BIOMOLEKYLER: KLASSIFISERING OG HOVEDFUNKSJONER - BIOLOGI - 2026

De biomolekyler er molekyler som er generert i levende vesener. Prefikset "bio" betyr liv; derfor er et biomolekyl et molekyl produsert av et levende vesen. Levende vesener består av forskjellige typer molekyler som utfører forskjellige funksjoner som er nødvendige for livet.

I naturen er det biotiske (levende) og abiotiske (ikke-levende) systemer som samvirker og i noen tilfeller utveksler elementer. Et kjennetegn som alle levende ting har til felles, er at de er organiske, noe som betyr at bestanddelens molekyler består av karbonatomer.

Biomolekyler har også andre atomer i tillegg til karbon. Disse atomene inkluderer hovedsakelig hydrogen, oksygen, nitrogen, fosfor og svovel. Disse elementene kalles også bioelementer fordi de er hovedkomponenten i biologiske molekyler.

Imidlertid er det andre atomer som også er til stede i noen biomolekyler, selv om de er i mindre mengder. Disse er vanligvis metallioner som kalium, natrium, jern og magnesium, blant andre. Følgelig kan biomolekyler være av to typer: organisk eller uorganisk.

Dermed består organismer av mange typer karbonbaserte molekyler, for eksempel: sukker, fett, proteiner og nukleinsyrer. Imidlertid er det andre forbindelser som også er karbonbaserte og ikke er en del av biomolekyler.

Disse karbonholdige molekylene som ikke finnes i biologiske systemer, kan finnes i jordskorpen, i innsjøer, hav og hav og i atmosfæren. Bevegelsen av disse elementene i naturen er beskrevet i det som er kjent som biogeokjemiske sykluser.

Det antas at disse enkle organiske molekylene som finnes i naturen var de som ga opphav til de mest komplekse biomolekylene som er en del av den grunnleggende strukturen for livet: cellen. Dette er det som er kjent som teorien om abiotisk syntese.

Klassifisering og funksjoner av biomolekyler

Biomolekyler er forskjellige i størrelse og struktur, noe som gir dem unike egenskaper for utførelsen av de forskjellige funksjonene som er nødvendige for livet. Dermed fungerer biomolekyler som informasjonslagring, energikilde, støtte, cellulær metabolisme, blant andre.

Biomolekyler kan klassifiseres i to store grupper, basert på tilstedeværelse eller fravær av karbonatomer.

Uorganiske biomolekyler

De er alle molekylene som er til stede i levende vesener og som ikke inneholder karbon i molekylstrukturen. Uorganiske molekyler kan også finnes i andre (ikke-levende) systemer i naturen.

Typene uorganiske biomolekyler er som følger:

Vann

Det er den viktigste og grunnleggende komponenten i levende vesener, det er et molekyl dannet av et oksygenatom knyttet til to hydrogenatomer. Vann er viktig for livets eksistens og er det vanligste biomolekylet.

Mellom 50 og 95% av vekten til et levende vesen er vann, siden det er nødvendig å utføre flere viktige funksjoner, for eksempel termisk regulering og transport av stoffer.

Mineralsalter

De er enkle molekyler som består av motsatt ladede atomer som skiller seg fullstendig i vann. For eksempel: natriumklorid, sammensatt av et kloratom (negativt ladet) og et natriumatom (positivt ladet).

Mineralsalter deltar i dannelsen av stive strukturer, for eksempel knoklene til virveldyr eller ryggvirvlene til virvelløse dyr. Disse uorganiske biomolekylene er også nødvendige for å utføre mange viktige cellefunksjoner.

gasser

De er molekyler som er i form av gass. De er essensielle for respirasjon av dyr og fotosyntesen i planter.

Eksempler på disse gassene er: molekylært oksygen, som består av to oksygenatomer bundet sammen; og karbondioksid, som består av et karbonatom bundet til to oksygenatomer. Begge biomolekylene deltar i gassutvekslingen som levende vesener utfører med sitt miljø.

Organiske biomolekyler

Organiske biomolekyler er molekylene som inneholder karbonatomer i strukturen. Organiske molekyler kan også bli distribuert i naturen som en del av ikke-levende systemer, og de utgjør det som er kjent som biomasse.

Typene organiske biomolekyler er følgende:

karbohydrater

Karbohydrater er sannsynligvis de mest utbredte og mest utbredte organiske stoffene i naturen, og de er viktige komponenter i alle levende ting.

