MAKROCZĄSTECZKI: CHARAKTERYSTYKA, RODZAJE, FUNKCJE I PRZYKŁADY - BIOLOGIA - 2025

Te makromolekuły duże cząsteczki - zazwyczaj ponad 1000 atomów - utworzone przez połączenie monomerów estructurares lub mniejsze bloki. W organizmach żywych znajdujemy cztery główne typy makrocząsteczek: kwasy nukleinowe, lipidy, węglowodany i białka. Istnieją również inne pochodzenia syntetycznego, takie jak tworzywa sztuczne.

Każdy typ makrocząsteczki biologicznej składa się z określonego monomeru, a mianowicie: kwasów nukleinowych przez nukleotydy, węglowodanów przez monosacharydy, białek przez aminokwasy i lipidów przez węglowodory o zmiennej długości.

Źródło: pixabay.com

Ze względu na swoją funkcję węglowodany i lipidy magazynują energię potrzebną komórce do przeprowadzania reakcji chemicznych, a także są wykorzystywane jako składniki strukturalne.

Białka pełnią również funkcje strukturalne, oprócz tego, że są cząsteczkami o zdolności katalitycznej i transportowej. Wreszcie, kwasy nukleinowe przechowują informacje genetyczne i uczestniczą w syntezie białek.

Syntetyczne makrocząsteczki mają taką samą strukturę jak biologiczna: wiele monomerów połączonych ze sobą tworzy polimer. Przykładami tego są polietylen i nylon. Polimery syntetyczne są szeroko stosowane w przemyśle do produkcji tkanin, tworzyw sztucznych, izolacji itp.

cechy

Rozmiar

Jak sama nazwa wskazuje, jedną z wyróżniających cech makrocząsteczek jest ich duży rozmiar. Składają się z co najmniej 1000 atomów połączonych wiązaniami kowalencyjnymi. W tego typu wiązaniu atomy biorące udział w wiązaniu mają wspólne elektrony ostatniego poziomu.

Konstytucja

Innym terminem używanym w odniesieniu do makrocząsteczek jest polimer („wiele części”), które składają się z powtarzających się jednostek zwanych monomerami („jedna część”). Są to jednostki strukturalne makrocząsteczek i mogą być takie same lub różne, w zależności od przypadku.

Moglibyśmy użyć analogii do dziecięcej gry Lego. Każdy z kawałków reprezentuje monomery, a kiedy łączymy je w różne struktury, otrzymujemy polimer.

Jeśli monomery są takie same, polimer jest homopolimerem; a jeśli są różne, będzie to heteropolimer.

Istnieje również nomenklatura określająca polimer w zależności od jego długości. Jeśli cząsteczka składa się z kilku podjednostek, nazywana jest oligomerem. Na przykład, gdy chcemy odnieść się do małego kwasu nukleinowego, nazywamy go oligonukleotydem.

Struktura

Biorąc pod uwagę niesamowitą różnorodność makrocząsteczek, trudno jest ustalić ogólną strukturę. „Szkielet” tych cząsteczek jest tworzony przez odpowiadające im monomery (cukry, aminokwasy, nukleotydy, itp.) I mogą być grupowane w liniowy, rozgałęziony sposób lub przybierać bardziej złożone formy.

Jak zobaczymy później, makrocząsteczki mogą być pochodzenia biologicznego lub syntetycznego. Te pierwsze pełnią nieskończone funkcje w istotach żywych, a te drugie są szeroko stosowane w społeczeństwie - na przykład jak tworzywa sztuczne.

Makrocząsteczki biologiczne: funkcje, budowa i przykłady

W istotach organicznych znajdujemy cztery podstawowe typy makrocząsteczek, które pełnią ogromną liczbę funkcji, umożliwiając rozwój i podtrzymywanie życia. Są to białka, węglowodany, lipidy i kwasy nukleinowe. Poniżej opiszemy jego najważniejsze cechy.

Białko

Białka to makrocząsteczki, których jednostkami strukturalnymi są aminokwasy. W naturze znajdujemy 20 rodzajów aminokwasów.

