ОРГАНИЧЕСКИЕ БИОМОЛЕКУЛЫ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦИИ И ПРИМЕРЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

В органических биомолекулах присутствуют во всех живых существах и характеризуются структурой , основанной на атоме углерода. Если сравнивать их с неорганическими молекулами, органические намного сложнее по своей структуре. К тому же они намного разнообразнее.

Они подразделяются на белки, углеводы, липиды и нуклеиновые кислоты. Его функции чрезвычайно разнообразны. Белки участвуют в качестве структурных, функциональных и каталитических элементов. Углеводы также выполняют структурные функции и являются основным источником энергии для органических существ.

Источник: pixabay.com

Липиды - важные компоненты биологических мембран и других веществ, например гормонов. Они также функционируют как элементы хранения энергии. Наконец, нуклеиновые кислоты - ДНК и РНК - содержат всю информацию, необходимую для развития и поддержания живых существ.

Общие характеристики

Одна из наиболее важных характеристик органических биомолекул - их универсальность, когда речь идет о формировании структур. Это огромное разнообразие органических вариантов, которые могут существовать, объясняется привилегированным положением, которое обеспечивает атом углерода в середине второго периода.

Атом углерода имеет четыре электрона на последнем энергетическом уровне. Благодаря своей средней электроотрицательности он способен образовывать связи с другими атомами углерода, образуя цепочки разной формы и длины, открытые или замкнутые, с одинарными, двойными или тройными связями внутри.

Таким же образом средняя электроотрицательность атома углерода позволяет ему образовывать связи с другими атомами, отличными от углерода, такими как электроположительные (водород) или электроотрицательные (кислород, азот, сера и другие).

Это свойство связи позволяет установить классификацию атомов углерода на первичные, вторичные, третичные или четвертичные, в зависимости от количества атомов углерода, с которыми они связаны. Эта система классификации не зависит от количества валентностей, задействованных в связи.

Классификация и функции

Органические молекулы подразделяются на четыре большие группы: белки, углеводы, липиды и нуклеиновые кислоты. Мы подробно их опишем ниже:

-белками

Белки - это группа органических молекул, наиболее определенная и охарактеризованная биологами. Эти обширные знания в основном связаны с присущей им простотой выделения и характеристики по сравнению с остальными тремя органическими молекулами.

Белки играют ряд чрезвычайно широких биологических ролей. Они могут служить носителями, структурными и даже каталитическими молекулами. Последняя группа состоит из ферментов.

Строительные блоки: аминокислоты

Строительными блоками белков являются аминокислоты. В природе мы находим 20 типов аминокислот, каждая из которых обладает четко определенными физико-химическими свойствами.

Эти молекулы классифицируются как альфа-аминокислоты, потому что они имеют первичную аминогруппу и группу карбоновой кислоты в качестве заместителя на одном и том же атоме углерода. Единственным исключением из этого правила является аминокислота пролин, которая классифицируется как альфа-иминокислота из-за наличия вторичной аминогруппы.

Для образования белков эти «строительные блоки» должны полимеризоваться, и они делают это путем образования пептидной связи. Формирование белковой цепи включает удаление одной молекулы воды на каждую пептидную связь. Эта связь представлена ​​как CO-NH.

Некоторые аминокислоты не только входят в состав белков, но и считаются энергетическими метаболитами, а многие из них являются важными элементами питания.

Свойства аминокислот

Каждая аминокислота имеет свою массу и свой средний вид в белках. Кроме того, каждый из них имеет значение pK альфа-карбоновой кислоты, альфа-амино и боковых групп.

Значения pK групп карбоновой кислоты составляют около 2,2; в то время как альфа-аминогруппы имеют значения pK, близкие к 9,4. Эта характеристика приводит к типичной структурной характеристике аминокислот: при физиологическом pH обе группы находятся в ионной форме.

Когда молекула несет заряженные группы противоположных полярностей, их называют цвиттерионами или цвиттерионами. Следовательно, аминокислота может действовать как кислота или как основание.

Большинство альфа-аминокислот имеют температуру плавления около 300 ° C. Они легче растворяются в полярных средах по сравнению с их растворимостью в неполярных растворителях. Большинство из них хорошо растворяются в воде.

