ORGANICKÉ BIOMOLEKULY: VLASTNOSTI, FUNKCE A PŘÍKLADY - BIOLOGIE - 2026

Tyto organické biomolekuly nachází ve všech živých bytostí a vyznačují se struktury založené na atomu uhlíku. Pokud je porovnáme s anorganickými molekulami, organické molekuly jsou mnohem složitější, pokud jde o jejich strukturu. Kromě toho jsou mnohem rozmanitější.

Jsou rozděleny na proteiny, uhlohydráty, lipidy a nukleové kyseliny. Jeho funkce jsou velmi rozmanité. Proteiny se účastní jako strukturální, funkční a katalytické prvky. Sacharidy mají také strukturální funkce a jsou hlavním zdrojem energie pro organické bytosti.

Zdroj: pixabay.com

Lipidy jsou důležitými složkami biologických membrán a dalších látek, jako jsou hormony. Fungují také jako prvky akumulace energie. Konečně nukleové kyseliny - DNA a RNA - obsahují všechny informace nezbytné pro vývoj a údržbu živých bytostí.

Obecné vlastnosti

Jednou z nejdůležitějších vlastností organických biomolekul je jejich univerzálnost, pokud jde o formovací struktury. Tato obrovská rozmanitost organických variant, které mohou existovat, je způsobena privilegovanou situací, kterou atom uhlíku přispívá, uprostřed druhé periody.

Atom uhlíku má v poslední energetické hladině čtyři elektrony. Díky své střední elektronegativitě je schopen vytvářet vazby s jinými atomy uhlíku, vytvářet řetězce různého tvaru a délky, otevřené nebo uzavřené, s jednoduchými, dvojitými nebo trojnými vazbami uvnitř.

Stejně tak průměrná elektronová aktivita atomu uhlíku umožňuje vytvářet vazby s jinými atomy odlišnými od uhlíku, jako je elektropozitivní (vodík) nebo elektronegativní (kyslík, dusík, síra, mimo jiné).

Tato vlastnost vazby umožňuje stanovit klasifikaci uhlíků v primárním, sekundárním, terciárním nebo kvartérním, v závislosti na počtu uhlíku, s nimiž je spojena. Tento klasifikační systém je nezávislý na počtu valencí zapojených do odkazu.

Klasifikace a funkce

Organické molekuly jsou rozděleny do čtyř velkých skupin: proteiny, uhlohydráty, lipidy a nukleové kyseliny. Budeme je podrobně popisovat níže:

-Proteiny

Proteiny jsou skupinou organických molekul nejlépe definovaných a charakterizovaných biology. Tato rozsáhlá znalost je hlavně díky vnitřní snadnosti, která existuje, která má být izolována a charakterizována - ve srovnání se zbytkem tří organických molekul.

Proteiny hrají řadu extrémně širokých biologických rolí. Mohou sloužit jako nosné, strukturální nebo dokonce katalytické molekuly. Tato poslední skupina je tvořena enzymy.

Stavební bloky: aminokyseliny

Stavební bloky proteinů jsou aminokyseliny. V přírodě najdeme 20 typů aminokyselin, z nichž každá má dobře definované fyzikálně-chemické vlastnosti.

Tyto molekuly jsou klasifikovány jako alfa-aminokyseliny, protože mají primární aminoskupinu a skupinu karboxylové kyseliny jako substituent na stejném atomu uhlíku. Jedinou výjimkou z tohoto pravidla je aminokyselina prolin, která je kvůli přítomnosti sekundární aminoskupiny klasifikována jako alfa-imino kyselina.

Aby se vytvořily proteiny, musí tyto „stavební bloky“ polymerizovat, a to tak, že vytvoří peptidovou vazbu. Tvorba proteinového řetězce zahrnuje odstranění jedné molekuly vody pro každou peptidovou vazbu. Tato vazba je reprezentována jako CO-NH.

Kromě toho, že jsou součástí bílkovin, jsou některé aminokyseliny považovány za energetické metabolity a mnoho z nich jsou nezbytnými výživovými prvky.

Vlastnosti aminokyselin

Každá aminokyselina má svou hmotnost a průměrný vzhled v proteinech. Kromě toho má každý pK hodnotu alfa-karboxylové kyseliny, alfa-aminoskupiny a skupin postranních skupin.

Hodnoty pK skupin karboxylové kyseliny jsou kolem 2,2; zatímco alfa-aminoskupiny vykazují hodnoty pK blízké 9,4. Tato charakteristika vede k typické strukturní charakteristice aminokyselin: při fyziologickém pH jsou obě skupiny v iontové formě.

Když molekula nese nabité skupiny opačných polarit, nazývají se zwitteriony nebo zwitteriony. Aminokyselina proto může působit jako kyselina nebo jako báze.

Většina alfa-aminokyselin má teploty tání blízké 300 ° C. Snadněji se rozpouštějí v polárním prostředí ve srovnání s jejich rozpustností v nepolárních rozpouštědlech. Většina z nich je docela rozpustná ve vodě.

