Ogromna liczba różnych związków o różnym charakterze chemicznym zdołała zsyntetyzować ludzi w laboratorium. Niemniej jednak substancje naturalne były, są i pozostaną najważniejszymi i znaczącymi dla życia wszystkich żywych systemów. To znaczy te cząsteczki, które biorą udział w tysiącach reakcji biochemicznych w organizmach i są odpowiedzialne za ich normalne funkcjonowanie.
Zdecydowana większość z nich należy do grupy zwanej „polimerami biologicznymi”.
Ogólna koncepcja biopolimerów
Przede wszystkim należy powiedzieć, że wszystkie te związki są wysokocząsteczkowe, o masie sięgającej milionów D altonów. Substancje te to polimery zwierzęce i roślinne, które odgrywają decydującą rolę w budowaniu komórek i ich struktur, zapewniając metabolizm, fotosyntezę, oddychanie, odżywianie i wszystkie inne funkcje życiowe każdego żywego organizmu.
Trudno przecenić znaczenie takich związków. Biopolimery to naturalne substancje pochodzenia naturalnego, które powstają w żywych organizmach i są podstawą wszelkiego życia na naszej planecie. Jakie są konkretne powiązania z nimi?należeć?
Biopolimery komórkowe
Jest ich dużo. Tak więc główne biopolimery są następujące:
- białka;
- polisacharydy;
- kwasy nukleinowe (DNA i RNA).
Oprócz nich obejmuje to również wiele mieszanych polimerów utworzonych z kombinacji tych już wymienionych. Na przykład lipoproteiny, lipopolisacharydy, glikoproteiny i inne.
Właściwości ogólne
Istnieje kilka cech, które są nieodłączne dla wszystkich rozważanych cząsteczek. Na przykład następujące ogólne właściwości biopolimerów:
- duża masa cząsteczkowa ze względu na tworzenie się ogromnych makrołańcuchów z rozgałęzieniami w strukturze chemicznej;
- rodzaje wiązań w makrocząsteczkach (wodór, oddziaływania jonowe, przyciąganie elektrostatyczne, mostki dwusiarczkowe, wiązania peptydowe i inne);
- jednostka strukturalna każdego łańcucha jest ogniwem monomerycznym;
- stereoregularność lub jej brak w strukturze łańcucha.
Ale ogólnie rzecz biorąc, wszystkie biopolimery nadal mają więcej różnic w strukturze i funkcji niż podobieństw.
Białka
Cząsteczki białek mają ogromne znaczenie w życiu każdej żywej istoty. Takie biopolimery są podstawą wszelkiej biomasy. Rzeczywiście, nawet zgodnie z teorią Oparina-Haldane'a, życie na Ziemi powstało z kropelki koacerwatu, która była białkiem.
Struktura tych substancji podlega ścisłemu porządkowi w strukturze. Każde białko składa się z reszt aminokwasowych, którew stanie łączyć się ze sobą w nieograniczonych długościach łańcucha. Dzieje się to poprzez tworzenie specjalnych wiązań – wiązań peptydowych. Takie wiązanie powstaje między czterema pierwiastkami: węglem, tlenem, azotem i wodorem.
Cząsteczka białka może zawierać wiele reszt aminokwasowych, zarówno tych samych, jak i różnych (kilkadziesiąt tysięcy lub więcej). W sumie w tych związkach znajduje się 20 odmian aminokwasów, jednak ich zróżnicowana kombinacja pozwala na rozwój białek pod względem ilościowym i gatunkowym.
Biopolimery białkowe mają różne konformacje przestrzenne. Zatem każdy przedstawiciel może istnieć jako struktura pierwszorzędowa, drugorzędowa, trzeciorzędowa lub czwartorzędowa.
Najprostszy i najbardziej liniowy z nich to podstawowy. Jest to po prostu seria połączonych ze sobą sekwencji aminokwasowych.
Konformacja wtórna ma bardziej złożoną strukturę, ponieważ ogólny makrołańcuch białka zaczyna się zwijać, tworząc zwoje. Dwie sąsiednie makrostruktury są utrzymywane blisko siebie dzięki oddziaływaniom kowalencyjnym i wodorowym między grupami ich atomów. Rozróżnij helisy alfa i beta drugorzędowej struktury białek.
Struktura trzeciorzędowa to pojedyncza makrocząsteczka (łańcuch polipeptydowy) białka zwiniętego w kulkę. Bardzo złożona sieć interakcji w tej kuli pozwala jej być dość stabilna i zachować swój kształt.
Konformacja czwartorzędowa - kilka łańcuchów polipeptydowych, zwiniętych i skręconychw cewkę, które jednocześnie tworzą między sobą wielokrotne wiązania różnego rodzaju. Najbardziej złożona struktura kulista.
Funkcje cząsteczek białka
- Transport. Jest wykonywany przez komórki białkowe, które tworzą błonę plazmatyczną. Tworzą kanały jonowe, przez które mogą przechodzić określone cząsteczki. Ponadto wiele białek jest częścią organelli ruchu pierwotniaków i bakterii, dlatego są one bezpośrednio zaangażowane w ich ruch.
- Funkcja energii jest wykonywana przez te cząsteczki bardzo aktywnie. Jeden gram białka w procesie przemiany materii dostarcza 17,6 kJ energii. Dlatego spożywanie produktów roślinnych i zwierzęcych zawierających te związki jest niezbędne dla organizmów żywych.
