BIOMOLEKULE: KLASIFIKACIJA I GLAVNE FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2026

U biomolekule su molekule koje nastaju u živim bićima. Prefiks "bio" znači život; prema tome, biomolekula je molekula koju proizvodi živo biće. Živa bića sačinjavaju različite vrste molekula koje obavljaju različite funkcije potrebne za život.

U prirodi postoje biotički (živi) i abiotski (neživi) sustavi koji međusobno djeluju i, u nekim slučajevima, razmjenjuju elemente. Jedna karakteristika koju sva živa bića imaju zajednička je da su organska, što znači da su njihove sastavne molekule sastavljene od ugljikovih atoma.

Biomolekule osim ugljika imaju i druge zajedničke atome. Ti atomi uključuju uglavnom vodik, kisik, dušik, fosfor i sumpor. Ti se elementi nazivaju i bioelementi jer su glavna komponenta bioloških molekula.

Međutim, postoje i drugi atomi koji su također prisutni u nekim biomolekulama, mada u manjim količinama. To su općenito metalni ioni poput kalija, natrija, željeza i magnezija. Prema tome, biomolekule mogu biti dvije vrste: organske ili anorganske.

Dakle, organizam se sastoji od mnogih vrsta molekula na bazi ugljika, na primjer: šećera, masti, proteina i nukleinskih kiselina. Međutim, postoje i drugi spojevi koji se također temelje na ugljiku i nisu dio biomolekula.

Te molekule koje sadrže ugljik ne nalaze se u biološkim sustavima mogu se naći u zemljinoj kori, u jezerima, morima i oceanima te u atmosferi. Kretanje ovih elemenata u prirodi opisano je u takozvanim biogeokemijskim ciklusima.

Smatra se da su ove jednostavne organske molekule pronađene u prirodi one koje su stvorile najsloženije biomolekule koje su dio temeljne životne strukture: stanicu. To je ono što je poznato kao teorija abiotske sinteze.

Razvrstavanje i funkcije biomolekula

Biomolekule su različite veličine i strukture, što im daje jedinstvene karakteristike za obavljanje različitih funkcija potrebnih za život. Dakle, biomolekule djeluju kao pohrana informacija, energija, podrška, stanični metabolizam, između ostalog.

Biomolekule se mogu svrstati u dvije velike skupine na temelju prisutnosti ili odsutnosti ugljikovih atoma.

Neorganske biomolekule

Sve su to molekule prisutne u živim bićima i koje ne sadrže ugljik u svojoj molekularnoj strukturi. Neorganske molekule mogu se naći i u drugim (neživim) sustavima u prirodi.

Vrste anorganskih biomolekula su sljedeće:

Voda

To je glavna i temeljna komponenta živih bića, to je molekula koju tvori atom kisika povezan s dva vodikova atoma. Voda je bitna za život i postoji najčešća biomolekula.

Između 50 i 95% težine bilo kojeg živog bića predstavlja voda, jer je potrebno izvršiti nekoliko važnih funkcija, poput toplinske regulacije i transporta tvari.

Mineralne soli

Oni su jednostavne molekule sastavljene od nasuprot nabijenih atoma koji se u potpunosti odvajaju u vodi. Na primjer: natrijev klorid, koji čine atom klora (negativno nabijen) i atom natrija (pozitivno nabijen).

Mineralne soli sudjeluju u stvaranju krutih struktura, poput kostiju kralježnjaka ili egzoskeleta beskralježnjaka. Te anorganske biomolekule također su potrebne za obavljanje mnogih važnih staničnih funkcija.

plinovi

Oni su molekule koje su u obliku plina. Bitni su za disanje životinja i fotosintezu u biljkama.

Primjeri ovih plinova su: molekularni kisik, koji se sastoji od dva kisikova atoma povezana; i ugljični dioksid, sastavljen od atoma ugljika spojenog na dva atoma kisika. Obje biomolekule sudjeluju u razmjeni plina koju živa bića provode sa svojim okolišem.

Organske biomolekule

Organske biomolekule su one molekule koje u svojoj strukturi sadrže atome ugljika. Organske molekule se također mogu naći u prirodi kao dio neživih sustava i čine ono što je poznato kao biomasa.

Vrste organskih biomolekula su sljedeće:

ugljikohidrati

Ugljikohidrati su vjerojatno najzastupljenije i najrasprostranjenije organske tvari u prirodi, a oni su bitne sastavnice svih živih bića.

Ugljikohidrati se zelenim biljkama proizvode iz ugljičnog dioksida i vode tijekom procesa fotosinteze.

