Βιολογικά χαρακτηριστικά βιομορίων, λειτουργίες, ταξινόμηση και παραδείγματα



Το οργανικά βιομόρια Βρίσκονται σε όλα τα έμβια όντα και χαρακτηρίζονται από μια δομή που βασίζεται στο άτομο του άνθρακα. Αν τα συγκρίνουμε με ανόργανα μόρια, τα οργανικά μόρια είναι πολύ πιο σύνθετα από την άποψη της δομής τους. Επιπλέον, είναι πολύ πιο ποικίλες.

Κατατάσσονται ως πρωτεΐνες, υδατάνθρακες, λιπίδια και νουκλεϊκά οξέα. Οι λειτουργίες του είναι εξαιρετικά ποικίλες. Οι πρωτεΐνες συμμετέχουν ως δομικά, λειτουργικά και καταλυτικά στοιχεία. Οι υδατάνθρακες έχουν επίσης διαρθρωτικές λειτουργίες και αποτελούν την κύρια πηγή ενέργειας για τα οργανικά όντα.

Τα λιπίδια είναι σημαντικά συστατικά των βιολογικών μεμβρανών και άλλων ουσιών, όπως οι ορμόνες. Λειτουργούν επίσης ως στοιχεία αποθήκευσης ενέργειας. Τέλος, τα νουκλεϊκά οξέα - το DNA και το RNA - περιέχουν όλες τις απαραίτητες πληροφορίες για την ανάπτυξη και τη συντήρηση των ζωντανών όντων.

Ευρετήριο

  • 1 Γενικά χαρακτηριστικά
  • 2 Ταξινόμηση και λειτουργίες
    • 2.1-Πρωτεΐνες
    • 2,2-υδατάνθρακες
    • 2.3-Λιπίδια
    • 2.4 - Νουκλεϊνικά οξέα
  • 3 Παραδείγματα
    • 3.1 Αιμοσφαιρίνη
    • 3.2 Κυτταρίνη
    • 3.3 Βιολογικές μεμβράνες
  • 4 Αναφορές

Γενικά χαρακτηριστικά

Ένα από τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά των οργανικών βιομορίων είναι η ευελιξία τους όταν πρόκειται για τη διαμόρφωση δομών. Αυτή η τεράστια ποικιλία οργανικών παραλλαγών που μπορεί να υπάρχουν οφείλεται στην προνομιακή κατάσταση που παρέχεται από το άτομο άνθρακα, στο κέντρο της δεύτερης περιόδου.

Το άτομο άνθρακα έχει τέσσερα ηλεκτρόνια στην τελευταία ενεργειακή στάθμη. Χάρη στη μέση ηλεκτροαρνητικότητα του, είναι σε θέση να σχηματίσει δεσμούς με άλλα άτομα άνθρακα, σχηματίζοντας αλυσίδες διαφορετικού σχήματος και μήκους, ανοιχτά ή κλειστά, με απλούς, διπλούς ή τριπλούς δεσμούς στο εσωτερικό του.

Με τον ίδιο τρόπο, η μέση ηλεκτροαρνητικότητα του ατόμου άνθρακα επιτρέπει τη δημιουργία δεσμών με άτομα διαφορετικά από τον άνθρακα, όπως ηλεκτροθετικό (υδρογόνο) ή ηλεκτροαρνητικό (οξυγόνο, άζωτο, θείο, μεταξύ άλλων).

Αυτή η ιδιότητα συνδέσμου επιτρέπει την ταξινόμηση των ανθράκων σε πρωτογενή, δευτεροταγή, τριτοταγή ή τεταρτοταγή, ανάλογα με τον αριθμό των ατόμων άνθρακα με τα οποία συνδέεται. Αυτό το σύστημα ταξινόμησης είναι ανεξάρτητο από τον αριθμό των σθενών που εμπλέκονται στη σύνδεση.