Struktura

Monomery te składają się z centralnego atomu węgla (zwanego węglem alfa) połączonego wiązaniami kowalencyjnymi z czterema różnymi grupami: atomem wodoru, grupą aminową (NH ₂ ), grupą karboksylową (COOH) i grupą R.

20 typów aminokwasów różni się od siebie jedynie tożsamością grupy R. Grupa ta jest zróżnicowana pod względem chemicznym, będąc w stanie znaleźć między innymi aminokwasy zasadowe, kwaśne, obojętne, z długimi, krótkimi i aromatycznymi łańcuchami.

Reszty aminokwasów są utrzymywane razem przez wiązania peptydowe. Charakter aminokwasów będzie determinował naturę i cechy powstającego białka.

Liniowa sekwencja aminokwasów reprezentuje pierwotną strukturę białek. Są one następnie składane i grupowane w różne wzory, tworząc struktury drugorzędowe, trzeciorzędowe i czwartorzędowe.

Funkcjonować

Białka pełnią różne funkcje. Niektóre służą jako biologiczne katalizatory i nazywane są enzymami; niektóre są białkami strukturalnymi, takimi jak keratyna obecna we włosach, paznokciach itp .; a inne pełnią funkcje transportowe, takie jak hemoglobina w naszych krwinkach czerwonych.

Kwasy nukleinowe: DNA i RNA

Drugi typ polimeru, który jest częścią żywych organizmów, to kwasy nukleinowe. W tym przypadku jednostkami strukturalnymi nie są aminokwasy, jak w białkach, ale monomery zwane nukleotydami.

Struktura

Nukleotydy składają się z grupy fosforanowej, pięciowęglowego cukru (główny składnik cząsteczki) i azotowej zasady.

Istnieją dwa rodzaje nukleotydów: rybonukleotydy i deoksyrybonukleotydy, które różnią się pod względem cukru rdzenia. Te pierwsze są składnikami strukturalnymi kwasu rybonukleinowego lub RNA, a drugie są składnikami kwasu dezoksyrybonukleinowego lub DNA.

W obu cząsteczkach nukleotydy są utrzymywane razem przez wiązanie fosfodiestrowe - odpowiednik wiązania peptydowego, które utrzymuje razem białka.

Strukturalne składniki DNA i RNA są podobne i różnią się budową, ponieważ RNA występuje w postaci pojedynczego prążka, a DNA w podwójnym.

Funkcjonować

RNA i DNA to dwa rodzaje kwasów nukleinowych, które znajdujemy w żywych organizmach. RNA to wielofunkcyjna, dynamiczna cząsteczka, która pojawia się w różnych konformacjach strukturalnych i bierze udział w syntezie białek oraz w regulacji ekspresji genów.

DNA to makrocząsteczka odpowiedzialna za przechowywanie całej informacji genetycznej organizmu, niezbędnej do jego rozwoju. Wszystkie nasze komórki (z wyjątkiem dojrzałych czerwonych krwinek) mają materiał genetyczny zmagazynowany w swoim jądrze w bardzo zwarty i zorganizowany sposób.

Węglowodany

Węglowodany, znane również jako węglowodany lub po prostu jako cukry, to makrocząsteczki zbudowane z cegiełek zwanych monosacharydami (dosłownie „cukier”).

Struktura

Wzór cząsteczkowy węglowodanów to (CH ₂ O) _n . Wartość n może wahać się od 3 dla najprostszego cukru do tysięcy dla najbardziej złożonych węglowodanów, przy czym długość jest dość zmienna.

Monomery te mają zdolność do wzajemnej polimeryzacji w reakcji obejmującej dwie grupy hydroksylowe, co skutkuje utworzeniem wiązania kowalencyjnego zwanego wiązaniem glikozydowym.

To wiązanie utrzymuje razem monomery węglowodanowe w taki sam sposób, w jaki wiązania peptydowe i wiązania fosfodiestrowe utrzymują odpowiednio białka i kwasy nukleinowe.

