MAKROMOLEKYYLIT: OMINAISUUDET, TYYPIT, TOIMINNOT JA ESIMERKIT - BIOLOGIA - 2026

Makromolekyylit ovat suuria molekyylejä, - yleensä yli 1000 atomia - muodostetaan liitto monomeerien estructurares tai pienempinä lohkoina. Elävissä asioissa löydämme neljä päätyyppiä makromolekyylejä: nukleiinihapot, lipidit, hiilihydraatit ja proteiinit. On myös muita synteettistä alkuperää, kuten muovit.

Jokainen biologisen makromolekyylin tyyppi koostuu spesifisestä monomeeristä, nimittäin: nukleiinihapot nukleotideilla, hiilihydraatit monosakkaridilla, proteiinit aminohapoilla ja lipidit hiilivedyillä, joiden pituus on vaihteleva.

Lähde: pixabay.com

Hiilihydraatit ja lipidit varastoivat niiden toiminnan kannalta energiaa solulle kemiallisten reaktioidensa suorittamiseksi, ja niitä käytetään myös rakenteellisina komponenteina.

Proteiineilla on myös rakenteellisia toimintoja sen lisäksi, että ne ovat molekyylejä, joilla on katalyysi ja kuljetuskapasiteetti. Viimeiseksi, nukleiinihapot tallentavat geneettistä tietoa ja osallistuvat proteiinisynteesiin.

Synteettisillä makromolekyyleillä on sama rakenne kuin biologisilla: monet monomeerit on kytketty toisiinsa muodostaen polymeerin. Esimerkkejä tästä ovat polyeteeni ja nylon. Synteettisiä polymeerejä käytetään teollisuudessa laajalti kankaiden, muovien, eristeiden jne. Valmistukseen.

ominaisuudet

Koko

Kuten nimestä voi päätellä, yksi makromolekyylien erottavista ominaisuuksista on niiden suuri koko. Ne koostuvat vähintään 1 000 atomista, jotka on kytketty kovalenttisilla sidoksilla. Tämän tyyppisessä sidoksessa sidoksessa mukana olevat atomit jakavat viimeisen tason elektroneja.

perustuslaki

Toinen termi, jota käytetään viittaamaan makromolekyyleihin, on polymeeri ("monet osat"), jotka koostuvat toistuvista yksiköistä, joita kutsutaan monomeereiksi ("yksi osa"). Nämä ovat makromolekyylien rakenneyksiköitä ja voivat olla samoja tai erilaisia ​​toisistaan ​​tapauksesta riippuen.

Voisimme käyttää Lego-lasten pelin analogiaa. Jokainen pala edustaa monomeerejä, ja kun yhdistämme ne erilaisten rakenteiden muodostamiseksi, saadaan polymeeri.

Jos monomeerit ovat samoja, polymeeri on homopolymeeri; ja jos ne ovat erilaisia, se on heteropolymeeri.

On myös nimikkeistö polymeerin nimeämiseksi sen pituudesta riippuen. Jos molekyyli koostuu muutamasta alayksiköstä, sitä kutsutaan oligomeeriksi. Esimerkiksi, kun haluamme viitata pieneen nukleiinihappoon, kutsumme sitä oligonukleotidiksi.

Rakenne

Makromolekyylien uskomattoman monimuotoisuuden vuoksi on vaikeaa luoda yleistä rakennetta. Näiden molekyylien "luuranko" muodostuu vastaavista monomeereistä (sokerit, aminohapot, nukleotidit jne.), Ja ne voidaan ryhmitellä lineaarisella, haarautuneella tavalla tai ne voivat olla monimutkaisempia muotoja.

Kuten myöhemmin näemme, makromolekyylit voivat olla biologista tai synteettistä alkuperää. Ensimmäisillä on elävien olentojen toimintojen äärettömyys ja jälkimmäisiä käytetään laajasti yhteiskunnassa - kuten esimerkiksi muoveja.

Biologiset makromolekyylit: toiminnot, rakenne ja esimerkit

Orgaanisista olennoista löytyy neljä perustyyppiä makromolekyylejä, jotka suorittavat valtavan määrän toimintoja, jotka mahdollistavat elämän kehittymisen ja ylläpitämisen. Nämä ovat proteiineja, hiilihydraatteja, lipidejä ja nukleiinihappoja. Kuvailemme sen merkityksellisimmät ominaisuudet alla.

proteiini

Proteiinit ovat makromolekyylejä, joiden rakenneyksiköt ovat aminohappoja. Luonnossa löydämme 20 aminohappotyyppiä.

