Biomolekyylien luokittelu ja päätoiminnot

biomolekyylien ne ovat eläviä olentoja synnyttäviä molekyylejä. Etuliite "bio" tarkoittaa elämää; siksi biomolekyyli on elävän olennon tuottama molekyyli. Elävät olennot muodostuvat erilaisista molekyyleistä, jotka suorittavat erilaisia ​​elämälle välttämättömiä toimintoja.

Luonteeltaan on olemassa eläviä (eläviä) ja abioottisia (ei-eläviä) järjestelmiä, jotka ovat vuorovaikutuksessa ja joissain tapauksissa vaihtavat elementtejä. Ominaisuus, että kaikilla elävillä olennoilla on yhteistä, on se, että ne ovat orgaanisia, mikä tarkoittaa, että niiden molekyylit muodostuvat hiiliatomeista.

Biomolekyyleillä on myös muita hiiliatomin atomeja. Näihin atomeihin kuuluvat pääasiassa vety, happi, typpi, fosfori ja rikki. Näitä elementtejä kutsutaan myös bioelementeiksi, koska ne ovat biologisten molekyylien pääkomponentti.

Joissakin biomolekyyleissä on kuitenkin muitakin atomeja, vaikkakin pienempinä määrinä. Nämä ovat yleensä metalli-ioneja, kuten kaliumia, natriumia, rautaa ja magnesiumia. Siksi biomolekyylit voivat olla kahdenlaisia: orgaanisia tai epäorgaanisia.

Siten organismit koostuvat monista hiili-pohjaisista molekyyleistä, esimerkiksi: sokerit, rasvat, proteiinit ja nukleiinihapot. On kuitenkin muitakin yhdisteitä, jotka ovat myös hiilipohjaisia ​​ja jotka eivät ole osa biomolekyylejä.

Nämä molekyylit, jotka sisältävät hiiltä, ​​mutta joita ei löydy biologisista järjestelmistä, löytyvät maankuoresta, järvistä, meristä ja valtameristä sekä ilmakehästä. Näiden elementtien liikkumista luonnossa kuvataan nimellä biogeokemiallinen sykli.

Luultavasti nämä yksinkertaiset orgaaniset molekyylit ovat sellaisia, jotka aiheuttivat monimutkaisimmat biomolekyylit, jotka ovat osa elämän perusrakennetta: solua. Edellä mainittu on nimeltään abioottisen synteesin teoria.

indeksi

• 1 biomolekyylien luokittelu ja toiminnot
  • 1.1 Epäorgaaniset biomolekyylit 
  • 1.2 Orgaaniset biomolekyylit
• 2 Viitteet

Biomolekyylien luokittelu ja toiminnot

Biomolekyylit ovat kooltaan ja rakenteeltaan erilaisia, mikä antaa heille ainutlaatuisia ominaisuuksia elämään tarvittavien eri toimintojen suorittamiseksi. Täten biomolekyylit toimivat muun muassa tiedon tallennuksena, energialähteenä, tukena, solujen aineenvaihdunnana.

Biomolekyylit voidaan luokitella kahteen suureen ryhmään hiiliatomien läsnäolon tai puuttumisen perusteella.

Epäorgaaniset biomolekyylit 

Ne ovat kaikkia niitä molekyylejä, jotka ovat läsnä elävissä olennoissa ja jotka eivät sisällä hiilen molekyylirakenteessaan. Epäorgaanisia molekyylejä löytyy myös muista (ei-elävistä) luontojärjestelmistä.

Epäorgaanisten biomolekyylien tyypit ovat seuraavat:

vesi

Se on elävien olentojen pää- ja peruskomponentti, se on molekyyli, joka muodostuu kahdesta vetyatomista liittyneestä happiatomista. Vesi on välttämätön elämän olemassaololle ja on yleisin biomolekyyli.

50–95% elävän olion painosta on vettä, koska on tarpeen suorittaa useita tärkeitä toimintoja, kuten lämpöohjaus ja aineiden kuljetus.

Mineraalisuolat

Ne ovat yksinkertaisia ​​molekyylejä, joita muodostavat atomit, joilla on vastakkainen varaus, joka erottuu kokonaan vedestä. Esimerkiksi: natriumkloridi, jonka muodostaa klooriatomi (negatiivisesti varautunut) ja natrium- atomi (positiivisesti varautunut).