Jednak wiązania peptydowe i fosfodiestrowe występują w określonych obszarach ich składowych monomerów, podczas gdy wiązania glikozydowe mogą być tworzone z dowolną grupą hydroksylową.

Jak wspomnieliśmy w poprzedniej sekcji, małe makrocząsteczki są oznaczane przedrostkiem oligo. W przypadku małych węglowodanów używa się terminu oligosacharydy, jeśli są to tylko dwa połączone monomery, to jest to disacharyd, a jeśli są większe, to polisacharydy.

Funkcjonować

Cukry są podstawowymi makrocząsteczkami niezbędnymi do życia, ponieważ spełniają funkcje energetyczne i strukturalne. Dostarczają one energii chemicznej niezbędnej do napędzania znacznej liczby reakcji wewnątrz komórek i są wykorzystywane jako „paliwo” dla istot żywych.

Inne węglowodany, takie jak glikogen, służą do magazynowania energii, aby komórka mogła z niej czerpać w razie potrzeby.

Mają także funkcje strukturalne: są częścią innych cząsteczek, takich jak kwasy nukleinowe, ściany komórkowe niektórych organizmów i egzoszkielety owadów.

Na przykład w roślinach i niektórych protistach znajdujemy złożony węglowodan zwany celulozą, składający się wyłącznie z jednostek glukozy. Ta cząsteczka jest niezwykle bogata na Ziemi, ponieważ występuje w ścianach komórkowych tych organizmów i innych strukturach nośnych.

Lipidy

„Lipid” to termin obejmujący dużą liczbę cząsteczek niepolarnych lub hydrofobowych (z fobią lub odpychaniem do wody) zbudowanych z łańcuchów węglowych. W przeciwieństwie do trzech wymienionych cząsteczek, białek, kwasów nukleinowych i węglowodanów, nie ma jednego monomeru dla lipidów.

Struktura

Ze strukturalnego punktu widzenia lipid może prezentować się na wiele sposobów. Ponieważ są wykonane z węglowodorów (CH), wiązania nie są częściowo naładowane, więc nie są rozpuszczalne w rozpuszczalnikach polarnych, takich jak woda. Można je jednak rozpuścić w innych typach rozpuszczalników niepolarnych, takich jak benzen.

Kwas tłuszczowy składa się ze wspomnianych łańcuchów węglowodorowych i grupy karboksylowej (COOH) jako grupy funkcyjnej. Ogólnie kwas tłuszczowy zawiera od 12 do 20 atomów węgla.

Łańcuchy kwasów tłuszczowych mogą być nasycone, gdy wszystkie atomy węgla są połączone ze sobą wiązaniami pojedynczymi, lub nienasycone, gdy w strukturze występuje więcej niż jedno wiązanie podwójne. Jeśli zawiera wiele wiązań podwójnych, jest kwasem wielonienasyconym.

Rodzaje lipidów ze względu na ich budowę

W komórce znajdują się trzy rodzaje lipidów: steroidy, tłuszcze i fosfolipidy. Sterydy charakteryzują się masywną czteropierścieniową strukturą. Cholesterol jest najlepiej znanym i ważnym składnikiem błon, ponieważ kontroluje ich płynność.

Tłuszcze składają się z trzech kwasów tłuszczowych połączonych wiązaniem estrowym z cząsteczką zwaną glicerolem.

Wreszcie fosfolipidy składają się z cząsteczki glicerolu przyłączonej do grupy fosforanowej i dwóch łańcuchów kwasów tłuszczowych lub izoprenoidów.

Funkcjonować

Podobnie jak węglowodany, lipidy działają również jako źródło energii dla komórki i jako składniki niektórych struktur.

Lipidy pełnią podstawową funkcję dla wszystkich żywych form: są podstawowym składnikiem błony komórkowej. Stanowią one kluczową granicę między żywym a nieożywionym, służąc jako selektywna bariera decydująca o tym, co dostaje się do komórki, a co nie, dzięki ich właściwości półprzepuszczalnej.

Oprócz lipidów błony składają się również z różnych białek, które działają jako selektywne transportery.