Struktura proteinů

Aby bylo možné určit funkci konkrétního proteinu, je nutné určit jeho strukturu, tj. Trojrozměrný vztah, který existuje mezi atomy, které tvoří daný protein. U proteinů byly stanoveny čtyři úrovně organizace jejich struktury:

Primární struktura: označuje aminokyselinovou sekvenci, která tvoří protein, s vyloučením jakékoli konformace, kterou mohou mít jeho postranní řetězce.

Sekundární struktura: je tvořena lokálním prostorovým uspořádáním atomů kostry. Opět se nezohledňuje konformace postranních řetězců.

Terciární struktura: označuje trojrozměrnou strukturu celého proteinu. Ačkoli může být obtížné stanovit jasné rozdělení mezi terciární a sekundární strukturou, definované konformace (jako je přítomnost helixů, složených listů a zákrutů) se používají k výlučnému označení sekundárních struktur.

Kvartérní struktura: platí pro ty proteiny, které jsou tvořeny několika podjednotkami. To znamená, dvěma nebo více jednotlivými polypeptidovými řetězci. Tyto jednotky mohou interagovat prostřednictvím kovalentních sil nebo disulfidových vazeb. Prostorové uspořádání podjednotek určuje kvartérní strukturu.

- Sacharidy

Sacharidy, sacharidy nebo sacharidy (z řeckých kořenů sakcharón, což znamená cukr) jsou nejhojnější skupinou organických molekul na celé planetě Zemi.

Jejich konstrukce může být odvozen od jejich jméno „sacharidy“, protože jsou molekuly s vzorce (CH ₂ O) _n, kde n je větší než 3.

Funkce sacharidů jsou různé. Jedním z hlavních je strukturální typ, zejména u rostlin. V rostlinné říši je celulóza jejím hlavním strukturálním materiálem, což odpovídá 80% suché hmotnosti těla.

Další relevantní funkcí je její energetická role. Polysacharidy, jako je škrob a glykogen, představují důležité zdroje výživy.

Klasifikace

Základními jednotkami uhlohydrátů jsou monosacharidy nebo jednoduché cukry. Jsou odvozeny od aldehydů nebo ketonů s přímým řetězcem a vícesýtných alkoholů.

Jsou klasifikovány podle chemické povahy jejich karbonylové skupiny do aldóz a ketóz. Jsou také klasifikovány na základě počtu uhlíků.

Monosacharidy se seskupují za vzniku oligosacharidů, které se často vyskytují ve spojení s jinými typy organických molekul, jako jsou proteiny a lipidy. Ty jsou klasifikovány jako homopolysacharidy nebo heteropolysacharidy v závislosti na tom, zda jsou složeny ze stejných monosacharidů (první případ) nebo jsou odlišné.

Kromě toho jsou také klasifikovány podle povahy monosacharidu, který je tvoří. Glukózové polymery se nazývají glukány, polymery vyrobené z galaktózy se nazývají galaktany atd.

Polysacharidy mají specifičnost vytváření přímých a rozvětvených řetězců, protože glykosidické vazby mohou být tvořeny s jakoukoli z hydroxylových skupin nalezených v monosacharidu.

Když je spojeno větší množství monosacharidových jednotek, mluvíme o polysacharidech.

-Lipidy

Lipidy (z řeckých lipos, což znamená tuk) jsou organické molekuly, které jsou nerozpustné ve vodě a rozpustné v anorganických rozpouštědlech, jako je chloroform. Ty tvoří tuky, oleje, vitamíny, hormony a biologické membrány.

Klasifikace

Mastné kyseliny: jsou to karboxylové kyseliny s řetězci vytvořenými z uhlovodíků značné délky. Fyziologicky je vzácné najít je zdarma, protože ve většině případů jsou esterifikovány.

U zvířat a rostlin je často nalézáme ve své nenasycené formě (tvoří dvojnou vazbu mezi uhlíky) a polynenasycenou (se dvěma nebo více dvojnými vazbami).

Triacylglyceroly: nazývané také triglyceridy nebo neutrální tuky, tvoří většinu tuků a olejů přítomných ve zvířatech a rostlinách. Jeho hlavní funkcí je ukládání energie u zvířat. Mají specializované buňky pro skladování.

Jsou klasifikovány podle identity a polohy zbytků mastných kyselin. Rostlinné oleje jsou obvykle kapalné při pokojové teplotě a jsou bohatší na zbytky mastných kyselin s dvojnými a trojnými vazbami mezi svými uhlíky.

Naproti tomu živočišné tuky jsou při pokojové teplotě tuhé a počet nenasycených uhlíků je nízký.

Glycerofosfolipidy: také známé jako fosfoglyceridy, jsou hlavními složkami lipidových membrán.

Glycerofosfolipidy mají "ocas" s nepolární nebo hydrofobní charakteristikou a polární nebo hydrofilní "hlavu". Tyto struktury jsou seskupeny do dvojvrstvy, přičemž ocasy směřují dovnitř, aby vytvořily membrány. V nich je zabudována řada proteinů.

