MAKROMOLEKULY: VLASTNOSTI, TYPY, FUNKCIE A PRÍKLADY - BIOLÓGIE - 2026

Tieto makromolekuly sú veľké molekuly - obvykle nad 1000 atómov - vytvorené spojením monomérov estructurares alebo menšie bloky. V živých veciach nájdeme štyri hlavné typy makromolekúl: nukleové kyseliny, lipidy, sacharidy a proteíny. Existujú aj ďalšie syntetické produkty, napríklad plasty.

Každý typ biologickej makromolekuly je zložený zo špecifického monoméru, konkrétne z nukleových kyselín nukleotidov, uhľohydrátov monosacharidov, proteínov aminokyselín a lipidov uhľovodíkov s rôznou dĺžkou.

Zdroj: pixabay.com

Pokiaľ ide o ich funkciu, uhľohydráty a lipidy ukladajú bunke energiu na uskutočnenie jej chemických reakcií a používajú sa aj ako štrukturálne zložky.

Proteíny majú štrukturálne funkcie, okrem toho, že sú to molekuly s katalýzou a transportnou kapacitou. Nakoniec nukleové kyseliny uchovávajú genetické informácie a podieľajú sa na syntéze proteínov.

Syntetické makromolekuly majú rovnakú štruktúru ako biologická: mnoho monomérov je spojených dohromady za vzniku polyméru. Príkladmi sú polyetylén a nylon. Syntetické polyméry sa v priemysle bežne používajú na výrobu textílií, plastov, izolácií atď.

vlastnosti

veľkosť

Ako už názov napovedá, jednou z charakteristických vlastností makromolekúl je ich veľká veľkosť. Pozostávajú z najmenej 1 000 atómov spojených kovalentnými väzbami. V tomto type väzby atómy obsiahnuté vo väzbe zdieľajú elektróny poslednej úrovne.

ústava

Ďalším výrazom, ktorý sa používa na označenie makromolekúl, je polymér („veľa častí“), ktoré sú tvorené opakujúcimi sa jednotkami nazývanými monoméry („jedna časť“). Sú to štruktúrne jednotky makromolekúl a môžu sa v závislosti od prípadu navzájom od seba líšiť.

Mohli by sme použiť analógiu detskej hry Lego. Každý z kúskov predstavuje monoméry a keď sa spojíme, aby vytvorili rôzne štruktúry, získame polymér.

Pokiaľ sú monoméry rovnaké, polymér je homopolymér; a ak sú odlišné, bude to heteropolymér.

Existuje tiež nomenklatúra na označenie polyméru v závislosti od jeho dĺžky. Pokiaľ je molekula vytvorená z niekoľkých podjednotiek, nazýva sa to oligomér. Napríklad, keď sa chceme odvolávať na malú nukleovú kyselinu, nazývame ju oligonukleotid.

štruktúra

Vzhľadom na neuveriteľnú rozmanitosť makromolekúl je ťažké stanoviť všeobecnú štruktúru. „Kostra“ týchto molekúl je tvorená ich zodpovedajúcimi monomérmi (cukry, aminokyseliny, nukleotidy atď.) A môžu byť zoskupené lineárne, rozvetveným spôsobom alebo môžu mať zložitejšie formy.

Ako uvidíme neskôr, makromolekuly môžu byť biologického alebo syntetického pôvodu. Prvý z nich má nekonečné množstvo funkcií v živých bytostiach a druhý z nich ho používa napríklad spoločnosť ako plasty.

Biologické makromolekuly: funkcie, štruktúra a príklady

V organických bytostiach nachádzame štyri základné typy makromolekúl, ktoré vykonávajú nespočetné množstvo funkcií, ktoré umožňujú rozvoj a živobytie života. Sú to proteíny, uhľohydráty, lipidy a nukleové kyseliny. Nižšie popíšeme jeho najdôležitejšie charakteristiky.

proteín

Proteíny sú makromolekuly, ktorých štruktúrnymi jednotkami sú aminokyseliny. V prírode nájdeme 20 druhov aminokyselín.

