ORGANISKA BIOMOLEKYLER: EGENSKAPER, FUNKTIONER OCH EXEMPEL - BIOLOGI - 2025

De organiska biomolekylerna som finns i alla levande varelser och kännetecknas av en struktur baserad på kolatomen. Om vi ​​jämför dem med oorganiska molekyler, är organiska molekyler mycket mer komplexa vad gäller deras struktur. Dessutom är de mycket mer varierade.

De klassificeras i proteiner, kolhydrater, lipider och nukleinsyror. Dess funktioner är extremt varierande. Proteiner deltar som strukturella, funktionella och katalytiska element. Kolhydrater har också strukturella funktioner och är den viktigaste energikällan för organiska varelser.

Källa: pixabay.com

Lipider är viktiga komponenter i biologiska membran och andra ämnen, till exempel hormoner. De fungerar också som energilagringselement. Slutligen innehåller nukleinsyror - DNA och RNA - all den information som är nödvändig för utveckling och underhåll av levande varelser.

Generella egenskaper

En av de mest relevanta egenskaperna hos organiska biomolekyler är deras mångsidighet när det gäller att bilda strukturer. Denna enorma mångfald av organiska varianter som kan existera beror på den privilegierade situationen som kolatomen bidrar med i mitten av den andra perioden.

Kolatomen har fyra elektroner i den sista energinivån. Tack vare dess medelstora elektronegativitet kan den bilda bindningar med andra kolatomer, bilda kedjor med olika form och längd, öppna eller stängda, med enkla, dubbla eller trippelbindningar inuti.

På samma sätt tillåter den genomsnittliga elektronegativiteten hos kolatomen den bildar bindningar med andra atomer som skiljer sig från kol, såsom elektropositiv (väte) eller elektronegativ (syre, kväve, svavel, bland andra).

Denna bindningsegenskap gör det möjligt att fastställa en klassificering för kolerna i primär, sekundär, tertiär eller kvartär, beroende på antalet kol som det är kopplat till. Detta klassificeringssystem är oberoende av antalet valenser involverade i länken.

Klassificering och funktioner

Organiska molekyler klassificeras i fyra stora grupper: proteiner, kolhydrater, lipider och nukleinsyror. Vi kommer att beskriva dem i detalj nedan:

-Proteins

Proteiner är den grupp organiska molekyler som bäst definieras och kännetecknas av biologer. Denna omfattande kunskap beror främst på den inneboende lättheten som finns att isoleras och karakteriseras - jämfört med resten av de tre organiska molekylerna.

Proteiner spelar ett antal extremt breda biologiska roller. De kan fungera som bärare, strukturella och till och med katalytiska molekyler. Denna sista grupp består av enzymer.

Byggstenar: aminosyror

Byggstenarna för proteiner är aminosyror. I naturen hittar vi 20 typer av aminosyror, var och en med sina väldefinierade fysisk-kemiska egenskaper.

Dessa molekyler klassificeras som alfa-aminosyror, eftersom de har en primär aminogrupp och en karboxylsyragrupp som en substituent på samma kolatom. Det enda undantaget från denna regel är aminosyran prolin, som klassificeras som en alfa-iminosyra på grund av närvaron av en sekundär aminogrupp.

För att bilda proteiner måste dessa "byggstenar" polymerisera, och de gör det genom att bilda en peptidbindning. Bildandet av en proteinkedja involverar avlägsnandet av en vattenmolekyl för varje peptidbindning. Denna bindning representeras som CO-NH.

Förutom att de ingår i proteiner anses vissa aminosyror vara energimetaboliter och många av dem är viktiga näringsämnen.

Egenskaper hos aminosyror

Varje aminosyra har sin massa och sitt genomsnittliga utseende i proteiner. Dessutom har vardera ett pK-värde för alfa-karboxylsyra-, alfa-amino- och sidogruppsgrupperna.

PK-värdena för karboxylsyragrupperna är omkring 2,2; medan alfa-aminogrupperna uppvisar pK-värden nära 9,4. Denna egenskap leder till ett typiskt strukturellt kännetecken för aminosyror: vid fysiologiskt pH är båda grupperna i jonform.

När en molekyl bär laddade grupper med motsatta polariteter kallas de zwitterioner eller zwitterioner. Därför kan en aminosyra fungera som en syra eller som en bas.

De flesta alfa-aminosyror har smältpunkter nära 300 ° C. De upplöses lättare i polära miljöer, jämfört med deras löslighet i icke-polära lösningsmedel. De flesta är ganska lösliga i vatten.

