Biomolecules סיווג תפקידים ראשיים

ה ביומולקולות הם מולקולות שנוצרות ביצורים חיים. הקידומת "ביו" פירושה חיים; לכן, ביומולקולה היא מולקולה המיוצרת על ידי יצור חי. היצורים החיים נוצרים על ידי סוגים שונים של מולקולות המבצעות פונקציות שונות הנחוצות לחיים.

בטבע, קיימות מערכות ביו-טיות (חיים) ואביוטיות (שאינן חיות), המקיימות אינטראקציה, ובמקרים מסוימים גם אלמנטים חילופיים. מאפיין של כל היצורים החיים המשותף הוא שהם אורגניים, כלומר המולקולות המרכיבים שלהם נוצרים על ידי אטומי פחמן.

ביומולקולות יש גם אטומים אחרים במשותף מלבד פחמן. אטומים אלה כוללים מימן, חמצן, חנקן, זרחן וגופרית, בעיקר. אלמנטים אלה נקראים גם bioelements כי הם המרכיב העיקרי של מולקולות ביולוגיות.

עם זאת, ישנם אטומים אחרים כי הם נוכחים גם כמה ביומולקולות, אם כי בכמויות קטנות יותר. אלה הם בדרך כלל יונים מתכת כגון אשלגן, נתרן, ברזל ומגנזיום, בין היתר. לכן, biomolecules יכול להיות משני סוגים: אורגני או אנאורגני.

לפיכך, אורגניזמים מורכבים מסוגים רבים של מולקולות המבוססות על פחמן, לדוגמה: סוכרים, שומנים, חלבונים וחומצות גרעין. עם זאת, ישנם תרכובות אחרות, כי הם גם מבוססי פחמן וכי הם לא חלק biomolecules.

מולקולות אלה המכילות פחמן אך אינן נמצאות במערכות ביולוגיות ניתן למצוא בקרום כדור הארץ, באגמים, ימים ואוקיינוסים, ובאוויר. התנועה של אלמנטים אלה בטבע מתואר במה שמכונה מחזורי ביוגיוכימיים.

הוא חשב כי אלה מולקולות אורגניות פשוטות שנמצאו בטבע היו אלה שהולידו את הביומולקולות המורכבות ביותר, כי הם חלק מהמבנה הבסיסי של החיים: התא. האמור לעיל הוא מה שמכונה התיאוריה של סינתזה אביוטית.

אינדקס

• 1 סיווג ופונקציות של ביומולקולות
  • 1.1 ביומולקולות אנאורגניות 
  • 1.2 ביומולקולות אורגניות
• 2 הפניות

סיווג ופונקציות של ביומולקולות

ביומולקולות מגוונות בגודלם ובמבנהן, דבר המעניק להן מאפיינים ייחודיים לביצוע התפקודים השונים הדרושים לחיים. לפיכך, biomolecules לשמש אחסון מידע, מקור אנרגיה, תמיכה, חילוף החומרים הסלולר, בין היתר.

ביומולקולות ניתן לסווג לשתי קבוצות גדולות, על בסיס נוכחות או היעדר אטומי פחמן.

ביומולקולות אנאורגניות 

הם כל המולקולות הנמצאות ביצורים חיים ואינן מכילות פחמן במבנה המולקולרי שלהן. מולקולות אנאורגניות נמצאות גם במערכות טבע אחרות (שאינן חיות).

סוגי ביומולקולות אנאורגניות הן כדלקמן:

מים

זהו המרכיב העיקרי והיסודי של היצורים החיים, הוא מולקולה שנוצרה על ידי אטום חמצן קשור לשני אטומי מימן. מים חיוניים לקיומם של החיים והוא הביומולקולה הנפוצה ביותר.

בין 50 ל -95% ממשקל כל יצור חי הוא מים, שכן יש צורך לבצע מספר פונקציות חשובות, כגון רגולציה תרמית והובלה של חומרים.

מלחים מינרליים

הם מולקולות פשוטות שנוצרו על ידי אטומים עם מטען מנוגד, הנפרדים לחלוטין במים. לדוגמה: נתרן כלורי, שנוצר על ידי אטום כלור (טעונה שלילית) ו אטום נתרן (טעונה חיובי).

מלחי מינרלים להשתתף ביצירת מבנים נוקשה, כגון עצמות של חוליות או שלד של חסרי חוליות. אלה biomolecules אורגניים נדרשים גם לבצע פונקציות הסלולר חשובים רבים.

