МАКРОМОЛЕКУЛЫ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ТИПЫ, ФУНКЦИИ И ПРИМЕРЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

Эти макромолекулы большие молекулы , как правило , - более 1000 атомов - образованные объединением мономеров estructurares или меньшие блоки. В живых существах мы находим четыре основных типа макромолекул: нуклеиновые кислоты, липиды, углеводы и белки. Есть и другие синтетические материалы, например, пластмассы.

Каждый тип биологической макромолекулы состоит из определенного мономера, а именно: нуклеиновые кислоты нуклеотидами, углеводы моносахаридами, белки аминокислотами и липиды углеводородами переменной длины.

Источник: pixabay.com

Что касается их функции, углеводы и липиды накапливают энергию, необходимую клетке для проведения ее химических реакций, и они также используются в качестве структурных компонентов.

Белки также имеют структурные функции, помимо того, что они являются молекулами, обладающими каталитической и транспортной способностью. Наконец, нуклеиновые кислоты хранят генетическую информацию и участвуют в синтезе белка.

Синтетические макромолекулы имеют ту же структуру, что и биологические: многие мономеры связаны вместе, образуя полимер. Примеры этого - полиэтилен и нейлон. Синтетические полимеры широко используются в промышленности для изготовления тканей, пластиков, утеплителей и т. Д.

характеристики

Размер

Как следует из названия, одной из отличительных характеристик макромолекул является их большой размер. Они состоят как минимум из 1000 атомов, связанных ковалентными связями. В этом типе связи атомы, участвующие в связи, разделяют электроны последнего уровня.

конституция

Другой термин, используемый для обозначения макромолекул, - это полимер («много частей»), которые состоят из повторяющихся единиц, называемых мономерами («одна часть»). Это структурные единицы макромолекул, которые в зависимости от случая могут быть одинаковыми или отличаться друг от друга.

Мы могли бы использовать аналогию с детской игрой Лего. Каждый из кусочков представляет собой мономеры, и когда мы соединяем их для образования различных структур, мы получаем полимер.

Если мономеры одинаковы, полимер является гомополимером; а если они разные, то это будет гетерополимер.

Также существует номенклатура для обозначения полимера в зависимости от его длины. Если молекула состоит из нескольких субъединиц, ее называют олигомером. Например, когда мы хотим обратиться к небольшой нуклеиновой кислоте, мы называем ее олигонуклеотидом.

Структура

Учитывая невероятное разнообразие макромолекул, сложно установить общую структуру. «Скелет» этих молекул образован соответствующими мономерами (сахарами, аминокислотами, нуклеотидами и т. Д.), И они могут быть сгруппированы линейно, разветвленно или принимать более сложные формы.

Как мы увидим позже, макромолекулы могут иметь биологическое или синтетическое происхождение. Первые имеют бесконечное количество функций в живых существах, а вторые широко используются в обществе - например, пластмассы.

Биологические макромолекулы: функции, строение и примеры

В органических существах мы находим четыре основных типа макромолекул, которые выполняют огромное количество функций, обеспечивая развитие и поддержание жизни. Это белки, углеводы, липиды и нуклеиновые кислоты. Ниже мы опишем его наиболее важные характеристики.

белка

Белки - это макромолекулы, структурными единицами которых являются аминокислоты. В природе мы находим 20 видов аминокислот.

Структура

Эти мономеры состоят из центрального атома углерода (называемого альфа-углеродом), связанного ковалентными связями с четырьмя различными группами: атомом водорода, аминогруппой (NH ₂ ), карбоксильной группой (COOH) и группой R.

20 типов аминокислот отличаются друг от друга только идентичностью группы R. Эта группа различается по своей химической природе, способной находить основные, кислотные, нейтральные аминокислоты, среди прочего, с длинными, короткими и ароматическими цепями.

Аминокислотные остатки удерживаются вместе пептидными связями. Природа аминокислот будет определять природу и характеристики получаемого белка.

Линейная аминокислотная последовательность представляет собой первичную структуру белков. Затем они складываются и группируются по разным образцам, образуя вторичные, третичные и четвертичные структуры.

функция

Белки выполняют различные функции. Некоторые из них служат биологическими катализаторами и называются ферментами; некоторые из них являются структурными белками, такими как кератин, присутствующий в волосах, ногтях и т.д .; и другие выполняют транспортные функции, такие как гемоглобин в наших эритроцитах.

