ОРГАНИЧНИ БИОМОЛЕКУЛИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦИИ И ПРИМЕРИ - БИОЛОГИЯ - 2025

На органични биомолекули намерени във всички живи същества и се характеризират със структура на основата на въглеродния атом. Ако ги сравним с неорганични молекули, органичните са много по-сложни по отношение на структурата си. Освен това те са много по-разнообразни.

Те се класифицират в протеини, въглехидрати, липиди и нуклеинови киселини. Функциите му са изключително разнообразни. Протеините участват като структурни, функционални и каталитични елементи. Въглехидратите също имат структурни функции и са основният източник на енергия за органичните същества.

Източник: pixabay.com

Липидите са важни компоненти на биологичните мембрани и други вещества, като хормони. Те също функционират като елементи за съхранение на енергия. И накрая, нуклеиновите киселини - ДНК и РНК - съдържат цялата информация, необходима за развитието и поддържането на живите същества.

Основни характеристики

Една от най-важните характеристики на органичните биомолекули е тяхната гъвкавост, когато става въпрос за формиране на структури. Това огромно разнообразие от органични варианти, които могат да съществуват, се дължи на привилегированата ситуация, която въглеродният атом допринася в средата на втория период.

Въглеродният атом има четири електрона в последното енергийно ниво. Благодарение на средната си електроотрицателност, той е способен да образува връзки с други въглеродни атоми, да образува вериги с различна форма и дължина, отворени или затворени, с единични, двойни или тройни връзки вътре.

По същия начин средната електроотрицателност на въглеродния атом му позволява да образува връзки с други атоми, различни от въглеродните, като електропозитивен (водород) или електроотрицателен (кислород, азот, сяра и др.).

Това свойство на връзката позволява да се установи класификация на въглеродните емисии в първични, вторични, третични или четвъртични, в зависимост от броя на въглерода, с който е свързан. Тази класификационна система не зависи от броя валентности, включени във връзката.

Класификация и функции

Органичните молекули се класифицират в четири големи групи: протеини, въглехидрати, липиди и нуклеинови киселини. Ще ги опишем подробно по-долу:

-Протеини

Протеините са група от органични молекули, най-добре дефинирани и характеризирани от биолозите. Това широко знание се дължи главно на присъщата лекота, която съществува, за да бъде изолирана и характеризирана - в сравнение с останалите три органични молекули.

Протеините играят редица изключително широки биологични роли. Те могат да служат като носители, структурни и дори каталитични молекули. Тази последна група е съставена от ензими.

Строителни блокове: аминокиселини

Строителните елементи на протеините са аминокиселини. В природата откриваме 20 вида аминокиселини, всяка със своите добре определени физикохимични свойства.

Тези молекули са класифицирани като алфа-аминокиселини, тъй като имат първична амино група и група карбоксилна киселина като заместител на същия въглероден атом. Единственото изключение от това правило е аминокиселината пролин, която се класифицира като алфа-иминокиселина поради наличието на вторична аминогрупа.

За да образуват протеини, тези „градивни елементи“ трябва да се полимеризират и те правят това чрез образуване на пептидна връзка. Образуването на протеинова верига включва отстраняване на една водна молекула за всяка пептидна връзка. Тази връзка е представена като CO-NH.

Освен че са част от протеините, някои аминокиселини се считат за енергийни метаболити и много от тях са основни хранителни елементи.

Свойства на аминокиселините

Всяка аминокиселина има своята маса и средния си вид в протеините. В допълнение, всяка има рК стойност на алфа-карбоксилната киселина, алфа-амино и страничните групи.

PK стойностите на групите на карбоксилната киселина са около 2,2; докато алфа-амино групите представят рК стойности, близки до 9.4. Тази характеристика води до типична структурна характеристика на аминокиселините: при физиологично pH двете групи са в йонна форма.

Когато молекулата носи заредени групи с противоположни полярности, те се наричат ​​zwitterions или zwitterions. Следователно аминокиселината може да действа като киселина или като основа.

Повечето от алфа-аминокиселините имат точки на топене близо до 300 ° C. Те се разтварят по-лесно в полярна среда, в сравнение с тяхната разтворимост в неполярни разтворители. Повечето са доста разтворими във вода.

