Характеристики, функції, класифікація та приклади органічних біомолекул



The органічні біомолекули Вони зустрічаються у всіх живих істотах і характеризуються структурою на основі атома вуглецю. Якщо порівняти їх з неорганічними молекулами, то органічні молекули набагато складніші за своєю структурою. Крім того, вони набагато різноманітніші.

Вони класифікуються як білки, вуглеводи, ліпіди і нуклеїнові кислоти. Її функції надзвичайно різноманітні. Білки беруть участь як структурні, функціональні та каталітичні елементи. Вуглеводи також мають структурні функції і є основним джерелом енергії для органічних істот.

Ліпіди є важливими компонентами біологічних мембран і інших речовин, таких як гормони. Вони також працюють як елементи накопичення енергії. Нарешті, нуклеїнові кислоти - ДНК і РНК - містять всю необхідну інформацію для розвитку і підтримки живих істот.

Індекс

  • 1 Загальна характеристика
  • 2 Класифікація та функції
    • 2.1 -Протеїни
    • 2.2 - Вуглеводи
    • 2.3 -Ліпіди
    • 2.4 - Нуклеїнові кислоти
  • 3 Приклади
    • 3.1 Гемоглобін
    • 3.2 Целюлоза
    • 3.3 Біологічні мембрани
  • 4 Посилання

Загальна характеристика

Однією з найбільш важливих характеристик органічних біомолекул є їх універсальність, коли мова йде про формування структур. Ця величезна різноманітність органічних варіантів, які можуть існувати, обумовлена ​​привілейованим становищем, що забезпечується атомом вуглецю, в центрі другого періоду.

Атом вуглецю має чотири електрона на останньому енергетичному рівні. Завдяки своїй середній електронегативності вона здатна утворювати зв'язки з іншими атомами вуглецю, утворюючи ланцюги різної форми і довжини, відкриті або закриті, з простими, подвійними або потрійними зв'язками в її інтер'єрі..

Таким же чином, середня електронегативність атома вуглецю дозволяє формувати зв'язки з атомами, відмінними від вуглецю, такими як електропозитивні (водень) або електронегативні (кисень, азот, сірка, серед інших).

Це властивість зв'язку дозволяє встановити класифікацію вуглецю в первинному, вторинному, третинному або четвертинному, залежно від кількості вуглецю, з яким він пов'язаний. Ця система класифікації не залежить від кількості валентностей, що беруть участь у зв'язку.

Класифікація та функції

Органічні молекули поділяються на чотири основні групи: білки, вуглеводи, ліпіди і нуклеїнові кислоти. Тут ми детально опишемо їх: \ t

-Білки

Білки складають групу органічних молекул, які краще визначаються і характеризуються біологами. Це широке знання пов'язане, головним чином, з внутрішньою простотою, яка існує, щоб бути ізольованою і охарактеризованою - у порівнянні з іншими трьома органічними молекулами.

Білки відіграють низку надзвичайно широких біологічних ролей. Вони можуть служити транспортними, структурними і навіть каталітичними молекулами. Ця остання група складається з ферментів.

Структурні блоки: амінокислоти

Структурні блоки білків є амінокислотами. У природі ми знаходимо 20 типів амінокислот, кожен з яких має чітко визначені фізико-хімічні властивості.

Ці молекули класифікуються як альфа-амінокислоти, оскільки вони мають первинну аміногрупу і групу карбонової кислоти в якості заступника на одному і тому ж атомі вуглецю. Єдиним винятком з цього правила є амінокислотний пролін, який каталогізується як альфа-імінокислота за наявності вторинної аміногрупи..

Щоб утворити білки, необхідно, щоб ці «блоки» полімеризувалися, і вони робили це шляхом формування пептидного зв'язку. Формування ланцюга білків передбачає видалення однієї молекули води на пептидний зв'язок. Це ланка представлена ​​як CO-NH.

Крім амінокислот, які є частиною білків, вони вважаються енергетичними метаболітами, і багато з них є важливими поживними речовинами.

Властивості амінокислот

Кожна амінокислота має свою масу і середній вигляд у білках. Крім того, кожен має значення pK альфа-карбонової кислоти, альфа-аміно та бічну групу..

Значення pK груп карбонової кислоти розташовані приблизно в 2,2; тоді як альфа-аміногрупи мають значення pK, близькі до 9,4. Ця характеристика призводить до типової структурної характеристики амінокислот: при фізіологічному рН обидві групи знаходяться у вигляді іона.

Коли молекула несе заряджені групи протилежних полярностей, вони називаються диполярними іонами або цвиттерионами. Тому амінокислота може діяти як кислота або як основа.

Більшість альфа-амінокислот мають точки плавлення, близькі до 300 ° С. Вони легше розчиняються в полярних середовищах, порівняно з їх розчинністю в неполярних розчинниках. Більшість з них досить розчинні у воді.