Нуклеиновые кислоты: ДНК и РНК

Второй тип полимера, входящий в состав живых существ, - это нуклеиновые кислоты. В этом случае структурными единицами являются не аминокислоты, как в белках, а мономеры, называемые нуклеотидами.

Структура

Нуклеотиды состоят из фосфатной группы, пятиуглеродного сахара (центральный компонент молекулы) и азотистого основания.

Существует два типа нуклеотидов: рибонуклеотиды и дезоксирибонуклеотиды, которые различаются по содержанию основного сахара. Первые являются структурными компонентами рибонуклеиновой кислоты или РНК, а вторые являются компонентами дезоксирибонуклеиновой кислоты или ДНК.

В обеих молекулах нуклеотиды удерживаются вместе с помощью фосфодиэфирной связи, что эквивалентно пептидной связи, которая удерживает вместе белки.

Структурные компоненты ДНК и РНК схожи и различаются по структуре, поскольку РНК находится в виде одной полосы, а ДНК - в виде двойной полосы.

функция

РНК и ДНК - это два типа нуклеиновых кислот, которые мы находим в живых существах. РНК - это многофункциональная динамическая молекула, которая имеет различные структурные формы и участвует в синтезе белка и в регуляции экспрессии генов.

ДНК - это макромолекула, отвечающая за хранение всей генетической информации организма, необходимой для его развития. Все наши клетки (за исключением зрелых эритроцитов) имеют генетический материал, хранящийся в их ядрах, очень компактно и организованно.

углеводы

Углеводы, также известные как углеводы или просто сахара, представляют собой макромолекулы, состоящие из строительных блоков, называемых моносахаридами (буквально «сахар»).

Структура

Молекулярная формула углеводов (CH ₂ O) _n . Величина n может варьироваться от 3 для простейшего сахара до тысяч для самых сложных углеводов, будучи весьма разной по длине.

Эти мономеры обладают способностью полимеризоваться друг с другом посредством реакции с участием двух гидроксильных групп, что приводит к образованию ковалентной связи, называемой гликозидной связью.

Эта связь удерживает вместе углеводные мономеры так же, как пептидные связи и фосфодиэфирные связи удерживают белки и нуклеиновые кислоты соответственно.

Однако пептидные и фосфодиэфирные связи возникают в определенных областях составляющих их мономеров, тогда как гликозидные связи могут образовываться с любой гидроксильной группой.

Как мы упоминали в предыдущем разделе, небольшие макромолекулы обозначаются приставкой oligo. В случае небольших углеводов используется термин олигосахариды, если это только два связанных мономера, это дисахарид, а если они больше, полисахариды.

функция

Сахар - это фундаментальные макромолекулы для жизни, поскольку они выполняют энергетические и структурные функции. Они обеспечивают химическую энергию, необходимую для запуска значительного числа реакций внутри клеток, и используются в качестве «топлива» для живых существ.

Другие углеводы, такие как гликоген, служат для хранения энергии, так что клетка может использовать ее при необходимости.

У них также есть структурные функции: они являются частью других молекул, таких как нуклеиновые кислоты, клеточные стенки некоторых организмов и экзоскелеты насекомых.

Например, в растениях и некоторых простейших мы находим сложный углевод, называемый целлюлозой, состоящий только из единиц глюкозы. Эта молекула невероятно распространена на Земле, поскольку она присутствует в клеточных стенках этих организмов и в других поддерживающих структурах.

Липиды

«Липид» - это термин, используемый для обозначения большого количества неполярных или гидрофобных молекул (с фобией или отталкиванием к воде), состоящих из углеродных цепей. В отличие от трех упомянутых молекул, белков, нуклеиновых кислот и углеводов, для липидов не существует единого мономера.

Структура

Со структурной точки зрения липид может проявляться разными способами. Поскольку они состоят из углеводородов (СН), связи не заряжены частично, поэтому они не растворяются в полярных растворителях, таких как вода. Однако их можно растворять в других типах неполярных растворителей, таких как бензол.

Жирная кислота состоит из упомянутых углеводородных цепей и карбоксильной группы (COOH) в качестве функциональной группы. Обычно жирная кислота содержит от 12 до 20 атомов углерода.

Цепи жирных кислот могут быть насыщенными, если все атомы углерода связаны друг с другом одинарными связями, или ненасыщенными, если в структуре присутствует более одной двойной связи. Если он содержит несколько двойных связей, это полиненасыщенная кислота.

Типы липидов в зависимости от их структуры

В клетке есть три типа липидов: стероиды, жиры и фосфолипиды. Стероиды характеризуются объемной четырехкольцевой структурой. Холестерин является наиболее известным и важным компонентом мембран, поскольку он контролирует их текучесть.

