ORGAANISET BIOMOLEKYYLIT: OMINAISUUDET, TOIMINNOT JA ESIMERKIT - BIOLOGIA - 2026

Orgaaninen biomolekyylien löytyy kaikkien elävien olentojen ja niille on tunnusomaista rakenne, joka perustuu hiiliatomin. Jos verrataan niitä epäorgaanisiin molekyyleihin, orgaaniset ovat rakenteeltaan paljon monimutkaisempia. Lisäksi ne ovat paljon monipuolisempia.

Ne luokitellaan proteiineiksi, hiilihydraateiksi, lipideiksi ja nukleiinihapoiksi. Sen toiminnot ovat erittäin monipuoliset. Proteiinit osallistuvat rakenteellisina, toiminnallisina ja katalyyttisinä elementteinä. Hiilihydraateilla on myös rakenteellisia tehtäviä ja ne ovat orgaanisten olentojen tärkein energialähde.

Lähde: pixabay.com

Lipidit ovat tärkeitä komponentteja biologisissa membraaneissa ja muissa aineissa, kuten hormoneissa. Ne toimivat myös energian varastointielementeinä. Lopuksi, nukleiinihapot - DNA ja RNA - sisältävät kaiken elävien olentojen kehityksen ja ylläpidon kannalta tarpeelliset tiedot.

Yleispiirteet, yleiset piirteet

Yksi orgaanisten biomolekyylien merkityksellisimmistä ominaisuuksista on niiden monipuolisuus rakenteiden muodostamisessa. Tämä orgaanisten varianttien valtava monimuotoisuus, joka voi esiintyä, johtuu etuoikeutetusta tilanteesta, johon hiiliatomi vaikuttaa, toisen jakson puolivälissä.

Hiiliatomilla on neljä elektronia viimeisellä energiatasolla. Keskipitkän elektronegatiivisuutensa ansiosta se pystyy muodostamaan sidoksia muiden hiiliatomien kanssa, muodostamaan eri muodon ja pituuden ketjuja, avoimia tai suljettuja, yhden, kahden tai kolmoissidoksen sisällä.

Samalla tavalla hiiliatomin keskimääräinen elektronegatiivisuus antaa sille mahdollisuuden muodostaa sidoksia muiden hiilestä poikkeavien atomien kanssa, kuten sähköpositiivinen (vety) tai elektronegatiivinen (muun muassa happi, typpi, rikki).

Tämän sidoksen ominaisuuden avulla voidaan määrittää primaari-, sekundaari-, tertiääri- tai kvaternäärihiilivetyjen luokittelu riippuen hiilen lukumäärästä, johon se on sitoutunut. Tämä luokitusjärjestelmä on riippumaton linkissä olevien valenssien lukumäärästä.

Luokittelu ja toiminnot

Orgaaniset molekyylit luokitellaan neljään suureen ryhmään: proteiinit, hiilihydraatit, lipidit ja nukleiinihapot. Kuvailemme niitä yksityiskohtaisesti alla:

proteiineissa

Proteiinit ovat orgaanisten molekyylien ryhmä, jonka biologit määrittelevät ja karakterisoivat parhaiten. Tämä laaja tieto johtuu pääasiassa luontaisesta helppoudesta, joka on olemassa eristämistä ja karakterisointia varten - verrattuna muihin kolmeen orgaaniseen molekyyliin.

Proteiineilla on useita erittäin laajoja biologisia tehtäviä. Ne voivat toimia kantaja-, rakenne- ja jopa katalyyttimolekyyleinä. Tämä viimeinen ryhmä koostuu entsyymeistä.

Rakennuspalikat: aminohapot

Proteiinien rakennuspalikat ovat aminohappoja. Luonnossa löydämme 20 aminohappotyyppiä, joilla jokaisella on hyvin määritellyt fysikaalis-kemialliset ominaisuudet.

Nämä molekyylit luokitellaan alfa-aminohapoiksi, koska niillä on primaarinen aminoryhmä ja karboksyylihapporyhmä substituenttina samassa hiiliatomissa. Ainoa poikkeus tästä säännöstä on aminohappo proliini, joka luokitellaan alfa-iminohapoksi sekundaarisen aminoryhmän läsnäolon takia.

Proteiinien muodostamiseksi näiden ”rakennuspalikoiden” täytyy polymeroitua, ja ne tekevät niin muodostamalla peptidisidoksen. Proteiiniketjun muodostuminen sisältää yhden vesimolekyylin poistamisen jokaiselta peptidisidolta. Tätä sidosta edustaa CO-NH.