Ταξινόμηση και λειτουργίες

Τα οργανικά μόρια ταξινομούνται σε τέσσερις κύριες ομάδες: πρωτεΐνες, υδατάνθρακες, λιπίδια και νουκλεϊκά οξέα. Εδώ θα τις περιγράψουμε λεπτομερώς:

-Πρωτεΐνες

Οι πρωτεΐνες αποτελούν την ομάδα των οργανικών μορίων που ορίζονται καλύτερα και χαρακτηρίζονται από τους βιολόγους. Αυτή η ευρεία γνώση οφείλεται, κυρίως, στην εγγενή ευκολία που υπάρχει για να απομονωθεί και να χαρακτηριστεί - σε σύγκριση με τα υπόλοιπα τρία οργανικά μόρια.

Οι πρωτεΐνες παίζουν μια σειρά εξαιρετικά ευρέων βιολογικών ρόλων. Μπορούν να χρησιμεύσουν ως μεταφορικά, δομικά και ακόμη και καταλυτικά μόρια. Αυτή η τελευταία ομάδα αποτελείται από ένζυμα.

Δομικά στοιχεία: αμινοξέα

Τα δομικά τμήματα των πρωτεϊνών είναι αμινοξέα. Στη φύση, βρίσκουμε 20 είδη αμινοξέων, καθένας με τις σαφώς καθορισμένες φυσικοχημικές ιδιότητές του.

Αυτά τα μόρια ταξινομούνται ως άλφα-αμινοξέα, επειδή διαθέτουν μια πρωτοταγή αμινομάδα και μια ομάδα καρβοξυλικού οξέος ως υποκαταστάτη στο ίδιο άτομο άνθρακα. Η μόνη εξαίρεση στον κανόνα αυτό είναι η προλίνη αμινοξέων, η οποία καταγράφεται ως α-ιμινοξύ με την παρουσία μιας δευτεροταγούς αμινομάδας.

Για να σχηματίσουν πρωτεΐνες, είναι απαραίτητο αυτά τα "μπλοκ" να πολυμερίζονται, και το κάνουν με σχηματισμό πεπτιδικού δεσμού. Ο σχηματισμός μιας αλυσίδας πρωτεϊνών περιλαμβάνει την απομάκρυνση ενός μορίου νερού ανά δεσμό πεπτιδίου. Αυτός ο δεσμός αντιπροσωπεύεται ως CO-NH.

Εκτός από το ότι αποτελούν μέρος πρωτεϊνών, ορισμένα αμινοξέα θεωρούνται ενεργειακοί μεταβολίτες και πολλά από αυτά είναι απαραίτητα θρεπτικά συστατικά.

Ιδιότητες των αμινοξέων

Κάθε αμινοξύ έχει τη μάζα του και την μέση του εμφάνιση σε πρωτεΐνες. Επιπλέον, το καθένα έχει τιμή pK του άλφα-καρβοξυλικού οξέος, άλφα-αμινομάδας και της πλευρικής ομάδας..

Οι τιμές ρΚ των ομάδων καρβοξυλικού οξέος βρίσκονται γύρω στο 2,2. ενώ οι άλφα-αμινομάδες έχουν τιμές ρΚ κοντά στο 9,4. Αυτό το χαρακτηριστικό οδηγεί σε ένα χαρακτηριστικό δομικό χαρακτηριστικό των αμινοξέων: στο φυσιολογικό ρΗ και οι δύο ομάδες έχουν τη μορφή ενός ιόντος.

Όταν ένα μόριο φέρει φορτισμένες ομάδες αντίθετης πολικότητας, ονομάζονται διπολικά ιόντα ή αμφιτεριόνια. Συνεπώς, ένα αμινοξύ μπορεί να δρα ως οξύ ή ως βάση.

Τα περισσότερα α-αμινοξέα έχουν σημεία τήξης κοντά στους 300 ° C. Διαλύονται ευκολότερα σε πολικά περιβάλλοντα, σε σύγκριση με τη διαλυτότητα τους σε μη πολικούς διαλύτες. Οι περισσότεροι είναι αρκετά διαλυτοί στο νερό.

