ORGANISKE BIOMOLEKYLER: EGENSKAPER, FUNKSJONER OG EKSEMPLER - BIOLOGI - 2026

De organiske biomolekylene som finnes i alle levende vesener og er preget av en struktur basert på karbonatomet. Hvis vi sammenligner dem med uorganiske molekyler, er organiske molekyler mye mer sammensatte når det gjelder strukturen. I tillegg er de mye mer varierte.

De er klassifisert i proteiner, karbohydrater, lipider og nukleinsyrer. Funksjonene er ekstremt varierte. Proteiner deltar som strukturelle, funksjonelle og katalytiske elementer. Karbohydrater har også strukturelle funksjoner og er den viktigste energikilden for organiske vesener.

Kilde: pixabay.com

Lipider er viktige komponenter i biologiske membraner og andre stoffer, for eksempel hormoner. De fungerer også som energilagringselementer. Til slutt inneholder nukleinsyrer - DNA og RNA - all den informasjonen som er nødvendig for utvikling og vedlikehold av levende vesener.

Generelle egenskaper

En av de mest relevante egenskapene til organiske biomolekyler er deres allsidighet når det gjelder å danne strukturer. Dette enorme mangfoldet av organiske varianter som kan eksistere skyldes den privilegerte situasjonen karbonatomet bidrar med, i midten av den andre perioden.

Karbonatomet har fire elektroner i det siste energinivået. Takket være dens middels elektronegativitet er den i stand til å danne bindinger med andre karbonatomer, danne kjeder med forskjellig form og lengde, åpne eller lukkede, med enkelt-, dobbelt- eller trippelbindinger inne.

På samme måte tillater den gjennomsnittlige elektronegativiteten til karbonatomet det å danne bindinger med andre atomer som er forskjellige fra karbon, for eksempel elektropositive (hydrogen) eller elektronegative (oksygen, nitrogen, svovel, blant andre).

Denne egenskapen til binding gjør det mulig å etablere en klassifisering for karbonene i primær, sekundær, tertiær eller kvartær, avhengig av antall karbon det er knyttet til. Dette klassifiseringssystemet er uavhengig av antall valenser involvert i lenken.

Klassifisering og funksjoner

Organiske molekyler er klassifisert i fire store grupper: proteiner, karbohydrater, lipider og nukleinsyrer. Vi vil beskrive dem i detalj nedenfor:

-Proteins

Proteiner er den gruppen av organiske molekyler som er best definert og preget av biologer. Denne omfattende kunnskapen skyldes hovedsakelig den iboende lettheten som eksisterer for å isoleres og karakteriseres - sammenlignet med resten av de tre organiske molekylene.

Proteiner spiller en rekke ekstremt brede biologiske roller. De kan tjene som bærer, strukturelle og til og med katalytiske molekyler. Denne siste gruppen består av enzymer.

Byggesteiner: aminosyrer

Byggesteinene til proteiner er aminosyrer. I naturen finner vi 20 typer aminosyrer, hver med sine veldefinerte fysisk-kjemiske egenskaper.

Disse molekylene er klassifisert som alfa-aminosyrer, fordi de har en primær aminogruppe og en karboksylsyregruppe som en substituent på det samme karbonatom. Det eneste unntaket fra denne regelen er aminosyren prolin, som er klassifisert som en alfa-iminosyre på grunn av tilstedeværelsen av en sekundær aminogruppe.

For å danne proteiner må disse "byggesteinene" polymerisere, og de gjør det ved å danne en peptidbinding. Dannelsen av en proteinkjede innebærer fjerning av ett vannmolekyl for hver peptidbinding. Denne bindingen er representert som CO-NH.

I tillegg til å være en del av proteiner, anses noen aminosyrer som energimetabolitter, og mange av dem er viktige ernæringselementer.

Egenskaper til aminosyrer

Hver aminosyre har sin masse og sitt gjennomsnittlige utseende i proteiner. I tillegg har hver en pK-verdi av alfa-karboksylsyre, alfa-amino og sidegruppegrupper.

PK-verdiene for karboksylsyregruppene er rundt 2,2; mens alfa-aminogruppene har pK-verdier nær 9,4. Denne egenskapen fører til et typisk strukturelt kjennetegn ved aminosyrer: ved fysiologisk pH er begge gruppene i ionform.

Når et molekyl bærer ladede grupper med motsatte polariteter, kalles de zwitterions eller zwitterions. Derfor kan en aminosyre fungere som en syre eller som en base.

De fleste av alfa-aminosyrene har smeltepunkter nær 300 ° C. De løses lettere opp i polare miljøer, sammenlignet med deres løselighet i ikke-polare løsningsmidler. De fleste er ganske løselig i vann.