Mineraalisuolat osallistuvat jäykkien rakenteiden, kuten selkärankaisten luiden tai selkärangattomien exoskeleton muodostamiseen. Nämä epäorgaaniset biomolekyylit ovat myös välttämättömiä monien tärkeiden solutoimintojen suorittamiseksi.

kaasut

Ne ovat molekyylejä, jotka ovat kaasun muodossa. Ne ovat elintärkeitä eläinten hengitykselle ja fotosynteesille kasveissa.

Esimerkkejä näistä kaasuista ovat: molekyyli happi, joka muodostuu kahdesta happeaatomista, jotka on kytketty toisiinsa; ja hiilidioksidi, joka muodostuu kahdesta happiatomiin kiinnitetystä hiiliatomista. Molemmat biomolekyylit osallistuvat kaasumaisessa vaihdossa, jonka elävät olennot tekevät ympäristönsä kanssa.

Orgaaniset biomolekyylit

Orgaaniset biomolekyylit ovat niitä molekyylejä, jotka sisältävät rakenteensa hiiliatomia. Orgaanisia molekyylejä voidaan löytää myös luonnossa jakautuneina elävinä järjestelminä, ja ne muodostavat biomassan.

Orgaanisten biomolekyylien tyypit ovat seuraavat:

hiilihydraatit

Hiilihydraatit ovat luultavasti kaikkein runsaimpia ja levinneimpiä orgaanisia aineita, ja ne ovat olennainen osa kaikkia eläviä aineita..

Hiilihydraatteja tuottavat vihreät kasvit hiilidioksidista ja vedestä fotosynteesin aikana.

Nämä biomolekyylit koostuvat pääasiassa hiili-, vety- ja happiatomeista. Niitä kutsutaan myös hiilihydraateiksi tai sakkarideiksi, ja ne toimivat energialähteinä ja organismin rakenneosina.

- monosakkaridit

Monosakkaridit ovat yksinkertaisimpia hiilihydraatteja ja niitä kutsutaan usein yksinkertaisiksi sokereiksi. Ne ovat elementaarisia rakennuspalikoita, joista muodostuu kaikki suurimmat hiilihydraatit.

Monosakkarideilla on yleinen molekyylikaava (CH20) n, jossa n voi olla 3, 5 tai 6. Näin ollen monosakkaridit voidaan luokitella molekyylissä olevien hiiliatomien lukumäärän mukaan:

Jos n = 3, molekyyli on trioosi. Esimerkiksi: glyseraldehydi.

Jos n = 5, molekyyli on pentoosi. Esimerkiksi: riboosi ja deoksiriboosi.

Jos n = 6, molekyyli on heksoosi. Esimerkiksi: fruktoosi, glukoosi ja galaktoosi.

Pentoosit ja heksoosit voivat esiintyä kahdessa muodossa: syklinen ja ei-syklinen. Ei-syklisessä muodossa niiden molekyylirakenteissa on kaksi funktionaalista ryhmää: aldehydiryhmä tai ketoniryhmä.

Monosakkarideja, jotka sisältävät aldehydiryhmän, kutsutaan aldooseiksi, ja ketoniryhmään kuuluvia kutsutaan ketooseiksi. Aldoosit ovat pelkistäviä sokereita, kun taas ketoosit ovat ei-pelkistäviä sokereita.

Vedessä pentoosit ja heksoosit ovat kuitenkin pääasiassa syklisiä, ja tässä muodossa ne muodostavat suurempia sakkaridimolekyylejä.

- disakkaridit

Suurin osa luonnossa esiintyvistä sokereista on disakkarideja. Nämä muodostuvat muodostamalla glykosidinen sidos kahden monosakkaridin välillä kondensaatioreaktion kautta, joka vapauttaa vettä. Tämä sidosmuodostusprosessi vaatii energiaa kahden monosakkaridiyksikön pitämiseksi yhdessä.

Kolme tärkeintä disakkaridia ovat sakkaroosi, laktoosi ja maltoosi. Ne on muodostettu sopivien monosakkaridien kondensoinnista. Sakkaroosi on ei-pelkistävä sokeri, kun taas laktoosi ja maltoosi ovat pelkistäviä sokereita.

Disakkaridit ovat liukoisia veteen, mutta ne ovat hyvin suuria biomolekyylejä, jotka ylittävät solukalvon diffuusiolla. Tästä syystä ne hajoavat ohutsuolessa ruoansulatuksen aikana niin, että niiden peruskomponentit (eli monosakkaridit) kulkeutuvat veriin ja muihin soluihin.

Monosakkarideja käytetään soluilla hyvin nopeasti. Kuitenkin, jos solu ei tarvitse energiaa välittömästi, se voi tallentaa sen monimutkaisempien polymeerien muodossa. Siten monosakkaridit muunnetaan disakkarideiksi solussa esiintyvillä kondensaatioreaktioilla.