Niektóre hormony (np. Seksualne) mają naturę lipidową i są niezbędne do rozwoju organizmu.

Transport

W układach biologicznych makrocząsteczki są transportowane między wnętrzem a zewnętrzem komórek w procesach zwanych endo i egzocytozą (obejmujących tworzenie pęcherzyków) lub przez transport aktywny.

Endocytoza obejmuje wszystkie mechanizmy, których używa komórka, aby uzyskać wejście dużych cząstek i jest klasyfikowana jako: fagocytoza, gdy pierwiastkiem do połknięcia jest cząstka stała; pinocytoza, gdy dostanie się płyn zewnątrzkomórkowy; i endocytoza, w której pośredniczą receptory.

Większość połkniętych w ten sposób cząsteczek trafia do organelli odpowiedzialnych za trawienie: lizosomu. Inne trafiają do fagosomów - które mają właściwości fuzji z lizosomami i tworzą strukturę zwaną fagolizosomami.

W ten sposób bateria enzymatyczna obecna w lizosomie w końcu degraduje makrocząsteczki, które na początku weszły. Monomery, które je utworzyły (monosacharydy, nukleotydy, aminokwasy) są transportowane z powrotem do cytoplazmy, gdzie są wykorzystywane do tworzenia nowych makrocząsteczek.

W jelicie znajdują się komórki, które mają specyficzne transportery do wchłaniania każdej makrocząsteczki, która była spożywana w pożywieniu. Na przykład transportery PEP1 i PEP2 są używane do białek, a SGLT do glukozy.

Syntetyczne makrocząsteczki

W makrocząsteczkach syntetycznych znajdujemy również ten sam wzorzec strukturalny, co makrocząsteczki pochodzenia biologicznego: monomery lub małe podjednostki, które są połączone wiązaniami tworząc polimer.

Istnieją różne rodzaje polimerów syntetycznych, z których najprostszym jest polietylen. Jest to obojętne tworzywo sztuczne o wzorze chemicznym CH _2- CH ₂ (połączone wiązaniem podwójnym) dość powszechne w przemyśle, ponieważ jest tanie i łatwe w produkcji.

Jak widać, struktura tego tworzywa jest liniowa i nie ma rozgałęzień.

Poliuretan to kolejny polimer szeroko stosowany w przemyśle do produkcji pianek i izolatorów. Gąbkę z tego materiału na pewno będziemy mieć w kuchniach. Materiał ten uzyskuje się przez kondensację zasad hydroksylowych zmieszanych z pierwiastkami zwanymi diizocyjanianami.

Istnieją inne syntetyczne polimery o większej złożoności, takie jak nylon (lub nylon). Wśród jego cech jest bardzo wytrzymały, ze znaczną elastycznością. Przemysł tekstylny wykorzystuje te cechy do produkcji tkanin, włosia, żyłek itp. Jest również używany przez lekarzy do wykonywania szwów.

Bibliografia

1. Berg, JM, Stryer, L. i Tymoczko, JL (2007). Biochemia. Odwróciłem się.
2. Campbell, MK i Farrell, SO (2011). Biochemia. Thomson. Brooks / Cole.
3. Devlin, TM (2011). Podręcznik biochemii. John Wiley & Sons.
4. Freeman, S. (2017). Nauki biologiczne. Edukacja Pearson.
5. Koolman, J. i Röhm, KH (2005). Biochemia: tekst i atlas. Panamerican Medical Ed.
6. Moldoveanu, SC (2005). Piroliza analityczna syntetycznych polimerów organicznych (tom 25). Elsevier.
7. Moore, JT i Langley, RH (2010). Biochemia dla manekinów. John Wiley & Sons.
8. Mougios, V. (2006). Biochemia ćwiczeń. Human Kinetics.
9. Müller-Esterl, W. (2008). Biochemia. Podstawy medycyny i nauk przyrodniczych. Odwróciłem się.
10. Poortmans, JR (2004). Zasady biochemii wysiłku. 3 ^rd , wydanie poprawione. Karger.
11. Voet, D. i Voet, JG (2006). Biochemia. Panamerican Medical Ed.