Sen lisäksi, että jotkut aminohapot ovat osa proteiineja, niitä pidetään energian metaboliiteina ja monet niistä ovat välttämättömiä ravintoaineita.

Aminohappojen ominaisuudet

Jokaisella aminohapolla on massa ja keskimääräinen ulkonäkö proteiineissa. Lisäksi jokaisella on alfa-karboksyylihappo-, alfa-amino- ja sivuryhmäryhmien pK-arvo.

Karboksyylihapporyhmien pK-arvot ovat noin 2,2; kun taas alfa-aminoryhmissä pK-arvot ovat lähellä 9,4. Tämä ominaisuus johtaa aminohappojen tyypilliseen rakenneominaisuuteen: fysiologisessa pH: ssa molemmat ryhmät ovat ionimuodossa.

Kun molekyylissä on varautuneita vastakkaisista polaarisuuksista koostuvia ryhmiä, niitä kutsutaan kahtaisiooniksi tai kahtaisiksi. Siksi aminohappo voi toimia hapkona tai emäksenä.

Suurimmalla osalla alfa-aminohapoista on sulamispisteet lähellä 300 ° C. Ne liukenevat helpommin polaarisissa ympäristöissä verrattuna niiden liukoisuuteen ei-polaarisiin liuottimiin. Suurin osa liukenee veteen.

Proteiinien rakenne

Tietyn proteiinin toiminnan määrittämiseksi on tarpeen määrittää sen rakenne, ts. Kolmiulotteinen suhde, joka on kyseessä olevan proteiinin muodostavien atomien välillä. Proteiineille on määritetty niiden rakenteen neljä organisaatiotasoa:

Primaarirakenne: viittaa aminohapposekvenssiin, joka muodostaa proteiinin, lukuun ottamatta konformaatiota, jonka sen sivuketjut voivat ottaa.

Toissijainen rakenne: se muodostuu luuatomien paikallisesta alueellisesta järjestelystä. Jälleen sivuketjujen muodostumista ei oteta huomioon.

Tertiäärinen rakenne: viittaa koko proteiinin kolmiulotteiseen rakenteeseen. Vaikka voi olla vaikeaa määrittää selkeä jako tertiäärisen ja toissijaisen rakenteen välille, määriteltyjä konformaatioita (kuten kierukkojen, taitettujen levyjen ja kierteiden läsnäolo) käytetään yksinomaan sekundaarirakenteiden osoittamiseen.

Kvaternäärinen rakenne: koskee niitä proteiineja, jotka koostuvat useista alayksiköistä. Eli kahdella tai useammalla yksittäisellä polypeptidiketjulla. Nämä yksiköt voivat olla vuorovaikutuksessa kovalenttisten voimien tai disulfidisidosten kautta. Alayksiköiden paikallinen järjestely määrää kvaternäärisen rakenteen.

-Carbohydrates

Hiilihydraatit, hiilihydraatit tai sakkaridit (kreikkalaisista juurista sakcharón, mikä tarkoittaa sokeria) ovat runsasluokkaisin orgaanisten molekyylien luokka koko maapallolla.

Niiden rakenne voidaan päätellä niiden nimi "hiilihydraatit", koska ne ovat molekyylejä, joilla on kaava (CH ₂ O) _n, jossa n on suurempi kuin 3.

Hiilihydraattien toiminnot ovat erilaisia. Yksi tärkeimmistä on rakenteellisia, etenkin kasveissa. Kasvivaltakunnassa selluloosa on sen päärakennemateriaali, joka vastaa 80% kehon kuivasta painosta.

Toinen merkityksellinen toiminto on sen energinen rooli. Polysakkaridit, kuten tärkkelys ja glykogeeni, ovat tärkeitä ravintovarastojen lähteitä.

Luokittelu

Hiilihydraattien perusyksiköt ovat monosakkarideja tai yksinkertaisia ​​sokereita. Ne ovat peräisin suoraketjuisista aldehydeistä tai ketoneista ja moniarvoisista alkoholeista.

Ne luokitellaan karbonyyliryhmänsä kemiallisen luonteen perusteella aldooseiksi ja ketoosiksi. Ne luokitellaan myös hiilimäärän perusteella.

Monosakkaridit ryhmittyvät yhdessä muodostamaan oligosakkarideja, joita esiintyy usein yhdessä muun tyyppisten orgaanisten molekyylien, kuten proteiinien ja lipidien kanssa. Ne luokitellaan homopolysakkarideiksi tai heteropolysakkarideiksi riippuen siitä, koostuvatko ne samoista monosakkarideista (ensimmäinen tapaus) vai ovatko ne erilaisia.