- oligosakkaridit

Oligosakkaridit ovat välimolekyylejä, jotka muodostuvat kolmesta yhdeksään yksikköä yksinkertaisista sokereista (monosakkarideista). Ne muodostetaan hajottamalla osittain monimutkaisempia hiilihydraatteja (polysakkarideja).

Useimmat luonnolliset oligosakkaridit löytyvät kasveista ja maltotrioosia lukuun ottamatta ihmisillä on ruoansulatushäiriöitä, koska ihmiskehosta puuttuu tarpeelliset entsyymit ohutsuolessa niiden hajottamiseksi..

Paksusuolessa hyödylliset bakteerit voivat hajottaa oligosakkaridit fermentoimalla; siten ne muunnetaan absorboiviksi ravintoaineiksi, jotka tuottavat jonkin verran energiaa. Tietyillä oligosakkaridien hajoamistuotteilla voi olla suotuisa vaikutus paksusuolen vuoraukseen.

Esimerkkejä oligosakkarideista ovat raffinoosi, palkokasvien trisakkaridi ja jotkut viljat, jotka koostuvat glukoosista, fruktoosista ja galaktoosista. Maltotrioosia, glukoosi-trisakkaridia, tuotetaan joissakin kasveissa ja tiettyjen niveljalkaisten veressä..

- polysakkaridit

Monosakkarideilla voi olla useita kondensaatioreaktioita, jolloin ketjuun lisätään yksi yksikkö toisensa jälkeen, kunnes muodostuu hyvin suuria molekyylejä. Nämä ovat polysakkarideja.

Polysakkaridien ominaisuudet riippuvat useista niiden molekyylirakenteen tekijöistä: pituudesta, sivusuunnasta, taittumisesta ja jos ketju on "suora" tai "funky". Luonnossa on useita esimerkkejä polysakkarideista.

Tärkkelystä tuotetaan usein kasveina energian varastointiin ja se koostuu a-glukoosipolymeereistä. Jos polymeeri on haarautunut, sitä kutsutaan amylopektiiniksi, ja jos se ei ole haaroittunut, sitä kutsutaan amyloosiksi.

Glykogeeni on eläinten energiavarannon polysakkaridi, joka koostuu amylopektiineistä. Siten kasvien tärkkelys hajoaa elimistössä tuottamaan glukoosia, joka tulee soluun ja jota käytetään aineenvaihdunnassa. Glukoosi, jota ei käytetä, polymeroituu ja muodostaa glykogeenin, energian säiliön.

lipidejä

Lipidit ovat toinen tyyppi orgaanisia biomolekyylejä, joiden pääominaisuus on, että ne ovat hydrofobisia (ne hylkivät vettä) ja siten ne ovat veteen liukenemattomia. Riippuen niiden rakenteesta lipidit voidaan jakaa neljään pääryhmään:

- triglyseridejä

Triglyseridit muodostuvat glyserolin molekyylistä, joka on kytketty kolmeen rasvahappoketjuun. Rasvahappo on lineaarinen molekyyli, joka sisältää toisessa päässä karboksyylihappoa, jota seuraa hiilivetyketju ja metyyliryhmä toisessa päässä.

Riippuen niiden rakenteesta rasvahapot voivat olla tyydyttyneitä tai tyydyttymättömiä. Jos hiilivetyketju sisältää vain yksittäisiä sidoksia, se on tyydyttynyt rasvahappo. Sitä vastoin, jos tässä hiilivetyketjussa on yksi tai useampia kaksoissidoksia, rasvahappo on tyydyttymätön.

Tähän luokkaan kuuluvat öljyt ja rasvat. Ensimmäiset ovat kasvien energiavaraus, niillä on tyydyttymättömiä ja nestemäisiä huoneenlämpötilassa. Sen sijaan rasvat ovat eläinten energiavaroja, ne ovat tyydyttyneitä ja kiinteitä molekyylejä huoneenlämpötilassa.

fosfolipidit

Fosfolipidit ovat samanlaisia ​​kuin triglyseridit, sillä niissä on glyserolimolekyyli, joka on sitoutunut kahteen rasvahappoon. Erona on, että fosfolipidien fosfaatti- ryhmä on glyserolin kolmannessa hiilessä toisen rasvahappomolekyylin sijasta.