גזים

הם מולקולות כי הם בצורה של גז. הם יסוד לנשימה של בעלי חיים ופוטוסינתזה בצמחים.

דוגמאות של גזים אלה הם: חמצן מולקולרי, שנוצר על ידי שני אטומי חמצן מקושרים יחד; ו פחמן דו חמצני, שנוצר על ידי אטום פחמן מחובר לשני אטומי חמצן. שתי ביומולקולות משתתפות בחילוף הגזי של היצורים החיים עם סביבתם.

ביומולקולות אורגניות

ביומולקולות אורגניות הן מולקולות המכילות אטומי פחמן במבנה שלהן. מולקולות אורגניות ניתן למצוא גם מופץ בטבע כחלק ממערכות שאינם חיים, ומהווים את מה שמכונה ביומסה.

סוגי ביומולקולות אורגניות הן כדלקמן:

פחמימות

פחמימות הן כנראה החומרים הנפוצים ביותר הנפוצים בטבע, והם מרכיבים חיוניים של כל היצורים החיים.

פחמימות מיוצרים על ידי צמחים ירוקים של פחמן דו חמצני ומים בתהליך של פוטוסינתזה.

ביומולקולות אלה מורכבות בעיקר מאטומי פחמן, מימן וחמצן. הם ידועים גם בשם פחמימות או סכרידים, והם מתפקדים כמקור אנרגיה וכרכיבים מבניים של אורגניזמים.

- מונוככרידים

מונוסכרידים הם הפחמימות הפשוטות ביותר ונקראים לעתים קרובות סוכרים פשוטים. הם אבני הבניין היסודי שממנו כל הפחמימות הגדולות נוצרות.

Monosaccharides יש את הנוסחה המולקולרית הכללית (CH2O) n, כאשר n יכול להיות 3, 5 או 6. לכן, monosaccharides ניתן לסווג על פי מספר אטומי פחמן נוכח המולקולה:

אם n = 3, המולקולה היא משולשת. לדוגמה: glyceraldehyde.

אם n = 5, המולקולה היא pentose. לדוגמה: ribose ו deoxyribose.

אם n = 6, המולקולה היא הקסוס. לדוגמה: פרוקטוז, גלוקוז וגלקטוז.

הפנטוזות וההקסוסיות יכולות להתקיים בשתי צורות: מחזוריות ולא מחזוריות. בצורה הלא מחזורית, המבנים המולקולריים שלהם מציגים שתי קבוצות תפקודיות: קבוצת אלדהיד או קבוצת קטון.

מונוסכרידים המכילים את קבוצת האלדהיד נקראים אלדוס, ואלו שיש להם קבוצת קטון נקראים ketoses. Aldoses הם צמצום sugars, ואילו ketoses הם לא צמצום sugars.

עם זאת, במים pentoses ו hexoses קיים בעיקר בצורת מחזורי, וזה בצורה זו כי הם משלבים כדי ליצור מולקולות גדול יותר saccharide.

- דיכצרידים

רוב הסוכרים המצויים בטבע הם דיסכרידים. אלה נוצרים על ידי היווצרות של הקשר glycosidic בין שני monosaccharides, באמצעות תגובת עיבוי המשחרר מים. תהליך זה יצירת הקשר דורש אנרגיה להחזיק יחד את שתי יחידות monosaccharide.

שלושת הדיסכרידים החשובים ביותר הם סוכרוז, לקטוז ומלטוז. הם נוצרים מעיבוי של monosaccharides המתאים. סוכרוז הוא סוכר ללא הפחתה, בעוד לקטוז ומלטוז מפחיתים סוכרים.

Disaccharides מסיסים במים, אבל הם biomolecules גדול מאוד לחצות את קרום התא על ידי דיפוזיה. מסיבה זו, הם נשברים במעי הדק במהלך העיכול, כך שהרכיבים הבסיסיים שלהם (כלומר מונוסכרידים) יעברו לדם ולתאים האחרים.

מונוסכרידים משמשים במהירות רבה על ידי תאים. עם זאת, אם התא אינו זקוק לאנרגיה באופן מיידי, הוא יכול לאחסן אותו בצורה של פולימרים מורכבים יותר. לפיכך, monosaccharides מומרים disaccharides על ידי תגובות עיבוי המתרחשות בתא.