Структура білків

Для того, щоб бути в змозі задати функцію конкретного білка, необхідно визначити його структуру, тобто тривимірну зв'язок, що існує між атомами, що утворюють даний білок. Для білків визначено чотири рівні організації їх структури:

Первинна структураЦе відноситься до амінокислотної послідовності, яка утворює білок, виключаючи будь-яку конформацію, яку можуть приймати її бічні ланцюги.

Вторинна структура: формується місцевим просторовим розташуванням атомів скелета. Знову ж таки, конформація бічних ланцюгів не береться до уваги.

Третинна структура: воно відноситься до тривимірної структури всього білка. Хоча може бути важко встановити чіткий розподіл між третинною і вторинною структурою, визначені конформації (наприклад, наявність пропелерів, складених листів і поворотів) використовуються для позначення тільки вторинних конструкцій.

Четвертична структура: відноситься до тих білків, які утворені декількома субодиницями. Тобто, за допомогою двох або більше окремих поліпептидних ланцюгів. Ці агрегати можуть взаємодіяти за допомогою ковалентних сил або дисульфідних зв'язків. Просторове розташування субодиниць визначає четвертинну структуру.

-Вуглеводи

Вуглеводи, вуглеводи або сахариди (від грецьких коренів sakcharón, що означає цукор) є найбільш поширеним класом органічних молекул на всій планеті Земля.

Його структуру можна вивести з назви "вуглеводи", оскільки вони є молекулами з формулою (C H2O)n, де n більше 3.

Функції вуглеводів різноманітні. Одним з головних є структурний тип, особливо в рослинах. У рослинному царстві целюлоза є її основним структурним матеріалом, що відповідає 80% сухої маси тіла.

Іншою важливою функцією є її енергетична роль. Полісахариди, такі як крохмаль і глікоген, є важливими джерелами поживних запасів.

Класифікація

Основними одиницями вуглеводів є моносахариди або прості цукру. Це похідні лінійних ланцюгів альдегідів або кетонів і багатоатомних спиртів.

Вони класифікуються за хімічною природою їх карбонільної групи в альдозах і кетозах. Вони також класифікуються за кількістю атомів вуглецю.

Моносахариди згруповані для утворення олігосахаридів, які часто зустрічаються в асоціації з іншими типами органічних молекул, такими як білки і ліпіди. Вони класифікуються на гомополісахариди або гетерополісахариди, залежно від того, чи складаються вони з тих самих моносахаридів (перший випадок) або різні.

Крім того, вони також класифікуються відповідно до природи моносахариду, що їх утворює. Полімери глюкози називаються глюканами, ті, що утворюються галактозою, називаються галактанами і так далі.

Полісахариди мають особливість формування лінійних і розгалужених ланцюгів, оскільки глікозидні зв'язки можуть утворюватися з будь-якою з гідроксильних груп, виявлених в моносахариде..

Коли більша кількість моносахаридних ланок пов'язано, ми говоримо про полісахариди.

-Ліпіди

Ліпіди (від грецької lipos, що означає жир) є органічними молекулами, нерозчинними у воді і розчинними в неорганічних розчинниках, таких як хлороформ. Вони складаються з жирів, масел, вітамінів, гормонів і біологічних мембран.

Класифікація

Жирні кислоти: вони являють собою карбонові кислоти з ланцюгами, утвореними вуглеводнями значної довжини. Фізіологічно рідко їх виявляють вільними, оскільки в більшості випадків вони естерифіковані.

У тварин і рослин ми часто їх знаходимо в їх ненасиченій формі (утворюючи подвійні зв'язки між вуглеводами) і поліненасичені (з двома і більше подвійними зв'язками)..

Триацилгліцерини: Також називаються тригліцеридами або нейтральними жирними кислотами, вони складають більшість жирів і масел, присутніх у тварин і рослин. Її основною функцією є зберігання енергії у тварин. Вони мають спеціалізовані клітини для зберігання.

Вони класифікуються відповідно до ідентичності та положення залишків жирних кислот. Як правило, рослинні масла є рідкими при кімнатній температурі і багатшими залишками жирних кислот з подвійними і потрійними зв'язками між їх вуглецевими сполуками..

Навпаки, тваринні жири є твердими при кімнатній температурі, а кількість ненасичених вуглеводів низька.

Гліцерофосфоліпіди: також відомі як фосфогліцериди, є основними компонентами ліпідних мембран.

Гліцерофосфоліпіди мають "хвіст" з аполярними або гідрофобними характеристиками, а також полярні або гідрофільні "голови". Ці структури згруповані в бислой, з хвостами, спрямованими всередину, щоб утворити мембрани. У них вбудована серія білків.

Сфінголіпіди: це ліпіди, які виявляються в дуже низьких кількостях. Вони також є частиною мембран і є похідними сфингозина, дигідросфінгозину та їх гомологів.

