Rengeteg különféle, különféle kémiai természetű vegyületet sikerült szintetizálni a laboratóriumban. Mindazonáltal a természetes anyagok voltak, vannak és maradnak is a legfontosabbak és legjelentősebbek minden élő rendszer életében. Vagyis azok a molekulák, amelyek az organizmusokon belül több ezer biokémiai reakcióban vesznek részt, és felelősek azok normális működéséért.
Túlnyomó többségük a "biológiai polimerek" csoportba tartozik.
A biopolimerek általános fogalma
Először is azt kell mondani, hogy ezek a vegyületek nagy molekulatömegűek, tömegük eléri a több millió d altont. Ezek az anyagok állati és növényi polimerek, amelyek döntő szerepet játszanak a sejtek és szerkezetük felépítésében, biztosítják az anyagcserét, a fotoszintézist, a légzést, a táplálkozást és minden élő szervezet minden más létfontosságú funkcióját.
Nehéz túlbecsülni az ilyen vegyületek jelentőségét. A biopolimerek természetes eredetű természetes anyagok, amelyek élő szervezetekben képződnek, és bolygónkon minden élet alapját képezik. Milyen konkrét összefüggések vannak velüktartozik?
Sejt-biopolimerek
Sok van belőlük. Tehát a fő biopolimerek a következők:
- fehérjék;
- poliszacharidok;
- nukleinsavak (DNS és RNS).
Ezeken kívül számos vegyes polimert is magában foglal, amelyek a már felsoroltak kombinációiból képződnek. Például lipoproteinek, lipopoliszacharidok, glikoproteinek és mások.
Általános tulajdonságok
Több olyan tulajdonság van, amely minden vizsgált molekulában benne van. Például a biopolimerek alábbi általános tulajdonságai:
- nagy molekulatömeg a kémiai szerkezetben elágazó hatalmas makroláncok képződése miatt;
- a makromolekulákban lévő kötések típusai (hidrogén, ionos kölcsönhatások, elektrosztatikus vonzás, diszulfid hidak, peptidkötések és mások);
- minden lánc szerkezeti egysége egy monomer láncszem;
- sztereoregularitás vagy annak hiánya a lánc szerkezetében.
De általánosságban elmondható, hogy az összes biopolimer szerkezetében és funkciójában több különbség van, mint hasonlóság.
fehérjék
A fehérjemolekulák nagy jelentőséggel bírnak minden élőlény életében. Az ilyen biopolimerek minden biomassza alapját képezik. Valójában még az Oparin-Haldane elmélet szerint is a földi élet egy koacervátumcseppből származik, amely fehérje volt.
Ezeknek az anyagoknak a szerkezete a szerkezetben szigorú sorrendnek van kitéve. Minden fehérje aminosav-maradékokból épül fel, amelyekkorlátlan lánchosszúságban kapcsolódhatnak egymáshoz. Ez speciális kötések - peptidkötések - kialakulásával történik. Ilyen kötés négy elem között jön létre: szén, oxigén, nitrogén és hidrogén között.
Egy fehérjemolekula sok azonos és különböző aminosav-maradékot tartalmazhat (több tízezer vagy több). Összesen 20 fajta aminosav található ezekben a vegyületekben, de változatos kombinációjuk lehetővé teszi a fehérjék virágzását mennyiségi és faji szempontból egyaránt.
A fehérje biopolimerek különböző térbeli konformációkkal rendelkeznek. Így minden képviselő létezhet elsődleges, másodlagos, harmadlagos vagy kvaterner struktúraként.
A legegyszerűbb és leglineárisabb közülük az elsődleges. Ez egyszerűen egymáshoz kapcsolódó aminosavszekvenciák sorozata.
A másodlagos konformációnak összetettebb a szerkezete, mivel a fehérje teljes makrolánca spirálba kezd, és tekercseket képez. Két szomszédos makrostruktúra egymás közelében van az atomcsoportjaik közötti kovalens és hidrogénkölcsönhatások miatt. Tegyen különbséget a fehérjék másodlagos szerkezetének alfa- és béta-hélixei között.
A harmadlagos szerkezet egy fehérje egyetlen makromolekulája (polipeptid lánca), amely golyóvá tekert. A kölcsönhatások nagyon összetett hálózata ezen a gömbön belül lehetővé teszi, hogy meglehetősen stabil legyen és megtartsa alakját.
Kvaterner konformáció – néhány polipeptid lánc, tekercselt és csavarttekercsbe, amelyek egyúttal többféle, különböző típusú kötést is alkotnak egymás között. A legösszetettebb gömbszerkezet.
A fehérjemolekulák funkciói
- Közlekedés. A plazmamembránt alkotó fehérjesejtek végzik. Ioncsatornákat képeznek, amelyeken keresztül bizonyos molekulák képesek átjutni. Emellett számos fehérje része a protozoonok és baktériumok mozgásának organellumainak, ezért közvetlenül részt vesznek mozgásukban.
- Az energiafunkciót ezek a molekulák nagyon aktívan látják el. Egy gramm fehérje az anyagcsere folyamatában 17,6 kJ energiát képez. Ezért az ezeket a vegyületeket tartalmazó növényi és állati termékek fogyasztása létfontosságú az élő szervezetek számára.