Rakenne

Näiden monomeerien koostuvat keskeinen hiiliatomin (kutsutaan alfa-hiili), kovalenttisten sidosten neljään eri ryhmään: vetyatomi, aminoryhmä (NH ₂), karboksyyliryhmä (COOH) ja R-ryhmä.

20 aminohappotyyppiä eroavat toisistaan ​​vain R-ryhmän identiteetin suhteen.Tämä ryhmä vaihtelee kemiallisen luonteensa suhteen, koska se pystyy löytämään emäksisiä, happamia, neutraaleja aminohappoja, joissa on muun muassa pitkät, lyhyet ja aromaattiset ketjut.

Aminohappotähteet pidetään yhdessä peptidisidoksilla. Aminohappojen luonne määrää tuloksena olevan proteiinin luonteen ja ominaisuudet.

Lineaarinen aminohapposekvenssi edustaa proteiinien primaarista rakennetta. Nämä taitetaan ja ryhmitellään sitten eri kuvioihin muodostaen sekundaarisen, tertiäärisen ja kvaternäärisen rakenteen.

toiminto

Proteiinit palvelevat erilaisia ​​toimintoja. Jotkut toimivat biologisina katalyytteinä ja niitä kutsutaan entsyymeiksi; jotkut ovat rakenteellisia proteiineja, kuten hiusten, kynsien jne. läsnä oleva keratiini; ja muut suorittavat kuljetustoimintoja, kuten hemoglobiini punasoluissamme.

Nukleiinihapot: DNA ja RNA

Toinen polymeerityyppi, joka on osa eläviä asioita, on nukleiinihapot. Tässä tapauksessa rakenneyksiköt eivät ole aminohappoja kuten proteiineissa, mutta ovat nukleotideiksi kutsuttuja monomeerejä.

Rakenne

Nukleotidit koostuvat fosfaattiryhmästä, viiden hiilen sokerista (molekyylin keskeinen komponentti) ja typpipohjaisesta emäksestä.

Nukleotideja on kahta tyyppiä: ribonukleotidit ja deoksiribonukleotidit, jotka vaihtelevat ytimen sokerin suhteen. Ensin mainitut ovat ribonukleiinihapon tai RNA: n rakenneosat ja jälkimmäiset ovat deoksiribonukleiinihapon tai DNA: n.

Molemmissa molekyyleissä nukleotideja pitää yhdessä fosfodiesterisidos - vastaa peptidisidosta, joka pitää proteiineja yhdessä.

DNA: n ja RNA: n rakenneosat ovat samankaltaisia ​​ja eroavat rakenteeltaan, koska RNA: ta löytyy yhden kaistan ja DNA: n muodossa kaksoisnauhana.

toiminto

RNA ja DNA ovat kahta tyyppiä nukleiinihappoja, joita löydämme elävistä asioista. RNA on monitoiminen, dynaaminen molekyyli, joka esiintyy erilaisissa rakenteellisissa muodoissa ja osallistuu proteiinisynteesiin ja geeniekspression säätelyyn.

DNA on makromolekyyli, joka vastaa kaiken organismin geneettisen informaation tallentamisesta, joka on välttämätöntä sen kehitykselle. Kaikilla soluillamme (lukuun ottamatta kypsitä punasoluja) on geenimateriaalia, joka on varastoitu ytimeensä erittäin kompaktillä ja organisoidulla tavalla.

hiilihydraatit

Hiilihydraatit, tunnetaan myös hiilihydraateina tai yksinkertaisesti sokereina, ovat makromolekyylejä, jotka koostuvat rakennuspalikoista, joita kutsutaan monosakkarideiksi (kirjaimellisesti "sokeri").

Rakenne

Molekyylikaava hiilihydraatteja on (CH ₂ O) _n. N-arvo voi vaihdella 3: sta yksinkertaisimman sokerin osalta tuhansiksi monimutkaisimpien hiilihydraattien kohdalla, joka on melko vaihteleva pituuden suhteen.

Näillä monomeereillä on kyky polymeroitua toistensa kanssa reaktiolla, johon osallistuu kaksi hydroksyyliryhmää, mikä johtaa kovalenttisen sidoksen muodostumiseen, jota kutsutaan glykosidisidokseksi.

