МАКРОМОЛЕКУЛИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВИДОВЕ, ФУНКЦИИ И ПРИМЕРИ - БИОЛОГИЯ - 2025

На макромолекули са големи молекули - обикновено над 1000 атоми - образувани от обединението на мономери estructurares или по-малки блокове. В живите същества откриваме четири основни типа макромолекули: нуклеинови киселини, липиди, въглехидрати и протеини. Има и други от синтетичен произход, като пластмаса.

Всеки вид биологична макромолекула се състои от специфичен мономер, а именно: нуклеинови киселини от нуклеотиди, въглехидрати от монозахариди, протеини от аминокиселини и липиди от въглеводороди с променлива дължина.

Източник: pixabay.com

Що се отнася до тяхната функция, въглехидратите и липидите съхраняват енергия за клетката, за да провежда химическите си реакции, и те също се използват като структурни компоненти.

Протеините имат и структурни функции, в допълнение към това, че са молекули с катализа и транспортна способност. И накрая, нуклеиновите киселини съхраняват генетична информация и участват в синтеза на протеини.

Синтетичните макромолекули следват същата структура като биологичната: много мономери, свързани заедно, за да образуват полимер. Примери за това са полиетилен и найлон. Синтетичните полимери са широко използвани в индустрията за производство на тъкани, пластмаси, изолация и др.

характеристики

размер

Както подсказва името, една от отличителните характеристики на макромолекулите е големият им размер. Те са съставени от най-малко 1000 атома, свързани с ковалентни връзки. При този тип връзка атомите, участващи в връзката, споделят електроните от последното ниво.

конституция

Друг термин, използван за обозначаване на макромолекулите, е полимер ("много части"), които са съставени от повтарящи се единици, наречени мономери ("една част"). Това са структурните единици на макромолекулите и могат да бъдат еднакви или различни една от друга, в зависимост от случая.

Бихме могли да използваме аналогията на детската игра Лего. Всяко от парчетата представлява мономерите и когато ги съединим, за да образуват различни структури, получаваме полимера.

Ако мономерите са еднакви, полимерът е хомополимер; и ако те са различни, това ще бъде хетерополимер.

Има и номенклатура за обозначаване на полимера в зависимост от неговата дължина. Ако молекулата е съставена от няколко субединици, тя се нарича олигомер. Например, когато искаме да се отнасяме до малка нуклеинова киселина, ние я наричаме олигонуклеотид.

структура

Предвид невероятното разнообразие от макромолекули е трудно да се установи обща структура. "Скелетът" на тези молекули е съставен от съответните им мономери (захари, аминокиселини, нуклеотиди и др.) И те могат да бъдат групирани по линеен, разклонен начин или да приемат по-сложни форми.

Както ще видим по-късно, макромолекулите могат да имат биологичен или синтетичен произход. Първите имат безкрайност на функциите в живите същества, а вторите се използват широко от обществото - например пластмаса.

Биологични макромолекули: функции, структура и примери

В органичните същества откриваме четири основни типа макромолекули, които изпълняват огромен брой функции, позволявайки развитието и поддържането на живота. Това са протеини, въглехидрати, липиди и нуклеинови киселини. По-долу ще опишем най-важните му характеристики.

протеин

Протеините са макромолекули, чиито структурни единици са аминокиселини. В природата откриваме 20 вида аминокиселини.

структура

Тези мономери са съставени от централна въглероден атом (наречени алфа въглерод), свързани чрез ковалентни връзки към четири различни групи: водороден атом, амино група (NH ₂), карбоксилна група (СООН) и R група.

20-те вида аминокиселини се различават един от друг само по идентичността на групата R. Тази група варира по отношение на химичното си естество, като е в състояние да намери основни, кисели, неутрални аминокиселини, с дълги, къси и ароматни вериги, между другото.

Остатъците от аминокиселина се държат заедно с пептидни връзки. Природата на аминокиселините ще определи естеството и характеристиките на получения протеин.

Линейната последователност на аминокиселини представлява първичната структура на протеините. След това те са сгънати и групирани в различни модели, образувайки вторичните, третичните и четвъртичните структури.

функция

Протеините обслужват различни функции. Някои служат като биологични катализатори и се наричат ​​ензими; някои са структурни протеини, като кератин, присъстващ в косата, ноктите и др.; и други изпълняват транспортни функции, като хемоглобин в нашите червени кръвни клетки.