- Az építő funkció a fehérjemolekulák részvétele a legtöbb sejtszerkezet, maguk a sejtek, szövetek, szervek stb. felépítésében. Szinte minden sejt alapvetően ezekből a molekulákból épül fel (a citoplazma citováza, plazmamembrán, riboszóma, mitokondrium és egyéb struktúrák vesznek részt a fehérjevegyületek képződésében).
- A katalitikus funkciót enzimek látják el, amelyek kémiai természetüknél fogva nem mások, mint fehérjék. Enzimek nélkül a legtöbb biokémiai reakció lehetetlen lenne a szervezetben, mivel ezek biológiai katalizátorok az élő rendszerekben.
- Receptor (szintén jelzés) funkció segíti a sejteket navigálni és helyesen reagálni a környezet változásaira, mint pl.mechanikai és vegyi.
Ha alaposabban megvizsgáljuk a fehérjéket, kiemelhetünk néhány másodlagos funkciót is. A felsoroltak azonban a főbbek.
Nukleinsavak
Az ilyen biopolimerek minden sejt fontos részét képezik, legyen az prokarióta vagy eukarióta. Valójában a nukleinsavak közé tartoznak a DNS (dezoxiribonukleinsav) és RNS (ribonukleinsav) molekulák, amelyek mindegyike nagyon fontos láncszem az élőlények számára.
Kémiai természetüknél fogva a DNS és az RNS olyan nukleotidszekvenciák, amelyeket hidrogénkötések és foszfáthidak kapcsolnak össze. A DNS nukleotidokból áll, például:
- adenin;
- timin;
- guanin;
- citozin;
- 5 szénatomos cukor dezoxiribóz.
RNS abban különbözik, hogy a timint uracil, a cukrot pedig ribóz helyettesíti.
A DNS-molekulák speciális szerkezeti felépítésének köszönhetően számos létfontosságú funkciót képesek ellátni. Az RNS is nagy szerepet játszik a sejtben.
Az ilyen savak funkciói
A nukleinsavak biopolimerek, amelyek a következő funkciókért felelősek:
- A DNS a genetikai információ tárolója és továbbítója az élő szervezetek sejtjeiben. A prokariótákban ez a molekula a citoplazmában oszlik el. Egy eukarióta sejtben a sejtmag belsejében található, kariolemmával elválasztva.
- A kettős szálú DNS-molekula szakaszokra oszlik – génekre, amelyek a kromoszóma szerkezetét alkotják. Mindenkinek a génjeia lények egy speciális genetikai kódot alkotnak, amelyben a szervezet minden jele titkosítva van.
- Az RNS három típusból áll: templát, riboszómális és transzport. A riboszómális részt vesz a fehérjemolekulák szintézisében és a megfelelő struktúrákon való összeállításában. A DNS-ből kiolvasott mátrix- és transzportátviteli információk megfejtik biológiai jelentését.
Poliszacharidok
Ezek a vegyületek túlnyomórészt növényi polimerek, vagyis pontosan a növényvilág képviselőinek sejtjeiben találhatók meg. A cellulózt tartalmazó sejtfaluk különösen gazdag poliszacharidokban.
Kémiai természetüknél fogva a poliszacharidok összetett szénhidrát-makromolekulák. Lehetnek lineáris, rétegzett, térhálósított konformációk. A monomerek egyszerű öt-, gyakrabban hat szénatomos cukrok - ribóz, glükóz, fruktóz. Nagy jelentőségűek az élőlények számára, mivel a sejtek részét képezik, tartalék tápanyagot jelentenek a növények számára, nagy mennyiségű energia felszabadulásával bomlanak le.
Különböző képviselők jelentése
A biológiai polimerek, mint például a keményítő, cellulóz, inulin, glikogén, kitin és mások nagyon fontosak. Ezek az élő szervezetek fontos energiaforrásai.
Tehát a cellulóz a növények, egyes baktériumok sejtfalának elengedhetetlen alkotóeleme. Erőt, bizonyos formát ad. Az iparban az embert papír, értékes acetátszálak előállítására használják.
A keményítő a növény tartalék tápanyaga,amely az emberek és állatok számára is értékes élelmiszertermék.
A glikogén vagy állati zsír tartalék tápanyag az állatok és az emberek számára. Ellátja a hőszigetelés, energiaforrás, mechanikai védelem funkcióit.
Kevert biopolimerek élőlényekben
Az általunk figyelembe vetteken kívül a makromolekuláris vegyületek különféle kombinációi is léteznek. Az ilyen biopolimerek fehérjék és lipidek (lipoproteinek) vagy poliszacharidok és fehérjék (glikoproteinek) összetett vegyes szerkezetei. Lipidek és poliszacharidok (lipopoliszacharidok) kombinációja is lehetséges.
E biopolimerek mindegyikének számos fajtája van, amelyek számos fontos funkciót töltenek be az élőlényekben: szállítás, jelzés, receptor, szabályozó, enzimatikus, építő és még sok más. Szerkezetük kémiailag nagyon összetett, és nem minden képviselő számára megfejthető, ezért a funkciók nem teljesen meghatározottak. Ma már csak a legelterjedtebbek ismertek, de jelentős részük túl van az emberi tudás határain.
