Clasificarea și funcțiile principale ale biomoleculelor

biomolecule ele sunt molecule care sunt generate în ființele vii. Prefixul "bio" înseamnă viață; prin urmare, o biomolecule este o moleculă produsă de o ființă vie. Ființele vii sunt compuse din diferite tipuri de molecule care îndeplinesc diferite funcții necesare pentru viață.

În natură, există sisteme biotice (vii) și abiotice (ne-vii) care interacționează și, în unele cazuri, schimbă elemente. O caracteristică pe care toate lucrurile vii o au în comun este că ele sunt organice, ceea ce înseamnă că moleculele lor constituente sunt formate din atomi de carbon.

Biomoleculele au și alți atomi în comun, pe lângă carbon. Acești atomi includ, în principal, hidrogen, oxigen, azot, fosfor și sulf. Aceste elemente sunt, de asemenea, numite bioelemente, deoarece acestea sunt componenta principală a moleculelor biologice.

Cu toate acestea, există și alți atomi care sunt de asemenea prezenți în unele biomolecule, deși în cantități mai mici. Acestea sunt, în general, ioni metalici, cum ar fi potasiu, sodiu, fier și magneziu, printre altele. În consecință, biomoleculele pot fi de două tipuri: organice sau anorganice.

Astfel, organismele sunt formate din mai multe tipuri de molecule pe bază de carbon, de exemplu: zaharuri, grăsimi, proteine ​​și acizi nucleici. Cu toate acestea, există și alți compuși care sunt, de asemenea, pe bază de carbon și care nu fac parte din biomolecule.

Aceste molecule care conțin carbon, dar care nu se găsesc în sistemele biologice, se găsesc în crusta pământului, în lacuri, mări și oceane și în atmosferă. Mișcarea acestor elemente în natură este descrisă în ceea ce se numește cicluri biogeochimice.

Se crede că aceste molecule organice simple găsite în natură sunt cele care au dat naștere la cele mai complexe biomolecule care fac parte din structura fundamentală a vieții: celula. Cele de mai sus sunt ceea ce se numește teoria sintezei abiotice.

index

• 1 Clasificarea și funcțiile biomoleculelor
  • 1.1. Biomolecule anorganice
  • 1.2 Biomolecule organice
• 2 Referințe

Clasificarea și funcțiile biomoleculelor

Biomoleculele sunt diverse în mărime și structură, ceea ce le conferă caracteristici unice pentru realizarea diferitelor funcții necesare pentru viață. Astfel, biomoleculele acționează ca stocare a informației, sursă de energie, suport, metabolism celular, printre altele.

Biomoleculele pot fi clasificate în două grupe mari, pe baza prezenței sau absenței atomilor de carbon.

BioMolecule anorganice

Acestea sunt toate acele molecule prezente în ființele vii și care nu conțin carbon în structura lor moleculară. Moleculele anorganice pot fi găsite și în alte sisteme (non-vii) ale naturii.

Tipurile de biomolecule anorganice sunt următoarele:

apă

Este componenta principală și fundamentală a ființelor vii, este o moleculă formată de un atom de oxigen legat de doi atomi de hidrogen. Apa este esențială pentru existența vieții și este cea mai comună biomolecule.

Între 50 și 95% din greutatea oricărui lucru viu este apa, deoarece este necesar să se îndeplinească mai multe funcții importante, cum ar fi reglarea termică și transportul de substanțe. 

Săruri minerale

Ele sunt molecule simple formate din atomi cu încărcătură opusă care se separă complet în apă. De exemplu: clorură de sodiu, formată de un atom de clor (încărcat negativ) și un atom de sodiu (încărcat pozitiv).

Sarurile minerale participă la formarea structurilor rigide, cum ar fi oasele vertebratelor sau exoscheletul nevertebratelor. Aceste biomolecule anorganice sunt, de asemenea, necesare pentru a efectua multe funcții celulare importante.

Gaze

Ele sunt molecule care sunt sub formă de gaz. Ele sunt fundamentale pentru respirația animalelor și fotosinteza în plante.

Exemple de astfel de gaze sunt: ​​oxigen molecular, format din doi atomi de oxigen legați împreună; și dioxidul de carbon, format de un atom de carbon atașat la doi atomi de oxigen. Ambele biomolecule participă la schimbul de gaze pe care le fac ființele vii cu mediul lor.

Biomolecule organice

Biomoleculele organice sunt acele molecule care conțin structura atomilor de carbon. De asemenea, moleculele organice pot fi găsite distribuite în natură ca parte a sistemelor ne-vii și constituie ceea ce se numește biomasă.

Tipurile de biomolecule organice sunt următoarele:

hidrati de carbon

Carbohidrații sunt probabil substanțele organice cele mai abundente și răspândite în natură și sunt componente esențiale ale tuturor lucrurilor vii.