Lisäksi ne luokitellaan niitä muodostavan monosakkaridin luonteen mukaan. Glukoosipolymeerejä kutsutaan glukaaneiksi, galaktoosista valmistettuja kutsutaan galaktaneiksi jne.

Polysakkarideilla on erityisominaisuus muodostaa suoria ja haarautuneita ketjuja, koska glykosidisidoksia voidaan muodostaa minkä tahansa monosakkaridissa olevan hydroksyyliryhmän kanssa.

Kun liittyy enemmän monosakkaridiyksiköitä, puhumme polysakkarideista.

-Lipids

Lipidit (kreikan lipoista, mikä tarkoittaa rasvaa) ovat orgaanisia molekyylejä, jotka eivät liukene veteen ja liukenevat epäorgaanisiin liuottimiin, kuten kloroformiin. Ne muodostavat rasvat, öljyt, vitamiinit, hormonit ja biologiset kalvot.

Luokittelu

Rasvahapot: ne ovat karboksyylihappoja, joiden ketjut muodostuvat huomattavan pitkistä hiilivedyistä. Fysiologisesti on harvinaista löytää ne vapaiksi, koska useimmissa tapauksissa ne ovat esteröityjä.

Eläimissä ja kasveissa löydämme ne usein tyydyttymättömässä muodossa (muodostaen kaksoissidoksia hiilien välille) ja monityydyttymättömissä (kahdella tai useammalla kaksoissidoksella).

Triasyyliglyserolit: kutsutaan myös triglyserideiksi tai neutraaleiksi rasvoiksi, ne muodostavat suurimman osan eläimissä ja kasveissa esiintyvistä rasvoista ja öljyistä. Sen päätehtävä on energian varastointi eläimiin. Niillä on erikoistuneet solut varastointia varten.

Ne luokitellaan rasvahappotähteiden identiteetin ja sijainnin perusteella. Yleensä kasviöljyt ovat nestemäisiä huoneenlämpötilassa ja rikkaampia rasvahappotähteillä, joissa hiilien välillä on kaksois- ja kolmoissidokset.

Sitä vastoin eläinrasvat ovat kiinteitä huoneenlämpötilassa ja tyydyttymättömien hiilien lukumäärä on pieni.

Glyserofosfolipidit: tunnetaan myös nimellä fosfoglyseridit, ne ovat lipidikalvojen pääkomponentit.

Glyserofosfolipideillä on "häntä", jolla on apolaarisia tai hydrofobisia ominaisuuksia, ja polaarinen tai hydrofiilinen "pää". Nämä rakenteet on ryhmitelty kaksikerroksiseksi, hännät osoittaen sisäänpäin, kalvojen muodostamiseksi. Näihin upotetaan joukko proteiineja.

Sfingolipidit: ne ovat lipidejä, joita löytyy erittäin pieninä määrinä. Ne ovat myös osa kalvoja ja ovat peräisin sfingosiinista, dihydrosfingosiinista ja niiden homologeista.

Kolesteroli: eläimissä se on kalvojen pääosa, joka muuttaa niiden ominaisuuksia, kuten juoksevuutta. Se sijaitsee myös soluorganellikalvoissa. Se on tärkeä steroidihormonien edeltäjä, joka liittyy sukupuoliseen kehitykseen.

-Nukleiinihapot

Nukleiinihapot ovat DNA: ta ja olemassa olevia erityyppisiä RNA: ta. DNA on vastuussa kaiken geneettisen tiedon tallentamisesta, mikä mahdollistaa elävien organismien kehityksen, kasvun ja ylläpidon.

RNA puolestaan ​​osallistuu DNA: n koodaaman geneettisen tiedon siirtämiseen proteiinimolekyyleihin. Klassisesti erotellaan kolme tyyppiä RNA: messenger, siirto ja ribosomaalinen. On kuitenkin joukko pieniä RNA: ita, joilla on sääntelytoimintoja.

Rakennuspalikat: nukleotidit

Nukleiinihappojen, DNA: n ja RNA: n, rakennuspalikat ovat nukleotidejä. Kemiallisesti ne ovat pentoosien fosfaattiestereitä, joissa typpipitoinen emäs on kiinnittynyt ensimmäiseen hiileen. Voimme erottaa ribonukleotidit ja deoksiribonukleotidit.