Ove biomolekule sastoje se uglavnom od atoma ugljika, vodika i kisika. Poznati su i kao ugljikohidrati ili saharidi, a djeluju kao izvori energije i kao strukturne komponente organizama.

- Monosaharidi

Monosaharidi su najjednostavniji ugljikohidrati i često ih se naziva jednostavnim šećerima. Oni su elementarni blokovi iz kojih se stvaraju svi najveći ugljikohidrati.

Monosaharidi imaju opću molekularnu formulu (CH20) n, gdje n može biti 3, 5 ili 6. Dakle, monosaharidi se mogu svrstati prema broju ugljikovih atoma prisutnih u molekuli:

Ako je n = 3, molekula je trioza. Na primjer: gliceraldehid.

Ako je n = 5, molekula je pentoza. Na primjer: riboza i deoksiriboza.

Ako je n = 6, molekula je heksoza. Na primjer: fruktoza, glukoza i galaktoza.

Pentoze i heksoze mogu postojati u dva oblika: ciklički i neciklički. U necikličkom obliku, njegove molekularne strukture pokazuju dvije funkcionalne skupine: aldehidnu skupinu ili ketonsku skupinu.

Monosaharidi koji sadrže aldehidnu skupinu nazivaju se aldozi, a oni koji imaju ketonsku skupinu nazivaju se ketoze. Aldoze su reducirajući šećer, dok ketoze nisu reducirajući šećer.

Međutim, u vodi pentoze i heksoze postoje uglavnom u cikličkom obliku, te se u tom obliku kombiniraju kako bi tvorile veće molekule saharida.

- disaharidi

Većina šećera koji se nalaze u prirodi su disaharidi. Nastaju formiranjem glikozidne veze između dva monosaharida, reakcijom kondenzacije koja oslobađa vodu. Ovaj postupak formiranja veze zahtijeva energiju da se dvije monosaharidne jedinice drže zajedno.

Tri najvažnija disaharida su saharoza, laktoza i maltoza. Nastaju iz kondenzacije odgovarajućih monosaharida. Saharoza je ne reducirajući šećer, dok laktoza i maltoza reduciraju šećere.

Disaharidi su topivi u vodi, ali su biomolekule prevelike da bi difuzijom prelazile preko stanične membrane. Zbog toga se oni tijekom probave razgrađuju u tankom crijevu tako da njihove bitne komponente (tj. Monosaharidi) prelaze u krv i ostale stanice.

Monosaharidi se vrlo brzo koriste u stanicama. Međutim, ako ćeliji nije potrebna energija, može je odmah pohraniti u obliku složenijih polimera. Tako se monosaharidi pretvaraju u disaharide putem kondenzacijskih reakcija koje se događaju u stanici.

- Oligosaharidi

Oligosaharidi su intermedijarne molekule sastavljene od tri do devet jednostavnih jedinica šećera (monosaharidi). Nastaju djelomičnim razgradnjom složenijih ugljikohidrata (polisaharida).

Većina prirodnih oligosaharida nalazi se u biljkama i, s izuzetkom maltotrioze, ljudi su nezamislivi, jer ljudskom tijelu nedostaju potrebni enzimi u tankom crijevu da bi ih mogli razgraditi.

U debelom crijevu korisne bakterije mogu razgraditi oligosaharide fermentacijom; na taj način se pretvaraju u apsorbirajuće hranjive tvari koje daju određenu energiju. Određeni produkti raspada oligosaharida mogu imati blagotvoran učinak na sluznicu debelog crijeva.

Primjeri oligosaharida uključuju rafinozu, triksaharid iz mahunarki i neke žitarice sastavljene od glukoze, fruktoze i galaktoze. Maltotrioza, triksaharid glukoze, javlja se u nekim biljkama i u krvi određenih člankonožaca.

- polisaharidi

Monosaharidi mogu proći niz reakcija kondenzacije, dodajući jednu jedinicu za drugom u lanac sve dok se ne formiraju vrlo velike molekule. To su polisaharidi.

Svojstva polisaharida ovise o nekoliko čimbenika njihove molekularne strukture: duljini, bočnim granama, naborima i o tome je li lanac "ravan" ili "namotan". Postoji nekoliko primjera polisaharida u prirodi.

Škrob se često proizvodi u biljkama kao način za pohranu energije, a sastoji se od polimera α-glukoze. Ako je polimer razgranat, on se naziva amilopektin, a ako nije razgranat, naziva se amiloza.