Carbohidrații sunt produși de plante verzi din dioxid de carbon și apă în timpul procesului de fotosinteză.

Aceste biomolecule sunt în principal compuse din atomi de carbon, hidrogen și oxigen.Ele sunt, de asemenea, cunoscute sub numele de carbohidrati sau zaharide, si functioneaza ca surse de energie si ca componente structurale ale organismelor.

- Monozaharide

Monozaharidele sunt cele mai simple carbohidrați și sunt deseori denumite zaharuri simple. Ele sunt blocurile elementare din care se formează toți cei mai mari carbohidrați.

Monozaharidele au formula moleculară generală (CH20) n, unde n poate fi 3, 5 sau 6. Astfel, monozaharidele pot fi clasificate în funcție de numărul de atomi de carbon prezenți în moleculă:

Dacă n = 3, molecula este o trioză. De exemplu: gliceraldehidă.

Dacă n = 5, molecula este o pentoză. De exemplu: riboză și deoxiriboză.

Dacă n = 6, molecula este o hexoză. De exemplu: fructoză, glucoză și galactoză.

Pentoza și hexoză pot exista în două forme: ciclice și non-ciclice. În forma non-ciclică, structurile lor moleculare prezintă două grupe funcționale: o grupă aldehidică sau o grupare cetonă.

Monozaharidele care conțin grupul aldehidic se numesc aldoză, iar cele care au un grup de cetone se numesc ketoză. Aldozele sunt zaharuri reducătoare, în timp ce ketozii sunt zaharuri nereducătoare.

Cu toate acestea, în apă pentozele și hexozele există în principal în formă ciclică, iar în această formă se combină pentru a forma molecule de zaharide mai mari.

- dizaharide

Majoritatea zaharurilor găsite în natură sunt dizaharide. Acestea se formează prin formarea unei legături glicozidice între două monozaharide, printr-o reacție de condensare care eliberează apă. Acest proces de formare a legăturii necesită energie pentru a ține împreună cele două unități de monozaharide.

Cele mai importante trei dizaharide sunt zaharoza, lactoza și maltoza. Acestea sunt formate din condensarea monozaharidelor corespunzătoare. Zaharoza este un zahăr nereducător, în timp ce lactoza și maltoza sunt zaharuri reducătoare.

Disacaridele sunt solubile în apă, dar sunt biomolecule foarte mari pentru a traversa membrana celulară prin difuzie. Din acest motiv, ele sunt defalcate în intestinul subțire în timpul digestiei, astfel încât componentele lor fundamentale (de exemplu, monozaharidele) să treacă în sânge și în celelalte celule.

Monozaharidele sunt utilizate foarte rapid de către celule. Cu toate acestea, dacă o celulă nu are nevoie imediat de energie, poate să o stocheze sub formă de polimeri mai complexi. Astfel, monozaharidele sunt transformate în dizaharide prin reacții de condensare care apar în celulă.

- oligozaharide

Oligozaharidele sunt molecule intermediare formate cu trei până la nouă unități de zaharuri simple (monozaharide). Acestea sunt formate prin descompunerea parțială a carbohidraților mai complexi (polizaharide).

Cele mai multe oligozaharide naturale se găsesc în plante și, cu excepția maltotriozei, sunt indigestibile de oameni deoarece organismul uman nu are enzime necesare în intestinul subțire pentru a le descompune.

În intestinul gros, bacteriile benefice pot descompune oligozaharidele prin fermentație; astfel încât acestea sunt transformate în nutrienți absorbabili care oferă o anumită energie. Anumite produse de degradare a oligozaharidelor pot avea un efect benefic asupra mucoasei intestinului gros.

Exemple de oligozaharide includ rafinoză, trisaccharidă din leguminoase și unele cereale compuse din glucoză, fructoză și galactoză. Maltotrioza, o trisacaridă de glucoză, este produsă în unele plante și în sângele anumitor artropode.

- Polizaharide

Monozaharidele pot suferi o serie de reacții de condensare, adăugând o unitate după alta în lanț până când se formează molecule foarte mari. Acestea sunt polizaharidele.

Proprietățile polizaharidelor depind de mai mulți factori ai structurii lor moleculare: lungimea, ramificațiile laterale, plierea și dacă lanțul este "drept" sau "funky". Există câteva exemple de polizaharide în natură.

Amidonul este adesea produs în plante ca o modalitate de stocare a energiei și este compus din polimeri α-glucoză. Dacă polimerul este ramificat, se numește amilopectină, iar dacă nu este ramificat, se numește amiloză.

