Поделиться:
Классификация биомолекул и основные функции
биомолекулы это молекулы, которые вырабатываются в живых существах. Приставка «био» означает жизнь; следовательно, биомолекула - это молекула, производимая живым существом. Живые существа сформированы из различных типов молекул, которые выполняют различные функции, необходимые для жизни.
В природе существуют биотические (живые) и абиотические (неживые) системы, которые взаимодействуют и, в некоторых случаях, обмениваются элементами. Общим для всех живых существ является то, что они являются органическими, что означает, что составляющие их молекулы образованы атомами углерода..
Биомолекулы также имеют другие общие атомы помимо углерода. Эти атомы в основном включают водород, кислород, азот, фосфор и серу. Эти элементы также называют биоэлементами, потому что они являются основным компонентом биологических молекул.
Однако есть и другие атомы, которые также присутствуют в некоторых биомолекулах, хотя и в меньших количествах. Обычно это ионы металлов, такие как калий, натрий, железо и магний. Следовательно, биомолекулы могут быть двух типов: органические или неорганические..
Таким образом, организмы состоят из многих типов молекул на основе углерода, например: сахара, жиры, белки и нуклеиновые кислоты. Тем не менее, существуют другие соединения, которые также основаны на углероде и не являются частью биомолекул..
Эти молекулы, которые содержат углерод, но не обнаружены в биологических системах, могут быть найдены в земной коре, в озерах, морях и океанах, а также в атмосфере. Движение этих элементов в природе описывается так называемыми биогеохимическими циклами..
Считается, что эти простые органические молекулы, найденные в природе, были теми, которые дали начало самым сложным биомолекулам, которые являются частью фундаментальной структуры для жизни: клетка. Это то, что известно как теория абиотического синтеза.
индекс
- 1 Классификация и функции биомолекул
- 1.1 Неорганические биомолекулы
- 1.2 Органические биомолекулы
- 2 Ссылки
Классификация и функции биомолекул
Биомолекулы разнообразны по размеру и структуре, что дает им уникальные характеристики для выполнения различных функций, необходимых для жизни. Таким образом, биомолекулы выступают в качестве хранилища информации, источника энергии, поддержки клеточного метаболизма, среди других.
Биомолекулы могут быть классифицированы на две большие группы, основанные на наличии или отсутствии атомов углерода.
Неорганические биомолекулы
Это все те молекулы, которые присутствуют в живых существах и не содержат углерода в своей молекулярной структуре. Неорганические молекулы также могут быть найдены в других (неживых) системах природы.
Типы неорганических биомолекул следующие:
вода
Это основной и основной компонент живых существ, это молекула, образованная атомом кислорода, связанным с двумя атомами водорода. Вода необходима для существования жизни и является самой распространенной биомолекулой.
От 50 до 95% веса любого живого существа составляет вода, поскольку необходимо выполнять несколько важных функций, таких как терморегуляция и перенос веществ.
Минеральные соли
Это простые молекулы, образованные атомами с противоположным зарядом, которые полностью разделяются в воде. Например: хлорид натрия, образованный атомом хлора (отрицательно заряженный) и атомом натрия (положительно заряженный).
Минеральные соли участвуют в образовании жестких структур, таких как кости позвоночных или экзоскелет беспозвоночных. Эти неорганические биомолекулы также необходимы для выполнения многих важных клеточных функций..
газов
Это молекулы, которые находятся в форме газа. Они имеют основополагающее значение для дыхания животных и фотосинтеза в растениях..
Примерами этих газов являются: молекулярный кислород, образованный двумя атомами кислорода, связанными вместе; и диоксид углерода, образованный атомом углерода, присоединенным к двум атомам кислорода. Обе биомолекулы участвуют в газообразном обмене, который делают живые существа с окружающей средой..
Органические биомолекулы
Органические биомолекулы - это те молекулы, которые содержат в своем составе атомы углерода. Органические молекулы также могут быть найдены распространенными в природе как часть неживых систем, и составляют то, что известно как биомасса.
Типы органических биомолекул следующие:
углеводы
Углеводы, вероятно, являются наиболее распространенными и широко распространенными органическими веществами в природе и являются важными компонентами всего живого..
Углеводы вырабатываются зелеными растениями из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза.