- אוליגוסכרידים

Oligosaccharides הן מולקולות ביניים שנוצרו על ידי 3-9 יחידות של סוכרים פשוטים (מונוסכרידים). הם נוצרים על ידי פירוק חלקי יותר פחמימות מורכבות יותר (סוכרים).

רוב אוליגוסכרידים טבעיים נמצאים בצמחים, למעט maltotriose, אינם ניתנים לעיכול על ידי בני אדם, כי הגוף האנושי חסר את האנזימים הדרושים במעי הדק לשבור אותם.

במעי הגס, חיידקים מועילים יכולים לשבור את oligosaccharides על ידי תסיסה; ולכן הם הופכים חומרים מזינים absorbable המספקים קצת אנרגיה. מוצרים מסוימים השפלה של אוליגוסכרידים יכול להיות בעל השפעה מועילה על בטנה של המעי הגס.

דוגמאות של oligosaccharides כוללים raffinose, trisaccharide מ legumes וכמה דגנים המורכב גלוקוז, פרוקטוז וגלקטוז. Maltotriose, trisaccharide גלוקוז, מיוצר בכמה צמחים ובדם של פרוקי רגליים מסוימים.

- סוכרים

Monosaccharides יכול לעבור סדרה של תגובות עיבוי, הוספת יחידה אחת לאחרת לרשת עד מולקולות גדולות מאוד נוצרות. אלה הם סוכרים.

המאפיינים של פוליסכרידים תלויים במספר גורמים במבנה המולקולרי שלהם: אורך, ענפים לרוחב, קיפול, ואם השרשרת "ישר" או "פאנקי". ישנן מספר דוגמאות של סוכרים בטבע.

עמילן מיוצר לעתים קרובות בצמחים כדרך לאחסן אנרגיה, והוא מורכב פולימרים α גלוקוז. אם הפולימר מסועף הוא נקרא amylopectin, ואם הוא לא מסועף זה נקרא amylose.

גליקוגן הוא פוליסכריד השמורה של אנרגיה בבעלי חיים והוא מורכב של amylopectins. לפיכך, עמילן בצמחים מבזה בגוף לייצר גלוקוז, אשר נכנס לתא משמש בחילוף החומרים. גלוקוז שאינו משמש פולימריזציה וצורות גליקוגן, מאגר האנרגיה.

ליפידים

ליפידים הם סוג אחר של ביומולקולות אורגניות המאפיין העיקרי שלהם הוא שהם הידרופובי (הם להדוף מים), וכתוצאה מכך, הם מסיסים במים. בהתאם למבנה שלהם, שומנים יכולים להיות מסווגים ל 4 קבוצות עיקריות:

- טריגליצרידים

טריגליצרידים נוצרים על ידי מולקולה של גליצרול המקושר לשלוש שרשרות של חומצות שומן. חומצת שומן היא מולקולה ליניארית המכילה בקצה אחד חומצה קרבוקסילית, ואחריה שרשרת פחמימנים וקבוצת מתיל בקצה השני.

בהתאם למבנה שלהם, חומצות השומן יכול להיות רווי או בלתי רווי. אם שרשרת פחמימנים מכיל רק קשרים בודדים, היא חומצת שומן רווי. לעומת זאת, אם זה שרשרת פחמימנים יש אחד או יותר קשרים כפולים, חומצת שומן אינו רווי.

בתוך קטגוריה זו הם שמנים ושומנים. הראשונים הם עתודת האנרגיה של הצמחים, יש להם insaturations והם נוזלים בטמפרטורת החדר. לעומת זאת, שומנים הם עתודות האנרגיה של בעלי חיים, הם רוויים ומולקולות מוצקות בטמפרטורת החדר.

פוספוליפידים

פוספוליפידים דומים טריגליצרידים בכך שיש להם מולקולת גליצרול קשורה לשני חומצות שומן. ההבדל הוא כי phospholipids יש קבוצת פוספט בפחמן השלישי של גליצרול, במקום מולקולה אחרת של חומצת שומן.

ליפידים אלה הם חשובים מאוד בגלל האופן שבו הם יכולים לתקשר עם מים. על ידי בעל קבוצת פוספט בקצה אחד, המולקולה הופכת הידרופילית (מושך מים) באזור זה. עם זאת, הוא נשאר הידרופובי בשאר המולקולה.

