ORGANISKE BIOMOLEKYLER: EGENSKABER, FUNKTIONER OG EKSEMPLER - BIOLOGI - 2025

De organiske biomolekyler findes i alle levende væsener og er kendetegnet ved en struktur baseret på kulstofatomet. Hvis vi sammenligner dem med uorganiske molekyler, er organiske molekyler meget mere komplekse med hensyn til deres struktur. Derudover er de meget mere varierede.

De klassificeres i proteiner, kulhydrater, lipider og nukleinsyrer. Dets funktioner er ekstremt forskellige. Proteiner deltager som strukturelle, funktionelle og katalytiske elementer. Kolhydrater har også strukturelle funktioner og er den vigtigste energikilde for organiske væsener.

Kilde: pixabay.com

Lipider er vigtige komponenter i biologiske membraner og andre stoffer, såsom hormoner. De fungerer også som energilagringselementer. Endelig indeholder nukleinsyrer - DNA og RNA - al den information, der er nødvendig for udvikling og vedligeholdelse af levende væsener.

Generelle karakteristika

En af de mest relevante egenskaber ved organiske biomolekyler er deres alsidighed, når det kommer til dannelse af strukturer. Denne enorme mangfoldighed af organiske varianter, der kan eksistere, skyldes den privilegerede situation, som carbonatomet bidrager i midten af ​​den anden periode.

Kulstofatomet har fire elektroner i det sidste energiniveau. Takket være dens mellemliggende elektronegativitet er det i stand til at danne bindinger med andre carbonatomer, danne kæder med forskellig form og længde, åbne eller lukkede, med enkelt-, dobbelt- eller tredobbeltbindinger indeni.

På samme måde giver det gennemsnitlige elektronegativitet af carbonatomet det mulighed for at danne bindinger med andre atomer, der er forskellige fra kulstof, såsom elektropositiv (brint) eller elektronegativ (ilt, nitrogen, svovl, blandt andre).

Denne egenskab ved binding gør det muligt at etablere en klassificering for kulstof i primær, sekundær, tertiær eller kvartær, afhængigt af antallet af kulstof, som det er knyttet til. Dette klassificeringssystem er uafhængigt af antallet af valenser involveret i linket.

Klassificering og funktioner

Organiske molekyler klassificeres i fire store grupper: proteiner, kulhydrater, lipider og nukleinsyrer. Vi beskriver dem detaljeret nedenfor:

-Proteins

Proteiner er den gruppe af organiske molekyler, der bedst defineres og karakteriseres af biologer. Denne omfattende viden skyldes hovedsageligt den iboende lethed, der eksisterer for at blive isoleret og karakteriseret - sammenlignet med resten af ​​de tre organiske molekyler.

Proteiner spiller en række ekstremt brede biologiske roller. De kan tjene som bærer, strukturelle og endda katalytiske molekyler. Denne sidste gruppe består af enzymer.

Byggesten: aminosyrer

Byggestenene til proteiner er aminosyrer. I naturen finder vi 20 typer aminosyrer, hver med sine veldefinerede fysisk-kemiske egenskaber.

Disse molekyler er klassificeret som alfa-aminosyrer, fordi de har en primær aminogruppe og en carboxylsyregruppe som en substituent på det samme carbonatom. Den eneste undtagelse fra denne regel er aminosyren prolin, der klassificeres som en alfa-iminosyre på grund af tilstedeværelsen af ​​en sekundær aminogruppe.

For at danne proteiner skal disse "byggesten" polymeriseres, og de gør det ved at danne en peptidbinding. Dannelsen af ​​en proteinkæde involverer fjernelse af et vandmolekyle for hver peptidbinding. Denne binding er repræsenteret som CO-NH.

Ud over at være en del af proteiner betragtes nogle aminosyrer som energimetabolitter, og mange af dem er essentielle ernæringselementer.

Egenskaber ved aminosyrer

Hver aminosyre har sin masse og sit gennemsnitlige udseende i proteiner. Derudover har hver en pK-værdi af alfa-carboxylsyre-, alfa-amino- og sidegrupper.

PK-værdierne for carboxylsyregrupperne er ca. 2,2; mens alpha-aminogrupperne præsenterer pK-værdier tæt på 9,4. Denne egenskab fører til et typisk strukturelt kendetegn for aminosyrer: ved fysiologisk pH er begge grupper i ionform.

Når et molekyle bærer ladede grupper med modsatte polariteter kaldes de zwitterioner eller zwitterioner. Derfor kan en aminosyre fungere som en syre eller som en base.

De fleste alfa-aminosyrer har smeltepunkter tæt på 300 ° C. De opløses lettere i polære miljøer sammenlignet med deres opløselighed i ikke-polære opløsningsmidler. De fleste er ret opløselige i vand.