Karbohydrater produseres av grønne planter fra karbondioksid og vann under fotosynteseprosessen.

Disse biomolekylene består hovedsakelig av karbon, hydrogen og oksygenatomer. De er også kjent som karbohydrater eller sakkarider, og de fungerer som energikilder og som strukturelle komponenter i organismer.

- Monosakkarider

Monosakkarider er de enkleste karbohydratene og kalles ofte enkle sukkerarter. De er de grunnleggende byggesteinene som alle de største karbohydratene dannes fra.

Monosakkarider har den generelle molekylformelen (CH20) n, hvor n kan være 3, 5 eller 6. Monosakkarider kan derfor klassifiseres i henhold til antall karbonatomer som er tilstede i molekylet:

Hvis n = 3, er molekylet en triose. For eksempel: glyseraldehyd.

Hvis n = 5, er molekylet en pentose. For eksempel: ribose og deoxyribose.

Hvis n = 6, er molekylet en heksose. For eksempel: fruktose, glukose og galaktose.

Pentoser og heksoser kan eksistere i to former: syklisk og ikke-syklisk. I ikke-syklisk form viser molekylstrukturen to funksjonelle grupper: en aldehydgruppe eller en ketongruppe.

Monosakkarider som inneholder aldehydgruppen kalles aldoser, og de som har en ketongruppe kalles ketoser. Aldoser reduserer sukker, mens ketoser er ikke-reduserende sukker.

Imidlertid eksisterer i pentoser og heksoser i vann hovedsakelig i syklisk form, og det er i denne formen de kombineres for å danne større sakkaridmolekyler.

- Disakkarider

De fleste sukkerarter som finnes i naturen er disakkarider. Disse dannes ved dannelse av en glykosidbinding mellom to monosakkarider, gjennom en kondensasjonsreaksjon som frigjør vann. Denne bindingsdannelsesprosessen krever energi for å holde de to monosakkaridenhetene sammen.

De tre viktigste disakkaridene er sukrose, laktose og maltose. De dannes fra kondensasjonen av passende monosakkarider. Sukrose er et ikke-reduserende sukker, mens laktose og maltose reduserer sukker.

Disakkarider er løselige i vann, men er biomolekyler som er for store til å krysse cellemembranen ved diffusjon. Av denne grunn brytes de ned i tynntarmen under fordøyelsen, slik at de essensielle komponentene (dvs. monosakkarider) passerer i blodet og andre celler.

Monosakkarider brukes veldig raskt av celler. Imidlertid, hvis en celle ikke trenger energi, kan den umiddelbart lagre den i form av mer komplekse polymerer. Dermed blir monosakkarider omdannet til disakkarider gjennom kondensasjonsreaksjoner som oppstår i cellen.

- Oligosakkarider

Oligosakkarider er mellomliggende molekyler som består av tre til ni enkle sukkerenheter (monosakkarider). De dannes ved delvis å bryte ned mer komplekse karbohydrater (polysakkarider).

De fleste naturlig forekommende oligosakkarider finnes i planter, og med unntak av maltotriose, er ufordøyelige av mennesker fordi menneskekroppen mangler de nødvendige enzymer i tynntarmen for å bryte dem ned.

I tykktarmen kan gunstige bakterier bryte ned oligosakkarider gjennom gjæring; dermed blir de omdannet til absorberbare næringsstoffer som gir litt energi. Visse nedbrytningsprodukter av oligosakkarider kan ha en gunstig effekt på slimhinnen i tykktarmen.

Eksempler på oligosakkarider inkluderer raffinose, et trisakkarid fra belgfrukter, og noen kornprodukter sammensatt av glukose, fruktose og galaktose. Maltotriose, et glukose-trisakkarid, forekommer i noen planter og i blodet til visse leddyr.

- Polysakkarider

Monosakkarider kan gjennomgå en serie kondensasjonsreaksjoner og tilsette den ene enheten etter den andre til kjeden til det blir dannet veldig store molekyler. Dette er polysakkaridene.

Egenskapene til polysakkarider avhenger av flere faktorer i deres molekylstruktur: lengde, sidegrener, folder og om kjeden er "rett" eller "kveilet". Det er flere eksempler på polysakkarider i naturen.

Stivelse produseres ofte i planter som en måte å lagre energi på, og den består av α-glukosepolymerer. Hvis polymeren er forgrenet, kalles den amylopektin, og hvis den ikke er forgrenet, kalles den amylose.