Strukturen av proteiner

För att specificera funktionen för ett visst protein är det nödvändigt att bestämma dess struktur, det vill säga det tredimensionella förhållandet som finns mellan de atomer som utgör proteinet i fråga. För proteiner har fyra nivåer för organisation av deras struktur bestämts:

Primär struktur : hänvisar till aminosyrasekvensen som utgör proteinet, exklusive alla konformationer som dess sidokedjor kan ta.

Sekundär struktur : det bildas av den lokala rumsliga arrangemangen av skelettatomerna. Återigen tas inte sidokedjans utformning i beaktande.

Tertiär struktur : hänvisar till den tredimensionella strukturen för hela proteinet. Även om det kan vara svårt att upprätta en tydlig uppdelning mellan den tertiära och sekundära strukturen används definierade konformationer (såsom närvaron av helices, vikta ark och vändningar) för att uteslutande beteckna sekundära strukturer.

Kvaternär struktur : gäller de proteiner som består av flera underenheter. Det vill säga av två eller flera individuella polypeptidkedjor. Dessa enheter kan samverka genom kovalenta krafter eller genom disulfidbindningar. Det rumsliga arrangemanget av underenheterna bestämmer den kvartära strukturen.

-Carbohydrates

Kolhydrater, kolhydrater eller sackarider (från de grekiska rötter sakcharón, vilket betyder socker) är den vanligaste klassen organiska molekyler på hela planeten.

Deras struktur kan härledas från sina namn "kolhydrater", eftersom de är molekyler med formeln (CH ₂ O) _n , där n är större än tre.

Kolhydraternas funktioner är olika. En av de viktigaste är av strukturell typ, särskilt i växter. I växteriket är cellulosa det huvudsakliga strukturella materialet, vilket motsvarar 80% av kroppens torrvikt.

En annan relevant funktion är dess energiska roll. Polysackarider, som stärkelse och glykogen, representerar viktiga källor till näringslager.

Klassificering

De grundläggande enheterna för kolhydrater är monosackarider eller enkla sockerarter. Dessa härrör från raka kedjealdehyder eller ketoner och flervärda alkoholer.

De klassificeras enligt den kemiska karaktären av deras karbonylgrupp i aldoser och ketoser. De klassificeras också baserat på antalet kolatomer.

Monosackarider grupperar sig för att bilda oligosackarider, som ofta finns i samband med andra typer av organiska molekyler såsom proteiner och lipider. Dessa klassificeras som homopolysackarider eller heteropolysackarider, beroende på om de består av samma monosackarider (det första fallet) eller är olika.

Dessutom klassificeras de också efter typen av monosackarid som komponerar dem. Glukospolymerer kallas glukaner, de som är gjorda av galaktos kallas galaktaner och så vidare.

Polysackarider har det speciella att bilda raka och grenade kedjor, eftersom glykosidbindningar kan bildas med vilken som helst av hydroxylgrupperna som finns i monosackariden.

När ett större antal monosackaridenheter är associerade talar vi om polysackarider.

-Lipids

Lipider (från de grekiska liposerna, vilket betyder fett) är organiska molekyler som är olösliga i vatten och lösliga i oorganiska lösningsmedel, såsom kloroform. Dessa utgör fetter, oljor, vitaminer, hormoner och biologiska membran.

Klassificering

Fettsyror : det är karboxylsyror med kedjor bildade av kolväten av betydande längd. Fysiologiskt är det sällsynt att de är fria eftersom de i de flesta fall är förestrade.

Hos djur och växter hittar vi dem ofta i omättad form (bildar dubbelbindningar mellan kolerna) och fleromättade (med två eller flera dubbelbindningar).

Triacylglyceroler : även kallade triglycerider eller neutrala fetter, de utgör huvuddelen av fetter och oljor som finns i djur och växter. Dess huvudfunktion är att lagra energi i djur. Dessa har specialiserade celler för lagring.

De klassificeras i enlighet med fettsyraresternas identitet och position. I allmänhet är vegetabiliska oljor flytande vid rumstemperatur och är rikare på fettsyrarester med dubbel- och trippelbindningar mellan kolatterna.

Däremot är animaliska fetter fasta vid rumstemperatur och antalet omättade kol är lågt.

Glycerofosfolipider : även känd som fosfoglycerider, de är huvudkomponenterna i lipidmembran.

Glycerofosfolipider har en "svans" med apolära eller hydrofoba egenskaper och ett polärt eller hydrofilt "huvud". Dessa strukturer grupperas i ett tvåskikt med svansarna inåt för att bilda membranen. I dessa är en serie proteiner inbäddade.

Sfingolipider : det är lipider som finns i mycket låga mängder. De är också en del av membranen och härrör från sfingosin, dihydrosfingosin och deras homologer.