štruktúra

Tieto monoméry sú zložené z centrálneho atómu uhlíka (tzv alfa uhlík), ktoré sú spojené kovalentními väzbami do štyroch rôznych skupín: atóm vodíka, aminoskupinu (NH ₂ ), karboxylovú skupinu (COOH) a R skupiny.

Dvadsať druhov aminokyselín sa navzájom líši iba identitou skupiny R. Táto skupina sa líši chemickou povahou a je schopná nájsť okrem iného bázické, kyslé neutrálne aminokyseliny s dlhými, krátkymi a aromatickými reťazcami.

Aminokyselinové zvyšky sú držané pohromade peptidovými väzbami. Povaha aminokyselín bude určovať povahu a vlastnosti výsledného proteínu.

Lineárna aminokyselinová sekvencia predstavuje primárnu štruktúru proteínov. Tieto sa potom zložia a zoskupia do rôznych vzorov, čím sa vytvoria sekundárne, terciárne a kvartérne štruktúry.

funkcie

Proteíny slúžia rôznym funkciám. Niektoré slúžia ako biologické katalyzátory a nazývajú sa enzýmy; niektoré sú štrukturálne proteíny, ako je keratín prítomný vo vlasoch, nechtoch atď .; a ďalšie vykonávajú transportné funkcie, napríklad hemoglobín v našich červených krvinkách.

Nukleové kyseliny: DNA a RNA

Druhým typom polyméru, ktorý je súčasťou živých vecí, sú nukleové kyseliny. V tomto prípade štrukturálne jednotky nie sú aminokyseliny ako v proteínoch, ale sú to monoméry nazývané nukleotidy.

štruktúra

Nukleotidy sú tvorené fosfátovou skupinou, päť uhlíkovým cukrom (centrálna zložka molekuly) a dusíkatou zásadou.

Existujú dva typy nukleotidov: ribonukleotidy a deoxyribonukleotidy, ktoré sa líšia z hľadiska jadrového cukru. Prvý z nich je štruktúrny komponent kyseliny ribonukleovej alebo RNA a druhý je zložkou deoxyribonukleovej kyseliny alebo DNA.

V obidvoch molekulách sú nukleotidy držané pohromade fosfodiesterovou väzbou - ekvivalentnou peptidovej väzbe, ktorá drží proteíny pohromade.

Štrukturálne zložky DNA a RNA sú podobné a líšia sa svojou štruktúrou, pretože RNA sa nachádza vo forme jediného pruhu a DNA v dvojitom pruhu.

funkcie

RNA a DNA sú dva typy nukleových kyselín, ktoré nachádzame v živých veciach. RNA je multifunkčná, dynamická molekula, ktorá sa objavuje v rôznych štruktúrnych konformáciách a podieľa sa na syntéze proteínov a na regulácii génovej expresie.

DNA je makromolekula zodpovedná za uchovávanie všetkých genetických informácií o organizme, ktoré sú potrebné na jeho vývoj. Všetky naše bunky (s výnimkou zrelých červených krviniek) majú genetický materiál uložený v jadre veľmi kompaktným a usporiadaným spôsobom.

sacharidy

Sacharidy, tiež známe ako sacharidy alebo jednoducho ako cukry, sú makromolekuly tvorené stavebnými blokmi nazývanými monosacharidy (doslova „cukor“).

štruktúra

Molekulárny vzorec sacharidov je (CH ₂ O) _n . Hodnota n sa môže meniť od 3 pre najjednoduchší cukor až po tisíce pre najzložitejšie uhľovodíky, čo sa týka dĺžky.

Tieto monoméry majú schopnosť navzájom polymerizovať reakciou zahŕňajúcou dve hydroxylové skupiny, čo vedie k tvorbe kovalentnej väzby nazývanej glykozidická väzba.

Táto väzba drží uhľovodíkové monoméry spolu rovnakým spôsobom, ako peptidové väzby a fosfodiesterové väzby obsahujú proteíny a nukleové kyseliny.