Glykogen er energireservets polysakkarid i dyr og består av amylopektiner. Dermed blir stivelse av planter brutt ned i kroppen for å produsere glukose, som kommer inn i cellen og brukes i stoffskifte. Glukose som ikke brukes polymeriserer og danner glykogen, energilageret.

lipider

Lipider er en annen type organiske biomolekyler, hvis viktigste kjennetegn er at de er hydrofobe (de frastøter vann), og følgelig er de uoppløselige i vann. Avhengig av strukturen deres, kan lipider klassifiseres i 4 hovedgrupper:

- Triglyserider

Triglyserider består av et glyserolmolekyl festet til tre kjeder med fettsyrer. En fettsyre er et lineært molekyl som inneholder en karboksylsyre i den ene enden, etterfulgt av en hydrokarbonkjede og en metylgruppe i den andre enden.

Avhengig av deres struktur, kan fettsyrer være mettede eller umettede. Hvis hydrokarbonkjeden bare inneholder enkeltbindinger, er det en mettet fettsyre. Motsatt, hvis denne hydrokarbonkjeden har en eller flere dobbeltbindinger, er fettsyren umettet.

Innenfor denne kategorien er oljer og fett. De førstnevnte er energireserven til planter, de har umettinger og er flytende ved romtemperatur. I kontrast er fett energilagrene til dyr, de er mettede og faste molekyler ved romtemperatur.

fosfolipider

Fosfolipider ligner triglyserider ved at de har et glyserolmolekyl festet til to fettsyrer. Forskjellen er at fosfolipider har en fosfatgruppe på det tredje karbonet av glyserol, i stedet for et annet fettsyremolekyl.

Disse lipidene er veldig viktige på grunn av måten de kan samhandle med vann på. Ved å ha en fosfatgruppe i den ene enden, blir molekylet hydrofilt (tiltrekker vann) i det området. Imidlertid er det fremdeles hydrofobt i resten av molekylet.

På grunn av sin struktur har fosfolipider en tendens til å organisere seg på en slik måte at fosfatgruppene er tilgjengelige for å samhandle med det vandige mediet, mens de hydrofobe kjeder som de organiserer i er langt fra vannet. Dermed er fosfolipider en del av alle biologiske membraner.

- Steroider

Steroider består av fire sammensmeltede karbonringer, som forskjellige funksjonelle grupper er knyttet til. Noe av det viktigste er kolesterol, da det er essensielt for levende vesener. Det er forløperen til noen viktige hormoner som østrogen, testosteron og kortison, blant andre.

- Vokser

Voks er en liten gruppe lipider som har en beskyttende funksjon. De finnes i bladene på trær, i fjærene til fugler, i ørene til noen pattedyr og på steder som må isoleres eller beskyttes mot det ytre miljø.

Nukleinsyrer

Nukleinsyrer er de viktigste transportmolekylene med genetisk informasjon i levende vesener. Dets viktigste funksjon er å lede prosessen med proteinsyntese, som bestemmer de arvelige egenskapene til hvert levende vesen. De er sammensatt av atomer av karbon, hydrogen, oksygen, nitrogen og fosfor.

Nukleinsyrer er polymerer som består av repetisjoner av monomerer, kalt nukleotider. Hvert nukleotid består av en nitrogenholdig aromatisk base festet til et pentosesukker (fem karbonatomer), som igjen er festet til en fosfatgruppe.

De to hovedklassene av nukleinsyrer er deoksyribonukleinsyre (DNA) og ribonukleinsyre (RNA). DNA er molekylet som inneholder all informasjon fra en art, og det er derfor den er til stede i alle levende vesener og i de fleste virus.

RNA er genetisk materiale til visse virus, men det finnes også i alle levende celler. Der utfører den viktige funksjoner i visse prosesser, for eksempel produksjon av proteiner.

Hver nukleinsyre inneholder fire av fem mulige nitrogenholdige baser: adenin (A), guanin (G), cytosin (C), timin (T) og uracil (U). DNA har basene adenin, guanin, cytosin og thymin, mens RNA har de samme basene bortsett fra tymin, som er erstattet med uracil i RNA.

- Deoxyribonucleic acid (DNA)

DNA-molekylet består av to kjeder med nukleotider forbundet med bindinger kalt fosfodiesterbindinger. Hver kjede har en spiralformet struktur. De to helixene flettes sammen for å gi en dobbel helix. Basene er på innsiden av helixen og fosfatgruppene er på utsiden.