Нуклеинови киселини: ДНК и РНК

Вторият вид полимер, който е част от живите същества, са нуклеиновите киселини. В този случай структурните единици не са аминокиселини, както в протеините, а са мономери, наречени нуклеотиди.

структура

Нуклеотидите са изградени от фосфатна група, пет въглеродна захар (централен компонент на молекулата) и азотна основа.

Има два типа нуклеотиди: рибонуклеотиди и дезоксирибонуклеотиди, които варират по отношение на основната захар. Първите са структурните компоненти на рибонуклеиновата киселина или РНК, а вторите са тези на дезоксирибонуклеиновата киселина или ДНК.

И в двете молекули нуклеотидите се държат заедно с помощта на фосфодиестерна връзка - еквивалентна на пептидната връзка, която държи протеините заедно.

Структурните компоненти на ДНК и РНК са сходни и се различават по структура, тъй като РНК се намира под формата на единична лента, а ДНК в двойна лента.

функция

РНК и ДНК са двата вида нуклеинови киселини, които откриваме в живите същества. РНК е многофункционална, динамична молекула, която се появява в различни структурни формации и участва в синтеза на протеини и в регулирането на генната експресия.

ДНК е макромолекулата, която отговаря за съхраняването на цялата генетична информация на организма, необходима за неговото развитие. Всички наши клетки (с изключение на зрелите червени кръвни клетки) имат генетичен материал, съхраняван в ядрото им, по много компактен и организиран начин.

Въглехидрати

Въглехидратите, известни още като въглехидрати или просто като захари, са макромолекули, изградени от градивни елементи, наречени монозахариди (буквално „захар“).

структура

Молекулната формула на въглехидрати е (СН ₂ О) _п. Стойността на n може да варира от 3, за най-проста захар, до хиляди за най-сложните въглехидрати, като е доста променлива по отношение на дължината.

Тези мономери имат способността да полимеризират помежду си чрез реакция, включваща две хидроксилни групи, което води до образуването на ковалентна връзка, наречена гликозидна връзка.

Тази връзка държи въглехидратните мономери заедно по същия начин, по който пептидните връзки и фосфодиестерните връзки държат съответно протеини и нуклеинови киселини.

Въпреки това, пептидни и фосфодиестерни връзки се срещат в специфични области на техните съставни мономери, докато гликозидните връзки могат да се образуват с всяка хидроксилна група.

Както споменахме в предишния раздел, малките макромолекули са обозначени с префикса олиго. В случай на малки въглехидрати се използва терминът олигозахариди, ако те са само два свързани мономера, това е дизахарид, а ако са по-големи - полизахариди.

функция

Захарите са основни макромолекули за живота, тъй като те изпълняват енергийни и структурни функции. Те осигуряват необходимата химическа енергия за задвижване на значителен брой реакции вътре в клетките и се използват като "гориво" за живите същества.

Други въглехидрати, като гликоген, служат за съхраняване на енергия, така че клетката да може да се черпи от нея, когато е необходимо.

Те имат и структурни функции: те са част от други молекули, като нуклеинови киселини, клетъчните стени на някои организми и екзоскелетите на насекомите.

В растенията и някои протестисти например откриваме сложна въглехидрата, наречена целулоза, съставена само от глюкозни единици. Тази молекула е невероятно изобилна на земята, тъй като присъства в клетъчните стени на тези организми и в други поддържащи структури.

Липидите

"Липид" е термин, използван за обхващане на голям брой неполярни или хидрофобни молекули (с фобия или отблъскване към водата), съставени от въглеродни вериги. За разлика от споменатите три молекули, протеини, нуклеинови киселини и въглехидрати, няма ли един мономер за липиди.

структура

От структурна гледна точка липидът може да се представи по много начини. Тъй като те са направени от въглеводороди (СН), връзките не са частично заредени, така че не са разтворими в полярни разтворители като вода. Те обаче могат да бъдат разтворени в други видове неполярни разтворители като бензол.

Мастната киселина е съставена от споменатите въглеводородни вериги и карбоксилна група (COOH) като функционална група. Обикновено една мастна киселина съдържа 12 до 20 въглеродни атома.

Веригите на мастните киселини могат да бъдат наситени, когато всички въглеродни съединения са свързани заедно с единични връзки, или ненаситени, когато в структурата присъстват повече от една двойна връзка. Ако съдържа множество двойни връзки, това е полиненаситена киселина.

