БИОМОЛЕКУЛЕ: КЛАСИФИКАЦИЈА И ГЛАВНЕ ФУНКЦИЈЕ - БИОЛОГИЈА - 2025

У биомолекула су молекули који се генеришу у живим бићима. Префикс „био“ значи живот; према томе, биомолекула је молекул који производи живо биће. Жива бића се састоје од различитих врста молекула који обављају различите функције неопходне за живот.

У природи постоје биотски (живи) и абиотски (неживи) систем који узајамно делују и, у неким случајевима, размењују елементе. Једна карактеристика коју сва жива бића имају заједничка је да су органска, што значи да су њихови саставни молекули састављени од атома угљеника.

Биомолекуле имају и друге атоме заједничке осим угљеника. Ови атоми укључују углавном водоник, кисеоник, азот, фосфор и сумпор. Ти се елементи називају и биоелементима јер су главна компонента биолошких молекула.

Међутим, постоје и други атоми који су такође присутни у неким биомолекулама, мада у мањим количинама. То су углавном јони метала, попут калијума, натријума, гвожђа и магнезијума, између осталог. Према томе, биомолекуле могу бити две врсте: органске или неорганске.

Дакле, организме се састоје од многих врста молекула на бази угљеника, на пример: шећера, масти, протеина и нуклеинских киселина. Међутим, постоје и друга једињења која су такође на бази угљеника и нису део биомолекула.

Ови молекули који садрже угљеник који се не налазе у биолошким системима могу се наћи у земљиној кори, језерима, морима и океанима и атмосфери. Кретање ових елемената у природи описано је у такозваним биогеокемијским циклусима.

Сматра се да су ови једноставни органски молекули који се налазе у природи они који су створили најкомплексније биомолекуле које су део основне животне структуре: ћелија. То је оно што је познато као теорија абиотске синтезе.

Класификација и функције биомолекула

Биомолекуле су различите у величини и структури, што им даје јединствене карактеристике за обављање различитих функција неопходних за живот. Дакле, биомолекуле делују као складиштење информација, извор енергије, подршка, ћелијски метаболизам, између осталог.

Биомолекуле се могу сврстати у две велике групе на основу присуства или одсуства атома угљеника.

Неорганске биомолекуле

Све су то молекули присутни у живим бићима и који не садрже угљеник у својој молекуларној структури. Неоргански молекули се могу наћи и у другим (неживим) системима у природи.

Врсте анорганских биомолекула су следеће:

Вода

То је главна и основна компонента живих бића, то је молекул формиран атомом кисеоника повезаним са два атома водоника. Вода је неопходна за постојање живота и најчешћа је биомолекула.

Између 50 и 95% тежине било којег живог бића представља вода, јер је неопходно извршити неколико важних функција, попут термичке регулације и транспорта материја.

Минералне соли

Они су једноставни молекули састављени од супротних наелектрисаних атома који се у потпуности одвајају у води. На пример: натријум-хлорид, који се састоји од атома хлора (негативно наелектрисаног) и натријум-атома (позитивно наелектрисаног).

Минералне соли учествују у стварању крутих структура, попут костију кичмењака и егзоскелета бескраљежњака. Ове неорганске биомолекуле су такође неопходне за обављање многих важних ћелијских функција.

Гасови

Они су молекули који су у облику гаса. Они су неопходни за дисање животиња и фотосинтезу у биљкама.

Примери ових гасова су: молекуларни кисеоник, састављен од два атома кисеоника повезана; и угљен-диоксид, који се састоји од атома угљеника везаног за два атома кисеоника. Обе биомолекуле учествују у размени гаса коју жива бића врше са својим окружењем.

Органске биомолекуле

Органске биомолекуле су они молекули који у својој структури садрже атоме угљеника. Органски молекули се такође могу наћи у природи као део неживих система и они чине оно што је познато као биомаса.

Врсте органских биомолекула су следеће:

Угљени хидрати

Угљикохидрати су вјероватно најзаступљеније и најраспрострањеније органске материје у природи, а они су битне компоненте свих живих бића.

Угљикохидрате зелене биљке производе из угљен-диоксида и воде током процеса фотосинтезе.