Peptidové a fosfodiesterové väzby sa však vyskytujú v špecifických oblastiach ich konštitučných monomérov, zatiaľ čo glykozidické väzby sa môžu vytvárať s akoukoľvek hydroxylovou skupinou.

Ako sme uviedli v predchádzajúcej časti, malé makromolekuly sú označené prefixom oligo. V prípade malých uhľohydrátov sa používa termín oligosacharidy, ak sú spojené iba dvoma monomérmi, je to disacharid a ak sú väčšie, polysacharidy.

funkcie

Cukry sú životne dôležité makromolekuly, pretože plnia energetické a štrukturálne funkcie. Poskytujú chemickú energiu potrebnú na vyvolanie významného počtu reakcií vo vnútri buniek a používajú sa ako „palivo“ pre živé bytosti.

Iné uhľohydráty, ako je glykogén, slúžia na ukladanie energie, takže bunka môže na ňu v prípade potreby čerpať.

Majú tiež štrukturálne funkcie: sú súčasťou iných molekúl, ako sú nukleové kyseliny, bunkové steny niektorých organizmov a exoskeletóny hmyzu.

Napríklad v rastlinách a niektorých protistoch nachádzame komplexný uhľohydrát nazývaný celulóza, ktorý sa skladá iba z glukózových jednotiek. Táto molekula je neuveriteľne hojná na Zemi, pretože je prítomná v bunkových stenách týchto organizmov a v iných podporných štruktúrach.

lipidy

„Lipid“ je termín používaný na označenie veľkého počtu nepolárnych alebo hydrofóbnych molekúl (s fóbiou alebo odpudzovaním vody) tvorených uhlíkovými reťazcami. Na rozdiel od troch uvedených molekúl, proteínov, nukleových kyselín a uhľohydrátov, neexistuje žiadny monomér pre lipidy.

štruktúra

Zo štrukturálneho hľadiska sa lipid môže prezentovať niekoľkými spôsobmi. Pretože sú vyrobené z uhľovodíkov (CH), väzby nie sú čiastočne nabité, takže nie sú rozpustné v polárnych rozpúšťadlách, ako je napríklad voda. Môžu sa však rozpustiť v iných typoch nepolárnych rozpúšťadiel, ako je benzén.

Mastná kyselina sa skladá z uvedených uhľovodíkových reťazcov a karboxylovej skupiny (COOH) ako funkčnej skupiny. Mastná kyselina zvyčajne obsahuje 12 až 20 atómov uhlíka.

Reťazce mastných kyselín môžu byť nasýtené, keď sú všetky atómy uhlíka spojené jednoduchými väzbami alebo nenasýtené, ak je v štruktúre prítomných viac ako jedna dvojitá väzba. Ak obsahuje viacnásobné dvojité väzby, je to polynenasýtená kyselina.

Druhy lipidov podľa ich štruktúry

V bunke sú tri typy lipidov: steroidy, tuky a fosfolipidy. Steroidy sa vyznačujú objemnou štruktúrou so štyrmi prstencami. Cholesterol je najznámejší a je dôležitou súčasťou membrán, pretože riadi ich tekutosť.

Tuky sa skladajú z troch mastných kyselín spojených prostredníctvom esterovej väzby s molekulou nazývanou glycerol.

Nakoniec sú fosfolipidy tvorené glycerolovou molekulou pripojenou k fosfátovej skupine a dvoma reťazcami mastných kyselín alebo izoprenoidov.

funkcie

Rovnako ako uhľohydráty fungujú lipidy tiež ako zdroj energie pre bunku a ako súčasť niektorých štruktúr.

Lipidy majú zásadnú funkciu pre všetky živé formy: sú podstatnou súčasťou plazmatickej membrány. Tieto tvoria rozhodujúcu hranicu medzi živým a neživým a slúžia ako selektívna bariéra, ktorá rozhoduje o tom, čo vstupuje do bunky a čo nie, vďaka jej polopriepustnej vlastnosti.

