MAKROMOLEKYLER: EGENSKAPER, TYPER, FUNKTIONER OCH EXEMPEL - BIOLOGI - 2025

De makromolekyler är stora molekyler - i allmänhet över 1000 atomer - bildade genom föreningen av monomerer estructurares eller mindre block. I levande saker hittar vi fyra huvudtyper av makromolekyler: nukleinsyror, lipider, kolhydrater och proteiner. Det finns också andra av syntetiskt ursprung, till exempel plast.

Varje typ av biologisk makromolekyl består av en specifik monomer, nämligen: nukleinsyror genom nukleotider, kolhydrater med monosackarider, proteiner med aminosyror och lipider med kolväten med varierande längd.

Källa: pixabay.com

När det gäller deras funktion lagrar kolhydrater och lipider energi för cellen för att utföra dess kemiska reaktioner, och de används också som strukturella komponenter.

Proteiner har också strukturella funktioner, förutom att de är molekyler med katalys och transportkapacitet. Slutligen lagrar nukleinsyror genetisk information och deltar i proteinsyntes.

Syntetiska makromolekyler följer samma struktur som en biologisk struktur: många monomerer kopplade samman för att bilda en polymer. Exempel på detta är polyeten och nylon. Syntetiska polymerer används ofta i branschen för tillverkning av tyger, plast, isolering etc.

egenskaper

Storlek

Som namnet antyder är en av de utmärkande egenskaperna hos makromolekyler deras stora storlek. De består av minst 1 000 atomer, kopplade med kovalenta bindningar. I denna typ av bindning delar de atomer som är involverade i bindningen elektronerna från den sista nivån.

Konstitution

En annan term som används för att hänvisa till makromolekyler är polymer ("många delar"), som består av upprepande enheter som kallas monomerer ("en del"). Dessa är de strukturella enheterna av makromolekyler och kan vara lika eller olika från varandra, beroende på fall.

Vi kunde använda analogin från Legos barnspel. Var och en av bitarna representerar monomererna, och när vi förenar dem för att bilda olika strukturer får vi polymeren.

Om monomererna är desamma är polymeren en homopolymer; och om de är olika kommer det att vara en heteropolymer.

Det finns också en nomenklatur för att beteckna polymeren beroende på dess längd. Om molekylen består av några subenheter kallas den en oligomer. När vi till exempel vill hänvisa till en liten nukleinsyra, kallar vi den för en oligonukleotid.

Strukturera

Med tanke på den otroliga mångfalden av makromolekyler är det svårt att skapa en allmän struktur. "Skelettet" av dessa molekyler bildas av deras motsvarande monomerer (socker, aminosyror, nukleotider, etc.), och de kan grupperas på ett linjärt, grenat sätt eller ta mer komplexa former.

Som vi kommer att se senare kan makromolekyler vara av biologiskt eller syntetiskt ursprung. De förstnämnda har oändliga funktioner i levande varelser, och de senare används till stor del av samhället - till exempel plast.

Biologiska makromolekyler: funktioner, struktur och exempel

I organiska varelser hittar vi fyra grundläggande typer av makromolekyler, som utför ett enormt antal funktioner, vilket möjliggör livets utveckling och näring. Dessa är proteiner, kolhydrater, lipider och nukleinsyror. Vi kommer att beskriva dess mest relevanta egenskaper nedan.

Protein

Proteiner är makromolekyler vars strukturella enheter är aminosyror. I naturen hittar vi 20 typer av aminosyror.

Strukturera

Dessa monomerer är sammansatta av en central kolatom (som kallas alfa kol) förenade genom kovalenta bindningar till fyra olika grupper: en väteatom, en aminogrupp (NH ₂ ), en karboxylgrupp (COOH) och en R-grupp.

De 20 typerna av aminosyror skiljer sig från varandra endast i R-gruppens identitet. Denna grupp varierar med avseende på dess kemiska natur, och kan bland annat hitta basiska, sura, neutrala aminosyror med långa, korta och aromatiska kedjor.

Aminosyrarester hålls samman genom peptidbindningar. Aminosyrornas natur bestämmer arten och egenskaperna hos det resulterande proteinet.

Den linjära aminosyrasekvensen representerar den primära strukturen hos proteiner. Dessa viks sedan och grupperas i olika mönster och bildar de sekundära, tertiära och kvartära strukturerna.

Fungera

Proteiner har olika funktioner. Vissa fungerar som biologiska katalysatorer och kallas enzymer; vissa är strukturella proteiner, såsom keratin närvarande i hår, naglar osv.; och andra utför transportfunktioner, såsom hemoglobin i våra röda blodkroppar.