Ове биомолекуле састоје се углавном од атома угљеника, водоника и кисеоника. Такође су познати и као угљени хидрати или сахариди, а делују као извори енергије и као структурне компоненте организама.

- Моносахариди

Моносахариди су најједноставнији угљени хидрати и често их се назива једноставним шећерима. Они су елементарни блокови из којих се стварају сви највећи угљени хидрати.

Моносахариди имају општу молекуларну формулу (ЦХ2О) н, где н може бити 3, 5 или 6. Дакле, моносахариди се могу класификовати према броју атома угљеника присутних у молекули:

Ако је н = 3, молекул је триоза. На пример: глицералдехид.

Ако је н = 5, молекул је пентоза. На пример: рибоза и деоксирибоза.

Ако је н = 6, молекул је хексоза. На пример: фруктоза, глукоза и галактоза.

Пентозе и хексозе могу постојати у два облика: циклични и нециклички. У нецикличком облику, његове молекуларне структуре показују две функционалне групе: алдехидну групу или кетонску групу.

Моносахариди који садрже алдехидну групу називају се алдози, а они који имају кетонску групу називају се кетозе. Алдозе смањују шећере, док кетозе нису редуцирајући шећер.

Међутим, у води пентозе и хексозе постоје углавном у цикличном облику, и управо у том облику они комбинују формирају веће молекуле сахарида.

- дисахариди

Већина шећера који се налазе у природи су дисахариди. Оне настају формирањем гликозидне везе између два моносахарида, реакцијом кондензације која ослобађа воду. Овај процес формирања везе захтева енергију да се две моносахаридне јединице држе заједно.

Три најважнија дисахарида су сахароза, лактоза и малтоза. Настају из кондензације одговарајућих моносахарида. Сахароза је шећер који не смањује, док лактоза и малтоза смањују шећере.

Дисахариди су растворљиви у води, али су биомолекуле превелике да би дифузијом прелазиле ћелијску мембрану. Из тог разлога, они се током варења разграђују у танком цреву тако да њихове битне компоненте (тј. Моносахариди) прелазе у крв и остале ћелије.

Моносахариди ћелије веома брзо користе. Међутим, ако ћелији није потребна енергија, може је одмах складиштити у облику сложенијих полимера. Тако се моносахариди претварају у дисахариде путем кондензационих реакција које се дешавају у ћелији.

- Олигосахариди

Олигосахариди су интермедијарни молекули састављени од три до девет једноставних јединица шећера (моносахариди). Настају делимичним разбијањем сложенијих угљених хидрата (полисахарида).

Највише природних олигосахарида налазимо у биљкама и, изузев малтотриозе, човек је непребављив јер људском телу недостају потребни ензими у танком цреву да би их разградили.

У дебелом цреву корисне бактерије могу разградити олигосахариде ферментацијом; на тај начин се трансформишу у апсорбирајуће храњиве материје које обезбеђују мало енергије. Одређени производи распадања олигосахарида могу имати благотворан утицај на слузнице дебелог црева.

Примери олигосахарида укључују рафинозу, триксахарид из махунарки и неке житарице састављене од глукозе, фруктозе и галактозе. Малтотриоза, триксахарид глукозе, јавља се у неким биљкама и у крви одређених чланконожаца.

- полисахариди

Моносахариди могу да прођу низ кондензационих реакција, додајући једну јединицу за другом ланцу док се не формирају веома велики молекули. Ово су полисахариди.

Својства полисахарида зависе од више фактора њихове молекуларне структуре: дужине, бочних грана, набора и од тога да ли је ланац "раван" или "намотан". Постоји неколико примера полисахарида у природи.

Шкроб се често производи у биљкама као начин за складиштење енергије, а састоји се од полимера α-глукозе. Ако је полимер разгранат, он се назива амилопектин, а ако није разгранат, назива се амилоза.

Гликоген је резервни полисахарид енергије у животиња и састоји се од амилопектина. Тако се шкроб биљака разграђује у телу да би се створила глукоза, која улази у ћелију и користи се у метаболизму. Глукоза која се не користи полимеризира и формира гликоген, складиште енергије.