Struktur af proteiner

For at specificere funktionen af ​​et bestemt protein er det nødvendigt at bestemme dets struktur, det vil sige det tredimensionelle forhold, der findes mellem de atomer, der udgør det pågældende protein. For proteiner er fire niveauer af organisering af deres struktur bestemt:

Primær struktur: henviser til den aminosyresekvens, der udgør proteinet, bortset fra enhver konformation, som dens sidekæder kan tage.

Sekundær struktur: det dannes af det lokale rumlige arrangement af skeletatomer. Igen tages der ikke hensyn til konformationen af ​​sidekæderne.

Tertiær struktur: refererer til den tredimensionelle struktur af hele proteinet. Selvom det kan være vanskeligt at etablere en klar opdeling mellem den tertiære og sekundære struktur, anvendes definerede konformationer (såsom tilstedeværelsen af ​​helixer, foldede ark og vendinger) til udelukkende at udpege sekundære strukturer.

Kvaternær struktur: gælder for de proteiner, der består af flere underenheder. Det vil sige af to eller flere individuelle polypeptidkæder. Disse enheder kan interagere gennem kovalente kræfter eller gennem disulfidbindinger. Det rumlige arrangement af underenhederne bestemmer den kvartære struktur.

-Carbohydrates

Kolhydrater, kulhydrater eller saccharider (fra de græske rødder sakcharón, som betyder sukker) er den mest rigelige klasse af organiske molekyler på hele planeten.

Deres struktur kan udledes af deres navn "kulhydrater", da de er molekyler med formlen (CH ₂ O) _n, hvor n er større end 3.

Kulhydraternes funktioner er forskellige. En af de vigtigste er af strukturel type, især i planter. I planteriget er cellulose dets strukturelle materiale, der svarer til 80% af kroppens tørvægt.

En anden relevant funktion er dens energiske rolle. Polysaccharider, som stivelse og glycogen, repræsenterer vigtige kilder til ernæringslagre.

Klassifikation

De basale enheder af kulhydrater er monosaccharider eller enkle sukkerarter. Disse er afledt af ligekædede aldehyder eller ketoner og polyvalente alkoholer.

De klassificeres efter den kemiske karakter af deres carbonylgruppe i aldoser og ketoser. De klassificeres også baseret på antallet af kulhydrater.

Monosaccharider grupperer sig og danner oligosaccharider, som ofte findes i forbindelse med andre typer organiske molekyler, såsom proteiner og lipider. Disse klassificeres som homopolysaccharider eller heteropolysaccharider, afhængigt af om de er sammensat af de samme monosaccharider (det første tilfælde) eller er forskellige.

Derudover klassificeres de også efter arten af ​​det monosaccharid, der komponerer dem. Glukosepolymerer kaldes glukaner, de, der er fremstillet af galactose, kaldes galaktaner og så videre.

Polysaccharider har det særegne ved dannelse af lige og forgrenede kæder, da glycosidiske bindinger kan dannes med en hvilken som helst af hydroxylgrupperne, der findes i monosaccharidet.

Når der er tilknyttet et større antal monosaccharidenheder, taler vi om polysaccharider.

-Lipids

Lipider (fra den græske lipos, som betyder fedt) er organiske molekyler, der er uopløselige i vand og opløselige i uorganiske opløsningsmidler, såsom chloroform. Disse udgør fedt, olier, vitaminer, hormoner og biologiske membraner.

Klassifikation

Fedtsyrer: det drejer sig om carboxylsyrer med kæder dannet af carbonhydrider af betydelig længde. Fysiologisk er det sjældent at finde dem frie, da de i de fleste tilfælde er forestrede.

Hos dyr og planter finder vi dem ofte i deres umættede form (danner dobbeltbindinger mellem kulhydraterne) og flerumættede (med to eller flere dobbeltbindinger).

Triacylglyceroler: også kaldet triglycerider eller neutrale fedtstoffer, de udgør størstedelen af ​​fedt og olier til stede i dyr og planter. Dets vigtigste funktion er at opbevare energi i dyr. Disse har specialiserede celler til opbevaring.

De klassificeres efter identiteten og placeringen af ​​fedtsyrerester. Generelt er vegetabilske olier flydende ved stuetemperatur og er rigere på fedtsyrerester med dobbelt- og tredobbeltbindinger mellem deres kulhydrater.

I modsætning hertil er dyrefedtstoffer faste ved stuetemperatur, og antallet af umættede kulhydrater er lavt.

Glycerophospholipider: også kendt som phosphoglycerider, de er de vigtigste komponenter i lipidmembraner.

Glycerophospholipider har en "hale" med apolære eller hydrofobe egenskaber og et polært eller hydrofilt "hoved". Disse strukturer er grupperet i et dobbeltlag, med halerne pegende indad for at danne membranerne. I disse er en række proteiner indlejret.

Sphingolipider: det er lipider, der findes i meget lave mængder. De er også en del af membranerne og stammer fra sfingosin, dihydrosphingosin og deres homologer.