Δομή των πρωτεϊνών

Για να μπορέσουμε να καθορίσουμε τη λειτουργία μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης, είναι απαραίτητο να προσδιορίσουμε τη δομή της, δηλαδή την τρισδιάστατη σχέση που υπάρχει μεταξύ των ατόμων που αποτελούν την εν λόγω πρωτεΐνη. Για τις πρωτεΐνες, έχουν καθοριστεί τέσσερα επίπεδα οργάνωσης της δομής τους:

Πρωτογενής δομή: αναφέρεται στην αλληλουχία αμινοξέων που σχηματίζουν την πρωτεΐνη, εξαιρουμένης οποιασδήποτε διαμόρφωσης που μπορούν να πάρουν οι πλευρικές της αλυσίδες.

Δευτερεύουσα δομή: σχηματίζεται από την τοπική χωροταξική διάταξη των ατόμων του σκελετού. Και πάλι, η διαμόρφωση των πλευρικών αλυσίδων δεν λαμβάνεται υπόψη.

Τριτογενής δομή: αναφέρεται στην τρισδιάστατη δομή ολόκληρης της πρωτεΐνης. Παρόλο που μπορεί να είναι δύσκολο να καθιερωθεί μια σαφής διάκριση μεταξύ της τριτογενούς και της δευτερογενούς δομής, χρησιμοποιούνται καθορισμένες διαμορφώσεις (όπως η παρουσία ελίκων, διπλωμένων φύλλων και στροφών) για τον προσδιορισμό μόνο των δευτερογενών δομών.

Τεταρτογενής δομή: ισχύει για εκείνες τις πρωτεΐνες που σχηματίζονται από διάφορες υπομονάδες. Δηλαδή, από δύο ή περισσότερες μεμονωμένες πολυπεπτιδικές αλυσίδες. Αυτές οι μονάδες μπορούν να αλληλεπιδρούν μέσω ομοιοπολικών δυνάμεων ή με δισουλφιδικούς δεσμούς. Η χωρική διάταξη των υπομονάδων καθορίζει την τεταρτοταγή δομή.

-Υδατάνθρακες

Υδατάνθρακες, υδατάνθρακες ή σακχαρίτες (από ελληνικές ρίζες sakcharón, που σημαίνει ζάχαρη) είναι η πιο άφθονη κλάση οργανικών μορίων σε ολόκληρο τον πλανήτη.

Η δομή του μπορεί να συναχθεί από το όνομά του "υδατάνθρακες", δεδομένου ότι είναι μόρια του τύπου (ΟΗ2Ο)n, όπου το n είναι μεγαλύτερο από 3.

Οι λειτουργίες των υδατανθράκων είναι ποικίλες. Ένα από τα κυριότερα είναι του δομικού τύπου, ιδιαίτερα στα φυτά. Στο φυτικό βασίλειο, κυτταρίνη είναι το κύριο δομικό υλικό του, το οποίο αντιστοιχεί στο 80% του ξηρού βάρους του σώματος.

Μια άλλη σημαντική λειτουργία είναι ο ενεργητικός ρόλος της. Οι πολυσακχαρίτες, όπως το άμυλο και το γλυκογόνο, αποτελούν σημαντικές πηγές διατροφικών αποθεμάτων.

Ταξινόμηση

Οι βασικές μονάδες υδατανθράκων είναι μονοσακχαρίτες ή απλά σάκχαρα. Αυτά είναι παράγωγα γραμμικών αλυσίδων αλδεϋδών ή κετονών και πολυϋδρικών αλκοολών.

Κατατάσσονται σύμφωνα με τη χημική φύση της ομάδας καρβονυλίου τους σε αλδοζίνες και κετόζες. Κατατάσσονται επίσης ανάλογα με τον αριθμό των ανθράκων.