Nämä molekyylit ovat litteitä, aromaattisia ja heterosyklisiä. Kun fosfaattiryhmää ei ole, nukleotidi nimitetään uudelleen nukleosidiksi.

Sen lisäksi, että nämä molekyylit ovat monomeerejä nukleiinihapoissa, nämä molekyylit ovat biologisesti kaikkialla läsnä ja osallistuvat huomattavaan määrään prosesseja.

Nukleosiditrifosfaatit ovat energiarikkaita tuotteita, kuten ATP, ja niitä käytetään solureaktioiden energiavaluuttana. Ne ovat tärkeä osa koentsyymejä NAD ⁺, NADP ⁺, FMN, FAD ja koentsyymi A. Lopuksi, ne ovat eri aineenvaihduntareittien säätelyelementtejä.

esimerkit

Orgaanisista molekyyleistä on lukemattomia esimerkkejä. Seuraavassa keskustellaan biokeemikoiden näkyvimmistä ja tutkimista:

Hemoglobiini

Hemoglobiini, veren punainen pigmentti, on yksi klassisista esimerkkeistä proteiineista. Laajan diffuusion ja helpon eristyksen ansiosta se on ollut proteiini, jota on tutkittu muinaisista ajoista lähtien.

Se on proteiini, joka koostuu neljästä alayksiköstä, minkä vuoksi se kuuluu tetrameeriseen luokitukseen, jossa on kaksi alfa- ja kaksi beetayksikköä. Hemoglobiinin alayksiköt liittyvät pieneen proteiiniin, joka vastaa lihaksen hapenotosta: myoglobiini.

Hemiryhmä on johdannainen porfyriinistä. Tämä luonnehtii hemoglobiinia ja on sama ryhmä, jota löytyy sytokromeista. Hemiryhmä vastaa veren ominaisesta punaisesta väristä ja on fysikaalinen alue, jossa jokainen globiinimonomeeri sitoutuu happea.

Tämän proteiinin päätehtävä on hapen kuljettaminen kaasunvaihdosta vastaavasta elimestä - kutsuta sitä keuhkoiksi, kiduksiksi tai ihoksi - kapillaareihin, joita käytetään hengityksessä.

Selluloosa

Selluloosa on lineaarinen polymeeri, joka koostuu D-glukoosin alayksiköistä, jotka on kytketty beeta-1,4-tyyppisillä sidoksilla. Kuten useimmissa polysakkarideissa, niillä ei ole rajoitettua enimmäiskokoa. Heillä on kuitenkin keskimäärin noin 15 000 glukoositähdettä.

Se on kasvien soluseinien komponentti. Selluloosan ansiosta nämä ovat jäykkiä ja sallivat kestävän osmoottisen stressin. Samoin isoissa kasveissa, kuten puissa, selluloosa tarjoaa tukea ja vakautta.

Vaikka se liittyy pääosin vihanneksiin, joidenkin virkaeläimiksi kutsuttujen eläinten rakenteessa on selluloosaa.

On arvioitu, että syntetisoituu ja hajoaa keskimäärin 10 ¹⁵ kiloa selluloosaa vuodessa.

Biologiset kalvot

Biologiset kalvot koostuvat pääasiassa kahdesta biomolekyylistä, lipideistä ja proteiineista. Lipidien paikallinen rakenne on kaksikerroksinen, hydrofobiset häntä osoittavat sisäänpäin ja hydrofiiliset päät osoittavat ulospäin.

Kalvo on dynaaminen kokonaisuus ja sen komponentit kokevat usein liikkeitä.

Viitteet

1. Aracil, CB, Rodríguez, MP, Magraner, JP, ja Pérez, RS (2011). Biokemian perusteet. Valencian yliopisto.
2. Battaner Arias, E. (2014). Entsymologian kokoelma. Salamancan yliopistolehdet.
3. Berg, JM, Stryer, L., ja Tymoczko, JL (2007). Biokemia. Käänsin.
4. Devlin, TM (2004). Biokemia: kliinisiin sovelluksiin liittyvä oppikirja. Käänsin.
5. Díaz, AP, ja Pena, A. (1988). Biokemia. Toimituksellinen Limusa.
6. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1994). Ihmisen biokemia: peruskurssi. Käänsin.
7. Müller - Esterl, W. (2008). Biokemia. Lääketieteen ja biotieteiden perusteet. Käänsin.
8. Teijón, JM (2006). Rakenteellisen biokemian perusteet. Toimituksellinen Tébar.