Glikogen je energetski rezervni polisaharid u životinja, a sastoji se od amilopektina. Tako se škrob biljaka razgrađuje u tijelu da bi se stvorila glukoza, koja ulazi u stanicu i koristi se u metabolizmu. Glukoza koja se ne koristi polimerizira i tvori glikogen, skladište energije.

lipidi

Lipidi su druga vrsta organskih biomolekula čija je glavna karakteristika hidrofobna (odbijaju vodu) i, prema tome, netopljivi u vodi. Ovisno o njihovoj strukturi, lipidi se mogu svrstati u 4 glavne skupine:

- Trigliceridi

Trigliceridi se sastoje od molekule glicerola spojene na tri lanca masnih kiselina. Masna kiselina je linearna molekula koja na jednom kraju sadrži karboksilnu kiselinu, a na drugom kraju ugljikovodični lanac i metilnu skupinu.

Ovisno o njihovoj strukturi, masne kiseline mogu biti zasićene ili nezasićene. Ako ugljikovodični lanac sadrži samo jednostruke veze, to je zasićena masna kiselina. Suprotno tome, ako ovaj ugljikovodični lanac ima jednu ili više dvostrukih veza, masna kiselina je nezasićena.

U tu kategoriju spadaju ulja i masti. Prve su energetska rezerva biljaka, imaju nezasićene tvari i tekuća su na sobnoj temperaturi. Suprotno tome, masti su zalihe energije životinja, one su zasićene i čvrste molekule na sobnoj temperaturi.

fosfolipidi

Fosfolipidi su slični trigliceridima po tome što imaju molekulu glicerola spojenu na dvije masne kiseline. Razlika je u tome što fosfolipidi imaju treću skupinu fosfata na ugljiku glicerola, a ne drugu molekulu masne kiseline.

Ovi su lipidi vrlo važni zbog načina na koji mogu komunicirati s vodom. Imajući fosfatnu skupinu na jednom kraju, molekula postaje hidrofilna (privlači vodu) u toj regiji. Međutim, u ostatku molekule još je hidrofobna.

Zbog svoje strukture fosfolipidi su skloni organiziranju na takav način da su fosfatne skupine dostupne za interakciju s vodenim medijem, dok su hidrofobni lanci koje oni organiziraju unutra daleko od vode. Tako su fosfolipidi dio svih bioloških membrana.

- Steroidi

Steroidi se sastoje od četiri spojena ugljikova prstena na koje su vezane različite funkcionalne skupine. Jedan od najvažnijih je kolesterol, jer je bitan za živa bića. Predznak je nekih važnih hormona, poput estrogena, testosterona i kortizona, među ostalim.

- Voskovi

Voskovi su mala skupina lipida koji imaju zaštitnu funkciju. Nalaze se u lišću drveća, u perju ptica, u ušima nekih sisavaca i na mjestima koja je potrebno izolirati ili zaštititi od vanjskog okruženja.

Nukleinske kiseline

Nukleinske kiseline su glavne transportne molekule genetskih informacija u živim bićima. Njegova glavna funkcija je usmjeravanje procesa sinteze proteina, koji određuju naslijeđene karakteristike svakog živog bića. Sastoje se od atoma ugljika, vodika, kisika, dušika i fosfora.

Nukleinske kiseline su polimeri sačinjeni od ponavljanja monomera, nazvanih nukleotidi. Svaki nukleotid sastoji se od aromatske baze koja sadrži dušik vezanog sa šećerom pentoze (pet ugljika), koji je zauzvrat povezan s fosfatnom skupinom.

Dvije glavne klase nukleinskih kiselina su deoksiribonukleinska kiselina (DNK) i ribonukleinska kiselina (RNA). DNK je molekula koja sadrži sve informacije vrste, zbog čega je prisutna u svim živim bićima i u većini virusa.

RNA je genetski materijal određenih virusa, ali nalazi se i u svim živim stanicama. Tamo obavlja važne funkcije u određenim procesima, poput proizvodnje proteina.

Svaka nukleinska kiselina sadrži četiri od pet mogućih baza koje sadrže dušik: adenin (A), gvanin (G), citozin (C), timin (T) i uracil (U). DNK ima baze adenin, gvanin, citozin i timin, dok RNA ima iste baze, osim za timin, koji je u RNA zamijenjen uracilom.

- Deoksiribonukleinska kiselina (DNA)

Molekula DNA sastoji se od dva lanca nukleotida spojenih vezama koje se nazivaju fosfodiesterske veze. Svaki lanac ima strukturu u obliku spirale. Dvije spirale se isprepliću kako bi se dobila dvostruka spirala. Baza se nalazi na unutrašnjoj strani spirale, a fosfatne skupine na vanjskoj strani.