Холестерин: у тварин він є переважним компонентом мембран, який модифікує його властивості, наприклад, його плинність. Він також розташований в мембранах клітинних органел. Це важливий попередник стероїдних гормонів, пов'язаних із статевим розвитком.

-Нуклеїнові кислоти

Нуклеїнові кислоти є ДНК і існують різні типи РНК. ДНК відповідає за зберігання всієї генетичної інформації, що дозволяє розвивати, рости і підтримувати живі організми.

РНК, з іншого боку, бере участь у проходженні генетичної інформації, кодованої в ДНК, до білкових молекул. Класично виділяють три типи РНК: месенджер, трансфер і рибосом. Однак існує ряд малих РНК, які мають регуляторні функції.

Структурні блоки: нуклеотиди

Структурні блоки нуклеїнових кислот, ДНК і РНК є нуклеотидами. Хімічно вони являють собою пентозофосфатні складні ефіри, в яких азотиста основа приєднана до першого вуглецю. Можна розрізняти рибонуклеотиди і дезоксирибонуклеотиди.

Ці молекули є плоскими, ароматичними і гетероциклічними. Коли фосфатна група відсутня, нуклеотид перейменований нуклеозидом.

На додаток до їх ролі як мономерів в нуклеїнових кислотах, ці молекули є біологічно повсюдними і беруть участь у значній кількості процесів.

Нуклеозидні трифосфати є енергоємними продуктами, такими як АТФ, і використовуються як енергетична валюта клітинних реакцій. Вони є важливим компонентом коферментів NAD+, NADP+, FMN, FAD і кофермент А. Нарешті, вони є регуляторними елементами різних метаболічних шляхів.

Приклади

Є нескінченність прикладів органічних молекул. Далі обговорюватимуться найбільш видатні і вивчені біохіміками:

Гемоглобін

Гемоглобін, червоний пігмент в крові, є одним з класичних прикладів білків. Завдяки широкому розповсюдженню та легкої ізоляції, він був вивченим з давніх-давен білком.

Це білок, утворений чотирма субодиницями, тому він входить в класифікацію тетрамерних, з двома альфа-одиницями і двома бета. Субодиниці гемоглобіну пов'язані з невеликим білком, відповідальним за поглинання кисню в м'язі: міоглобін.

Гем-група являє собою похідне порфірину. Це характеризує гемоглобін і є тією ж групою, що зустрічається в цитохромах. Гем-група відповідає за характерний червоний колір крові і є фізичною областю, де кожен мономер глобіну зв'язується з киснем.

Основною функцією цього білка є транспортування кисню з органу, що відповідає за обмін газу - викликати легені, зябра або шкіру - до капілярів, щоб використовувати їх у диханні.

Целюлоза

Целюлоза є лінійним полімером, складеним з субодиниць D-глюкози, пов'язаних зв'язками типу бета 1,4. Як і більшість полісахаридів, вони не мають обмеженого максимального розміру. Однак у середньому вони представляють близько 15000 залишків глюкози.

Він є компонентом клітинних стінок рослин. Завдяки целюлозі вони є жорсткими і дозволяють впоратися з осмотичним стресом. Крім того, у великих рослинах, таких як дерева, целюлоза надає підтримку і стабільність.

Незважаючи на те, що вона переважно пов'язана з овочами, деякі тварини, які називаються оболочками, мають у своїй структурі целюлозу.

За оцінками, це в середньому 1015 Синтезовані - і деградують - кілограми целюлози на рік.

Біологічні мембрани

Біологічні мембрани складаються в основному з двох біомолекул, ліпідів і білків. Просторова конформація ліпідів має форму бішару, при цьому гідрофобні хвости вказують на внутрішню частину, а гідрофільні головки - на зовнішній..

Мембрана є динамічною сутністю і її складові відчувають часті рухи.

Список літератури

  1. Aracil, C. B., Rodriguez, M. P., Magraner, J. P., & Perez, R. S. (2011). Основи біохімії. Університет Валенсії.
  2. Battaner Arias, E. (2014). Ензимологічний збірник. Видання університету Саламанки.
  3. Berg, J. М., Stryer, L., & Tymoczko, J. L. (2007). Біохімія. Я повернувся назад.
  4. Девлін, Т. М. (2004). Біохімія: підручник з клінічними застосуваннями. Я повернувся назад.
  5. Diaz, A. P., & Pena, A. (1988). Біохімія. Редакція Limusa.
  6. Макарулла, Дж. М., і Гоньї, Ф. М. (1994). Біохімія людини: базовий курс. Я повернувся назад.
  7. Müller-Esterl, W. (2008). Біохімія Основи медицини та наук про життя. Я повернувся назад.
  8. Тейхон, Дж. М. (2006). Основи структурної біохімії. Редакція Тебар.