Эти биомолекулы в основном состоят из атомов углерода, водорода и кислорода. Они также известны как углеводы или сахариды, и они функционируют как источники энергии и как структурные компоненты организмов..
- моносахариды
Моносахариды являются простейшими углеводами и их часто называют простыми сахарами. Они являются элементарными строительными блоками, из которых образуются все самые большие углеводы.
Моносахариды имеют общую молекулярную формулу (CH2O) n, где n может быть 3, 5 или 6. Таким образом, моносахариды можно классифицировать в соответствии с числом атомов углерода, присутствующих в молекуле:
Если n = 3, молекула является триозой. Например: глицеральдегид.
Если n = 5, молекула является пентозой. Например: рибоза и дезоксирибоза.
Если n = 6, молекула является гексозой. Например: фруктоза, глюкоза и галактоза.
Пентозы и гексозы могут существовать в двух формах: циклическая и нециклическая. В нециклической форме их молекулярные структуры показывают две функциональные группы: альдегидную группу или кетоновую группу.
Моносахариды, которые содержат альдегидную группу, называются альдозами, а те, которые имеют кетоновую группу, называются кетозами. Альдозы являются редуцирующими сахарами, в то время как кетозы являются нередуцирующими сахарами.
Однако в воде пентозы и гексозы существуют главным образом в циклической форме, и именно в этой форме они объединяются, образуя более крупные молекулы сахаридов..
- дисахариды
Большинство сахаров, встречающихся в природе, являются дисахаридами. Они образуются в результате образования гликозидной связи между двумя моносахаридами в результате реакции конденсации, которая выделяет воду. Этот процесс образования связи требует энергии для удержания вместе двух моносахаридных единиц.
Тремя наиболее важными дисахаридами являются сахароза, лактоза и мальтоза. Они образуются в результате конденсации соответствующих моносахаридов. Сахароза является невосстанавливающим сахаром, в то время как лактоза и мальтоза являются редуцирующими сахарами..
Дисахариды растворимы в воде, но они представляют собой очень большие биомолекулы, которые проникают через клеточную мембрану путем диффузии. По этой причине они расщепляются в тонкой кишке во время пищеварения, так что их основные компоненты (то есть моносахариды) попадают в кровь и в другие клетки..
Моносахариды очень быстро используются клетками. Однако, если клетка не нуждается в энергии немедленно, она может хранить ее в форме более сложных полимеров. Таким образом, моносахариды превращаются в дисахариды в результате реакций конденсации, происходящих в клетке..
- олигосахариды
Олигосахариды - это промежуточные молекулы, образованные тремя-девятью единицами простых сахаров (моносахаридов). Они образуются путем частичного разложения более сложных углеводов (полисахаридов).
Большинство природных олигосахаридов содержится в растениях и, за исключением мальтотриозы, усваивается человеком, поскольку человеческому организму не хватает необходимых энзимов в тонкой кишке для их расщепления..
В толстой кишке полезные бактерии могут расщеплять олигосахариды путем ферментации; таким образом они превращаются в усваиваемые питательные вещества, которые обеспечивают некоторую энергию. Некоторые продукты разложения олигосахаридов могут оказывать благотворное влияние на слизистую оболочку толстой кишки..
Примеры олигосахаридов включают рафинозу, трисахарид из бобовых и некоторые злаки, состоящие из глюкозы, фруктозы и галактозы. Мальтотриоза, трисахарид глюкозы, вырабатывается некоторыми растениями и в крови некоторых членистоногих..
- полисахариды
Моносахариды могут подвергаться серии реакций конденсации, добавляя одну цепочку за другой к цепи, пока не образуются очень большие молекулы. Это полисахариды.
Свойства полисахаридов зависят от нескольких факторов их молекулярной структуры: длины, боковых ответвлений, складчатости и того, является ли цепь «прямой» или «в стиле фанк». Есть несколько примеров полисахаридов в природе.
Крахмал часто вырабатывается на растениях как способ накопления энергии и состоит из α-глюкозных полимеров. Если полимер разветвлен, его называют амилопектином, а если он не разветвлен, его называют амилозой..
Гликоген является полисахаридом запаса энергии у животных и состоит из амилопектинов. Таким образом, крахмал у растений разлагается в организме с образованием глюкозы, которая поступает в клетку и используется в обмене веществ. Глюкоза, которая не используется, полимеризуется и образует гликоген, резервуар энергии.