Οι μονοσακχαρίτες ομαδοποιούνται για να σχηματίσουν ολιγοσακχαρίτες, οι οποίοι συχνά απαντώνται σε συνδυασμό με άλλους τύπους οργανικών μορίων όπως πρωτεΐνες και λιπίδια. Αυτά ταξινομούνται σε ομοπολυσακχαρίτες ή ετεροπολυσακχαρίτες, ανάλογα με το αν αποτελούνται από τους ίδιους μονοσακχαρίτες (στην πρώτη περίπτωση) ή είναι διαφορετικοί.

Επιπλέον, ταξινομούνται επίσης ανάλογα με τη φύση του μονοσακχαρίτη που τα συνθέτει. Τα πολυμερή της γλυκόζης ονομάζονται γλυκάνες, εκείνα που σχηματίζονται από γαλακτόζη ονομάζονται γαλακτάνια και τα λοιπά.

Οι πολυσακχαρίτες έχουν την ιδιαιτερότητα να σχηματίζουν γραμμικές και διακλαδισμένες αλυσίδες, αφού οι γλυκοσιδικοί δεσμοί μπορούν να σχηματιστούν με οποιαδήποτε από τις ομάδες υδροξυλίου που βρίσκονται στον μονοσακχαρίτη.

Όταν συνδέεται ένας μεγαλύτερος αριθμός μονάδων μονοσακχαριτών, μιλάμε για πολυσακχαρίτες.

-Λιπίδια

Λιπίδια (από Ελληνικά λιπό, που σημαίνει λίπος) είναι οργανικά μόρια αδιάλυτα στο νερό και διαλυτά σε ανόργανους διαλύτες, όπως χλωροφόρμιο. Αυτά συνιστούν λίπη, έλαια, βιταμίνες, ορμόνες και βιολογικές μεμβράνες.

Ταξινόμηση

Λιπαρά οξέα: είναι καρβοξυλικά οξέα με αλυσίδες σχηματισμένες από υδρογονάνθρακες μεγάλου μήκους. Φυσιολογικά, είναι σπάνιο να τα βρείτε ελεύθερα, αφού στις περισσότερες περιπτώσεις είναι εστεροποιημένα.

Στα ζώα και τα φυτά τα βρίσκουμε συχνά στην ακόρεστη μορφή τους (σχηματίζοντας διπλούς δεσμούς μεταξύ των ανθράκων) και πολυακόρεστα (με δύο ή περισσότερους διπλούς δεσμούς).

Τριακυλογλυκερόλες: Επίσης ονομάζονται τριγλυκερίδια ή ουδέτερα λιπαρά οξέα, αποτελούν την πλειονότητα των λιπών και ελαίων που υπάρχουν στα ζώα και τα φυτά. Η κύρια λειτουργία του είναι η αποθήκευση ενέργειας στα ζώα. Αυτά έχουν εξειδικευμένα κύτταρα για αποθήκευση.

Κατατάσσονται σύμφωνα με την ταυτότητα και τη θέση των καταλοίπων λιπαρών οξέων. Γενικά, τα φυτικά έλαια είναι υγρά σε θερμοκρασία δωματίου και είναι πλουσιότερα σε υπολείμματα λιπαρών οξέων με διπλούς και τριπλούς δεσμούς μεταξύ των ανθράκων τους.

Αντίθετα, τα ζωικά λίπη είναι στερεά σε θερμοκρασία δωματίου και ο αριθμός των ακόρεστων ατόμων άνθρακα είναι χαμηλός.

Γλυκεροφωσφολιπίδια: επίσης γνωστά ως φωσφογλυκερίδια, είναι τα κύρια συστατικά των μεμβρανών λιπιδίων.

Τα γλυκεροφωσφολιπίδια έχουν "ουρά" με απολίνια ή υδρόφοβα χαρακτηριστικά, και πολική ή υδρόφιλη "κεφαλή". Αυτές οι δομές ομαδοποιούνται σε μια διπλή στρώση, με τις ουρές να δείχνουν προς τα μέσα, για να σχηματίσουν τις μεμβράνες. Σε αυτές, ενσωματώνεται μια σειρά πρωτεϊνών.

