ORGANSKE BIOMOLEKULE: KARAKTERISTIKE, FUNKCIJE I PRIMJERI - BIOLOGIJA - 2026

A organski biomolekule nalaze u svim živim bićima, a karakterizirani su struktura na ugljikov atom. Ako ih usporedimo s anorganskim molekulama, organske su mnogo složenije u pogledu strukture. Osim toga, oni su puno raznolikiji.

Razvrstavaju se u bjelančevine, ugljikohidrate, lipide i nukleinske kiseline. Njegove funkcije su izuzetno raznolike. Proteini sudjeluju kao strukturni, funkcionalni i katalitički elementi. Ugljikohidrati također imaju strukturne funkcije i glavni su izvor energije za organska bića.

Izvor: pixabay.com

Lipidi su važne komponente bioloških membrana i drugih tvari, poput hormona. Oni također funkcioniraju kao elementi za skladištenje energije. Napokon, nukleinske kiseline - DNK i RNA - sadrže sve informacije potrebne za razvoj i održavanje živih bića.

Opće karakteristike

Jedna od najrelevantnijih karakteristika organskih biomolekula je njihova svestranost kada je riječ o oblikovanju struktura. Ova ogromna raznolikost organskih varijanti koje mogu postojati rezultat je povlaštene situacije koju pruža atom ugljika, sredinom drugog razdoblja.

Ugljični atom ima četiri elektrona u posljednjoj energetskoj razini. Zahvaljujući srednjoj elektronegativnosti, sposobna je formirati veze s drugim atomima ugljika, tvoreći lance različitog oblika i duljine, otvorene ili zatvorene, s jednostrukim, dvostrukim ili trostrukim vezama.

Na isti način, prosječna elektronegativnost ugljikovog atoma omogućuje mu stvaranje veza s drugim atomima različitima od ugljika, poput elektropozitivnih (vodik) ili elektronegativnih (između ostalog, kisika, dušika, sumpora).

Ovo svojstvo veze omogućava uspostavljanje klasifikacije ugljika u primarnom, sekundarnom, tercijarnom ili kvarternom, ovisno o broju ugljika s kojim je povezan. Ovaj je klasifikacijski sustav neovisan o broju valensa koji su uključeni u vezu.

Razvrstavanje i funkcije

Organske molekule klasificiraju se u četiri velike skupine: proteini, ugljikohidrati, lipidi i nukleinske kiseline. Mi ćemo ih detaljno opisati u nastavku:

-Proteins

Proteini su skupina organskih molekula koje najbolje definiraju i karakteriziraju biolozi. Ovo opsežno znanje uglavnom je zahvaljujući svojstvenoj lakoći koja postoji da bude izolirana i okarakterizirana - u usporedbi s ostatkom tri organske molekule.

Proteini igraju niz izuzetno širokih bioloških uloga. Oni mogu služiti kao nosači, strukturni, pa čak i katalitički molekuli. Zadnju skupinu čine enzimi.

Građevni blokovi: aminokiseline

Građevni blokovi proteina su aminokiseline. U prirodi nalazimo 20 vrsta aminokiselina, svaka sa svojim dobro definiranim fizikalno-kemijskim svojstvima.

Te se molekule klasificiraju kao alfa-aminokiseline, jer imaju primarnu amino skupinu i skupinu karboksilne kiseline kao supstituent na istom atomu ugljika. Jedina iznimka od ovog pravila je aminokiselina prolin, koja je klasificirana kao alfa-imino kiselina zbog prisutnosti sekundarne amino skupine.

Da bi tvorili proteine, ti „građevinski blokovi“ moraju polimerizirati, i to čine formiranjem peptidne veze. Stvaranje proteinskog lanca uključuje uklanjanje jedne molekule vode za svaku peptidnu vezu. Ta je veza predstavljena kao CO-NH.

Osim što su dio proteina, neke se aminokiseline smatraju energetskim metabolitima i mnoge od njih su ključni prehrambeni elementi.

Svojstva aminokiselina

Svaka aminokiselina ima svoju masu i prosječan izgled u proteinima. Pored toga, svaka ima pK vrijednost alfa-karboksilne kiseline, alfa-amino i skupina bočnih skupina.

PK vrijednosti skupina karboksilnih kiselina kreću se oko 2,2; dok alfa-amino skupine predstavljaju pK vrijednosti blizu 9,4. Ova karakteristika dovodi do tipične strukturne karakteristike aminokiselina: pri fiziološkom pH obje su skupine u ionskom obliku.

Kad molekula nosi nabijene skupine suprotnih polariteta, oni se nazivaju zwitterions ili zwitterions. Stoga, aminokiselina može djelovati kao kiselina ili kao baza.

Većina alfa-aminokiselina ima talište blizu 300 ° C. Lakše se otapaju u polarnim sredinama, u usporedbi s njihovom topljivošću u nepolarnim otapalima. Većina je prilično topljiva u vodi.