Структура на протеини

За да се уточни функцията на определен протеин, е необходимо да се определи неговата структура, тоест триизмерната връзка, която съществува между атомите, които съставляват въпросния протеин. За протеините са определени четири нива на организация на тяхната структура:

Първична структура: се отнася до аминокиселинната последователност, съставляваща протеина, с изключение на всяка форма, която неговите странични вериги могат да поемат.

Вторична структура: тя се формира от локалното пространствено разположение на скелетните атоми. Отново конформацията на страничните вериги не се взема предвид.

Третична структура: се отнася до триизмерната структура на целия протеин. Въпреки че може да е трудно да се установи ясно разделение между третичната и вторичната структура, дефинираните конформации (като наличието на спирали, сгънати листове и обрати) се използват изключително за обозначаване на вторични структури.

Кватернерна структура: важи за онези протеини, които са съставени от няколко субединици. Тоест от две или повече отделни полипептидни вериги. Тези единици могат да взаимодействат чрез ковалентни сили или чрез дисулфидни връзки. Пространственото подреждане на субединиците определя кватернерната структура.

-Carbohydrates

Въглехидратите, въглехидратите или захаридите (от гръцките корени sakcharón, което означава захар) са най-изобилният клас органични молекули на цялата планета Земя.

Тяхната структура може да се заключи от името "въглехидрати", тъй като те са молекули с формула (СН ₂ О) _п, където п е по-голямо от 3.

Функциите на въглехидратите са разнообразни. Една от основните е от структурен тип, особено при растенията. В растителното царство целулозата е основният й структурен материал, което съответства на 80% от сухото тегло на организма.

Друга релевантна функция е енергийната му роля. Полизахаридите, като нишестето и гликогена, представляват важни източници на хранителни запаси.

класификация

Основните единици на въглехидратите са монозахариди или прости захари. Те се получават от алдехиди или кетони с права верига и многохидратни алкохоли.

Те се класифицират според химическата природа на тяхната карбонилна група в алдози и кетози. Те също са класифицирани въз основа на броя на въглеродните емисии.

Монозахаридите се групират заедно, за да образуват олигозахариди, които често се срещат във връзка с други видове органични молекули като протеини и липиди. Те се класифицират като хомополизахариди или хетерополизахариди, в зависимост от това дали са съставени от едни и същи монозахариди (първият случай) или са различни.

Освен това те се класифицират и според естеството на монозахарида, който ги съставя. Глюкозните полимери се наричат ​​глюкани, тези, направени от галактоза, се наричат ​​галактани и т.н.

Полизахаридите имат особеността да образуват прави и разклонени вериги, тъй като гликозидните връзки могат да се образуват с някоя от хидроксилните групи, намиращи се в монозахарида.

Когато се свързват по-голям брой монозахаридни единици, говорим за полизахариди.

-Lipids

Липидите (от гръцки липос, което означава мазнини) са органични молекули, които са неразтворими във вода и разтворими в неорганични разтворители, като хлороформ. Те съставят мазнини, масла, витамини, хормони и биологични мембрани.

класификация

Мастни киселини: те са карбоксилни киселини с вериги, образувани от въглеводороди със значителна дължина. Физиологично е рядко да ги намерите безплатни, тъй като в повечето случаи те са естерифицирани.

При животни и растения често ги откриваме в тяхната ненаситена форма (образуваща двойни връзки между въглеродите) и полиненаситените (с две или повече двойни връзки).

Триацилглицероли: наричани също триглицериди или неутрални мазнини, те представляват по-голямата част от мазнините и маслата, присъстващи в животни и растения. Основната му функция е да съхранява енергия при животните. Те имат специализирани клетки за съхранение.

Те се класифицират според идентичността и разположението на остатъците от мастни киселини. Обикновено растителните масла са течни при стайна температура и са по-богати на остатъци от мастни киселини с двойни и тройни връзки между техните въглеродни емисии.

За разлика от тях животинските мазнини са твърди при стайна температура, а броят на ненаситените въглероди е нисък.

Глицерофосфолипиди: известни още като фосфоглицериди, те са основните компоненти на липидните мембрани.

Глицерофосфолипидите имат "опашка" с аполарни или хидрофобни характеристики и полярна или хидрофилна "глава". Тези структури са групирани в двуслоен, като опашките са насочени навътре, за да образуват мембраните. В тях са вградени поредица от протеини.

Сфинголипиди: те са липиди, които се намират в много ниски количества. Те също са част от мембраните и са получени от сфингозин, дихидросфингозин и техните хомолози.