липиды
Липиды - это другой тип органических биомолекул, основной характеристикой которых является то, что они являются гидрофобными (они отталкивают воду) и, следовательно, они нерастворимы в воде. В зависимости от их структуры липиды можно разделить на 4 основные группы:
- триглицериды
Триглицериды образуются молекулой глицерина, связанной с тремя цепями жирных кислот. Жирная кислота представляет собой линейную молекулу, которая содержит на одном конце карбоновую кислоту, за которой следует углеводородная цепь и метильная группа на другом конце.
В зависимости от их структуры, жирные кислоты могут быть насыщенными или ненасыщенными. Если углеводородная цепь содержит только одинарные связи, это насыщенная жирная кислота. И наоборот, если эта углеводородная цепь имеет одну или несколько двойных связей, жирная кислота является ненасыщенной.
В эту категорию входят масла и жиры. Первые - это запас энергии растений, они имеют ненасыщенность и являются жидкими при комнатной температуре. Напротив, жиры являются энергетическими запасами животных, они являются насыщенными и твердыми молекулами при комнатной температуре..
фосфолипиды
Фосфолипиды похожи на триглицериды в том, что они содержат молекулу глицерина, связанную с двумя жирными кислотами. Разница в том, что фосфолипиды имеют фосфатную группу в третьем углероде глицерина вместо другой молекулы жирной кислоты.
Эти липиды очень важны из-за того, как они могут взаимодействовать с водой. Имея фосфатную группу на одном конце, молекула становится гидрофильной (притягивает воду) в этой области. Тем не менее, он остается гидрофобным в остальной части молекулы.
Из-за своей структуры фосфолипиды, как правило, организованы таким образом, что фосфатные группы могут взаимодействовать с водной средой, в то время как гидрофобные цепи, которые они организуют внутри, находятся далеко от воды. Таким образом, фосфолипиды являются частью всех биологических мембран.
- стероид
Стероиды состоят из четырех конденсированных углеродных колец, которые соединены различными функциональными группами. Одним из наиболее важных является холестерин, он необходим для живых существ. Он является предшественником некоторых важных гормонов, таких как эстроген, тестостерон и кортизон, среди других.
- восков
Воски представляют собой небольшую группу липидов, которые выполняют защитную функцию. Они встречаются в листьях деревьев, в перьях птиц, в ушах некоторых млекопитающих и в местах, которые необходимо изолировать или защитить от внешней среды..
Нуклеиновые кислоты
Нуклеиновые кислоты являются основными транспортными молекулами генетической информации в живых существах. Его основная функция - направлять процесс синтеза белка, который определяет наследственные характеристики каждого живого существа. Они состоят из атомов углерода, водорода, кислорода, азота и фосфора.
Нуклеиновые кислоты - это полимеры, образованные повторами мономеров, называемых нуклеотидами. Каждый нуклеотид состоит из ароматического основания, содержащего азот, присоединенный к пентозному сахару (пять атомов углерода), который, в свою очередь, присоединен к фосфатной группе..
Двумя основными классами нуклеиновых кислот являются дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). ДНК - это молекула, которая содержит всю информацию о видах, поэтому она присутствует во всех живых существах и в большинстве вирусов..
РНК - это генетический материал некоторых вирусов, но он также обнаружен во всех живых клетках. Там он играет важную роль в определенных процессах, таких как производство белков.
Каждая нуклеиновая кислота содержит четыре из пяти возможных оснований, содержащих азот: аденин (A), гуанин (G), цитозин (C), тимин (T) и урацил (U). ДНК имеет основания аденин, гуанин, цитозин и тимин, в то время как РНК имеет то же самое, за исключением тимина, который заменяется урацилом в РНК..
- Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)
Молекула ДНК состоит из двух цепочек нуклеотидов, связанных связями, называемыми фосфодиэфирными связями. Каждая цепь имеет структуру в форме спирали. Две спирали переплетаются, образуя двойную спираль. Основания находятся внутри пропеллера, а фосфатные группы находятся снаружи..
ДНК состоит из основной цепи сахарной дезоксирибозы, связанной с фосфатом, и четырех азотистых оснований: аденина, гуанина, цитозина и тимина. Пары оснований образуются в двухцепочечной ДНК: аденин всегда связывается с тимином (A-T), а гуанин с цитозином (G-C).