Struktura proteina

Da bi se odredila funkcija određenog proteina, potrebno je odrediti njegovu strukturu, odnosno trodimenzionalni odnos koji postoji između atoma koji čine proteinski sporni protein. Za proteine ​​su utvrđene četiri razine organizacije njihove strukture:

Primarna struktura: odnosi se na aminokiselinsku sekvencu koja čini protein, isključujući svaki oblik koji mogu imati njegovi bočni lanci.

Sekundarna struktura: nastaje lokalnim prostornim rasporedom skeletnih atoma. Ponovno, konformacija bočnih lanaca se ne uzima u obzir.

Tercijarna struktura: odnosi se na trodimenzionalnu strukturu cijelog proteina. Iako je možda teško uspostaviti jasnu podjelu između tercijarne i sekundarne strukture, definirane konformacije (kao što su prisustvo nabora, presavijenih ploča i uvijanja) koriste se za isključivo označavanje sekundarnih struktura.

Kvaterna struktura: odnosi se na one proteine ​​koji se sastoje od nekoliko podjedinica. Odnosno, s dva ili više pojedinačnih polipeptidnih lanaca. Ove jedinice mogu komunicirati preko kovalentnih sila ili preko disulfidnih veza. Prostorni raspored podjedinica određuje kvaternarnu strukturu.

-Carbohydrates

Ugljikohidrati, ugljikohidrati ili saharidi (od grčkog korijena sakcharón, što znači šećer) su najbrojnija klasa organskih molekula na cijeloj planeti zemlji.

Njihova konstrukcija može zaključiti iz njihovih nazivom „ugljikohidrat”, budući da su molekule formule (CH ₂ O) _n, gdje je n veći od 3..

Funkcije ugljikohidrata su različite. Jedna od glavnih je strukturalnog tipa, posebno kod biljaka. U biljnom carstvu celuloza je njen glavni strukturni materijal, što odgovara 80% tjelesne suhe težine.

Druga bitna funkcija je njegova energetska uloga. Polisaharidi, poput škroba i glikogena, predstavljaju važan izvor prehrambenih zaliha.

Klasifikacija

Osnovne jedinice ugljikohidrata su monosaharidi ili jednostavni šećeri. Oni su izvedeni iz aldehida ili ketona ravnoga lanca i višehidratnih alkohola.

Oni su klasificirani prema kemijskoj prirodi njihove karbonilne skupine u aldoze i ketoze. Oni su također klasificirani na temelju broja ugljika.

Monosaharidi se udružuju u tvorbu oligosaharida, koji se često nalaze u vezi s drugim vrstama organskih molekula, poput proteina i lipida. Oni su klasificirani kao homopolisaharidi ili heteropolisaharidi, ovisno o tome jesu li sastavljeni od istih monosaharida (prvi slučaj) ili su različiti.

Pored toga, klasificiraju se i prema prirodi monosaharida koji ih sačinjava. Polimeri glukoze nazivaju se glukani, oni koji su napravljeni od galaktoze nazivaju se galaktanima i tako dalje.

Polisaharidi imaju osobinu stvaranja ravnih i razgranatih lanaca, jer se glikozidne veze mogu stvoriti s bilo kojom od hidroksilnih skupina nađenih u monosaharidu.

Kad je povezan veći broj monosaharidnih jedinica, govorimo o polisaharidima.

-Lipids

Lipidi (od grčkog lipos, što znači masti) su organske molekule netopive u vodi i topive u anorganskim otapalima, kao što je kloroform. Oni čine masti, ulja, vitamine, hormone i biološke membrane.

Klasifikacija

Masne kiseline: to su karboksilne kiseline s lancima formiranim ugljikovodicima velike dužine. Fiziološki ih je rijetko naći slobodnima, jer su u većini slučajeva esterificirani.

U životinjama i biljkama često ih nalazimo u nezasićenom obliku (formirajući dvostruke veze između ugljika) i polinezasićenim (s dvije ili više dvostrukih veza).

Triacilgliceroli: koji se nazivaju i trigliceridi ili neutralne masti, oni čine većinu masti i ulja prisutnih u životinjama i biljkama. Njegova glavna funkcija je skladištenje energije u životinjama. Imaju specijalizirane ćelije za pohranu.

Razvrstavaju se prema identitetu i položaju ostataka masnih kiselina. Općenito, biljna ulja tekuća su na sobnoj temperaturi i bogatija su ostacima masnih kiselina s dvostrukim i trostrukim vezama između njihovih ugljika.

Suprotno tome, životinjske masti su čvrste na sobnoj temperaturi, a broj nezasićenih ugljika je nizak.

Glicerofosfolipidi: poznati i kao fosfogliceridi, oni su glavne komponente lipidnih membrana.

Glicerofosfolipidi imaju "rep" s apolarnim ili hidrofobnim karakteristikama i polarnu ili hidrofilnu "glavu". Te su strukture grupirane u dvoslojni, s repovima koji su usmjereni prema unutra kako bi tvorili membrane. U njih je ugrađen niz proteina.