Glicogenul este polizaharida rezervei de energie la animale și constă din amilopectine. Astfel, amidonul din plante se degradează în organism pentru a produce glucoză, care intră în celulă și este utilizată în metabolism. Glucoza care nu este utilizată polimerizează și formează glicogen, depozitul de energie.

lipide

Lipidele sunt un alt tip de biomolecule organice, a căror caracteristică principală este că acestea sunt hidrofobe (respingă apa) și, prin urmare, ele sunt insolubile în apă. În funcție de structura lor, lipidele pot fi clasificate în 4 grupe principale:

- Trigliceride

Trigliceridele se formează printr-o moleculă de glicerol legată de trei lanțuri de acizi grași.Un acid gras este o moleculă liniară care conține la un capăt un acid carboxilic, urmată de o catenă hidrocarbonată și o grupare metil la celălalt capăt.

În funcție de structura lor, acizii grași pot fi saturați sau nesaturați. Dacă lanțul hidrocarbonat conține numai legături simple, acesta este un acid gras saturat. În schimb, dacă această catenă hidrocarbonată are una sau mai multe duble legături, acidul gras este nesaturat.

În această categorie se găsesc uleiuri și grăsimi. Primele sunt rezerva de energie a plantelor, au insaturații și sunt lichide la temperatura camerei. Dimpotrivă, grăsimile sunt rezervele de energie ale animalelor, ele sunt saturate și molecule solide la temperatura camerei.

fosfolipide

Fosfolipidele sunt similare cu trigliceridele prin faptul că posedă o moleculă de glicerol legată la doi acizi grași. Diferența este că fosfolipidele au o grupare fosfat în al treilea carbon al glicerinei, în loc de o altă moleculă de acid gras.

Aceste lipide sunt foarte importante din cauza modului în care pot interacționa cu apa. Prin faptul că are o grupare fosfat la un capăt, molecula devine hidrofilă (atrage apa) în acea regiune. Totuși, acesta rămâne hidrofob în restul moleculei.

Datorită structurii lor, fosfolipidele tind să fie organizate în așa fel încât grupurile fosfatice să fie disponibile pentru a interacționa cu mediul apos, în timp ce lanțurile hidrofobe pe care le organizează sunt departe de apă. Astfel, fosfolipidele fac parte din toate membranele biologice.

- Steroizi

Steroizii sunt alcătuiți din patru inele de carbon condensate, care sunt grupate prin diferite grupuri funcționale. Unul dintre cele mai importante este colesterolul, este esențial pentru ființele vii. Este precursorul unor hormoni importanți, cum ar fi estrogenul, testosteronul și cortizonul, printre altele.

- Ceară

Ceara este un mic grup de lipide care au o functie protectoare. Ele se găsesc în frunzele copacilor, în pene de păsări, în urechile unor mamifere și în locuri care trebuie izolate sau protejate de mediul extern.

Acizi nucleici

Acizii nucleici sunt principalele molecule de transport ale informațiilor genetice în ființele vii. Funcția sa principală este de a direcționa procesul de sinteză a proteinelor, care determină caracteristicile moștenite ale fiecărei ființe vii. Ele sunt compuse din atomi de carbon, hidrogen, oxigen, azot și fosfor.

Acizii nucleici sunt polimeri formați prin repetări ale monomerilor, numiți nucleotide. Fiecare nucleotidă constă dintr-o bază aromatică care conține azot atașat la un zahăr de pentoză (cinci atomi de carbon), care la rândul său este atașat la o grupare fosfat.

Cele două clase principale de acizi nucleici sunt acidul dezoxiribonucleic (ADN) și acidul ribonucleic (ARN). ADN-ul este molecula care conține toate informațiile unei specii, de aceea este prezentă în toate ființele vii și în cele mai multe virusuri.

ARN este materialul genetic al anumitor virusuri, dar se găsește și în toate celulele vii. Acolo el joacă roluri importante în anumite procese, cum ar fi fabricarea de proteine.

Fiecare acid nucleic conține patru din cele cinci baze posibile care conțin azot: adenină (A), guanină (G), citozină (C), timină (T) și uracil (U). ADN-ul are bazele adeninei, guaninei, citozinei și timinei, în timp ce ARN-ul are aceeași excepție, cu excepția timinei, care este înlocuită cu uracil în ARN.

- acid deoxiribonucleic (ADN)

Molecula ADN este compusă din două lanțuri de nucleotide legate prin legături numite legături fosfodiestere. Fiecare lanț are o structură sub formă de helix. Cele două elici se intersectează pentru a da o dublă spirală. Bazele se află în interiorul helixului, iar grupurile de fosfat sunt în exterior.