Sfingolipidy: jsou to lipidy, které se vyskytují ve velmi malém množství. Jsou také součástí membrán a jsou odvozeny od sfingosinu, dihydrosphingosinu a jejich homologů.

Cholesterol: u zvířat je převládající složkou membrán, která mění jejich vlastnosti, jako je jejich tekutost. Nachází se také v membránách buněčných organel. Je důležitým předchůdcem steroidních hormonů souvisejících se pohlavním vývojem.

-Nukleové kyseliny

Nukleové kyseliny jsou DNA a různé typy RNA, které existují. DNA je zodpovědná za uchovávání všech genetických informací, které umožňují vývoj, růst a údržbu živých organismů.

RNA se podílí na průchodu genetické informace kódované DNA do proteinových molekul. Klasicky se rozlišují tři typy RNA: messenger, transfer a ribosomal. Existuje však řada malých RNA, které mají regulační funkce.

Stavební bloky: nukleotidy

Stavební bloky nukleových kyselin, DNA a RNA, jsou nukleotidy. Chemicky se jedná o fosfátové estery pentóz, ve kterých je dusíkatá báze připojena k prvnímu uhlíku. Můžeme rozlišovat mezi ribonukleotidy a deoxyribonukleotidy.

Tyto molekuly jsou ploché, aromatické a heterocyklické. Pokud fosfátová skupina chybí, je nukleotid přejmenován na nukleosid.

Kromě jejich role jako monomerů v nukleových kyselinách jsou tyto molekuly biologicky všudypřítomné a účastní se významného počtu procesů.

Nukleosid trifosfáty jsou produkty bohaté na energii, jako ATP, a používají se jako energetická měna buněčných reakcí. Jsou důležitou součástí koenzymů NAD ⁺, NADP ⁺, FMN, FAD a koenzymu A. Nakonec jsou regulačními prvky různých metabolických drah.

Příklady

Existuje bezpočet příkladů organických molekul. Nejvýznamnější a studovaní biochemici budou diskutováni níže:

Hemoglobin

Hemoglobin, červený pigment v krvi, je jedním z klasických příkladů proteinů. Díky své široké difuzi a snadné izolaci je proteinem studovaným od pradávna.

Je to protein tvořený čtyřmi podjednotkami, a proto spadá do tetramerické klasifikace se dvěma alfa a dvěma beta jednotkami. Hemoglobinové podjednotky jsou spojeny s malou bílkovinou odpovědnou za příjem kyslíku ve svalu: myoglobin.

Hemová skupina je derivátem porfyrinu. To charakterizuje hemoglobin a je to stejná skupina jako v cytochromech. Hemová skupina je zodpovědná za charakteristickou červenou barvu krve a je fyzickou oblastí, kde se každý globinový monomer váže s kyslíkem.

Hlavní funkcí této bílkoviny je transport kyslíku z orgánu odpovědného za výměnu plynu - nazýváme to plíce, žábry nebo kůži - do kapilár, které se používají při dýchání.

Celulóza

Celulóza je lineární polymer tvořený D-glukózovými podjednotkami spojenými vazbami typu beta 1,4. Stejně jako většina polysacharidů nemají omezenou maximální velikost. V průměru však mají asi 15 000 zbytků glukózy.

Je součástí buněčných stěn rostlin. Díky celulóze jsou tuhé a umožňují odolávat osmotickému stresu. Podobně ve větších rostlinách, jako jsou stromy, poskytuje celulóza podporu a stabilitu.

Přestože se jedná převážně o zeleninu, některá zvířata zvaná tunikáty mají ve své struktuře celulózu.

Odhaduje se, že se syntetizuje - a degraduje - ročně v průměru 10 ¹⁵ kilogramů celulózy.

Biologické membrány

Biologické membrány se skládají hlavně ze dvou biomolekul, lipidů a proteinů. Prostorová konformace lipidů je ve formě dvojvrstvy, přičemž hydrofobní ocasy směřují dovnitř a hydrofilní hlavy směřují ven.

Membrána je dynamická entita a její součásti zažívají časté pohyby.

Reference

1. Aracil, CB, Rodríguez, MP, Magraner, JP, a Pérez, RS (2011). Základy biochemie. Univerzita ve Valencii.
2. Battaner Arias, E. (2014). Přehled enzymologie. Salamanca University Editions.
3. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biochemie. Obrátil jsem se.
4. Devlin, TM (2004). Biochemie: učebnice s klinickými aplikacemi. Obrátil jsem se.
5. Díaz, AP, & Pena, A. (1988). Biochemie. Redakční Limusa.
6. Macarulla, JM, a Goñi, FM (1994). Biochemie člověka: základní kurz. Obrátil jsem se.
7. Müller - Esterl, W. (2008). Biochemie. Základy medicíny a biologických věd. Obrátil jsem se.
8. Teijón, JM (2006). Základy strukturální biochemie. Redakční Tébar.