Struktur av proteiner

For å spesifisere funksjonen til et bestemt protein, er det nødvendig å bestemme dens struktur, det vil si den tredimensjonale sammenhengen som eksisterer mellom atomene som utgjør det aktuelle proteinet. For proteiner er fire nivåer av organisering av strukturen deres bestemt:

Primær struktur : refererer til aminosyresekvensen som utgjør proteinet, unntatt enhver konformasjon som sidekjedene kan ta.

Sekundær struktur : det dannes av den lokale romlige ordningen av skjelettatomene. Igjen er ikke konstruksjonen av sidekjedene tatt i betraktning.

Tertiær struktur : refererer til den tredimensjonale strukturen til hele proteinet. Selv om det kan være vanskelig å etablere en klar skille mellom den tertiære og sekundære strukturen, brukes definerte konformasjoner (for eksempel tilstedeværelsen av heliser, brettede ark og vendinger) for utelukkende å betegne sekundære strukturer.

Kvaternær struktur : gjelder proteiner som består av flere underenheter. Det vil si av to eller flere individuelle polypeptidkjeder. Disse enhetene kan samhandle gjennom kovalente krefter, eller gjennom disulfidbindinger. Den romlige ordningen av underenhetene bestemmer den kvartære strukturen.

-Carbohydrates

Karbohydrater, karbohydrater eller sakkarider (fra de greske røttene sakcharón, som betyr sukker) er den mest tallrike klassen av organiske molekyler på hele planeten.

Deres struktur kan utledes fra deres navn "karbohydrater", siden de er molekyler med formelen (CH ₂ O) _n , hvor n er større enn 3.

Funksjonene til karbohydrater er varierte. En av de viktigste er av strukturell type, spesielt i planter. I planteriket er cellulose det viktigste strukturelle materialet, som tilsvarer 80% av kroppens tørrvekt.

En annen relevant funksjon er dens energiske rolle. Polysakkarider, som stivelse og glykogen, representerer viktige kilder til ernæringslagre.

Klassifisering

De grunnleggende enhetene for karbohydrater er monosakkarider eller enkle sukkerarter. Disse er avledet fra rettkjedede aldehyder eller ketoner og flerverdige alkoholer.

De er klassifisert i henhold til den kjemiske karakteren av karbonylgruppen i aldoser og ketoser. De er også klassifisert basert på antall karbonatomer.

Monosakkarider grupperer seg for å danne oligosakkarider, som ofte finnes i forbindelse med andre typer organiske molekyler som proteiner og lipider. Disse er klassifisert som homopolysakkarider eller heteropolysakkarider, avhengig av om de er sammensatt av de samme monosakkaridene (det første tilfellet) eller er forskjellige.

I tillegg er de også klassifisert i henhold til arten av monosakkaridet som komponerer dem. Glukosepolymerer kalles glukaner, de som er laget av galaktose kalles galaktaner, og så videre.

Polysakkarider har det særegne ved å danne rette og forgrenede kjeder, siden glykosidbindinger kan dannes med hvilken som helst av hydroksylgruppene som finnes i monosakkaridet.

Når et større antall monosakkaridenheter er tilknyttet, snakker vi om polysakkarider.

-Lipids

Lipider (fra den greske lipos, som betyr fett) er organiske molekyler som er uoppløselige i vann og oppløselige i uorganiske løsningsmidler, for eksempel kloroform. Disse utgjør fett, oljer, vitaminer, hormoner og biologiske membraner.

Klassifisering

Fettsyrer : de er karboksylsyrer med kjeder dannet av hydrokarboner med betydelig lengde. Fysiologisk er det sjelden å finne dem frie, siden de i de fleste tilfeller er forestret.

Hos dyr og planter finner vi dem ofte i umettet form (danner dobbeltbindinger mellom karbonene), og flerumettede (med to eller flere dobbeltbindinger).

Triacylglyceroler : også kalt triglyserider eller nøytrale fett, de utgjør størstedelen av fett og oljer som er til stede i dyr og planter. Dets viktigste funksjon er å lagre energi i dyr. Disse har spesialiserte celler for lagring.

De er klassifisert i henhold til identiteten og plasseringen av fettsyreresidiene. Generelt er vegetabilske oljer flytende ved romtemperatur og er rikere på fettsyrerester med dobbelt- og trippelbindinger mellom karbonene deres.

I kontrast er dyrefettstoffer faste ved romtemperatur, og antallet umettede karbonatomer er lavt.

Glyserofosfolipider : også kjent som fosfoglyserider, de er hovedkomponentene i lipidmembraner.

Glyserofosfolipider har en "hale" med apolare eller hydrofobe egenskaper, og et polært eller hydrofilt "hode". Disse strukturene er gruppert i et dobbeltlag, med halene pekende innover for å danne membranene. I disse er en serie proteiner innebygd.

Sfingolipider : de er lipider som finnes i veldig lave mengder. De er også en del av membranene og er avledet fra sfingosin, dihydrosfingosin og deres homologer.