Nämä lipidit ovat erittäin tärkeitä, koska ne voivat vuorovaikutuksessa veden kanssa. Kun toisessa päässä on fosfaatti- ryhmä, molekyyli muuttuu hydrofiiliseksi (vetää vettä) kyseisellä alueella. Se pysyy kuitenkin hydrofobisena muualla molekyylissä.

Rakenteensa vuoksi fosfolipidit ovat järjestäytyneet siten, että fosfaatti- ryhmät ovat käytettävissä vuorovaikutuksessa vesipitoisen väliaineen kanssa, kun taas niiden sisäiset hydrofobiset ketjut ovat kaukana vedestä. Siten fosfolipidit ovat osa kaikkia biologisia kalvoja.

- steroidi

Steroidit koostuvat neljästä sulatetusta hiilirenkaasta, jotka on liitetty eri funktionaalisiin ryhmiin. Yksi tärkeimmistä on kolesteroli, se on elävien olentojen kannalta välttämätöntä. Se on joidenkin tärkeiden hormonien, kuten estrogeenin, testosteronin ja kortisonin, esiaste.

- vahat

Vahat ovat pieni ryhmä lipidejä, joilla on suojaava toiminto. Ne löytyvät puiden lehdistä, lintujen höyhenistä, joidenkin nisäkkäiden korvissa ja paikoissa, jotka on eristettävä tai suojattava ulkoiselta ympäristöltä..

Nukleiinihapot

Nukleiinihapot ovat elävien olentojen geneettisen informaation tärkeimmät kuljetusmolekyylit. Sen päätehtävänä on ohjata proteiinisynteesin prosessia, joka määrittää kunkin elävän olennon perinnölliset ominaisuudet. Ne koostuvat hiili-, vety-, happi-, typpi- ja fosforiatomeista.

Nukleiinihapot ovat polymeerejä, jotka muodostuvat monomeerien toistamisesta, nimeltään nukleotidit. Kukin nukleotidi koostuu aromaattisesta emäksestä, joka sisältää typpeä, joka on kiinnitetty pentoosisokeriin (viisi hiiltä), joka puolestaan ​​on kiinnittynyt fosfaattiryhmään.

Nukleiinihappojen kaksi pääluokkaa ovat deoksiribonukleiinihappo (DNA) ja ribonukleiinihappo (RNA). DNA on molekyyli, joka sisältää kaiken lajin tiedot, minkä vuoksi se on läsnä kaikissa elävissä oloissa ja useimmissa viruksissa.

RNA on tiettyjen virusten geneettinen materiaali, mutta se löytyy myös kaikista elävistä soluista. Siellä hänellä on tärkeä rooli tietyissä prosesseissa, kuten proteiinien valmistuksessa.

Kukin nukleiinihappo sisältää neljä viidestä mahdollisesta emäksestä, jotka sisältävät typpeä: adeniini (A), guaniini (G), sytosiini (C), tymiini (T) ja urasiili (U). DNA: lla on emäkset adeniini, guaniini, sytosiini ja tymiini, kun taas RNA: lla on sama paitsi tymiini, joka korvataan urasiililla RNA: ssa.

- Deoksiribonukleiinihappo (DNA)

DNA-molekyyli koostuu kahdesta nukleotidiketjusta, jotka ovat sidoksissa fosfodiesterisidoksiksi kutsuttuja sidoksia. Kussakin ketjussa on rakenne kierteen muodossa. Kaksi heliksiä kietoutuvat yhteen kaksoiskierteen aikaansaamiseksi. Pohjat ovat potkurin sisällä ja fosfaatti- ryhmät ovat ulkopuolella.

DNA koostuu sokeridoksiriboosin pääketjusta, joka on kytketty fosfaattiin ja neljään typpipohjaan: adeniini, guaniini, sytosiini ja tymiini. Kaksisäikeiseen DNA: han muodostetaan emäsparit: adeniini sitoutuu aina tymiiniin (A-T) ja guaniiniin sytosiiniin (G-C).

Kaksi heliksiä pidetään yhdessä sovittamalla nukleotidien emäkset vetysidoksilla. Rakennetta kuvataan joskus tikkaaksi, jossa sokeri- ja fosfaattiketjut ovat sivuja ja peruspohjaiset sidokset ovat portaita.

Tämä rakenne yhdessä molekyylin kemiallisen stabiilisuuden kanssa tekee DNA: sta ihanteellisen materiaalin geneettisen tiedon välittämiseksi. Kun solu jakautuu, sen DNA kopioidaan ja siirtyy yhden sukupolven soluista seuraavalle sukupolvelle.