Nukleinsyror: DNA och RNA

Den andra typen av polymer som är en del av levande saker är nukleinsyror. I detta fall är de strukturella enheterna inte aminosyror som i proteiner, utan är monomerer som kallas nukleotider.

Strukturera

Nukleotider består av en fosfatgrupp, ett femkolsocker (molekylens centrala komponent) och en kvävehaltig bas.

Det finns två typer av nukleotider: ribonukleotider och deoxiribonukleotider, som varierar i termer av kärnsocker. De förstnämnda är strukturella komponenter av ribonukleinsyra eller RNA, och de senare är deoxyribonukleinsyra eller DNA.

I båda molekylerna hålls nukleotider samman av en fosfodiesterbindning - motsvarande peptidbindningen som håller proteiner ihop.

Strukturkomponenterna i DNA och RNA är likartade och skiljer sig i struktur, eftersom RNA finns i form av ett enda band och DNA i ett dubbelband.

Fungera

RNA och DNA är de två typerna av nukleinsyror som vi hittar i levande saker. RNA är en multifunktionell, dynamisk molekyl som förekommer i olika strukturella konformationer och deltar i proteinsyntes och i regleringen av genuttryck.

DNA är den makromolekyl som ansvarar för att lagra all genetisk information om en organisme, nödvändig för dess utveckling. Alla våra celler (med undantag av mogna röda blodkroppar) har genetiskt material lagrat i deras kärna, på ett mycket kompakt och organiserat sätt.

kolhydrater

Kolhydrater, även kända som kolhydrater eller helt enkelt som socker, är makromolekyler som består av byggstenar som kallas monosackarider (bokstavligen "ett socker").

Strukturera

Den molekylära formeln av kolhydrater är (CH ₂ O) _n . Värdet på n kan variera från 3, för det enklaste sockret, till tusentals för de mest komplexa kolhydraterna, vilket är ganska varierande med avseende på längd.

Dessa monomerer har förmågan att polymerisera med varandra genom en reaktion som involverar två hydroxylgrupper, vilket resulterar i bildandet av en kovalent bindning som kallas en glykosidbindning.

Denna bindning håller kolhydratmonomerer tillsammans på samma sätt som peptidbindningar och fosfodiesterbindningar håller proteiner respektive nukleinsyror.

Emellertid förekommer peptid- och fosfodiesterbindningar i specifika områden av deras bestående monomerer, medan glykosidbindningar kan bildas med vilken hydroxylgrupp som helst.

Som vi nämnde i föregående avsnitt betecknas små makromolekyler med prefixet oligo. När det gäller små kolhydrater används termen oligosackarider, om de bara är två monomerer kopplade är det en disackarid, och om de är större, polysackarider.

Fungera

Sockerarter är grundläggande makromolekyler för livet, eftersom de uppfyller energi och strukturella funktioner. Dessa ger den kemiska energin som krävs för att driva ett betydande antal reaktioner inuti celler och används som "bränsle" för levande varelser.

Andra kolhydrater, såsom glykogen, tjänar till att lagra energi, så att cellen kan dra på den vid behov.

De har också strukturella funktioner: de är en del av andra molekyler, till exempel nukleinsyror, cellväggarna i vissa organismer och exoskeletter från insekter.

I växter och vissa protister, till exempel, hittar vi ett komplext kolhydrat som kallas cellulosa, som består av endast glukosenheter. Denna molekyl är otroligt rik på jorden, eftersom den finns i cellväggarna i dessa organismer och i andra bärande strukturer.

lipider

"Lipid" är en term som används för att omfatta ett stort antal icke-polära eller hydrofoba molekyler (med en fobi eller avstötning till vatten) som består av kolkedjor. Till skillnad från de tre nämnda molekylerna, proteiner, nukleinsyror och kolhydrater, finns det ingen enda monomer för lipider.

Strukturera

Ur strukturell synvinkel kan en lipid presentera sig på flera sätt. Eftersom de är tillverkade av kolväten (CH), är bindningarna inte delvis laddade, så de är inte lösliga i polära lösningsmedel såsom vatten. De kan emellertid lösas i andra typer av icke-polära lösningsmedel såsom bensen.

En fettsyra består av de nämnda kolvätekedjorna och en karboxylgrupp (COOH) som en funktionell grupp. I allmänhet innehåller en fettsyra 12 till 20 kolatomer.

Fettsyrakedjorna kan vara mättade, när alla kolatomer är sammanbundna med enkelbindningar, eller omättade, när mer än en dubbelbindning finns i strukturen. Om den innehåller flera dubbelbindningar är det en fleromättad syra.

