofiilseks (meelitab vett) selles piirkonnas. Siiski jääb see ülejäänud molekuli hüdrofoobseks.

Nende struktuuri tõttu kalduvad fosfolipiidid olema organiseeritud selliselt, et fosfaatrühmad on kättesaadavad vesikeskkonnaga suhtlemiseks, samas kui nende sees paiknevad hüdrofoobsed ahelad on veest kaugel. Seega on fosfolipiidid osa kõigist bioloogilistest membraanidest.

- Steroidid

Steroidid koosnevad neljast sulatatud süsinikurõngast, mis on ühendatud erinevate funktsionaalsete rühmadega. Üks tähtsamaid on kolesterool, see on elusolendite jaoks oluline. See on teiste oluliste hormoonide, näiteks östrogeeni, testosterooni ja kortisooni eelkäija.

- Vahad

Vahad on väike rühm lipiide, millel on kaitsev funktsioon. Neid leidub puude lehtedes, lindude suledes, mõnede imetajate kõrvades ja kohtades, mida tuleb väliskeskkonnast eraldada või kaitsta..

Nukleiinhapped

Nukleiinhapped on elusolendite geneetilise informatsiooni peamised transpordimolekulid. Selle peamine ülesanne on suunata valgusünteesi protsess, mis määrab iga elava olemuse pärilikud omadused. Need koosnevad süsiniku-, vesinik-, hapniku-, lämmastiku- ja fosforiaatomitest.

Nukleiinhapped on polümeerid, mis on moodustatud monomeeride kordustest, mida nimetatakse nukleotiidideks. Iga nukleotiid koosneb aromaatsest alusest, mis sisaldab lämmastikku, mis on kinnitatud pentoossuhkrule (viis süsinikuaatomit), mis omakorda on seotud fosfaatrühmaga.

Nukleiinhapete kaks peamist klassi on deoksüribonukleiinhape (DNA) ja ribonukleiinhape (RNA). DNA on molekul, mis sisaldab kogu liigi teavet, mistõttu on see olemas kõigis elusolendites ja enamikus viirustes.

RNA on teatud viiruste geneetiline materjal, kuid seda leidub ka kõikides elusrakkudes. Seal mängib ta olulist rolli teatud protsessides, näiteks valkude tootmisel.

Iga nukleiinhape sisaldab nelja võimalikku alust, mis sisaldavad lämmastikku: adeniini (A), guaniini (G), tsütosiini (C), tümiini (T) ja uratsiili (U). DNA-l on alused adeniin, guaniin, tsütosiin ja tümiin, samas kui RNA-l on sama, välja arvatud tümiin, mis asendatakse RNA-ga uratsiiliga..

- Deoksüribonukleiinhape (DNA)

DNA molekul koosneb kahest nukleotiidide ahelast, mis on seotud fosfodiestri sidemetega. Igal ahelal on heliiksi kujuline struktuur. Kaks heliksiid põimuvad, et anda kahekordne spiraal. Alused on propelleri sees ja fosfaatrühmad on väljaspool.

DNA koosneb peamisest suhkru deoksüriboosi ahelast, mis on seotud fosfaadiga, ja neljast lämmastiku alusest: adeniinist, guaniinist, tsütosiinist ja tümiinist. Kahe ahelaga DNA-s moodustuvad aluspaarid: adeniin seondub alati tümiiniga (A-T) ja guaniiniga tsütosiiniga (G-C)..

Kaks heliksiid hoitakse koos, sobitades nukleotiidide alused vesiniksidemetega. Struktuuri kirjeldatakse mõnikord redelina, kus suhkru- ja fosfaatahelad on küljed ja alusbaasi sidemed on astmed.

See struktuur koos molekuli keemilise stabiilsusega muudab DNA-ks ideaalse materjali geneetilise informatsiooni edastamiseks. Kui rakk jaguneb, kopeeritakse DNA ja see läbib ühe põlvkonna rakud järgmisele põlvkonnale.