DNK se sastoji od okosnice šećera koja je vezana za fosfat i četiri dušične baze: adenin, gvanin, citozin i timin. Baza para formirana je u dvolančanoj DNA: adenin se uvijek veže na timin (AT), a gvanin na citozin (GC).

Dvije helike su povezane zajedno spajanjem nukleotidnih baza vodikovom vezom. Struktura se ponekad opisuje kao ljestve na kojima su lanci šećera i fosfata strane, a veze između baze i baze su trake.

Ovakva struktura, zajedno s kemijskom stabilnošću molekule, čini DNK idealnim materijalom za prijenos genetskih informacija. Kada se stanica podijeli, njezin se DNK kopira i prenosi s jedne generacije na sljedeću generaciju.

- ribonukleinska kiselina (RNA)

RNA je polimer nukleinske kiseline čija se struktura sastoji od jednog nukleotidnog lanca: adenina, citozina, gvanina i uracila. Kao i u DNK, citozin se uvijek veže na gvanin (CG), ali adenin se veže na uracil (AU).

To je prvi posrednik u prijenosu genetskih informacija u stanicama. RNA je neophodna za sintezu proteina, jer se informacije sadržane u genetskom kodu uglavnom prenose s DNK u RNA, a iz toga na proteine.

Neke RNK također imaju izravne funkcije u staničnom metabolizmu. RNA se dobiva kopiranjem baznog niza segmenta DNA nazvanog gen, na dio jednolančane nukleinske kiseline. Taj proces, nazvan transkripcija, katalizira enzim nazvan RNA polimeraza.

Postoji nekoliko različitih vrsta RNA, uglavnom ih ima 3. Prva je mesnačka RNA, ona koja se kopira izravno iz DNK transkripcijom. Drugi tip je prijenosna RNA, ona koja prenosi ispravne aminokiseline za sintezu proteina.

Napokon, druga klasa RNA je ribosomalna RNA koja zajedno s nekim proteinima tvori ribosome, stanične organele odgovorne za sintezu svih proteina u stanici.

Protein

Proteini su velike, složene molekule koje obavljaju mnoge važne funkcije i većinu posla obavljaju u stanicama. Oni su potrebni za strukturu, funkciju i regulaciju živih bića. Sastoji se od atoma ugljika, vodika, kisika i dušika.

Proteini se sastoje od manjih jedinica koje se nazivaju aminokiseline, povezane su peptidnim vezama i tvore duge lance. Aminokiseline su male organske molekule vrlo posebnih fizikalno-kemijskih svojstava, postoji 20 različitih vrsta.

Niz aminokiselina određuje jedinstvenu trodimenzionalnu strukturu svakog proteina i njegovu specifičnu funkciju. U stvari, funkcije pojedinih proteina jednako su raznolike kao i njihove jedinstvene aminokiselinske sekvence, koje određuju interakcije koje stvaraju složene trodimenzionalne strukture.

Razne funkcije

Proteini mogu biti strukturni i pokretni sastojci stanice, poput aktina. Drugi djeluju ubrzavajući biokemijske reakcije u stanici, poput DNK polimeraze, koja je enzim koji sintetizira DNK.

Postoje i drugi proteini čija je funkcija prenošenje važne poruke tijelu. Na primjer, neke vrste hormona, poput hormona rasta, prenose signale za koordinaciju bioloških procesa između različitih stanica, tkiva i organa.

Neki se proteini vežu zajedno i nose atome (ili male molekule) unutar stanica; takav je slučaj feritina, koji je odgovoran za skladištenje željeza u nekim organizmima. Druga skupina važnih proteina su antitijela, koja pripadaju imunološkom sustavu i odgovorna su za otkrivanje toksina i patogena.

Dakle, proteini su krajnji proizvodi procesa dekodiranja genetskih informacija koji započinju staničnom DNK. Ova nevjerojatna raznolikost funkcija proizilazi iz iznenađujuće jednostavnog koda koji može specificirati ogromno raznolik skup struktura.

Reference

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. i Walter, P. (2014). Molekularna biologija stanice (6. izd.). Garland Science.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biokemija (8. izd.). WH Freeman and Company.
3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biologija (2. izd.) Pearson Education.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Molekularna biološka stanica (8. izd.). WH Freeman and Company.
5. Solomon, E., Berg, L. i Martin, D. (2004). Biologija (7. izd.) Cengage Learning.
6. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Osnove biokemije: život na molekularnoj razini (5. izd.). Wiley.