Sphingolipids: είναι λιπίδια που βρίσκονται σε πολύ μικρές ποσότητες. Είναι επίσης μέρος των μεμβρανών και είναι παράγωγα της σφιγγοσίνης, της διϋδροσφιγγοσίνης και των ομόλογών τους.

Χοληστερόλη: στα ζώα είναι ένα κυρίαρχο συστατικό των μεμβρανών, το οποίο τροποποιεί τις ιδιότητές του, όπως η ρευστότητα του. Βρίσκεται επίσης στις μεμβράνες κυτταρικών οργανιδίων. Είναι ένας σημαντικός πρόδρομος των στεροειδών ορμονών που σχετίζονται με τη σεξουαλική ανάπτυξη.

-Νουκλεϊκά οξέα

Τα νουκλεϊνικά οξέα είναι το DNA και οι διαφορετικοί τύποι RNA που υπάρχουν. Το DNA είναι υπεύθυνο για την αποθήκευση όλων των γενετικών πληροφοριών, γεγονός που επιτρέπει την ανάπτυξη, ανάπτυξη και διατήρηση ζωντανών οργανισμών.

Το RNA, από την άλλη πλευρά, συμμετέχει στη μετάβαση των γενετικών πληροφοριών που κωδικοποιούνται στο DNA σε πρωτεϊνικά μόρια. Κλασικά, διακρίνονται τρεις τύποι RNA: αγγελιοφόρος, μεταφορά και ριβοσώματος. Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένα μικρά RNA που έχουν ρυθμιστικές λειτουργίες.

Δομικά τμήματα: νουκλεοτίδια

Τα δομικά τμήματα των νουκλεϊκών οξέων, το DNA και το RNA, είναι τα νουκλεοτίδια. Από χημική άποψη, είναι φωσφορικοί εστέρες πεντόζης, στους οποίους προσκολλάται μια αζωτούχος βάση στον πρώτο άνθρακα. Μπορούμε να διακρίνουμε μεταξύ ριβονουκλεοτιδίων και δεσοξυριβονουκλεοτιδίων.

Αυτά τα μόρια είναι επίπεδα, αρωματικά και ετεροκυκλικά. Όταν η φωσφορική ομάδα απουσιάζει, το νουκλεοτίδιο μετονομάζεται σε νουκλεοσίδιο.

Εκτός από το ρόλο τους ως μονομερών σε νουκλεϊκά οξέα, αυτά τα μόρια είναι βιολογικώς πανταχού παρόντα και συμμετέχουν σε σημαντικό αριθμό διαδικασιών.

Τα τριφωσφορικά νουκλεοζίτες είναι πλούσια σε ενέργεια προϊόντα, όπως το ΑΤΡ, και χρησιμοποιούνται ως ενεργειακό νόμισμα κυτταρικών αντιδράσεων. Είναι ένα σημαντικό συστατικό των συνενζύμων NAD+, NADP+, FMN, FAD και συνένζυμο Α. Τέλος, είναι ρυθμιστικά στοιχεία διαφορετικών μεταβολικών οδών.

Παραδείγματα

Υπάρχουν άπειρα παραδείγματα οργανικών μορίων. Στη συνέχεια, θα συζητηθούν οι πιο εκκρεμείς και μελετημένες από βιοχημικούς:

Αιμοσφαιρίνη

Η αιμοσφαιρίνη, η κόκκινη χρωστική ουσία στο αίμα, είναι ένα από τα κλασικά παραδείγματα πρωτεϊνών. Χάρη στην ευρεία διάχυσή του και την εύκολη απομόνωσή του, υπήρξε μια πρωτεΐνη που μελετήθηκε από την αρχαιότητα.

Είναι μια πρωτεΐνη που σχηματίζεται από τέσσερις υπομονάδες, έτσι εισέρχεται στην ταξινόμηση του τετραμερικού, με δύο μονάδες άλφα και δύο βήτα. Οι υπομονάδες της αιμοσφαιρίνης σχετίζονται με μια μικρή πρωτεΐνη υπεύθυνη για την πρόσληψη οξυγόνου στους μυς: μυοσφαιρίνη.