Tämä sidos pitää hiilihydraattimonomeerejä yhdessä samalla tavalla kuin peptidisidokset ja fosfodiesterisidokset pitävät vastaavasti proteiineja ja nukleiinihappoja.

Peptidi- ja fosfodiesterisidoksia esiintyy kuitenkin niiden muodostavien monomeerien tietyillä alueilla, kun taas glykosidisidokset voidaan muodostaa minkä tahansa hydroksyyliryhmän kanssa.

Kuten mainitsimme edellisessä osassa, pienet makromolekyylit on merkitty etuliitteellä oligo. Pienten hiilihydraattien tapauksessa termiä oligosakkaridit käytetään, jos ne ovat vain kaksi kytkettyä monomeeria, se on disakkaridi, ja jos ne ovat suurempia, polysakkaridit.

toiminto

Sokerit ovat elintärkeitä makromolekyylejä, koska ne täyttävät energia- ja rakennetoiminnot. Ne tarjoavat kemiallisen energian, joka tarvitaan merkittävän määrän reaktioiden suorittamiseen solujen sisällä, ja niitä käytetään "polttoaineena" eläville olennoille.

Muut hiilihydraatit, kuten glykogeeni, palvelevat energian varastointia, jotta solu voi vetää sitä tarvittaessa.

Niillä on myös rakenteellisia toimintoja: ne ovat osa muita molekyylejä, kuten nukleiinihappoja, joidenkin organismien soluseiniä ja hyönteisten eksoskelettejä.

Esimerkiksi kasveista ja eräistä protisteista löydämme kompleksisen hiilihydraatin, nimeltään selluloosa, joka koostuu vain glukoosiyksiköistä. Tämä molekyyli on uskomattoman runsas maan päällä, koska sitä on läsnä näiden organismien soluseinämissä ja muissa tukirakenteissa.

lipidejä

"Lipidi" on termi, jota käytetään kattamaan suuri joukko ei-polaarisia tai hydrofobisia molekyylejä (joissa on fobia tai veteen heijastumista), jotka koostuvat hiiliketjuista. Toisin kuin mainituista kolmesta molekyylistä, proteiineista, nukleiinihapoista ja hiilihydraateista, lipideille ei ole yhtä monomeeria.

Rakenne

Rakenteellisesta näkökulmasta lipidi voi esiintyä monin tavoin. Koska sidokset ovat hiilivetyjä (CH), ne eivät ole osittain varautuneita, joten ne eivät liukene polaarisiin liuottimiin, kuten veteen. Ne voidaan kuitenkin liuottaa muun tyyppisiin ei-polaarisiin liuottimiin, kuten bentseeniin.

Rasvahappo koostuu mainituista hiilivetyketjuista ja karboksyyliryhmästä (COOH) funktionaalisena ryhmänä. Yleensä rasvahappo sisältää 12 - 20 hiiliatomia.

Rasvahappoketjut voivat olla tyydyttyneitä, kun kaikki hiiliat on kytketty toisiinsa yksisidoksilla, tai tyydyttymättömiksi, kun rakenteessa on enemmän kuin yksi kaksoissidos. Jos se sisältää useita kaksoissidoksia, se on monityydyttymätön happo.

Lipidityypit rakenteensa mukaan

Solussa on kolmen tyyppisiä lipidejä: steroideja, rasvoja ja fosfolipidejä. Steroideille on tunnusomaista tilaa vievä nelikeräsrakenne. Kolesteroli on tunnetuin ja tärkeä osa kalvoja, koska se säätelee niiden juoksevuutta.

Rasvat koostuvat kolmesta rasvahaposta, jotka on kytketty esterisidoksen kautta glyseroliksi kutsuttuun molekyyliin.

Viimeiseksi, fosfolipidit koostuvat glyserolimolekyylistä, joka on kiinnittynyt fosfaattiryhmään, ja kahdesta rasvahappoketjuista tai isoprenoideista.

toiminto

Kuten hiilihydraatit, lipidit toimivat myös solun energialähteenä ja joidenkin rakenteiden komponenteina.

Lipideillä on olennainen tehtävä kaikissa elävissä muodoissa: ne ovat tärkeä osa plasmakalvoa. Ne muodostavat elintärkeän rajan elävien ja elottomien välillä, toimien valikoivana esteenä, joka päättää, mikä soluun tulee ja mikä ei, puoliläpäisevän ominaisuutensa ansiosta.

Lipidien lisäksi kalvot koostuvat myös monista proteiineista, jotka toimivat selektiivisinä kuljettajina.