Typer av lipider enligt deras struktur

Det finns tre typer av lipider i cellen: steroider, fetter och fosfolipider. Steroider kännetecknas av en skrymmande fyra-ringstruktur. Kolesterol är det mest kända och är en viktig komponent i membranen, eftersom det styr deras flytande.

Fetter består av tre fettsyror kopplade via en esterbindning till en molekyl som kallas glycerol.

Slutligen består fosfolipider av en glycerolmolekyl bunden till en fosfatgrupp och två kedjor av fettsyror eller isoprenoider.

Fungera

Precis som kolhydrater fungerar lipider också som en energikälla för cellen och som komponenter i vissa strukturer.

Lipider har en väsentlig funktion för alla levande former: de är en väsentlig beståndsdel i plasmamembranet. Dessa utgör den avgörande gränsen mellan levande och icke-levande, och fungerar som en selektiv barriär som avgör vad som kommer in i cellen och vad inte, tack vare deras halvpermeabla egendom.

Förutom lipider består membran av olika proteiner som fungerar som selektiva transportörer.

Vissa hormoner (till exempel sexuella) har lipid till sin natur och är viktiga för kroppens utveckling.

Transport

I biologiska system transporteras makromolekyler mellan insidan och utsidan av celler genom processer som kallas endo och exocytos (involverande bildandet av vesiklar) eller genom aktiv transport.

Endocytos omfattar alla mekanismer som cellen använder för att uppnå inträde av stora partiklar och klassificeras som: fagocytos, när elementet som ska sväljas är en fast partikel; pinocytos, när extracellulär vätska kommer in; och endocytos, förmedlad av receptorer.

De flesta molekyler som intas på detta sätt hamnar i en organell med ansvar för matsmältningen: lysosomen. Andra hamnar i fagosomer - som har fusionsegenskaper med lysosomer och bildar en struktur som kallas fagolysosomer.

På detta sätt hamnar det enzymatiska batteriet som finns i lysosomen med att förstöra de makromolekyler som inleddes in. Monomererna som bildade dem (monosackarider, nukleotider, aminosyror) transporteras tillbaka till cytoplasma, där de används för bildning av nya makromolekyler.

Genom tarmen finns celler som har specifika transportörer för absorption av varje makromolekyl som konsumeras i kosten. Exempelvis används transportörerna PEP1 och PEP2 för proteiner och SGLT för glukos.

Syntetiska makromolekyler

I syntetiska makromolekyler hittar vi också samma strukturella mönster som beskrivs för makromolekyler av biologiskt ursprung: monomerer eller små underenheter som är kopplade med bindningar för att bilda en polymer.

Det finns olika typer av syntetiska polymerer, den enklaste är polyeten. Detta är en inert plast med den kemiska formeln CH ₂ -CH ₂ (kopplad med en dubbelbindning) ganska vanligt i branschen, eftersom den är billig och enkel att producera.

Som framgår är strukturen hos denna plast linjär och har ingen gren.

Polyuretan är en annan polymer som i stor utsträckning används i industrin för tillverkning av skum och isolatorer. Vi kommer säkert att ha en svamp av detta material i våra kök. Detta material erhålls genom kondensation av hydroxylbaser blandade med element som kallas diisocyanater.

Det finns andra syntetiska polymerer med större komplexitet, såsom nylon (eller nylon). Bland dess egenskaper är att vara mycket resistent, med märkbar elasticitet. Textilindustrin utnyttjar dessa egenskaper för tillverkning av tyger, borst, linjer etc. Det används också av läkare för att utföra suturer.

referenser

1. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biokemi. Jag vänt.
2. Campbell, MK, & Farrell, SO (2011). Biokemi. Thomson. Brooks / Cole.
3. Devlin, TM (2011). Lärobok för biokemi. John Wiley & Sons.
4. Freeman, S. (2017). Biologisk vetenskap. Pearson Education.
5. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biokemi: text och atlas. Panamerican Medical Ed.
6. Moldoveanu, SC (2005). Analytisk pyrolys av syntetiska organiska polymerer (vol. 25). Elsevier.
7. Moore, JT, & Langley, RH (2010). Biokemi för dummies. John Wiley & Sons.
8. Mougios, V. (2006). Träna biokemi. Mänsklig kinetik.
9. Müller-Esterl, W. (2008). Biokemi. Grunder för medicin och biovetenskap. Jag vänt.
10. Poortmans, JR (2004). Principer för övningsbiokemi. 3 ^{: e} reviderade upplagan. Karger.
11. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biokemi. Panamerican Medical Ed.