Okrem lipidov sú membrány tiež tvorené rôznymi proteínmi, ktoré fungujú ako selektívne transportéry.

Niektoré hormóny (napríklad sexuálne) sú lipidovej povahy a sú nevyhnutné pre rozvoj tela.

doprava

V biologických systémoch sa makromolekuly transportujú medzi vnútorným a vonkajším prostredím procesov nazývaných endo a exocytóza (zahŕňajúcich tvorbu vezikúl) alebo aktívnym transportom.

Endocytóza zahŕňa všetky mechanizmy, ktoré bunka používa na dosiahnutie vstupu veľkých častíc, a je klasifikovaná ako: fagocytóza, keď je prvkom, ktorý sa má prehltnúť, pevná látka; pinocytóza, keď vstupuje extracelulárna tekutina; a endocytóza, sprostredkovaná receptormi.

Väčšina molekúl, ktoré sa takto prijímajú, končí v organele zodpovednej za trávenie: v lyzozóme. Iní končia vo fagozómoch - ktoré majú fúzne vlastnosti s lyzozómami a tvoria štruktúru nazývanú fagolyzozómy.

Týmto spôsobom končí enzymatická batéria prítomná v lyzozóme degradáciou makromolekúl, ktoré pôvodne vstúpili. Monoméry, ktoré ich tvorili (monosacharidy, nukleotidy, aminokyseliny), sa transportujú späť do cytoplazmy, kde sa používajú na tvorbu nových makromolekúl.

V čreve sú bunky, ktoré majú špecifické transportéry na absorpciu každej makromolekuly spotrebovanej v potrave. Napríklad transportéry PEP1 a PEP2 sa používajú pre proteíny a SGLT pre glukózu.

Syntetické makromolekuly

V syntetických makromolekulách nájdeme rovnaký štruktúrny vzorec, aký bol opísaný pre makromolekuly biologického pôvodu: monoméry alebo malé podjednotky, ktoré sú spojené väzbami za vzniku polyméru.

Existujú rôzne typy syntetických polymérov, najjednoduchší je polyetylén. To je inertný plast s chemickým vzorcom CH ₂ -CH ₂ (ktoré sú spojené dvojitou väzbou) úplne bežné v priemysle, pretože je lacný a ľahko vyrobiteľný.

Ako je vidieť, štruktúra tohto plastu je lineárna a nemá žiadne vetvenie.

Polyuretán je ďalší polymér bežne používaný v priemysle na výrobu pien a izolátorov. V našich kuchyniach určite nájdeme špongiu tohto materiálu. Tento materiál sa získava kondenzáciou hydroxylových zásad zmiešaných s prvkami nazývanými diizokyanáty.

Existujú aj iné syntetické polyméry s väčšou komplexnosťou, ako je napríklad nylon (alebo nylon). Medzi jeho vlastnosti patrí veľmi odolný, so značnou elasticitou. Textilný priemysel využíva tieto vlastnosti na výrobu tkanín, štetín, línií atď. Lekári ho tiež používajú na vykonávanie švov.

Referencie

1. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biochémie. Obrátil som sa.
2. Campbell, MK, a Farrell, SO (2011). Biochémie. Thomson. Brooks / Cole.
3. Devlin, TM (2011). Učebnica biochémie. John Wiley a synovia.
4. Freeman, S. (2017). Biologická veda. Pearson Education.
5. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biochémia: text a atlas. Panamerican Medical Ed.
6. Moldoveanu, SC (2005). Analytická pyrolýza syntetických organických polymérov (zväzok 25). Elsevier.
7. Moore, JT a Langley, RH (2010). Biochémia pre figuríny. John Wiley a synovia.
8. Mougios, V. (2006). Cvičebná biochémia. Ľudská kinetika.
9. Müller-Esterl, W. (2008). Biochémie. Základy medicíny a biologických vied. Obrátil som sa.
10. Poortmans, JR (2004). Princípy záťažovej biochémie. 3 ^rd , prepracované vydanie. Karger.
11. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biochémie. Panamerican Medical Ed.