ORGANICKÉ BIOMOLEKULY: VLASTNOSTI, FUNKCIE A PRÍKLADY - BIOLÓGIE - 2026

Tieto organické biomolekuly nachádza vo všetkých živých bytostí a vyznačujú sa štruktúry založenej na atómu uhlíka. Ak ich porovnáme s anorganickými molekulami, organické molekuly sú z hľadiska ich štruktúry oveľa zložitejšie. Okrem toho sú oveľa rozmanitejšie.

Sú rozdelené na proteíny, uhľohydráty, lipidy a nukleové kyseliny. Jeho funkcie sú veľmi rozmanité. Proteíny sa zúčastňujú ako štruktúrne, funkčné a katalytické prvky. Sacharidy majú tiež štrukturálne funkcie a sú hlavným zdrojom energie pre organické bytosti.

Zdroj: pixabay.com

Lipidy sú dôležitými zložkami biologických membrán a ďalších látok, ako sú hormóny. Fungujú tiež ako prvky akumulácie energie. Nakoniec, nukleové kyseliny - DNA a RNA - obsahujú všetky informácie potrebné na vývoj a udržiavanie živých bytostí.

Všeobecné charakteristiky

Jednou z najdôležitejších charakteristík organických biomolekúl je ich univerzálnosť, pokiaľ ide o formovacie štruktúry. Táto obrovská rozmanitosť organických variantov, ktoré môžu existovať, je spôsobená privilegovanou situáciou, do ktorej prispieva atóm uhlíka, uprostred druhej periódy.

Atóm uhlíka má v poslednej energetickej úrovni štyri elektróny. Vďaka svojej stredne vysokej elektroegativite je schopný vytvárať väzby s inými atómami uhlíka, vytvárať reťazce rôzneho tvaru a dĺžky, otvorené alebo uzavreté, s jednoduchými, dvojitými alebo trojitými väzbami vo vnútri.

Rovnakým spôsobom priemerná elektronická aktivita atómu uhlíka mu umožňuje vytvárať väzby s inými atómami odlišnými od uhlíka, ako sú napríklad elektropozitívne (vodík) alebo elektronegatívne (kyslík, dusík, síra).

Táto vlastnosť väzby umožňuje stanoviť klasifikáciu uhlíkov v primárnom, sekundárnom, terciárnom alebo kvartérnom množstve v závislosti od počtu uhlíkov, s ktorými je viazaná. Tento klasifikačný systém je nezávislý od počtu valencií zapojených do prepojenia.

Klasifikácia a funkcie

Organické molekuly sú rozdelené do štyroch veľkých skupín: proteíny, uhľohydráty, lipidy a nukleové kyseliny. Ďalej ich podrobne opíšeme:

-Proteins

Bielkoviny sú skupinou organických molekúl, ktoré sú najlepšie definované a charakterizované biológmi. Táto rozsiahla znalosť je spôsobená hlavne vnútornou ľahkosťou, ktorá existuje, ktorá sa má izolovať a charakterizovať - ​​v porovnaní so zvyškom troch organických molekúl.

Proteíny hrajú celý rad extrémne širokých biologických úloh. Môžu slúžiť ako nosné, štrukturálne alebo dokonca katalytické molekuly. Túto poslednú skupinu tvoria enzýmy.

Stavebné bloky: aminokyseliny

Stavebné bloky proteínov sú aminokyseliny. V prírode nachádzame 20 druhov aminokyselín, z ktorých každá má dobre definované fyzikálno-chemické vlastnosti.

Tieto molekuly sú klasifikované ako alfa-aminokyseliny, pretože majú primárnu aminoskupinu a skupinu karboxylovej kyseliny ako substituent na rovnakom atóme uhlíka. Jedinou výnimkou z tohto pravidla je aminokyselina prolín, ktorý je kvôli prítomnosti sekundárnej aminoskupiny klasifikovaný ako alfa-imino kyselina.

Aby sa vytvorili proteíny, tieto „stavebné bloky“ musia polymerizovať, a to tak, že vytvárajú peptidovú väzbu. Tvorba proteínového reťazca zahrnuje odstránenie jednej molekuly vody pre každú peptidovú väzbu. Táto väzba je predstavovaná ako CO-NH.