Видове липиди според тяхната структура

В клетката има три вида липиди: стероиди, мазнини и фосфолипиди. Стероидите се характеризират с обемна структура с четири пръстена. Холестеролът е най-известният и е важен компонент на мембраните, тъй като той контролира тяхната течливост.

Мазнините се състоят от три мастни киселини, свързани чрез естерна връзка с молекула, наречена глицерол.

И накрая, фосфолипидите се състоят от молекула на глицерол, свързана с фосфатна група и две вериги от мастни киселини или изопреноиди.

функция

Подобно на въглехидратите, липидите също функционират като източник на енергия за клетката и като компоненти на някои структури.

Липидите имат съществена функция за всички живи форми: те са основна съставка на плазмената мембрана. Те формират решаващата граница между живите и неживите, служейки като селективна бариера, която решава какво влиза в клетката и какво не, благодарение на полупропускливото й свойство.

Освен липидите, мембраните се състоят и от различни протеини, които функционират като селективни преносители.

Някои хормони (като сексуалните) имат липиден характер и са от съществено значение за развитието на организма.

транспорт

В биологичните системи макромолекулите се транспортират между вътрешността и външността на клетките чрез процеси, наречени ендо и екзоцитоза (включващи образуването на везикули) или чрез активен транспорт.

Ендоцитозата обхваща всички механизми, които клетката използва, за да постигне навлизането на големи частици и се класифицира като: фагоцитоза, когато елементът, който трябва да бъде погълнат, е твърда частица; пиноцитоза, когато навлиза извънклетъчна течност; и ендоцитоза, медиирана от рецептори.

Повечето от погълнатите по този начин молекули се оказват в органела, отговаряща за храносмилането: лизозомата. Други се оказват във фагосоми - които имат свойства на сливане с лизозоми и образуват структура, наречена фаголизозоми.

По този начин ензимната батерия, присъстваща в лизозома, завършва с разрушаване на първоначално въведените макромолекули. Мономерите, които са ги образували (монозахариди, нуклеотиди, аминокиселини) се транспортират обратно в цитоплазмата, където се използват за образуването на нови макромолекули.

В цялото черво има клетки, които имат специфични преносители за усвояването на всяка макромолекула, която е била консумирана в диетата. Например, транспортерите PEP1 и PEP2 се използват за протеини и SGLT за глюкоза.

Синтетични макромолекули

В синтетичните макромолекули намираме също същия структурен модел, описан за макромолекули от биологичен произход: мономери или малки субединици, които са свързани с връзки, за да образуват полимер.

Има различни видове синтетични полимери, най-простият е полиетилен. Това е инертна пластмаса с химична формула CH ₂ -СН ₂ (свързан чрез двойна връзка) доста често в индустрията, тъй като той е евтин и лесен за производство.

Както се вижда, структурата на тази пластмаса е линейна и няма разклонения.

Полиуретанът е друг полимер, широко използван в индустрията за производство на пени и изолатори. Със сигурност ще имаме гъба от този материал в нашите кухни. Този материал се получава чрез кондензация на хидроксилни основи, смесени с елементи, наречени диизоцианати.

Има и други синтетични полимери с по-голяма сложност, като найлон (или найлон). Сред характеристиките му е това, че е много устойчив, със значителна еластичност. Текстилната промишленост се възползва от тези характеристики за производството на тъкани, четинки, линии и др. Използва се и от лекарите за извършване на шевове.

Препратки

1. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Биохимия. Обърнах се.
2. Campbell, MK, & Farrell, SO (2011). Биохимия. Thomson. Брукс / Коул.
3. Devlin, TM (2011). Учебник по биохимия. John Wiley & Sons.
4. Freeman, S. (2017). Биологична наука. Pearson Education.
5. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Биохимия: текст и атлас. Panamerican Medical Ed.
6. Moldoveanu, SC (2005). Аналитична пиролиза на синтетични органични полимери (том 25). Elsevier.
7. Moore, JT, & Langley, RH (2010). Биохимия за манекени. John Wiley & Sons.
8. Mougios, V. (2006). Упражнение биохимия. Човешка кинетика.
9. Müller-Esterl, W. (2008). Биохимия. Основи за медицината и науките за живота. Обърнах се.
10. Poortmans, JR (2004). Принципи на биохимия на упражненията. 3 ^-то, преработено издание. Karger.
11. Voet, D., & Voet, JG (2006). Биохимия. Panamerican Medical Ed.