DNA består av en fosfatbundet deoksyribosesukkerryggben og de fire nitrogenholdige basene: adenin, guanin, cytosin og timin. Basispar dannes i dobbeltstrenget DNA: adenin binder seg alltid til timin (AT) og guanin til cytosin (GC).

De to helikatene holdes sammen ved å sammenkoble nukleotidbasene ved hydrogenbinding. Strukturen blir noen ganger beskrevet som en stige der sukker- og fosfatkjedene er sidene og basebasebindingene er trinnene.

Denne strukturen, sammen med den kjemiske stabiliteten til molekylet, gjør DNA til det ideelle materialet for overføring av genetisk informasjon. Når en celle deler seg, kopieres dens DNA og føres fra en generasjon celler til neste generasjon.

- Ribonukleinsyre (RNA)

RNA er en nukleinsyrepolymer hvis struktur består av en enkelt nukleotidkjede: adenin, cytosin, guanin og uracil. Som i DNA, binder cytosin alltid til guanin (CG), men adenin binder seg til uracil (AU).

Det er den første formidleren i overføring av genetisk informasjon i celler. RNA er essensiell for proteinsyntese, siden informasjonen i genetisk kode overføres vanligvis fra DNA til RNA, og fra denne til proteiner.

Noen RNA har også direkte funksjoner i cellemetabolismen. RNA oppnås ved å kopiere basesekvensen til et segment av DNA kalt et gen, på en del av enstrenget nukleinsyre. Denne prosessen, kalt transkripsjon, katalyseres av et enzym kalt RNA-polymerase.

Det er flere forskjellige typer RNA, hovedsakelig er det 3. Den første er messenger RNA, som er den som er kopiert direkte fra DNA gjennom transkripsjon. Den andre typen er transfer RNA, som er den som overfører de riktige aminosyrene for proteinsyntese.

Til slutt er den andre klassen av RNA ribosomalt RNA som sammen med noen proteiner danner ribosomer, cellulære organeller som er ansvarlige for å syntetisere alle proteinene i cellen.

Protein

Proteiner er store, komplekse molekyler som utfører mange viktige funksjoner og gjør det meste av arbeidet i celler. De er nødvendige for strukturen, funksjonen og reguleringen av levende vesener. De består av karbon, hydrogen, oksygen og nitrogenatomer.

Proteiner består av mindre enheter som kalles aminosyrer, bundet sammen av peptidbindinger og danner lange kjeder. Aminosyrer er små organiske molekyler med veldig spesielle fysisk-kjemiske egenskaper, det er 20 forskjellige typer.

Aminosyresekvensen bestemmer den unike tredimensjonale strukturen til hvert protein og dets spesifikke funksjon. Faktisk er funksjonene til individuelle proteiner like varierte som deres unike aminosyresekvenser, som bestemmer interaksjonene som genererer komplekse tredimensjonale strukturer.

Ulike funksjoner

Proteiner kan være strukturelle og bevegelseskomponenter for cellen, for eksempel aktin. Andre jobber med å få fart på biokjemiske reaksjoner i cellen, for eksempel DNA-polymerase, som er enzymet som syntetiserer DNA.

Det er andre proteiner hvis funksjon er å formidle et viktig budskap til kroppen. For eksempel overfører noen typer hormoner som veksthormoner signaler for å koordinere biologiske prosesser mellom forskjellige celler, vev og organer.

Noen proteiner binder seg sammen og bærer atomer (eller små molekyler) i celler; slik er tilfellet med ferritin, som er ansvarlig for lagring av jern i noen organismer. En annen gruppe viktige proteiner er antistoffer, som tilhører immunforsvaret og er ansvarlige for å oppdage giftstoffer og patogener.

Proteiner er således sluttproduktene av avkodingsprosessen med genetisk informasjon som begynner med cellulært DNA. Denne utrolige variasjonen av funksjoner er avledet fra overraskende enkel kode som er i stand til å spesifisere et enormt mangfoldig sett med strukturer.

referanser

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Molecular Biology of the Cell (6. utg.). Garland Science.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biokjemi (8. utg.). WH Freeman and Company.
3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biologi (2. utg.) Pearson Education.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Molecular Cell Biology (8. utg.). WH Freeman and Company.
5. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biologi (7. utg.) Cengage Learning.
6. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Fundamentals of Biochemistry: Life on the Molecular Level (5. utg.). Wiley.