Niektoré aminokyseliny sa okrem toho, že sú súčasťou proteínov, považujú za energetické metabolity a mnohé z nich sú nevyhnutnými výživovými prvkami.

Vlastnosti aminokyselín

Každá aminokyselina má svoju hmotnosť a svoj priemerný vzhľad v proteínoch. Okrem toho každá má pK hodnotu alfa-karboxylovej kyseliny, alfa-aminoskupiny a skupín postranných skupín.

Hodnoty pK skupín karboxylovej kyseliny sú okolo 2,2; zatiaľ čo alfa-aminoskupiny majú hodnoty pK blízke 9,4. Táto vlastnosť vedie k typickej štruktúrnej charakteristike aminokyselín: pri fyziologickom pH sú obe skupiny v iónovej forme.

Keď molekula nesie nabité skupiny s opačnou polaritou, nazývajú sa zwitterióny alebo zwitterióny. Aminokyselina môže preto pôsobiť ako kyselina alebo ako báza.

Väčšina alfa-aminokyselín má teploty topenia blízko 300 ° C. Ľahšie sa rozpúšťajú v polárnych prostrediach v porovnaní s ich rozpustnosťou v nepolárnych rozpúšťadlách. Väčšina z nich je pomerne dobre rozpustná vo vode.

Štruktúra proteínov

Aby sa špecifikovala funkcia konkrétneho proteínu, je potrebné určiť jeho štruktúru, to znamená trojrozmerný vzťah, ktorý existuje medzi atómami, ktoré tvoria daný proteín. Pre proteíny boli stanovené štyri úrovne organizácie ich štruktúry:

Primárna štruktúra : označuje aminokyselinovú sekvenciu, ktorá tvorí proteín, bez akejkoľvek konformácie, ktorú môžu brať jeho bočné reťazce.

Sekundárna štruktúra : je tvorená miestnym priestorovým usporiadaním atómov skeletu. Opäť sa nezohľadňuje konformácia bočných reťazcov.

Terciárna štruktúra : označuje trojrozmernú štruktúru celého proteínu. Aj keď môže byť ťažké určiť jasné rozdelenie medzi terciárnou a sekundárnou štruktúrou, definované konformácie (ako napríklad prítomnosť helixov, skladaných listov a zákrutov) sa používajú výlučne na označenie sekundárnych štruktúr.

Kvartérna štruktúra : týka sa tých proteínov, ktoré sa skladajú z niekoľkých podjednotiek. To znamená pomocou dvoch alebo viacerých jednotlivých polypeptidových reťazcov. Tieto jednotky môžu interagovať prostredníctvom kovalentných síl alebo disulfidových väzieb. Priestorové usporiadanie podjednotiek určuje kvartérnu štruktúru.

-Carbohydrates

Sacharidy, uhľohydráty alebo sacharidy (z gréckych koreňov sakcharón, čo znamená cukor) sú najpočetnejšou triedou organických molekúl na celej planéte Zem.

Ich konštrukcia môže byť odvodený od ich meno "sacharidy", pretože sú molekuly s vzorca (CH ₂ O) _n , pričom n je väčší ako 3.

Funkcie uhľohydrátov sú rôzne. Jedným z hlavných je štrukturálny typ, najmä v rastlinách. V rastlinnej ríši je celulóza jej hlavným štrukturálnym materiálom, ktorý zodpovedá 80% suchej hmotnosti tela.

Ďalšou relevantnou funkciou je jej energetická úloha. Polysacharidy, ako je škrob a glykogén, predstavujú dôležité zdroje nutričných zásob.

klasifikácia

Základnými jednotkami uhľohydrátov sú monosacharidy alebo jednoduché cukry. Sú odvodené od aldehydov alebo ketónov s priamym reťazcom a viacsýtnych alkoholov.

Sú klasifikované podľa chemickej povahy svojej karbonylovej skupiny na aldózy a ketózy. Klasifikujú sa tiež na základe počtu uhlíkov.