Две спирали удерживаются вместе путем сопоставления оснований нуклеотидов водородными связями. Структура иногда описывается как лестница, где сахарные и фосфатные цепи являются сторонами, а связи основание-основание являются перекладинами.
Эта структура вместе с химической стабильностью молекулы делает ДНК идеальным материалом для передачи генетической информации. Когда клетка делится, ее ДНК копируется и переходит от одного поколения клеток к следующему поколению.
- Рибонуклеиновая кислота (РНК)
РНК представляет собой полимер нуклеиновой кислоты, структура которого образована одной цепочкой нуклеотидов: аденин, цитозин, гуанин и урацил. Как и в ДНК, цитозин всегда связывается с гуанином (C-G), но аденин связывается с урацилом (A-U).
Это первый посредник в передаче генетической информации в клетках. РНК необходима для синтеза белков, поскольку информация, содержащаяся в генетическом коде, обычно передается от ДНК к РНК и от нее к белкам..
Некоторые РНК также имеют прямые функции в клеточном метаболизме. РНК получают путем копирования последовательности оснований сегмента ДНК, называемого геном, в одноцепочечную часть нуклеиновой кислоты. Этот процесс, называемый транскрипцией, катализируется ферментом, называемым РНК-полимеразой..
Существует несколько различных типов РНК, в основном три. Первый - это РНК-мессенджер, которая копируется непосредственно из ДНК путем транскрипции. Второй тип - это РНК-переносчик, которая передает правильные аминокислоты для синтеза белков..
Наконец, другой класс РНК - это рибосомная РНК, которая вместе с некоторыми белками образует рибосомы, клеточные органеллы, ответственные за синтез всех белков клетки..
белок
Белки - это большие, сложные молекулы, которые выполняют многие важные функции и выполняют большую часть работы в клетках. Они необходимы для строения, функционирования и регулирования живых существ. Они состоят из атомов углерода, водорода, кислорода и азота.
Белки состоят из более мелких единиц, называемых аминокислотами, связанных между собой пептидными связями и образующих длинные цепи. Аминокислоты представляют собой небольшие органические молекулы с очень специфическими физико-химическими свойствами, существует 20 различных типов.
Аминокислотная последовательность определяет уникальную трехмерную структуру каждого белка и его специфическую функцию. Фактически, функции отдельных белков так же разнообразны, как и их уникальные аминокислотные последовательности, которые определяют взаимодействия, которые генерируют сложные трехмерные структуры..
Разнообразные функции
Белки могут быть структурными и движущими компонентами клетки, такими как актин. Другие работают, ускоряя биохимические реакции в клетке, такие как ДНК-полимераза, которая является ферментом, который синтезирует ДНК.
Существуют и другие белки, функция которых заключается в передаче важного сообщения организму. Например, некоторые типы гормонов, такие как гормон роста, передают сигналы для координации биологических процессов между различными клетками, тканями и органами.
Некоторые белки связывают и транспортируют атомы (или небольшие молекулы) внутри клеток; Так обстоит дело с ферритином, который ответственен за хранение железа в некоторых организмах. Другой группой важных белков являются антитела, которые принадлежат иммунной системе и отвечают за обнаружение токсинов и патогенов..
Таким образом, белки являются конечными продуктами процесса расшифровки генетической информации, которая начинается с клеточной ДНК. Это невероятное разнообразие функций происходит от удивительно простого кода, который может задавать чрезвычайно разнообразный набор структур..
ссылки
- Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж., Морган Д., Рафф М., Робертс К. и Уолтер П. (2014). Молекулярная биология клетки (6-е изд.). Гирлянда Наука.
- Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). биохимия (8-е изд.). У. Х. Фриман и Компания.
- Кэмпбелл, Н. и Рис, Дж. (2005). биология (2-е изд.) Pearson Education.
- Лодиш, Х., Берк, А., Кайзер, К., Кригер, М., Бретчер, А., Плое, Х., Амон, А. и Мартин, К. (2016). Молекулярно-клеточная биология (8-е изд.). У. Х. Фриман и Компания.
- Соломон Э., Берг Л. и Мартин Д. (2004). биология (7-е изд.) Cengage Learning.
- Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Основы биохимии: жизнь на Молекулярный уровень (5-е изд.). Wiley.