Kolesterol: hos dyr er det en dominerende komponent i membranerne, der ændrer deres egenskaber, såsom deres flydighed. Det er også placeret i membranerne på celleorganeller. Det er en vigtig forløber for steroidhormoner, der er relateret til seksuel udvikling.

-Nukleinsyrer

Nukleinsyrer er DNA og de forskellige typer RNA, der findes. DNA er ansvarlig for opbevaring af al genetisk information, der tillader udvikling, vækst og vedligeholdelse af levende organismer.

RNA deltager på sin side i overførslen af ​​genetisk information kodet i DNA til proteinmolekyler. Klassisk skelnes der mellem tre typer RNA: messenger, transfer og ribosomal. Der er imidlertid et antal små RNA'er, der har regulatoriske funktioner.

Byggesten: nucleotider

Byggestenene til nukleinsyrer, DNA og RNA, er nukleotider. Kemisk er de phosphatestere af pentoser, i hvilke en nitrogenholdig base er bundet til det første carbon. Vi kan skelne mellem ribonukleotider og deoxyribonukleotider.

Disse molekyler er flade, aromatiske og heterocykliske. Når phosphatgruppen er fraværende, omdøbes nukleotidet til nukleosid.

Ud over deres rolle som monomerer i nukleinsyrer er disse molekyler biologisk allestedsnærværende og deltager i et betydeligt antal processer.

Nucleosid-triphosphater er produkter, der er rige på energi, ligesom ATP og bruges som energivaluta ved cellulære reaktioner. De er en vigtig komponent i koenzymerne NAD ⁺, NADP ⁺, FMN, FAD og coenzym A. Endelig er de regulerende elementer i forskellige metaboliske veje.

eksempler

Der er utallige eksempler på organiske molekyler. De mest fremtrædende og studerede af biokemikere vil blive diskuteret nedenfor:

Hæmoglobin

Hemoglobin, det røde pigment i blod, er et af de klassiske eksempler på proteiner. Takket være dens brede diffusion og lette isolering har det været et protein, der er undersøgt siden oldtiden.

Det er et protein, der består af fire underenheder, hvorfor det falder ind under den tetrameriske klassificering med to alfa- og to betaenheder. Hemoglobin-underenheder er relateret til et lille protein, der er ansvarlig for iltoptagelse i muskler: myoglobin.

Heme-gruppen er et derivat af porphyrin. Dette kendetegner hæmoglobin og er den samme gruppe, der findes i cytokromer. Heme-gruppen er ansvarlig for den karakteristiske røde farve i blodet og er den fysiske region, hvor hver globinmonomer binder med ilt.

Hovedfunktionen med dette protein er transport af ilt fra det organ, der er ansvarligt for gasudveksling - kalder det lungerne, gællerne eller huden - til kapillærerne, der skal bruges i respiration.

Cellulose

Cellulose er en lineær polymer, der består af D-glucose-underenheder, bundet af bindinger af beta 1,4-typen. Som de fleste polysaccharider har de ikke en begrænset maksimal størrelse. Imidlertid har de gennemsnitligt ca. 15.000 glukoserester.

Det er komponenten i plantens cellevægge. Takket være cellulose er disse stive og gør det muligt at modstå osmotisk stress. På lignende måde giver cellulose i større planter, såsom træer, støtte og stabilitet.

Selvom det hovedsageligt er relateret til grøntsager, har nogle dyr, der kaldes tunicates, cellulose i deres struktur.

Det anslås, at et gennemsnit på 10 ¹⁵ kg cellulose syntetiseres - og nedbrydes - pr. År.

Biologiske membraner

Biologiske membraner er hovedsageligt sammensat af to biomolekyler, lipider og proteiner. Den rumlige konformation af lipider er i form af et dobbeltlag, med de hydrofobe haler pegende indad, og de hydrofile hoveder peger udad.

Membranen er en dynamisk enhed, og dens komponenter oplever hyppige bevægelser.

Referencer

1. Aracil, CB, Rodríguez, MP, Magraner, JP, & Pérez, RS (2011). Grundlæggende om biokemi. Universitetet i Valencia.
2. Battaner Arias, E. (2014). Kompendium af enzymologi. Salamanca University Editions.
3. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biokemi. Jeg vendte om.
4. Devlin, TM (2004). Biokemi: lærebog med kliniske anvendelser. Jeg vendte om.
5. Díaz, AP, & Pena, A. (1988). Biokemi. Redaktionel Limusa.
6. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1994). Human biokemi: grundkursus. Jeg vendte om.
7. Müller - Esterl, W. (2008). Biokemi. Grundlæggende oplysninger om medicin og biovidenskab. Jeg vendte om.
8. Teijón, JM (2006). Grundlæggende elementer i strukturel biokemi. Redaktionel Tébar.