Холестерол: при животните той е преобладаващ компонент на мембраните, който променя техните свойства, като тяхната течливост. Той се намира и в мембраните на клетъчните органели. Той е важен предшественик на стероидните хормони, свързани със сексуалното развитие.

-Нуклеинова киселина

Нуклеиновите киселини са ДНК и различните видове РНК, които съществуват. ДНК отговаря за съхранението на цялата генетична информация, което позволява развитието, растежа и поддържането на живите организми.

РНК, от своя страна, участва в преминаването на генетична информация, кодирана в ДНК, към протеинови молекули. Класически се разграничават три вида РНК: месинджър, трансфер и рибозом. Съществуват обаче редица малки РНК, които притежават регулаторни функции.

Строителни блокове: нуклеотиди

Строителните елементи на нуклеиновите киселини, ДНК и РНК, са нуклеотиди. Химически те представляват фосфатни естери на пентозите, в които към първия въглерод е прикрепена азотна основа. Можем да различим рибонуклеотидите и дезоксирибонуклеотидите.

Тези молекули са плоски, ароматни и хетероциклични. Когато фосфатната група липсва, нуклеотидът се преименува на нуклеозид.

В допълнение към ролята си на мономери в нуклеиновите киселини, тези молекули са биологично повсеместни и участват в значителен брой процеси.

Нуклеозид трифосфатите са продукти, богати на енергия, като АТФ и се използват като енергийна валута на клетъчните реакции. Те са важен компонент на коензимите NAD ⁺, NADP ⁺, FMN, FAD и коензим А. И накрая, те са регулаторни елементи на различни метаболитни пътища.

Примери

Има безброй примери за органични молекули. Най-изтъкнатите и изследвани от биохимиците ще бъдат разгледани по-долу:

хемоглобин

Хемоглобинът, червеният пигмент в кръвта, е един от класическите примери за протеини. Благодарение на широката си дифузия и лесната изолация, той е бил изследван протеин от древни времена.

Това е протеин, съставен от четири субединици, поради което попада в тетрамерната класификация, с две алфа и две бета единици. Субединиците на хемоглобина са свързани с малък протеин, отговорен за усвояването на кислород в мускулите: миоглобин.

Хемовата група е производно на порфирин. Това характеризира хемоглобина и е същата група, открита в цитохромите. Групата на хема е отговорна за характерния червен цвят на кръвта и е физическата област, където всеки мономер на глобин се свързва с кислород.

Основната функция на този протеин е транспортирането на кислород от органа, отговорен за обмена на газове - наречете го белите дробове, хрилете или кожата - до капилярите, които да се използват при дишане.

целулоза

Целулозата е линеен полимер, съставен от D-глюкозни субединици, свързани с бета 1,4 връзки. Подобно на повечето полизахариди, те нямат ограничен максимален размер. Въпреки това, средно те имат около 15 000 остатъци от глюкоза.

Той е компонентът на клетъчните стени на растенията. Благодарение на целулозата, те са твърди и позволяват да издържат на осмотичен стрес. По същия начин, при по-големи растения, като дървета, целулозата осигурява подкрепа и стабилност.

Въпреки че е свързан предимно със зеленчуци, някои животни, наречени тинеки, имат целулоза в структурата си.

Счита се, че средно 10 ¹⁵ килограма целулоза се синтезират - и се разграждат - годишно.

Биологични мембрани

Биологичните мембрани са съставени главно от две биомолекули, липиди и протеини. Пространствената конформация на липидите е под формата на двуслоен, като хидрофобните опашки са насочени навътре, а хидрофилните глави са насочени навън.

Мембраната е динамично образувание и нейните компоненти изпитват чести движения.

Препратки

1. Aracil, CB, Rodríguez, MP, Magraner, JP, и Pérez, RS (2011). Основи на биохимията. Университета на Валенсия.
2. Battaner Arias, E. (2014). Компендиум по ензимология. Университетски издания в Саламанка.
3. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Биохимия. Обърнах се.
4. Devlin, TM (2004). Биохимия: учебник с клинични приложения. Обърнах се.
5. Díaz, AP, & Pena, A. (1988). Биохимия. Редакторска лимуза.
6. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1994). Човешка биохимия: основен курс. Обърнах се.
7. Мюлер - Esterl, W. (2008). Биохимия. Основи за медицината и науките за живота. Обърнах се.
8. Teijón, JM (2006). Основи на структурната биохимия. Редакция Тебар.