- Ribonukleiinhape (RNA)

RNA on nukleiinhappe polümeer, mille struktuuri moodustavad üks nukleotiidide ahel: adeniin, tsütosiin, guaniin ja uratsiil. Nagu DNA-s, seondub tsütosiin alati guaniiniga (C-G), kuid adeniin seondub uratsiiliga (A-U).

See on esimene vahendaja geneetilise informatsiooni edastamisel rakkudes. RNA on valkude sünteesi jaoks hädavajalik, kuna geneetilises koodis sisalduv teave edastatakse tavaliselt DNA-lt RNA-le ja sellest valkudele..

Mõnedel RNA-del on ka otsesed funktsioonid raku ainevahetuses. RNA saadakse DNA segmendi, mida nimetatakse geeniks, alusjärjestuse kopeerimiseks üheahelaliseks nukleiinhappe osaks. Seda protsessi, mida nimetatakse transkriptsiooniks, katalüüsib ensüüm, mida nimetatakse RNA polümeraasiks.

RNA tüüpe on mitu, peamiselt kolm: Esimene on RNS, mis on transkriptsiooniga otse DNA-st kopeeritud. Teine tüüp on ülekand RNA, mis annab üle valkude sünteesiks õiged aminohapped.

Lõpuks, teine ​​RNA klass on ribosomaalne RNA, mis koos mõne valguga moodustab ribosoomid, rakulised organellid, mis vastutavad raku kõigi valkude sünteesimise eest.

Valgud

Valgud on suured, komplekssed molekulid, mis täidavad palju olulisi funktsioone ja teevad enamiku rakkudes tehtavatest töödest. Need on vajalikud elusolendite struktuuri, funktsiooni ja reguleerimise jaoks. Need koosnevad süsiniku-, vesinik-, hapniku- ja lämmastikuaatomitest.

Valgud koosnevad väiksematest üksustest, mida nimetatakse aminohapeteks, mis on omavahel seotud peptiidsidemetega ja moodustavad pikki ahelaid. Aminohapped on väikesed orgaanilised molekulid, millel on väga spetsiifilised füüsikalis-keemilised omadused, on 20 erinevat tüüpi.

Aminohappejärjestus määrab iga valgu unikaalse kolmemõõtmelise struktuuri ja selle spetsiifilise funktsiooni. Tegelikult on üksikute valkude funktsioonid sama mitmekesised kui nende ainulaadsed aminohappejärjestused, mis määravad interaktsioone, mis tekitavad keerulisi kolmemõõtmelisi struktuure.

Erinevad funktsioonid

Proteiinid võivad olla raku struktuursed ja liikumise komponendid, nagu näiteks aktiin. Teised töötavad kiirendades rakus biokeemilisi reaktsioone, nagu DNA polümeraas, mis on DNA, mis sünteesib DNA-d..

On ka teisi valke, mille ülesanne on edastada organismile oluline sõnum. Näiteks edastavad mõned tüüpi hormoonid, nagu kasvuhormoon, signaale erinevate rakkude, kudede ja organite bioloogiliste protsesside koordineerimiseks.

Mõned valgud seovad ja transpordivad aatomeid (või väikesi molekule) rakkude sees; Selline on ferritiini juhtum, mis vastutab raua säilitamise eest mõnedes organismides. Teine oluline valkude rühm on antikehad, mis kuuluvad immuunsüsteemi ja vastutavad toksiinide ja patogeenide tuvastamise eest.

Seega on valgud geneetilise informatsiooni dekodeerimisprotsessi lõpp-produktid, mis algavad rakulise DNA-ga. See uskumatu mitmekesisus tuleneb üllatavalt lihtsast koodist, mis suudab täpselt määratleda väga mitmekesise struktuuri.

Viited

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Raku molekulaarbioloogia (6. trükk). Garland Science.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biokeemia (8. väljaanne). W. H. Freeman ja Company.
3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Bioloogia (2. väljaanne) Pearson Education.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Molekulaarrakkude bioloogia (8. väljaanne). W. H. Freeman ja Company.
5. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Bioloogia (7. ed.) Cengage'i õppimine.
6. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Biokeemia põhialused: Elu Molekulaarne tase (5. väljaanne). Wiley.