בגלל המבנה שלהם, phospholipids נוטים להיות מאורגנים בצורה כזו קבוצות פוספט זמינים אינטראקציה עם המדיום מימית, בעוד שרשרות הידרופובי הם מארגנים בתוך רחוק מן המים. לפיכך, phospholipids הם חלק מכל ממברנות ביולוגיות.

- סטרואידים

סטרואידים מורכבים של ארבעה טבעות פחמן התמזגו, אשר מצטרפים קבוצות פונקציונליות שונות. אחד החשובים ביותר הוא כולסטרול, הוא חיוני עבור יצורים חיים. זהו מבשר של כמה הורמונים חשובים כגון אסטרוגן, טסטוסטרון וקורטיזון, בין היתר.

- שעווה

שעוות הם קבוצה קטנה של שומנים בעלי תפקיד מגן. הם נמצאים בעלים של עצים, נוצות של ציפורים, באוזניים של יונקים מסוימים במקומות שבהם צריך להיות מבודד או מוגן מפני הסביבה החיצונית..

חומצות גרעין

חומצות גרעין הן מולקולות ההובלה העיקריות של מידע גנטי בישויות חיות. תפקידה העיקרי הוא לכוון את תהליך סינתזת החלבון, הקובע את המאפיינים התורשתיים של כל יצור חי. הם מורכבים פחמן, מימן, חמצן, חנקן אטומי זרחן.

חומצות גרעין הן פולימרים שנוצרו על ידי חוזר של מונומרים, הנקראים נוקליאוטידים. כל נוקליאוטיד מורכב מבסיס ארומטי המכיל חנקן המחובר לסוכר פנטהאוס (חמישה פחמנים), אשר בתורו מחובר לקבוצת פוספט.

שני המעמדות העיקריים של חומצות גרעין הם חומצה deoxyribonucleic (DNA) וחומצה ribonucleic (RNA). DNA הוא המולקולה שמכילה את כל המידע של מין, ולכן היא קיימת בכל היצורים החיים וברוב הווירוסים.

רנ"א הוא החומר הגנטי של וירוסים מסוימים, אך הוא נמצא גם בכל התאים החיים. שם הוא משחק תפקידים חשובים בתהליכים מסוימים, כגון ייצור של חלבונים.

כל חומצה גרעין מכילה ארבעה מתוך חמישה בסיסים המכילים חנקן: אדנין (A), גואנין (G), ציטוזין (C), תימין (T) ו uracil (U). לדנ"א יש את הבסיסים אדנין, גואנין, ציטוזין ותימין, בעוד שלרנ"א יש אותו דבר מלבד תימין, אשר מוחלף על ידי אוראציל ב- RNA.

- חומצה דאוקסיריבונוקלאית (DNA)

מולקולת הדנ"א מורכבת משתי שרשראות של נוקליאוטידים המקושרות באיגרות חוב הנקראות "פוספודיסטר". לכל שרשרת יש מבנה בצורת סליל. שתי הסוכריות משתלבות כדי לתת סליל כפול. הבסיסים נמצאים בתוך המדחף וקבוצות הפוספטים נמצאים בחוץ.

הדנ"א מורכב מרשת ראשי של סוכר deoxyribose המקושר פוספט ואת ארבעת הבסיסים חנקני: אדנין, גואנין, ציטוזין ו תימין. זוגות בסיס נוצרים בדנ"א כפול תקועים: adenine תמיד נקשר thymine (A-T) ו guanine כדי ציטוזין (G-C).

שני הסוכרים מוחזקים יחד על ידי התאמת בסיסים של נוקליאוטידים על ידי קשרי מימן. המבנה מתואר לעתים כסולם שבו שרשראות הסוכר והפוספט הן הצדדים, ואג"ח הבסיס הם השלבים.

מבנה זה, יחד עם היציבות הכימית של המולקולה, הופך את הדנ"א לחומר אידיאלי להעברת מידע גנטי. כאשר התא מתחלק, הדנ"א שלו מועתק ועובר מדור לדור של תאים לדור הבא.

- חומצה ריבונוקלאית (RNA)

RNA הוא פולימר של חומצה גרעין אשר המבנה נוצר על ידי שרשרת אחת של נוקליאוטידים: אדנין, ציטוזין, גואנין ו uracil. כמו בדנ"א, ציטוזין תמיד נקשר לגואנין (C-G) אבל אדנין נקשר ל- uracil (A-U).