- Funkcją budującą jest udział cząsteczek białka w budowie większości struktur komórkowych, samych komórek, tkanek, organów i tak dalej. Prawie każda komórka jest zbudowana z tych cząsteczek (cytoszkielet cytoplazmy, błona komórkowa, rybosom, mitochondria i inne struktury biorą udział w tworzeniu związków białkowych).
- Funkcję katalityczną pełnią enzymy, które ze względu na swoją chemiczną naturę są niczym więcej jak białkami. Bez enzymów większość reakcji biochemicznych w organizmie byłaby niemożliwa, ponieważ są one katalizatorami biologicznymi w żywych systemach.
- Funkcja receptora (również sygnalizacji) pomaga komórkom nawigować i prawidłowo reagować na wszelkie zmiany w środowisku, takie jakmechaniczne i chemiczne.
Jeśli przyjrzymy się bliżej białkom, możemy wyróżnić kilka drugorzędnych funkcji. Jednak te wymienione są głównymi.
Kwasy nukleinowe
Takie biopolimery są ważną częścią każdej komórki, zarówno prokariotycznej, jak i eukariotycznej. Rzeczywiście, kwasy nukleinowe obejmują cząsteczki DNA (kwasu dezoksyrybonukleinowego) i RNA (kwasu rybonukleinowego), z których każda jest bardzo ważnym ogniwem dla żywych istot.
Ze względu na swoją chemiczną naturę DNA i RNA są sekwencjami nukleotydów połączonych wiązaniami wodorowymi i mostkami fosforanowymi. DNA składa się z nukleotydów, takich jak:
- adenina;
- tymina;
- guanina;
- cytozyna;
- 5-węglowa deoksyryboza cukrowa.
RNA różni się tym, że tymina została zastąpiona uracylem, a cukier rybozą.
Dzięki specjalnej organizacji strukturalnej molekuły DNA są w stanie pełnić szereg funkcji życiowych. RNA również odgrywa dużą rolę w komórce.
Funkcje takich kwasów
Kwasy nukleinowe to biopolimery odpowiedzialne za następujące funkcje:
- DNA jest magazynem i przekaźnikiem informacji genetycznej w komórkach żywych organizmów. U prokariontów cząsteczka ta jest rozmieszczona w cytoplazmie. W komórce eukariotycznej znajduje się wewnątrz jądra, oddzielonego kariolemma.
- Dwuniciowa cząsteczka DNA jest podzielona na sekcje - geny, które tworzą strukturę chromosomu. Geny wszystkichstworzenia tworzą specjalny kod genetyczny, w którym zaszyfrowane są wszystkie oznaki organizmu.
- RNA ma trzy typy - szablon, rybosom i transport. Rybosom bierze udział w syntezie i montażu cząsteczek białek na odpowiednich strukturach. Informacje o transferze matrycy i transportu odczytane z DNA i odszyfrowanie jego biologicznego znaczenia.
Polisacharydy
Związki te są głównie polimerami roślinnymi, to znaczy znajdują się właśnie w komórkach przedstawicieli flory. Ich ściana komórkowa zawierająca celulozę jest szczególnie bogata w polisacharydy.
Ze względu na swoją chemiczną naturę polisacharydy są złożonymi makrocząsteczkami węglowodanów. Mogą to być konformacje liniowe, warstwowe, usieciowane. Monomery to proste cukry pięcio-, częściej sześciowęglowe – ryboza, glukoza, fruktoza. Mają ogromne znaczenie dla żywych istot, ponieważ są częścią komórek, są zapasowym składnikiem odżywczym dla roślin, rozkładają się wraz z uwolnieniem dużej ilości energii.
Znaczenie różnych przedstawicieli
Biologiczne polimery, takie jak skrobia, celuloza, inulina, glikogen, chityna i inne są bardzo ważne. Są ważnym źródłem energii w organizmach żywych.
Tak więc celuloza jest podstawowym składnikiem ściany komórkowej roślin, niektórych bakterii. Daje siłę, określony kształt. W przemyśle człowiek jest przyzwyczajony do pozyskiwania papieru, cennych włókien octanowych.
Skrobia jest zapasowym składnikiem odżywczym roślin,który jest również wartościowym produktem spożywczym dla ludzi i zwierząt.
Glikogen lub tłuszcz zwierzęcy to zapasowy składnik odżywczy dla zwierząt i ludzi. Pełni funkcje izolacji termicznej, źródła energii, ochrony mechanicznej.
Mieszane biopolimery w organizmach żywych
Oprócz tych, które rozważaliśmy, istnieją różne kombinacje związków wielkocząsteczkowych. Takie biopolimery są złożonymi mieszanymi strukturami białek i lipidów (lipoprotein) lub polisacharydów i białek (glikoprotein). Możliwe jest również połączenie lipidów i polisacharydów (lipopolisacharydów).
Każdy z tych biopolimerów ma wiele odmian, które pełnią szereg ważnych funkcji w organizmach żywych: transportowe, sygnalizacyjne, receptorowe, regulacyjne, enzymatyczne, budowlane i wiele innych. Ich struktura jest chemicznie bardzo złożona i daleka od rozszyfrowania dla wszystkich przedstawicieli, dlatego funkcje nie są w pełni zdefiniowane. Dziś znane są tylko te najbardziej powszechne, ale znaczna część pozostaje poza granicami ludzkiej wiedzy.