Kolesterol : hos djur är det en dominerande komponent i membranen, som modifierar deras egenskaper, till exempel deras fluiditet. Det finns också i membranen i cellorganeller. Det är en viktig föregångare för steroidhormoner, relaterade till sexuell utveckling.

-Nukleinsyror

Nukleinsyror är DNA och de olika typerna av RNA som finns. DNA ansvarar för lagring av all genetisk information som möjliggör utveckling, tillväxt och underhåll av levande organismer.

RNA deltar för sin del i överföringen av genetisk information kodad i DNA till proteinmolekyler. Klassiskt skiljer man tre typer av RNA: messenger, transfer och ribosomal. Det finns emellertid ett antal små RNA som har reglerande funktioner.

Byggstenar: nukleotider

Byggstenarna för nukleinsyror, DNA och RNA, är nukleotider. Kemiskt är de fosfatestrar av pentoser, i vilka en kvävehaltig bas är bunden till det första kolet. Vi kan skilja mellan ribonukleotider och deoxiribonukleotider.

Dessa molekyler är plana, aromatiska och heterocykliska. När fosfatgruppen saknas byts namn på nukleotiden till nukleosid.

Förutom deras roll som monomerer i nukleinsyror är dessa molekyler biologiskt allestädes närvarande och deltar i ett betydande antal processer.

Nukleosidtrifosfater är produkter som är rika på energi, som ATP och används som energivärde för cellreaktioner. De är en viktig komponent i koenzymerna NAD ⁺ , NADP ⁺ , FMN, FAD och koenzym A. Slutligen är de reglerande element i olika metaboliska vägar.

exempel

Det finns otaliga exempel på organiska molekyler. De mest framstående och studerade av biokemister kommer att diskuteras nedan:

Hemoglobin

Hemoglobin, det röda pigmentet i blod, är ett av de klassiska exemplen på proteiner. Tack vare dess breda diffusion och enkla isolering har det varit ett protein som studerats sedan forntiden.

Det är ett protein som består av fyra subenheter, varför det faller under den tetrameriska klassificeringen, med två alfa- och två beta-enheter. Hemoglobinunderenheter är relaterade till ett litet protein som ansvarar för syreupptag i muskler: myoglobin.

Hemgruppen är ett derivat av porfyrin. Detta kännetecknar hemoglobin och är samma grupp som finns i cytokromer. Hemgruppen ansvarar för den karakteristiska röda färgen på blod och är den fysiska regionen där varje globinmonomer binds med syre.

Huvudfunktionen för detta protein är transport av syre från det organ som ansvarar för gasutbyte - kall det lungor, gälar eller hud - till kapillärerna, som ska användas vid andning.

Cellulosa

Cellulosa är en linjär polymer som består av D-glukosunderenheter, länkade av beta-bindningar av 1,4-typ. Liksom de flesta polysackarider har de inte en begränsad maximal storlek. Men i genomsnitt har de cirka 15 000 glukosrester.

Det är komponenten i cellväggarna i växter. Tack vare cellulosa är dessa styva och gör det möjligt att motstå osmotisk stress. På liknande sätt tillhandahåller cellulosa i större växter, såsom träd, stöd och stabilitet.

Även om det övervägande är relaterat till grönsaker, har vissa djur som kallas tunicates cellulosa i sin struktur.

Det uppskattas att i genomsnitt 10 ¹⁵ kg cellulosa är syntetiserade - och nedbrytade - per år.

Biologiska membran

Biologiska membran består huvudsakligen av två biomolekyler, lipider och proteiner. Den rumsliga konformationen av lipider är i form av ett tvåskikt, med de hydrofoba svansarna pekande inåt, och de hydrofila huvuden pekar utåt.

Membranet är en dynamisk enhet och dess komponenter upplever ofta rörelser.

referenser

1. Aracil, CB, Rodríguez, MP, Magraner, JP, & Pérez, RS (2011). Grundläggande för biokemi. Valencia universitet.
2. Battaner Arias, E. (2014). Kompendium av enzymologi. Salamanca University Editions.
3. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biokemi. Jag vänt.
4. Devlin, TM (2004). Biokemi: lärobok med kliniska tillämpningar. Jag vänt.
5. Díaz, AP, & Pena, A. (1988). Biokemi. Redaktionell Limusa.
6. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1994). Mänsklig biokemi: grundkurs. Jag vänt.
7. Müller - Esterl, W. (2008). Biokemi. Grunder för medicin och biovetenskap. Jag vänt.
8. Teijón, JM (2006). Grunder för strukturell biokemi. Redaktionell Tébar.