Структура белков

Чтобы определить функцию конкретного белка, необходимо определить его структуру, то есть трехмерную взаимосвязь, существующую между атомами, составляющими рассматриваемый белок. Для белков определены четыре уровня организации их структуры:

Первичная структура : относится к аминокислотной последовательности, из которой состоит белок, за исключением любой конформации, которую могут принимать его боковые цепи.

Вторичная структура : она образована локальным пространственным расположением скелетных атомов. Опять же, конформация боковых цепей не принимается во внимание.

Третичная структура : относится к трехмерной структуре всего белка. Хотя может быть трудно установить четкое разделение между третичной и вторичной структурой, определенные конформации (такие как наличие спиралей, складок и скручиваний) используются исключительно для обозначения вторичных структур.

Четвертичная структура : относится к тем белкам, которые состоят из нескольких субъединиц. То есть двумя или более отдельными полипептидными цепями. Эти звенья могут взаимодействовать посредством ковалентных сил или дисульфидных связей. Пространственное расположение субъединиц определяет четвертичную структуру.

-Carbohydrates

Углеводы, углеводы или сахариды (от греческого корня sakcharón, что означает сахар) - это самый распространенный класс органических молекул на всей планете Земля.

Об их структуре можно судить по названию «углеводы», поскольку они представляют собой молекулы с формулой (CH ₂ O) _n , где n больше 3.

Функции углеводов разнообразны. Одна из основных - структурного типа, особенно у растений. В царстве растений целлюлоза - его основной структурный материал, который составляет 80% от сухой массы тела.

Еще одна важная функция - это его энергетическая роль. Полисахариды, такие как крахмал и гликоген, представляют собой важные источники запасов питательных веществ.

классификация

Базовые единицы углеводов - моносахариды или простые сахара. Они получены из альдегидов с прямой цепью или кетонов и многоатомных спиртов.

По химической природе карбонильной группы они подразделяются на альдозы и кетозы. Они также классифицируются по количеству атомов углерода.

Моносахариды группируются вместе с образованием олигосахаридов, которые часто встречаются в ассоциации с другими типами органических молекул, такими как белки и липиды. Они классифицируются как гомополисахариды или гетерополисахариды, в зависимости от того, состоят ли они из одних и тех же моносахаридов (первый случай) или из разных.

Кроме того, они также классифицируются в соответствии с природой моносахарида, из которого они состоят. Полимеры глюкозы называют глюканами, полимеры галактозы - галактанами и так далее.

Полисахариды имеют особенность образования прямых и разветвленных цепей, поскольку гликозидные связи могут быть образованы с любой из гидроксильных групп, присутствующих в моносахариде.

Когда связано большее количество моносахаридных единиц, мы говорим о полисахаридах.

-Липиды

Липиды (от греческого lipos, что означает жир) - это органические молекулы, нерастворимые в воде и растворимые в неорганических растворителях, таких как хлороформ. Они составляют жиры, масла, витамины, гормоны и биологические мембраны.

классификация

Жирные кислоты : это карбоновые кислоты с цепями, образованными углеводородами значительной длины. С физиологической точки зрения их редко можно найти свободными, поскольку в большинстве случаев они этерифицированы.

У животных и растений мы часто находим их в ненасыщенной форме (образующей двойные связи между атомами углерода) и полиненасыщенной (с двумя или более двойными связями).

Триацилглицерины : также называемые триглицеридами или нейтральными жирами, они составляют большинство жиров и масел, присутствующих в организме животных и растений. Его основная функция - запасать энергию у животных. У них есть специализированные ячейки для хранения.

Они классифицируются в соответствии с идентичностью и положением остатков жирных кислот. Обычно растительные масла являются жидкими при комнатной температуре и более богаты остатками жирных кислот с двойными и тройными связями между атомами углерода.

Напротив, животные жиры твердые при комнатной температуре, а количество ненасыщенных углеродов невелико.

Глицерофосфолипиды : также известные как фосфоглицериды, они являются основными компонентами липидных мембран.

Глицерофосфолипиды имеют «хвост» с неполярными или гидрофобными характеристиками и полярную или гидрофильную «голову». Эти структуры сгруппированы в бислой с обращенными внутрь хвостами и образуют мембраны. В них встроен ряд белков.

Сфинголипиды : это липиды, которые содержатся в очень малых количествах. Они также являются частью мембран и являются производными сфингозина, дигидросфингозина и их гомологов.

Холестерин : у животных это преобладающий компонент мембран, который изменяет их свойства, такие как их текучесть. Он также находится в мембранах клеточных органелл. Это важный предшественник стероидных гормонов, связанный с половым развитием.

-Нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты - это ДНК и различные существующие типы РНК. ДНК отвечает за хранение всей генетической информации, которая обеспечивает развитие, рост и поддержание живых организмов.

РНК, со своей стороны, участвует в передаче генетической информации, закодированной в ДНК, к белковым молекулам. Классически различают три типа РНК: мессенджер, переносчик и рибосомный. Однако существует ряд малых РНК, которые обладают регуляторными функциями.

Строительные блоки: нуклеотиды

Строительными блоками нуклеиновых кислот, ДНК и РНК, являются нуклеотиды. Химически они представляют собой сложные фосфатные эфиры пентоз, в которых азотистое основание присоединено к первому углероду. Мы можем различать рибонуклеотиды и дезоксирибонуклеотиды.

Эти молекулы бывают плоскими, ароматическими и гетероциклическими. Когда фосфатная группа отсутствует, нуклеотид переименовывается в нуклеозид.

Помимо своей роли мономеров в нуклеиновых кислотах, эти молекулы биологически распространены повсеместно и участвуют в значительном количестве процессов.

Нуклеозидтрифосфаты - это продукты, богатые энергией, такие как АТФ, и используются в качестве энергетической валюты клеточных реакций. Они являются важным компонентом коферментов NAD ⁺ , NADP ⁺ , FMN, FAD и кофермента A. Наконец, они являются регулирующими элементами различных метаболических путей.

Примеры

Есть бесчисленное множество примеров органических молекул. Наиболее известные и изученные биохимиками будут рассмотрены ниже:

гемоглобин

Гемоглобин, красный пигмент крови, является одним из классических примеров белков. Благодаря широкому распространению и простоте выделения этот белок изучается с древних времен.

Это белок, состоящий из четырех субъединиц, поэтому он подпадает под классификацию тетрамеров с двумя альфа и двумя бета-элементами. Субъединицы гемоглобина связаны с небольшим белком, отвечающим за поглощение кислорода мышцами: миоглобином.

Гемовая группа является производным порфирина. Это характеризует гемоглобин и относится к той же группе, что и у цитохромов. Группа гема отвечает за характерный красный цвет крови и является физической областью, где каждый мономер глобина связывается с кислородом.

Основная функция этого белка - транспортировка кислорода от органа, ответственного за газообмен, - назовем его легкими, жабрами или кожей - к капиллярам для использования при дыхании.

Целлюлоза

Целлюлоза - это линейный полимер, состоящий из субъединиц D-глюкозы, связанных связями бета 1,4-типа. Как и большинство полисахаридов, у них нет ограничений по максимальному размеру. Однако в среднем они содержат около 15 000 остатков глюкозы.

Это компонент клеточных стенок растений. Благодаря целлюлозе они жесткие и выдерживают осмотическое давление. Точно так же и более крупным растениям, таким как деревья, целлюлоза обеспечивает поддержку и стабильность.

Хотя это преимущественно связано с овощами, некоторые животные, называемые оболочками, имеют в своей структуре целлюлозу.

По оценкам, в год синтезируется и разлагается в среднем ^10–15 кг целлюлозы.

Биологические мембраны

Биологические мембраны в основном состоят из двух биомолекул, липидов и белков. Пространственная конформация липидов представляет собой бислой с гидрофобными хвостами, направленными внутрь, и гидрофильными головками, направленными наружу.

Мембрана - это динамический объект, и ее компоненты испытывают частые движения.

Ссылки

1. Арасил, CB, Родригес, член парламента, Магранер, JP, и Перес, RS (2011). Основы биохимии. Университет Валенсии.
2. Баттанер Ариас, Э. (2014). Сборник энзимологии. Издания Университета Саламанки.
3. Берг, Дж. М., Страйер, Л., и Тимочко, Дж. Л. (2007). Биохимия. Я поменял направление.
4. Девлин, Т.М. (2004). Биохимия: учебник с клиническими приложениями. Я поменял направление.
5. Диас, А.П., и Пена, А. (1988). Биохимия. От редакции Лимуса.
6. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1994). Биохимия человека: базовый курс. Я поменял направление.
7. Мюллер - Эстерл, В. (2008). Биохимия. Основы медицины и наук о жизни. Я поменял направление.
8. Тейхон, JM (2006). Основы структурной биохимии. Редакция Tébar.