Monosacharidy sa zoskupujú a vytvárajú oligosacharidy, ktoré sa často nachádzajú v spojení s inými typmi organických molekúl, ako sú proteíny a lipidy. Tieto sa klasifikujú ako homopolysacharidy alebo heteropolysacharidy v závislosti od toho, či sa skladajú z rovnakých monosacharidov (prvý prípad) alebo sa líšia.

Okrem toho sa tiež klasifikujú podľa povahy monosacharidu, ktorý ich tvorí. Glukózové polyméry sa nazývajú glukány, polyméry vyrobené z galaktózy sa nazývajú galaktány atď.

Polysacharidy majú zvláštnosť, že vytvárajú priame a rozvetvené reťazce, pretože glykozidické väzby sa môžu tvoriť s ktoroukoľvek z hydroxylových skupín nachádzajúcich sa v monosacharide.

Keď je spojené viac monosacharidových jednotiek, hovoríme o polysacharidoch.

-Lipids

Lipidy (z gréckych lipov, čo znamená tuk) sú organické molekuly, ktoré sú nerozpustné vo vode a rozpustné v anorganických rozpúšťadlách, napríklad v chloroforme. Tvoria tuky, oleje, vitamíny, hormóny a biologické membrány.

klasifikácia

Mastné kyseliny : sú to karboxylové kyseliny s reťazcami tvorenými značnou dĺžkou uhľovodíkov. Z fyziologického hľadiska je zriedkavé, že sú voľné, pretože vo väčšine prípadov sú esterifikované.

U zvierat a rastlín ich často nachádzame v nenasýtenej forme (vytvárajú dvojité väzby medzi uhlíkmi) a polynenasýtené (s dvoma alebo viacerými dvojitými väzbami).

Triacylglyceroly : nazývané tiež triglyceridy alebo neutrálne tuky, tvoria väčšinu tukov a olejov prítomných v zvieratách a rastlinách. Jeho hlavnou funkciou je ukladanie energie u zvierat. Majú špeciálne bunky na ukladanie.

Sú klasifikované podľa identity a polohy zvyškov mastných kyselín. Rastlinné oleje sú zvyčajne pri izbovej teplote kvapalné a sú bohatšie na zvyšky mastných kyselín s dvojitou a trojitou väzbou medzi svojimi uhlíkmi.

Naproti tomu živočíšne tuky sú pri izbovej teplote tuhé a počet nenasýtených uhlíkov je nízky.

Glycerofosfolipidy : tiež známe ako fosfoglyceridy, sú hlavnými zložkami lipidových membrán.

Glycerofosfolipidy majú „chvost“ s nepolárnymi alebo hydrofóbnymi vlastnosťami a polárnu alebo hydrofilnú „hlavu“. Tieto štruktúry sú zoskupené v dvojvrstve, pričom chvosty smerujú dovnútra, aby vytvorili membrány. V nich je zabudovaných niekoľko proteínov.

Sfingolipidy : sú to lipidy, ktoré sa nachádzajú vo veľmi malom množstve. Sú tiež súčasťou membrán a sú odvodené od sfingozínu, dihydrospingozínu a ich homológov.

Cholesterol : u zvierat je to prevládajúca zložka membrán, ktorá mení ich vlastnosti, ako napríklad ich tekutosť. Nachádza sa tiež v membránach bunkových organel. Je dôležitým predchodcom steroidných hormónov, ktorý súvisí so sexuálnym vývojom.

-Nukleové kyseliny

Nukleové kyseliny sú DNA a rôzne typy RNA, ktoré existujú. DNA je zodpovedná za uchovávanie všetkých genetických informácií, ktoré umožňujú vývoj, rast a udržiavanie živých organizmov.

RNA sa zúčastňuje pasáže genetických informácií kódovaných v DNA na proteínové molekuly. Klasicky sa rozlišujú tri typy RNA: posol, prenos a ribozóm. Existuje však niekoľko malých RNA, ktoré majú regulačné funkcie.