ADN-ul este compus dintr-un lanț principal de deoxiriboză a zahărului legat de un fosfat și de cele patru baze azotate: adenină, guanină, citozină și timină. Bazele de perechi se formează în ADN-ul dublu catenar: adenina se leagă întotdeauna la timină (A-T) și guanină la citozină (G-C).

Cele două helici sunt ținute împreună prin potrivirea bazelor nucleotidelor cu legături de hidrogen. Structura este uneori descrisă ca o scară în care lanțurile de zahăr și fosfat sunt laturile, iar legăturile de bază-bază sunt treptele.

Această structură, împreună cu stabilitatea chimică a moleculei, face din ADN materialul ideal pentru transmiterea informațiilor genetice. Când o celulă se divizează, ADN-ul său este copiat și trece de la o generație de celule la generația următoare.

- acidul ribonucleic (ARN)

ARN este un polimer de acid nucleic a cărui structură este formată dintr-un singur lanț de nucleotide: adenină, citozină, guanină și uracil. Ca și în ADN, citozina se leagă întotdeauna la guanină (C-G), dar adenina se leagă de uracil (A-U).

Este primul intermediar în transferul de informații genetice în celule.ARN este esențială pentru sinteza proteinelor, deoarece informațiile conținute în codul genetic sunt de obicei transmise de la ADN la ARN și din acesta la proteine.

Unele ARN-uri au, de asemenea, funcții directe în metabolismul celular. ARN se obține prin copierea secvenței de bază a unui segment ADN numit o genă într-o porțiune de acid nucleic monocatenar. Acest proces, numit transcripție, este catalizat de o enzimă numită ARN polimerază.

Există mai multe tipuri diferite de ARN, în principal ele sunt 3. Primul este ARN mesager, care este cel care este copiat direct din ADN prin transcriere. Cel de-al doilea tip este ARN-ul de transfer, care este cel care transferă aminoacizii corecți pentru sinteza proteinelor.

În cele din urmă, cealaltă clasă de ARN este ARN-ul ribozomal care, împreună cu unele proteine, formează ribozomii, organelele celulare responsabile pentru sinteza tuturor proteinelor celulei. 

proteină

Proteinele sunt molecule complexe, complexe, care îndeplinesc multe funcții importante și fac cea mai mare parte a muncii în celule. Ele sunt necesare pentru structura, funcția și reglementarea ființelor vii. Acestea constau din atomi de carbon, hidrogen, oxigen și azot.

Proteinele sunt alcătuite din unități mai mici numite aminoacizi, legați împreună prin legături peptidice și formând lanțuri lungi. Aminoacizii sunt molecule organice mici cu proprietăți fizico-chimice deosebite, există 20 de tipuri diferite.

Secvența de aminoacizi determină structura tridimensională unică a fiecărei proteine ​​și funcția sa specifică. De fapt, funcțiile proteinelor individuale sunt la fel de variate ca secvențele lor unice de aminoacizi, care determină interacțiunile care generează structuri complexe tridimensionale.

Funcții variate

Proteinele pot fi componente structurale și de mișcare pentru celulă, cum ar fi actina. Alții acționează prin accelerarea reacțiilor biochimice din interiorul celulei, cum ar fi ADN polimeraza, care este enzima care sintetizează ADN-ul.

Există alte proteine ​​a căror funcție este de a transmite un mesaj important organismului. De exemplu, unele tipuri de hormoni, cum ar fi hormonul de creștere, transmit semnale pentru a coordona procesele biologice între diferite celule, țesuturi și organe.

Unele proteine ​​leagă și transportă atomi (sau molecule mici) în interiorul celulelor; Acesta este cazul feritinei, care este responsabil pentru depozitarea fierului în unele organisme. Un alt grup de proteine ​​importante sunt anticorpii, care aparțin sistemului imunitar și sunt responsabili pentru detectarea toxinelor și agenților patogeni.

Astfel, proteinele sunt produsele finale ale procesului de decodificare a informațiilor genetice care începe cu ADN-ul celular. Această varietate incredibilă de funcții derivă dintr-un cod surprinzător de simplu, care poate specifica un set de structuri enorm de diverse. 

referințe

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. și Walter, P. (2014). Biologie moleculară a celulei (Ediția a șasea). Garland Science.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). biochimie (Ediția a 8-a). W. H. Freeman și Compania.
3. Campbell, N. și Reece, J. (2005). biologie (Ediția a 2-a) Pearson Education.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Biologie celulară moleculară (Ediția a 8-a). W. H. Freeman și Compania.
5. Solomon, E., Berg, L. și Martin, D. (2004). biologie (A șaptea ediție) Învățarea în domeniul educației.
6. Voet, D., Voet, J. și Pratt, C. (2016). Fundamentele biochimiei: Viața la Nivelul molecular (Ediția a 5-a). Wiley.