- Ribonukleiinihappo (RNA)

RNA on nukleiinihapon polymeeri, jonka rakenne muodostuu yhdestä nukleotidiketjusta: adeniini, sytosiini, guaniini ja urasiili. Kuten DNA: ssa, sytosiini sitoutuu aina guaniiniin (C-G), mutta adeniini sitoutuu urasiiliin (A-U).

Se on ensimmäinen välittäjä geneettisen informaation siirtämisessä soluihin. RNA on välttämätön proteiinien synteesille, koska geneettiseen koodiin sisältyvät tiedot lähetetään yleensä DNA: sta RNA: han ja siitä proteiineihin..

Joillakin RNA: lla on myös suoria toimintoja solujen aineenvaihdunnassa. RNA saadaan kopioimalla DNA-segmentin emässekvenssi, jota kutsutaan geeniksi, yksisäikeiseksi nukleiinihappo-osaksi. Tätä prosessia, jota kutsutaan transkriptioksi, katalysoi entsyymi, jota kutsutaan RNA-polymeraasiksi.

RNA-tyyppejä on useita, pääasiassa kolme, joista ensimmäinen on messenger-RNA, joka on kopioitu suoraan DNA: sta transkription avulla. Toinen tyyppi on siirto-RNA, joka siirtää oikeat aminohapot proteiinien synteesille.

Lopuksi, toinen RNA-luokka on ribosomaalinen RNA, joka yhdessä joidenkin proteiinien kanssa muodostaa ribosomit, solun organellit, jotka ovat vastuussa solun kaikkien proteiinien syntetisoimisesta.

proteiini

Proteiinit ovat suuria, monimutkaisia ​​molekyylejä, jotka suorittavat monia tärkeitä toimintoja ja tekevät suurimman osan työstä soluissa. Ne ovat välttämättömiä elävien olentojen rakenteen, toiminnan ja sääntelyn kannalta. Ne koostuvat hiili-, vety-, happi- ja typpiatomeista.

Proteiinit koostuvat pienemmistä yksiköistä, joita kutsutaan aminohappoiksi, jotka on liitetty yhteen peptidisidoksilla ja muodostavat pitkiä ketjuja. Aminohapot ovat pieniä orgaanisia molekyylejä, joilla on hyvin erityisiä fysikaalis-kemiallisia ominaisuuksia, on 20 erilaista tyyppiä.

Aminohapposekvenssi määrittää kunkin proteiinin ainutlaatuisen kolmiulotteisen rakenteen ja sen spesifisen funktion. Itse asiassa yksittäisten proteiinien toiminnot ovat yhtä moninaisia ​​kuin niiden ainutlaatuiset aminohapposekvenssit, jotka määrittävät vuorovaikutukset, jotka tuottavat monimutkaisia ​​kolmiulotteisia rakenteita.

Monipuoliset toiminnot

Proteiinit voivat olla solun rakenteellisia ja liikkuvia komponentteja, kuten aktiinia. Toiset työskentelevät kiihdyttämällä solun biokemiallisia reaktioita, kuten DNA-polymeraasia, joka on DNA: ta syntetisoiva entsyymi.

On muitakin proteiineja, joiden tehtävänä on lähettää tärkeä viesti organismille. Esimerkiksi tietyntyyppiset hormonit, kuten kasvuhormoni, lähettävät signaaleja biologisten prosessien koordinoimiseksi eri solujen, kudosten ja elinten välillä.

Jotkut proteiinit sitovat ja kuljettavat atomeja (tai pieniä molekyylejä) solujen sisällä; Sama koskee ferriittia, joka on vastuussa rautan varastoinnista joissakin organismeissa. Toinen tärkeä proteiinien ryhmä on vasta-aineet, jotka kuuluvat immuunijärjestelmään ja ovat vastuussa toksiinien ja patogeenien havaitsemisesta.

Näin ollen proteiinit ovat lopullisia tuotteita geneettisen informaation dekoodausprosessista, joka alkaa solu-DNA: lla. Tämä uskomaton monipuolinen funktio on johdettu yllättävän yksinkertaisesta koodista, joka pystyy määrittelemään erittäin monipuolisen joukon rakenteita.

viittaukset

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Solun molekyylibiologia (6. painos). Garland Science.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). biokemia (8. painos). W. H. Freeman ja Company.
3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). biologia (2. painos) Pearson Education.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Molekyylisolubiologia (8. painos). W. H. Freeman ja Company.
5. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). biologia (7. painos) Cengage Learning.
6. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Biokemian perusteet: Elämä Molekyylitaso (5. painos). Wiley.