Stavebné bloky: nukleotidy

Stavebné bloky nukleových kyselín, DNA a RNA, sú nukleotidy. Chemicky sú to fosfátové estery pentóz, v ktorých je dusíkatá báza pripojená k prvému atómu uhlíka. Môžeme rozlišovať medzi ribonukleotidmi a deoxyribonukleotidmi.

Tieto molekuly sú ploché, aromatické a heterocyklické. Pokiaľ fosfátová skupina chýba, je nukleotid premenovaný na nukleozid.

Okrem ich úlohy monomérov v nukleových kyselinách sú tieto molekuly biologicky všadeprítomné a podieľajú sa na významnom počte procesov.

Nukleozidtrifosfáty sú produkty bohaté na energiu, napríklad ATP, a používajú sa ako energetická mena bunkových reakcií. Sú dôležitou súčasťou koenzýmov NAD ⁺ , NADP ⁺ , FMN, FAD a koenzýmu A. Nakoniec sú regulačnými prvkami rôznych metabolických ciest.

Príklady

Existuje nespočet príkladov organických molekúl. Najvýznamnejšie a študované biochemikmi sa bude diskutovať nižšie:

hemoglobín

Hemoglobín, červený pigment v krvi, je jedným z klasických príkladov proteínov. Vďaka svojej širokej difúzii a ľahkej izolácii je proteínom študovaným od pradávna.

Je to proteín tvorený štyrmi podjednotkami, a preto spadá pod tetramerickú klasifikáciu s dvoma alfa a dvoma beta jednotkami. Hemoglobínové podjednotky súvisia s malou bielkovinou zodpovednou za príjem kyslíka vo svaloch: myoglobín.

Hemová skupina je derivátom porfyrínu. To charakterizuje hemoglobín a je to rovnaká skupina ako v cytochrómoch. Hemová skupina je zodpovedná za charakteristickú červenú farbu krvi a je to fyzická oblasť, v ktorej sa každý monomér globínu viaže na kyslík.

Hlavnou funkciou tejto bielkoviny je transport kyslíka z orgánu zodpovedného za výmenu plynov - nazýva sa to pľúca, žiabre alebo koža - do kapilár, ktoré sa používajú pri dýchaní.

celulóza

Celulóza je lineárny polymér tvorený D-glukózovými podjednotkami spojenými väzbami typu beta 1,4. Rovnako ako väčšina polysacharidov nemajú obmedzenú maximálnu veľkosť. V priemere však majú asi 15 000 zvyškov glukózy.

Je súčasťou bunkových stien rastlín. Vďaka celulóze sú pevné a umožňujú odolávať osmotickému stresu. Podobne vo väčších rastlinách, ako sú stromy, poskytuje celulóza podporu a stabilitu.

Aj keď to prevažne súvisí so zeleninou, niektoré zvieratá zvané plášťovce majú vo svojej štruktúre celulózu.

Odhaduje sa, že sa syntetizuje - a degraduje - za rok v priemere 10 ¹⁵ kilogramov celulózy.

Biologické membrány

Biologické membrány sa skladajú hlavne z dvoch biomolekúl, lipidov a proteínov. Priestorová konformácia lipidov je vo forme dvojvrstvy, pričom hydrofóbne chvosty smerujú dovnútra a hydrofilné hlavy smerujú von.

Membrána je dynamická entita a jej zložky zažívajú časté pohyby.

Referencie

1. Aracil, CB, Rodríguez, MP, Magraner, JP, a Pérez, RS (2011). Základy biochémie. Univerzita vo Valencii.
2. Battaner Arias, E. (2014). Súhrn enzymatológie. Edície univerzity Salamanca.
3. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biochémie. Obrátil som sa.
4. Devlin, TM (2004). Biochémia: učebnica s klinickými aplikáciami. Obrátil som sa.
5. Díaz, AP, & Pena, A. (1988). Biochémie. Redakčná Limusa.
6. Macarulla, JM, a Goñi, FM (1994). Ľudská biochémia: základný kurz. Obrátil som sa.
7. Müller - Esterl, W. (2008). Biochémie. Základy medicíny a biologických vied. Obrátil som sa.
8. Teijón, JM (2006). Základy štruktúrnej biochémie. Editorial Tébar.