Η ομάδα heme είναι παράγωγο πορφυρίνης. Αυτό χαρακτηρίζει την αιμοσφαιρίνη και είναι η ίδια ομάδα που βρίσκεται στα κυτοχρώματα. Η ομάδα heme είναι υπεύθυνη για το χαρακτηριστικό κόκκινο χρώμα του αίματος και είναι η φυσική περιοχή όπου κάθε μονομερές σφαιρίνης δεσμεύεται με οξυγόνο.

Η κύρια λειτουργία αυτής της πρωτεΐνης είναι η μεταφορά οξυγόνου από το όργανο που είναι υπεύθυνο για την ανταλλαγή αερίων - καλέστε τους πνεύμονες, τα βράγχια ή το δέρμα - στα τριχοειδή αγγεία, για χρήση στην αναπνοή.

Κυτταρίνη

Η κυτταρίνη είναι ένα γραμμικό πολυμερές που αποτελείται από υπομονάδες ϋ-γλυκόζης, που συνδέονται με δεσμούς τύπου 1,3. Όπως και οι περισσότεροι πολυσακχαρίτες, δεν έχουν περιορισμένο μέγιστο μέγεθος. Ωστόσο, κατά μέσο όρο παρουσιάζουν περίπου 15.000 υπολείμματα γλυκόζης.

Είναι το συστατικό των κυτταρικών τοιχωμάτων των φυτών. Χάρη στην κυτταρίνη, αυτά είναι άκαμπτα και επιτρέπουν την αντιμετώπιση της οσμωτικής πίεσης. Ομοίως, σε μεγαλύτερα φυτά, όπως τα δέντρα, η κυτταρίνη παρέχει υποστήριξη και σταθερότητα.

Αν και σχετίζεται κυρίως με τα λαχανικά, ορισμένα ζώα που ονομάζονται χιτωνόζες έχουν στη δομή τους κυτταρίνη.

Εκτιμάται ότι κατά μέσο όρο 1015 χιλιόγραμμα κυτταρίνης συντίθενται - και υποβαθμίζονται - ανά έτος.

Βιολογικές μεμβράνες

Οι βιολογικές μεμβράνες αποτελούνται κυρίως από δύο βιομόρια, λιπίδια και πρωτεΐνες. Η χωρική διαμόρφωση των λιπιδίων έχει τη μορφή διπλοστοιβάδας, με τις υδρόφοβες ουρές να δείχνουν προς το εσωτερικό και τις υδρόφιλες κεφαλές προς τα έξω..

Η μεμβράνη είναι μια δυναμική οντότητα και τα συστατικά της παρουσιάζουν συχνές κινήσεις.

Αναφορές

  1. Aracil, C. Β., Rodriguez, Μ. Ρ., Magraner, J. Ρ., & Perez, R.S. (2011). Βασικές αρχές βιοχημείας. Πανεπιστήμιο της Βαλένθια.
  2. Battaner Arias, Ε. (2014). Σύνολο ενζυμολογίας. Εκδόσεις του Πανεπιστημίου της Σαλαμάνκα.
  3. Berg, J. Μ., Stryer, L., & Tymoczko, J.L. (2007). Βιοχημεία. Αντίστροφα.
  4. Devlin, Τ. Μ. (2004). Βιοχημεία: βιβλίο με κλινικές εφαρμογές. Αντίστροφα.
  5. Diaz, Α. Ρ., & Pena, Α. (1988). Βιοχημεία. Συντάκτης Limusa.
  6. Macarulla, J. Μ., & Goñi, F. Μ. (1994). Ανθρώπινη βιοχημεία: βασική πορεία. Αντίστροφα.
  7. Müller-Esterl, W. (2008). Βιοχημεία Βασικές αρχές για την ιατρική και τις βιοεπιστήμες. Αντίστροφα.
  8. Teijon, J. Μ. (2006). Θεμελιώδη στοιχεία της δομικής βιοχημείας. Επεξεργασία Tébar.