MAKROMOLEKULY: VLASTNOSTI, TYPY, FUNKCE A PŘÍKLADY - BIOLOGIE - 2025

Tyto makromolekuly jsou velké molekuly - obvykle nad 1000 atomů - vytvořené spojením monomerů estructurares nebo menší bloky. V živých věcech najdeme čtyři hlavní typy makromolekul: nukleové kyseliny, lipidy, uhlohydráty a proteiny. Existují také další syntetického původu, jako jsou plasty.

Každý typ biologické makromolekuly je tvořen specifickým monomerem, jmenovitě: nukleovými kyselinami nukleotidy, uhlohydráty monosacharidy, proteiny aminokyselinami a lipidy uhlovodíky různé délky.

Zdroj: pixabay.com

Pokud jde o jejich funkci, uhlohydráty a lipidy ukládají energii, aby buňka mohla provádět své chemické reakce, a také se používají jako strukturální složky.

Proteiny mají také strukturální funkce, kromě toho, že jsou to molekuly s katalýzou a transportní kapacitou. Nakonec nukleové kyseliny ukládají genetické informace a podílejí se na syntéze proteinů.

Syntetické makromolekuly mají stejnou strukturu jako biologická: mnoho monomerů spojených dohromady za vzniku polymeru. Příkladem je polyethylen a nylon. Syntetické polymery jsou v průmyslu široce používány pro výrobu tkanin, plastů, izolací atd.

vlastnosti

Velikost

Jak název napovídá, jednou z charakteristických vlastností makromolekul je jejich velká velikost. Skládají se z nejméně 1 000 atomů spojených kovalentními vazbami. V tomto typu vazby atomy zapojené do vazby sdílejí elektrony poslední úrovně.

Ústava

Další termín používaný k označení makromolekul je polymer ("mnoho částí"), které jsou tvořeny opakujícími se jednotkami zvanými monomery ("jedna část"). Jedná se o strukturální jednotky makromolekul a mohou být v závislosti na případu stejné nebo odlišné.

Mohli bychom použít analogii dětské hry Lego. Každý z kusů představuje monomery, a když se k nim připojíme, aby vytvořily různé struktury, získáme polymer.

Pokud jsou monomery stejné, je polymerem homopolymer; a pokud se liší, bude to heteropolymer.

Existuje také nomenklatura pro označení polymeru v závislosti na jeho délce. Pokud je molekula tvořena několika podjednotkami, nazývá se oligomer. Například, když chceme odkazovat na malou nukleovou kyselinu, nazýváme ji oligonukleotid.

Struktura

Vzhledem k neuvěřitelné rozmanitosti makromolekul je obtížné stanovit obecnou strukturu. „Kostra“ těchto molekul je tvořena jejich odpovídajícími monomery (cukry, aminokyseliny, nukleotidy atd.) A mohou být seskupeny lineárně, rozvětveným způsobem nebo mohou mít složitější formy.

Jak uvidíme později, makromolekuly mohou být biologického nebo syntetického původu. První z nich má nekonečné množství funkcí v živých bytostech a ty druhé jsou široce využívány například společností jako plasty.

Biologické makromolekuly: funkce, struktura a příklady

V organických bytostech najdeme čtyři základní typy makromolekul, které vykonávají ohromné ​​množství funkcí, které umožňují vývoj a výživu života. Jsou to proteiny, uhlohydráty, lipidy a nukleové kyseliny. Níže uvádíme jeho nejdůležitější vlastnosti.

Protein

Proteiny jsou makromolekuly, jejichž strukturální jednotky jsou aminokyseliny. V přírodě najdeme 20 typů aminokyselin.

Struktura

Tyto monomery jsou složeny z centrálního atomu uhlíku (tzv alfa uhlík), které jsou spojeny kovalentními vazbami do čtyř různých skupin: atom vodíku, aminoskupinu (NH ₂), karboxylovou skupinu (COOH) a R skupiny.

Těchto 20 druhů aminokyselin se od sebe liší pouze identitou skupiny R. Tato skupina se liší chemickou povahou a je schopna najít mezi jinými bazické, kyselé, neutrální aminokyseliny s dlouhými, krátkými a aromatickými řetězci.

Aminokyselinové zbytky jsou drženy pohromadě peptidovými vazbami. Povaha aminokyselin bude určovat povahu a vlastnosti výsledného proteinu.

Lineární aminokyselinová sekvence představuje primární strukturu proteinů. Tito jsou pak složeni a seskupeni v různých vzorcích, tvořit sekundární, terciární a kvartérní struktury.

Funkce

Proteiny slouží různým funkcím. Některé slouží jako biologické katalyzátory a nazývají se enzymy; některé jsou strukturální proteiny, jako je keratin přítomný ve vlasech, nehtech atd.; a další vykonávají transportní funkce, jako je hemoglobin v našich červených krvinek.