Kolesterol : hos dyr er det en dominerende komponent av membranene, som endrer deres egenskaper, for eksempel deres flyt. Det er også plassert i membranene til celleorganeller. Det er en viktig forløper for steroidhormoner, relatert til seksuell utvikling.

-Nukleinsyrer

Nukleinsyrer er DNA og de forskjellige typene RNA som finnes. DNA er ansvarlig for lagring av all genetisk informasjon, som tillater utvikling, vekst og vedlikehold av levende organismer.

RNA på sin side deltar i overføringen av genetisk informasjon kodet i DNA til proteinmolekyler. Klassisk skilles tre typer RNA: messenger, transfer og ribosomal. Imidlertid er det en rekke små RNA som har reguleringsfunksjoner.

Byggesteiner: nukleotider

Byggesteinene til nukleinsyrer, DNA og RNA, er nukleotider. Kjemisk er de fosfatestere av pentoser, hvor en nitrogenholdig base er festet til det første karbon. Vi kan skille mellom ribonukleotider og deoksyribonukleotider.

Disse molekylene er flate, aromatiske og heterocykliske. Når fosfatgruppen er fraværende, omdøpes nukleotidet til nukleosid.

I tillegg til deres rolle som monomerer i nukleinsyrer, er disse molekylene biologisk allestedsnærværende og deltar i et betydelig antall prosesser.

Nukleosid-trifosfater er produkter som er rik på energi, som ATP og brukes som energivaluta for cellulære reaksjoner. De er en viktig komponent i koenzymene NAD ⁺ , NADP ⁺ , FMN, FAD og koenzym A. Til slutt er de regulatoriske elementer i forskjellige metabolske veier.

eksempler

Det er utallige eksempler på organiske molekyler. Det mest fremtredende og studerte av biokjemikere vil bli diskutert nedenfor:

hemoglobin

Hemoglobin, det røde pigmentet i blod, er et av de klassiske eksemplene på proteiner. Takket være dens brede diffusjon og enkle isolering, har det vært et protein som er studert siden antikken.

Det er et protein som består av fire underenheter, og det er derfor det faller inn under den tetrameriske klassifiseringen, med to alfa- og to betaenheter. Hemoglobin-underenheter er relatert til et lite protein som er ansvarlig for oksygenopptak i muskler: myoglobin.

Hemmegruppen er et derivat av porfyrin. Dette kjennetegner hemoglobin og er den samme gruppen som finnes i cytokromer. Heme-gruppen er ansvarlig for den karakteristiske røde fargen på blod og er den fysiske regionen der hver globinmonomer binder seg med oksygen.

Hovedfunksjonen til dette proteinet er transport av oksygen fra organet som er ansvarlig for gassutveksling - kall det lunger, gjeller eller hud - til kapillærene, som skal brukes i respirasjon.

cellulose

Cellulose er en lineær polymer som består av D-glukose-underenheter, forbundet med beta 1,4-bindinger. Som de fleste polysakkarider har de ikke en begrenset maksimal størrelse. Imidlertid har de i gjennomsnitt rundt 15 000 glukoserester.

Det er komponenten i celleveggene til planter. Takket være cellulose er disse stive og lar tåle osmotisk stress. Tilsvarende i større planter, som trær, gir cellulose støtte og stabilitet.

Selv om det hovedsakelig er relatert til grønnsaker, har noen dyr som heter tunicates cellulose i strukturen.

Det anslås at gjennomsnittlig 10 ¹⁵ kilo cellulose blir syntetisert - og nedbrutt - per år.

Biologiske membraner

Biologiske membraner består hovedsakelig av to biomolekyler, lipider og proteiner. Den romlige konstruksjonen av lipider er i form av et dobbeltlag, hvor de hydrofobe halene peker innover, og de hydrofile hodene peker utover.

Membranen er en dynamisk enhet, og dens komponenter opplever hyppige bevegelser.

referanser

1. Aracil, CB, Rodríguez, MP, Magraner, JP, & Pérez, RS (2011). Grunnleggende om biokjemi. Universitetet i Valencia.
2. Battaner Arias, E. (2014). Kompendium av enzymologi. Salamanca University Editions.
3. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biokjemi. Jeg snudde meg.
4. Devlin, TM (2004). Biokjemi: lærebok med kliniske applikasjoner. Jeg snudde meg.
5. Díaz, AP, & Pena, A. (1988). Biokjemi. Redaksjonell Limusa.
6. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1994). Human biokjemi: grunnkurs. Jeg snudde meg.
7. Müller - Esterl, W. (2008). Biokjemi. Grunnleggende for medisin og biovitenskap. Jeg snudde meg.
8. Teijón, JM (2006). Grunnleggende om strukturell biokjemi. Redaksjonell Tébar.