זהו המתווך הראשון בהעברת מידע גנטי בתאים. RNA הוא חיוני לסינתזה של חלבונים, שכן המידע הכלול בקוד הגנטי מועבר בדרך כלל מ- DNA ל- RNA, וממנו לחלבונים..

כמה RNAs יש גם פונקציות ישירות במטבוליזם הסלולר. RNA מתקבל על ידי העתקת רצף הבסיס של קטע ה- DNA שנקרא גן לתוך חלק חומצה גרעין יחיד תקועים. תהליך זה, הנקרא שעתוק, הוא מזרז על ידי אנזים בשם פולימראז RNA.

ישנם מספר סוגים שונים של RNA, בעיקר 3. הראשון הוא שליח RNA, וזה אחד מועתק ישירות מ- DNA על ידי שעתוק. הסוג השני הוא העברת RNA, שהיא זו שמעבירה את חומצות האמינו הנכונות לסינתזת החלבונים.

לבסוף, המעמד השני של רנ"א הוא הרינ"א הריבוזומלי, אשר יחד עם חלבונים מסוימים יוצרים את הריבוזומים, האברונים הסלולריים האחראים לסינתזה של כל חלבוני התא.

חלבונים

חלבונים הם מולקולות גדולות ומורכבות המבצעות פונקציות חשובות רבות ועושות את רוב העבודה בתאים. הם נחוצים למבנה, לתפקוד ולרגולציה של יצורים חיים. הם מורכבים של אטומי פחמן, מימן, חמצן וחנקן.

חלבונים מורכבים יחידות קטנות יותר בשם חומצות אמינו, מקושרים יחד על ידי קשרים פפטיד ויצירת שרשראות ארוכות. חומצות אמינו הן מולקולות אורגניות קטנות עם תכונות פיסיקוכימיות מסוימות, ישנם 20 סוגים שונים.

רצף חומצות האמינו קובע את המבנה התלת-ממדי הייחודי של כל חלבון ותפקודו הספציפי. למעשה, הפונקציות של חלבונים בודדים הן מגוונות כמו רצפי החומצות האמיניות הייחודיות שלהן, הקובעות את האינטראקציות היוצרות מבנים תלת-ממדיים מורכבים.

פונקציות מגוונות

חלבונים יכולים להיות רכיבים מבניים ותנועה עבור התא, כגון אקטין. אחרים עובדים על ידי האצת תגובות ביוכימיות בתוך התא, כגון פולימראז DNA, המהווה את האנזים מסנתז DNA.

ישנם חלבונים אחרים שתפקידם להעביר מסר חשוב לאורגניזם. לדוגמה, סוגים מסוימים של הורמונים כגון הורמון גדילה מעבירים אותות לתאם תהליכים ביולוגיים בין תאים, רקמות ואיברים שונים.

חלבונים מסוימים לאגד ולהוביל אטומים (או מולקולות קטנות) בתוך התאים; זהו המקרה של פריטין, שאחראי לאחסון ברזל בכמה אורגניזמים. קבוצה נוספת של חלבונים חשובים הם הנוגדנים, השייכים למערכת החיסונית והם אחראים לאיתור רעלנים ופתוגנים.

לפיכך, חלבונים הם המוצרים הסופיים של תהליך פענוח המידע הגנטי המתחיל בדנ"א הסלולר. זה מגוון מדהים של פונקציות נגזר קוד פשוט להפתיע כי הוא מסוגל להגדיר קבוצה מגוונת מאוד של מבנים.

הפניות

1. אלברטס, ב, ג 'ונסון, א, לואיס, ג' יי, מורגן, ד, Raff, M., רוברטס, ק & וולטר, פ (2014). ביולוגיה מולקולרית של התא (כרך 6). מדע גרלנד.
2. ברג, ג ', טימוצקו, ג', Gatto, G & Strayer, L. (2015). ביוכימיה (8th ed.). וו פרימן וחברה.
3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). ביולוגיה (2nd ed.) Pearson חינוך.
4. לודג, ח ', עמון, א' ומרטין, ק '(2016), ל', ח ', ברק, א', קייזר, ג ', קריגר,. ביולוגיה תא מולקולרית (8th ed.). וו פרימן וחברה.
5. סולומון, א ', ברג, ל' ומרטין, ד '(2004). ביולוגיה (7 ed.) Cengage למידה.
6. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). יסודות הביוכימיה: החיים ב רמה מולקולארית (מהד 'ה -5). ויילי.