Sfingolipidi: to su lipidi koji se nalaze u vrlo malim količinama. Također su dio membrana i dobivaju se iz sfingozina, dihidrosfingozina i njihovih homologa.

Kolesterol: u životinja je dominantna komponenta membrane, koja mijenja njihova svojstva, poput njihove fluidnosti. Smještena je i u membranama staničnih organela. Važan je prethodnik steroidnih hormona, povezanih sa seksualnim razvojem.

-Nukleinske kiseline

Nukleinske kiseline su DNK i različite vrste RNA koje postoje. DNA je odgovorna za pohranu svih genetskih podataka, što omogućava razvoj, rast i održavanje živih organizama.

RNA, sa svoje strane, sudjeluje u prolasku genetskih informacija kodiranih u DNK u molekule proteina. Klasično se razlikuju tri vrste RNA: glasnik, prijenos i ribosomal. Međutim, postoji niz malih RNA koji imaju regulatorne funkcije.

Građevni blokovi: nukleotidi

Građevni blokovi nukleinskih kiselina, DNA i RNA, su nukleotidi. Kemijski su to fosfatni esteri pentoze u kojima je dušična baza spojena s prvim ugljikom. Možemo razlikovati ribonukleotide i deoksiribonukleotide.

Te su molekule ravne, aromatične i heterocikličke. Kad je fosfatna skupina odsutna, nukleotid se preimenuje u nukleozid.

Pored svoje uloge monomera u nukleinskim kiselinama, ove su molekule biološki sveprisutne i sudjeluju u značajnom broju procesa.

Nukleozidni trifosfati proizvodi su bogate energije, poput ATP-a, i koriste se kao energetska valuta staničnih reakcija. Oni su važna komponenta koenzima NAD ⁺, NADP ⁺, FMN, FAD i koenzima A. Konačno, oni su regulatorni elementi različitih metaboličkih putova.

Primjeri

Postoji bezbroj primjera organskih molekula. Najistaknutiji i proučavani od strane biokemičara će biti raspravljeni u nastavku:

Hemoglobin

Hemoglobin, crveni pigment u krvi, jedan je od klasičnih primjera proteina. Zahvaljujući širokoj difuziji i lakoj izolaciji, bio je protein proučavan od davnina.

To je protein sastavljen od četiri podjedinice, zbog čega spada pod tetrameričku klasifikaciju, s dvije alfa i dvije beta jedinice. Podjedinice hemoglobina povezane su s malim proteinom odgovornim za unos kisika u mišićima: mioglobinom.

Skupina hema je derivat porfirina. Ovo karakterizira hemoglobin i ista je skupina koja se nalazi u citokromima. Skupina heme odgovorna je za karakterističnu crvenu boju krvi i fizikalna je regija u kojoj se svaki globinski monomer veže s kisikom.

Glavna funkcija ovog proteina je transport kisika iz organa odgovornog za izmjenu plinova - nazvali ga plućima, škrgama ili kožom - do kapilara koji će se koristiti pri disanju.

Celuloza

Celuloza je linearni polimer sastavljen od D-glukoze podjedinica, povezanih vezama tipa beta 1,4. Kao i većina polisaharida, oni nemaju ograničenu maksimalnu veličinu. Međutim, u prosjeku imaju oko 15 000 ostataka glukoze.

To je sastojak staničnih zidova biljaka. Zahvaljujući celulozi, krute su i omogućuju podnošenje osmotskog stresa. Slično tome, u većim biljkama, poput drveća, celuloza pruža potporu i stabilnost.

Iako se pretežno odnosi na povrće, neke životinje koje se nazivaju plaštima imaju celulozu u svojoj strukturi.

Procjenjuje se da se godišnje sintetizira - i razgradi 10 - ¹⁵ kilograma celuloze.

Biološke membrane

Biološke membrane sastoje se uglavnom od dvije biomolekule, lipida i proteina. Prostorna konformacija lipida je u obliku dvosloja, s hidrofobnim repovima koji su usmjereni prema unutra, a hidrofilne glave usmjerene prema van.

Membrana je dinamična cjelina i njezine komponente doživljavaju česte pokrete.

Reference

1. Aracil, CB, Rodríguez, MP, Magraner, JP, i Pérez, RS (2011). Osnove biokemije. Sveučilište u Valenciji.
2. Battaner Arias, E. (2014). Zbirka enzimologije. Izdanja sveučilišta Salamanca.
3. Berg, JM, Stryer, L., i Tymoczko, JL (2007). Biokemija. Preokrenuo sam se.
4. Devlin, TM (2004). Biokemija: udžbenik s kliničkom primjenom. Preokrenuo sam se.
5. Díaz, AP, & Pena, A. (1988). Biokemija. Uredništvo Limusa.
6. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1994). Ljudska biokemija: osnovni tečaj. Preokrenuo sam se.
7. Müller - Esterl, W. (2008). Biokemija. Osnove medicine i životnih znanosti. Preokrenuo sam se.
8. Teijón, JM (2006). Osnove strukturne biokemije. Uredništvo Tébar.