Жиры состоят из трех жирных кислот, связанных сложноэфирной связью с молекулой, называемой глицерином.

Наконец, фосфолипиды состоят из молекулы глицерина, присоединенной к фосфатной группе, и двух цепей жирных кислот или изопреноидов.

функция

Как и углеводы, липиды также служат источником энергии для клетки и являются компонентами некоторых структур.

Липиды выполняют важную функцию для всех живых форм: они являются неотъемлемой частью плазматической мембраны. Они образуют решающую границу между живым и неживым, служа селективным барьером, который решает, что входит в клетку, а что нет, благодаря ее полупроницаемости.

Помимо липидов, мембраны также состоят из различных белков, которые действуют как селективные переносчики.

Некоторые гормоны (например, половые) имеют липидную природу и необходимы для развития организма.

Транспорт

В биологических системах макромолекулы транспортируются между внутренней и внешней частью клеток посредством процессов, называемых эндо- и экзоцитозом (включая образование везикул), или посредством активного транспорта.

Эндоцитоз включает в себя все механизмы, которые клетка использует для проникновения крупных частиц, и классифицируется как: фагоцитоз, когда проглатываемый элемент представляет собой твердую частицу; пиноцитоз, при попадании внеклеточной жидкости; и эндоцитоз, опосредованный рецепторами.

Большинство молекул, которые попадают в организм таким образом, попадают в органеллу, отвечающую за пищеварение: лизосому. Другие попадают в фагосомы, которые обладают свойствами слияния с лизосомами и образуют структуру, называемую фаголизосомами.

Таким образом, ферментный аккумулятор, присутствующий в лизосоме, в конечном итоге разрушает макромолекулы, которые изначально вошли. Образовавшие их мономеры (моносахариды, нуклеотиды, аминокислоты) транспортируются обратно в цитоплазму, где используются для образования новых макромолекул.

По всему кишечнику есть клетки, у которых есть определенные переносчики для абсорбции каждой макромолекулы, потребляемой с пищей. Например, транспортеры PEP1 и PEP2 используются для белков, а SGLT - для глюкозы.

Синтетические макромолекулы

В синтетических макромолекулах мы также находим тот же структурный образец, который описан для макромолекул биологического происхождения: мономеры или небольшие субъединицы, которые связаны посредством связей с образованием полимера.

Существуют различные типы синтетических полимеров, самым простым из которых является полиэтилен. Это инертный пластик с химической формулой CH ₂ -CH ₂ (связанный двойной связью), довольно распространенный в промышленности, поскольку он дешев и прост в производстве.

Как видно, структура этого пластика линейная и не имеет разветвлений.

Полиуретан - еще один полимер, широко используемый в промышленности для производства пен и изоляторов. Губка из этого материала обязательно будет у нас на кухне. Этот материал получают путем конденсации гидроксильных оснований, смешанных с элементами, называемыми диизоцианатами.

Существуют и другие синтетические полимеры большей сложности, например нейлон (или нейлон). Среди его характеристик - высокая прочность и заметная эластичность. Текстильная промышленность использует эти характеристики для производства тканей, щетины, лески и т. Д. Он также используется врачами для наложения швов.

Ссылки

1. Берг, Дж. М., Страйер, Л., и Тимочко, Дж. Л. (2007). Биохимия. Я поменял направление.
2. Кэмпбелл, МК, и Фаррелл, СО (2011). Биохимия. Thomson. Брукс / Коул.
3. Девлин, Т.М. (2011). Учебник биохимии. Джон Вили и сыновья.
4. Фриман, С. (2017). Биологическая наука. Pearson Education.
5. Кулман, Дж. И Рем, К. Х. (2005). Биохимия: текст и атлас. Panamerican Medical Ed.
6. Молдовяну, SC (2005). Аналитический пиролиз синтетических органических полимеров (Том 25). Elsevier.
7. Мур, Дж. Т. и Лэнгли, Р. Х. (2010). Биохимия для чайников. Джон Вили и сыновья.
8. Мугиос, В. (2006). Упражнение по биохимии. Кинетика человека.
9. Мюллер-Эстерль, В. (2008). Биохимия. Основы медицины и наук о жизни. Я поменял направление.
10. Портманс, младший (2004). Принципы биохимии упражнений. Издание 3- ^е , переработанное. Karger.
11. Воет, Д. и Воет, Дж. Г. (2006). Биохимия. Panamerican Medical Ed.