Липиди

Липиди су друга врста органских биомолекула чија је главна карактеристика да су хидрофобни (одбијају воду) и, према томе, нерастворљиви у води. У зависности од њихове структуре, липиди се могу сврстати у 4 главне групе:

- Триглицериди

Триглицериди се састоје од молекула глицерола који је везан на три ланца масних киселина. Масна киселина је линеарни молекул који на једном крају садржи карбоксилну киселину, а затим на другом крају угљоводонични ланац и метилну групу.

У зависности од њихове структуре, масне киселине могу бити засићене или незасићене. Ако угљоводонични ланац садржи само једноструке везе, то је засићена масна киселина. Супротно томе, ако овај угљоводонични ланац има једну или више двоструких веза, масна киселина је незасићена.

У ову категорију спадају уља и масти. Прве су енергетска резерва биљака, имају незасићеност и течне су на собној температури. Супротно томе, масти су залихе енергије животиња, оне су засићене и чврсте молекуле на собној температури.

Фосфолипиди

Фосфолипиди су слични триглицеридима по томе што имају молекул глицерола везан на две масне киселине. Разлика је у томе што фосфолипиди имају фосфатну групу на трећем угљенику глицерола, а не неки други молекул масне киселине.

Ови липиди су веома важни због начина на који могу комуницирати с водом. Имајући фосфатну групу на једном крају, молекул постаје хидрофилан (привлачи воду) у том пределу. Међутим, она је и даље хидрофобна у остатку молекула.

Због своје структуре фосфолипиди су склони да се организују на такав начин да су фосфатне групе на располагању за интеракцију са воденим медијумом, док су хидрофобни ланци које они организују унутра далеко од воде. Тако су фосфолипиди део свих биолошких мембрана.

- Стероиди

Стероиди се састоје од четири спојена угљенична прстена на које су везане различите функционалне групе. Један од најважнијих је холестерол, јер је неопходан за жива бића. То је претеча неких важних хормона, као што су естроген, тестостерон и кортизон, између осталих.

- Воскови

Воскови су мала група липида који имају заштитну функцију. Налазе се у лишћу дрвећа, у перју птица, у ушима неких сисара и на местима која је потребно изоловати или заштитити од спољашње средине.

Нуклеинске киселине

Нуклеинске киселине су главни транспортни молекули генетских информација у живим бићима. Његова главна функција је усмеравање процеса синтезе протеина, који одређују наследне карактеристике сваког живог бића. Они су састављени од атома угљеника, водоника, кисеоника, азота и фосфора.

Нуклеинске киселине су полимери сачињени од понављања мономера, названих нуклеотиди. Сваки нуклеотид састоји се од ароматичне базе која садржи азот, а која је везана за шећер пентозе (пет угљеника), који је заузврат повезан са фосфатном групом.

Две главне класе нуклеинских киселина су деоксирибонуклеинска киселина (ДНК) и рибонуклеинска киселина (РНА). ДНК је молекул који садржи све информације неке врсте, због чега је присутан у свим живим бићима и у већини вируса.

РНА је генетски материјал одређених вируса, али се такође налази у свим живим ћелијама. Тамо обавља важне функције у одређеним процесима, као што је производња протеина.

Свака нуклеинска киселина садржи четири од пет могућих база које садрже азот: аденин (А), гванин (Г), цитозин (Ц), тимин (Т) и урацил (У). ДНК има базе аденин, гванин, цитозин и тимин, док РНА има исте базе, осим за тимин, који је замењен урацилом у РНА.

- Деоксирибонуклеинска киселина (ДНК)

Молекул ДНК сачињен је од два ланца нуклеотида спојених везама које се зову фосфодиестерске везе. Сваки ланац има структуру у облику спирале. Две спирале се испреплићу како би се добила двострука спирала. База се налази на унутрашњој страни спиралне спирале, а фосфатне групе са спољашње стране.

ДНК чине фосфатно везани деоксирибозни шећерни део и четири азотна база: аденин, гванин, цитозин и тимин. Основни парови формирани су у дволанчаној ДНК: аденин се увек везује за тимин (АТ), а гванин за цитозин (ГЦ).

Два челика се држе заједно спајањем нуклеотидних база везивањем водоника. Конструкција се понекад описује као мердевине где су ланци шећера и фосфата стране, а везе између базе и базе су траке.