Nukleové kyseliny: DNA a RNA

Druhým typem polymeru, který je součástí živých věcí, jsou nukleové kyseliny. V tomto případě strukturální jednotky nejsou aminokyseliny jako v proteinech, ale jsou to monomery nazývané nukleotidy.

Struktura

Nukleotidy jsou tvořeny fosfátovou skupinou, cukrem s pěti atomy uhlíku (centrální složkou molekuly) a dusíkatou bází.

Existují dva typy nukleotidů: ribonukleotidy a deoxyribonukleotidy, které se liší z hlediska jádrového cukru. První jsou strukturálními složkami ribonukleové kyseliny nebo RNA a poslední jsou deoxyribonukleovou kyselinou nebo DNA.

V obou molekulách jsou nukleotidy drženy pohromadě fosfodiesterovou vazbou - ekvivalentní peptidové vazbě, která drží proteiny pohromadě.

Strukturální složky DNA a RNA jsou podobné a liší se ve své struktuře, protože RNA se nachází ve formě jediného pruhu a DNA ve dvojitém pruhu.

Funkce

RNA a DNA jsou dva typy nukleových kyselin, které najdeme v živých věcech. RNA je multifunkční, dynamická molekula, která se objevuje v různých strukturních konformacích a podílí se na syntéze proteinů a na regulaci genové exprese.

DNA je makromolekula odpovědná za uchovávání všech genetických informací o organismu, které jsou nezbytné pro jeho vývoj. Všechny naše buňky (s výjimkou zralých červených krvinek) mají genetický materiál uložený ve svém jádru velmi kompaktním a uspořádaným způsobem.

Sacharidy

Sacharidy, také známé jako sacharidy nebo jednoduše jako cukry, jsou makromolekuly tvořené stavebními bloky nazývanými monosacharidy (doslova „cukr“).

Struktura

Molekulární vzorec sacharidů je (CH ₂ O) _n. Hodnota n se může lišit od 3 pro nejjednodušší cukr až po tisíce pro nejsložitější uhlohydráty, což je z hlediska délky docela variabilní.

Tyto monomery mají schopnost polymerizovat spolu navzájem reakcí zahrnující dvě hydroxylové skupiny, což vede k vytvoření kovalentní vazby nazývané glykosidická vazba.

Tato vazba drží uhlovodíkové monomery pohromadě stejným způsobem, jakým peptidové vazby a fosfodiesterové vazby drží proteiny a nukleové kyseliny.

Peptidové a fosfodiesterové vazby se však vyskytují ve specifických oblastech svých monomerů, zatímco glykosidické vazby se mohou tvořit s jakoukoli hydroxylovou skupinou.

Jak jsme zmínili v předchozí části, malé makromolekuly jsou označeny oligo předponou. V případě malých uhlohydrátů se používá termín oligosacharidy, pokud jsou spojeny pouze dva monomery, jedná se o disacharid, a pokud jsou větší, polysacharidy.

Funkce

Cukry jsou pro život zásadní makromolekuly, protože plní energetické a strukturální funkce. Poskytují chemickou energii potřebnou k řízení významného počtu reakcí uvnitř buněk a používají se jako „palivo“ pro živé bytosti.

Jiné uhlohydráty, jako je glykogen, slouží k ukládání energie, takže buňka na ni může v případě potřeby čerpat.

Mají také strukturální funkce: jsou součástí jiných molekul, jako jsou nukleové kyseliny, buněčné stěny některých organismů a exoskeletony hmyzu.

Například v rostlinách a některých protistech najdeme komplexní uhlohydrát zvaný celulóza, tvořený pouze glukózovými jednotkami. Tato molekula je neuvěřitelně hojná na Zemi, protože je přítomna v buněčných stěnách těchto organismů a v dalších podpůrných strukturách.

Lipidy

"Lipid" je termín používaný pro zahrnutí velkého počtu nepolárních nebo hydrofobních molekul (s fobií nebo odpuzováním vody) tvořených uhlíkovými řetězci. Na rozdíl od tří zmíněných molekul, proteinů, nukleových kyselin a uhlohydrátů, neexistuje žádný monomer pro lipidy.

Struktura

Ze strukturálního hlediska se lipid může prezentovat několika způsoby. Protože jsou vyrobeny z uhlovodíků (CH), vazby nejsou částečně nabité, takže nejsou rozpustné v polárních rozpouštědlech, jako je voda. Mohou však být rozpuštěny v jiných typech nepolárních rozpouštědel, jako je benzen.

Mastná kyselina se skládá z uvedených uhlovodíkových řetězců a karboxylové skupiny (COOH) jako funkční skupiny. Mastná kyselina obvykle obsahuje 12 až 20 atomů uhlíku.

Řetězy mastných kyselin mohou být nasycené, pokud jsou všechny uhlíky spojeny dohromady jednoduchými vazbami, nebo nenasycenými, pokud je ve struktuře přítomna více než jedna dvojná vazba. Pokud obsahuje více dvojných vazeb, jedná se o polynenasycenou kyselinu.