Jotkut hormonit (kuten seksuaaliset) ovat luonteeltaan lipidejä ja ovat välttämättömiä kehon kehitykselle.

Kuljetus

Biologisissa järjestelmissä makromolekyylit kuljetetaan solujen sisä- ja ulkopuolelta endo- ja eksosytoosiksi kutsutuilla prosesseilla (mukaan lukien vesikkeleiden muodostuminen) tai aktiivisella kuljetuksella.

Endosytoosi kattaa kaikki mekanismit, joita solu käyttää suurten hiukkasten pääsyn aikaansaamiseksi, ja se luokitellaan fagosytoosiksi, kun nieltävä elementti on kiinteä hiukkas; pinosytoosi, kun solunulkoinen neste saapuu; ja reseptorien välittämä endosytoosi.

Suurin osa tällä tavalla nautituista molekyyleistä päätyy ruuansulatuksesta vastaavaan organelliin: lysosomiin. Toiset päätyvät fagosomiin - joilla on fuusio-ominaisuuksia lysosomien kanssa ja jotka muodostavat fagolysosomeiksi kutsutun rakenteen.

Tällä tavalla lysosomissa oleva entsymaattinen akku lopulta hajottaa alun perin tulleet makromolekyylit. Niitä muodostavat monomeerit (monosakkaridit, nukleotidit, aminohapot) kuljetetaan takaisin sytoplasmaan, missä niitä käytetään uusien makromolekyylien muodostamiseen.

Koko suolistossa on soluja, joilla on spesifisiä kuljettajia jokaisen ruokavaliossa käytetyn makromolekyylin imeytymistä varten. Esimerkiksi kuljettajia PEP1 ja PEP2 käytetään proteiineihin ja SGLT glukoosiin.

Synteettiset makromolekyylit

Synteettisissä makromolekyyleissä löydämme myös saman rakennekuvion, joka on kuvattu biologisesti alkuperäisistä makromolekyyleistä: monomeerit tai pienet alayksiköt, jotka on kytketty sidoksilla muodostamaan polymeeri.

On olemassa erityyppisiä synteettisiä polymeerejä, joista yksinkertaisin on polyeteeni. Tämä on inertti muovi, jonka kemiallinen kaava on CH ₂ -CH ₂ (liittyy kaksoissidoksella) melko yleisiä alalla, koska se on halpa ja helppo valmistaa.

Kuten voidaan nähdä, tämän muovin rakenne on lineaarinen eikä siinä ole haaroittumista.

Polyuretaani on toinen teollisuudessa laajalti käytetty polymeeri vaahtojen ja eristysten valmistukseen. Meillä on varmasti sieni tästä materiaalista keittiöissamme. Tämä materiaali saadaan kondensoimalla hydroksyyliemäksiä sekoitettuna elementteihin, joita kutsutaan di-isosyanaateiksi.

On myös muita synteettisiä polymeerejä, joiden monimutkaisuus on suurempi, kuten nylon (tai nylon). Sen ominaisuuksista on erittäin kestävä ja tuntuvasti joustava. Tekstiiliteollisuus hyödyntää näitä ominaisuuksia kankaiden, harjasten, linjojen jne. Valmistuksessa. Lääkärit käyttävät sitä myös ompeleiden suorittamiseen.

Viitteet

1. Berg, JM, Stryer, L., ja Tymoczko, JL (2007). Biokemia. Käänsin.
2. Campbell, MK, ja Farrell, SO (2011). Biokemia. Thomson. Brooks / Cole.
3. Devlin, TM (2011). Biokemian oppikirja. John Wiley & Sons.
4. Freeman, S. (2017). Biologinen tiede. Pearson koulutus.
5. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biokemia: teksti ja atlas. Panamerican Medical Ed.
6. Moldoveanu, SC (2005). Synteettisten orgaanisten polymeerien analyyttinen pyrolyysi (osa 25). Elsevier.
7. Moore, JT, ja Langley, RH (2010). Biokemia tutteille. John Wiley & Sons.
8. Mougios, V. (2006). Harjoittele biokemiaa. Ihmisen kinetiikka.
9. Müller-Esterl, W. (2008). Biokemia. Lääketieteen ja biotieteiden perusteet. Käänsin.
10. Poortmans, JR (2004). Liikunnan biokemian periaatteet. 3 ^rd, uudistettu painos. Karger.
11. Voet, D., ja Voet, JG (2006). Biokemia. Panamerican Medical Ed.