Ова структура, заједно са хемијском стабилношћу молекула, чини ДНК идеалним материјалом за преношење генетских информација. Када се ћелија подели, њен ДНК се копира и прелази из једне генерације у другу ћелију.

- Рибонуклеинска киселина (РНА)

РНА је полимер нуклеинске киселине чија структура је сачињена од једног нуклеотидног ланца: аденина, цитозина, гванина и урацила. Као и у ДНК, цитозин се увек веже за гванин (ЦГ), али аденин се везује за урацил (АУ).

То је први посредник у преношењу генетских информација у ћелијама. РНА је неопходна за синтезу протеина, пошто се информације садржане у генетском коду углавном преносе са ДНК у РНК, а из ове на протеине.

Неке РНК такође имају директне функције у ћелијском метаболизму. РНА се добија копирањем основног низа сегмента ДНК који се зове ген, на део једноланчане нуклеинске киселине. Овај процес, назван транскрипција, катализује ензим зван РНА полимераза.

Постоји неколико различитих врста РНА, углавном их има 3. Прва је месначка РНА, која се копира директно из ДНК транскрипцијом. Други тип је трансфер РНА, који је онај који преноси исправне аминокиселине за синтезу протеина.

Коначно, друга класа РНК је рибосомална РНА која заједно са неким протеинима формира рибосоме, ћелијске органеле одговорне за синтезу свих протеина у ћелији.

Беланчевина

Протеини су велики, сложени молекули који обављају многе важне функције и обављају већину посла у ћелијама. Оне су неопходне за структуру, функцију и регулацију живих бића. Састоји се од атома угљеника, водоника, кисеоника и азота.

Протеини се састоје од мањих јединица које се називају аминокиселине, повезане су пептидним везама и творе дуге ланце. Аминокиселине су мали органски молекули врло одређених физичко-хемијских својстава, постоји 20 различитих врста.

Низ аминокиселина одређује јединствену тродимензионалну структуру сваког протеина и његову специфичну функцију. У ствари, функције појединих протеина варирају колико и њихове јединствене аминокиселинске секвенце, које одређују интеракције које стварају сложене тродимензионалне структуре.

Разне функције

Протеини могу бити структурни и покретни састојци ћелије, попут актина. Други раде тако што убрзавају биохемијске реакције у ћелији, попут ДНК полимеразе, која је ензим који синтетише ДНК.

Постоје и други протеини чија је функција преношење важне поруке тијелу. На пример, неке врсте хормона, попут хормона раста, преносе сигнале за координацију биолошких процеса између различитих ћелија, ткива и органа.

Неки протеини се вежу и носе атоме (или мале молекуле) унутар ћелија; такав је случај феритин, који је одговоран за складиштење гвожђа у неким организмима. Друга група важних протеина су антитела, која припадају имунолошком систему и одговорна су за откривање токсина и патогена.

Стога су протеини крајњи производи процеса декодирања генетских информација који започињу ћелијском ДНК. Ова невероватна разноликост функција произишла је из изненађујуће једноставног кода који може одредити изузетно разнолик скуп структура.

Референце

1. Албертс, Б., Јохнсон, А., Левис, Ј., Морган, Д., Рафф, М., Робертс, К. и Валтер, П. (2014). Молекуларна биологија ћелије (6. изд.). Гарланд Сциенце.
2. Берг, Ј., Тимоцзко, Ј., Гатто, Г. и Страиер, Л. (2015). Биохемија (8. изд.). ВХ Фрееман анд Цомпани.
3. Цампбелл, Н. & Рееце, Ј. (2005). Биологија (друго издање) Пеарсон Едуцатион.
4. Лодисх, Х., Берк, А., Каисер, Ц., Криегер, М., Бретсцхер, А., Плоегх, Х., Амон, А. и Мартин, К. (2016). Молекуларна ћелијска биологија (8. изд.). ВХ Фрееман анд Цомпани.
5. Соломон, Е., Берг, Л. и Мартин, Д. (2004). Биологија (7. изд.) Ценгаге Леарнинг.
6. Воет, Д., Воет, Ј. и Пратт, Ц. (2016). Основе биохемије: живот на молекуларном нивоу (5. изд.). Вилеи.