Druhy lipidů podle jejich struktury

V buňce jsou tři typy lipidů: steroidy, tuky a fosfolipidy. Steroidy se vyznačují objemnou strukturou se čtyřmi kroužky. Cholesterol je nejznámější a je důležitou součástí membrán, protože řídí jejich tekutost.

Tuky jsou tvořeny třemi mastnými kyselinami spojenými prostřednictvím esterové vazby s molekulou zvanou glycerol.

Nakonec jsou fosfolipidy tvořeny glycerolovou molekulou připojenou k fosfátové skupině a dvěma řetězci mastných kyselin nebo isoprenoidů.

Funkce

Stejně jako uhlohydráty fungují lipidy také jako zdroj energie pro buňku a jako složky některých struktur.

Lipidy mají zásadní funkci pro všechny živé formy: jsou základní součástí plazmatické membrány. Ty tvoří rozhodující hranici mezi živým a neživým a slouží jako selektivní bariéra, která rozhoduje o tom, co vstupuje do buňky a co ne, díky své polopropustné vlastnosti.

Kromě lipidů jsou membrány také tvořeny různými proteiny, které fungují jako selektivní transportéry.

Některé hormony (například sexuální) jsou lipidové povahy a jsou nezbytné pro vývoj těla.

Doprava

V biologických systémech jsou makromolekuly transportovány mezi vnitřkem a vnějškem buněk procesy zvanými endo a exocytóza (zahrnující tvorbu vezikul) nebo aktivním transportem.

Endocytóza zahrnuje všechny mechanismy, které buňka používá k dosažení vstupu velkých částic, a je klasifikována jako: fagocytóza, když prvek, který má být spolknut, je pevná částice; pinocytóza, když vstoupí extracelulární tekutina; a endocytóza, zprostředkovaná receptory.

Většina molekul, které jsou tímto způsobem přijímány, končí v organele, která má na starosti trávení: v lysozomu. Jiní skončí ve fagosomech - které mají fúzní vlastnosti s lysosomy a tvoří strukturu zvanou fagolysosomy.

Tímto způsobem končí enzymatická baterie přítomná v lysozomu degradující makromolekuly, které původně vstoupily. Monomery, které je tvořily (monosacharidy, nukleotidy, aminokyseliny), se transportují zpět do cytoplazmy, kde se používají pro tvorbu nových makromolekul.

V celém střevě jsou buňky, které mají specifické transportéry pro absorpci každé makromolekuly spotřebované ve stravě. Například transportéry PEP1 a PEP2 se používají pro proteiny a SGLT pro glukózu.

Syntetické makromolekuly

V syntetických makromolekulách také najdeme stejný strukturní vzorec popsaný pro makromolekuly biologického původu: monomery nebo malé podjednotky, které jsou spojeny pomocí vazeb za vzniku polymeru.

Existují různé typy syntetických polymerů, nejjednodušší je polyethylen. To je inertní plast s chemickým vzorcem CH ₂ -CH ₂ (které jsou spojeny dvojnou vazbou) zcela běžné v průmyslu, protože je levný a snadno vyrobitelný.

Jak je vidět, struktura tohoto plastu je lineární a nemá žádné větvení.

Polyurethan je další polymer běžně používaný v průmyslu pro výrobu pěn a izolátorů. Určitě budeme mít houbu tohoto materiálu v našich kuchyních. Tento materiál se získá kondenzací hydroxylových bází smíchaných s prvky zvanými diisokyanáty.

Existují i ​​jiné syntetické polymery s větší složitostí, jako je nylon (nebo nylon). Mezi jeho vlastnosti patří velmi odolný, se znatelnou elasticitou. Textilní průmysl využívá těchto charakteristik pro výrobu tkanin, štětin, linií atd. To je také používáno lékaři provádět švy.

Reference

1. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biochemie. Obrátil jsem se.
2. Campbell, MK, & Farrell, SO (2011). Biochemie. Thomson. Brooks / Cole.
3. Devlin, TM (2011). Učebnice biochemie. John Wiley a synové.
4. Freeman, S. (2017). Biologická věda. Pearsonovo vzdělávání.
5. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biochemie: text a atlas. Panamerican Medical Ed.
6. Moldoveanu, SC (2005). Analytická pyrolýza syntetických organických polymerů (sv. 25). Elsevier.
7. Moore, JT a Langley, RH (2010). Biochemie pro figuríny. John Wiley a synové.
8. Mougios, V. (2006). Cvičení biochemie. Lidská kinetika.
9. Müller-Esterl, W. (2008). Biochemie. Základy medicíny a biologických věd. Obrátil jsem se.
10. Poortmans, JR (2004). Základy biochemie cvičení. 3 ^rd, přepracované vydání. Karger.
11. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biochemie. Panamerican Medical Ed.