Ένας τεράστιος αριθμός από διάφορες ενώσεις ποικίλης χημικής φύσης κατάφερε να συνθέσει ανθρώπους στο εργαστήριο. Ωστόσο, παρόλα αυτά, οι φυσικές ουσίες ήταν, είναι και θα παραμείνουν οι πιο σημαντικές και σημαντικές για τη ζωή όλων των ζωντανών συστημάτων. Δηλαδή, εκείνα τα μόρια που εμπλέκονται σε χιλιάδες βιοχημικές αντιδράσεις εντός των οργανισμών και είναι υπεύθυνα για την κανονική τους λειτουργία.
Η συντριπτική τους πλειοψηφία ανήκει στην ομάδα που ονομάζεται "βιολογικά πολυμερή".
Γενική έννοια των βιοπολυμερών
Πρώτα απ 'όλα, πρέπει να ειπωθεί ότι όλες αυτές οι ενώσεις είναι υψηλού μοριακού χαρακτήρα, με μάζα που φτάνει τα εκατομμύρια D alton. Αυτές οι ουσίες είναι ζωικά και φυτικά πολυμερή που παίζουν καθοριστικό ρόλο στην οικοδόμηση των κυττάρων και των δομών τους, διασφαλίζοντας τον μεταβολισμό, τη φωτοσύνθεση, την αναπνοή, τη διατροφή και όλες τις άλλες ζωτικές λειτουργίες κάθε ζωντανού οργανισμού.
Είναι δύσκολο να υπερεκτιμηθεί η σημασία τέτοιων ενώσεων. Τα βιοπολυμερή είναι φυσικές ουσίες φυσικής προέλευσης που σχηματίζονται σε ζωντανούς οργανισμούς και αποτελούν τη βάση όλης της ζωής στον πλανήτη μας. Ποιες είναι οι συγκεκριμένες συνδέσεις με αυτάανήκεις;
Βιοπολυμερή κυττάρων
Υπάρχουν πολλά από αυτά. Έτσι, τα κύρια βιοπολυμερή είναι τα εξής:
- πρωτεΐνες;
- πολυσακχαρίτες;
- νουκλεϊκά οξέα (DNA και RNA).
Εκτός από αυτά, περιλαμβάνει επίσης πολλά μικτά πολυμερή που σχηματίζονται από συνδυασμούς αυτών που έχουν ήδη αναφερθεί. Για παράδειγμα, λιποπρωτεΐνες, λιποπολυσακχαρίτες, γλυκοπρωτεΐνες και άλλα.
Γενικές ιδιότητες
Υπάρχουν πολλά χαρακτηριστικά που είναι εγγενή σε όλα τα θεωρούμενα μόρια. Για παράδειγμα, οι ακόλουθες γενικές ιδιότητες των βιοπολυμερών:
- μεγάλο μοριακό βάρος λόγω του σχηματισμού τεράστιων μακροαλυσίδων με κλάδους στη χημική δομή;
- τύποι δεσμών σε μακρομόρια (υδρογόνο, ιοντικές αλληλεπιδράσεις, ηλεκτροστατική έλξη, δισουλφιδικές γέφυρες, πεπτιδικοί δεσμοί και άλλοι);
- η δομική μονάδα κάθε αλυσίδας είναι ένας μονομερής κρίκος;
- στερεοκανονικότητα ή απουσία της στη δομή της αλυσίδας.
Αλλά γενικά, όλα τα βιοπολυμερή εξακολουθούν να έχουν περισσότερες διαφορές στη δομή και τη λειτουργία παρά ομοιότητες.
Πρωτεΐνες
Τα μόρια πρωτεΐνης έχουν μεγάλη σημασία στη ζωή κάθε ζωντανού όντος. Τέτοια βιοπολυμερή αποτελούν τη βάση όλης της βιομάζας. Πράγματι, ακόμη και σύμφωνα με τη θεωρία Oparin-Haldane, η ζωή στη Γη προήλθε από ένα σταγονίδιο που ήταν μια πρωτεΐνη.
Η δομή αυτών των ουσιών υπόκειται σε αυστηρή τάξη στη δομή. Κάθε πρωτεΐνη αποτελείται από υπολείμματα αμινοξέων πουμπορούν να συνδέονται μεταξύ τους σε απεριόριστα μήκη αλυσίδας. Αυτό συμβαίνει μέσω του σχηματισμού ειδικών δεσμών - πεπτιδικών δεσμών. Ένας τέτοιος δεσμός σχηματίζεται ανάμεσα σε τέσσερα στοιχεία: άνθρακα, οξυγόνο, άζωτο και υδρογόνο.
Ένα μόριο πρωτεΐνης μπορεί να περιέχει πολλά υπολείμματα αμινοξέων, ίδια και διαφορετικά (αρκετές δεκάδες χιλιάδες ή περισσότερα). Συνολικά, υπάρχουν 20 ποικιλίες αμινοξέων που βρίσκονται σε αυτές τις ενώσεις. Ωστόσο, ο ποικιλόμορφος συνδυασμός τους επιτρέπει στις πρωτεΐνες να ευδοκιμήσουν τόσο από ποσοτική άποψη όσο και από άποψη είδους.
Τα βιοπολυμερή πρωτεΐνης έχουν διαφορετικές χωρικές διαμορφώσεις. Έτσι, κάθε εκπρόσωπος μπορεί να υπάρχει ως κύρια, δευτερεύουσα, τριτογενής ή τεταρτοταγής δομή.
Το πιο απλό και γραμμικό από αυτά είναι το πρωτεύον. Είναι απλώς μια σειρά από αλληλουχίες αμινοξέων που συνδέονται μεταξύ τους.
Η δευτερεύουσα διαμόρφωση έχει πιο σύνθετη δομή, αφού η συνολική μακροαλυσίδα της πρωτεΐνης αρχίζει να σπειροειδής, σχηματίζοντας πηνία. Δύο γειτονικές μακροδομές συγκρατούνται η μία κοντά στην άλλη λόγω των ομοιοπολικών αλληλεπιδράσεων και των αλληλεπιδράσεων υδρογόνου μεταξύ των ομάδων των ατόμων τους. Διακρίνετε τις έλικες άλφα και βήτα της δευτερογενούς δομής των πρωτεϊνών.
Η τριτοταγής δομή είναι ένα μεμονωμένο μακρομόριο (πολυπεπτιδική αλυσίδα) μιας πρωτεΐνης τυλιγμένο σε μπάλα. Ένα πολύ περίπλοκο δίκτυο αλληλεπιδράσεων μέσα σε αυτό το σφαιρίδιο του επιτρέπει να είναι αρκετά σταθερό και να διατηρεί το σχήμα του.
Τεταρτογενής διαμόρφωση - λίγες πολυπεπτιδικές αλυσίδες, τυλιγμένες και στριμμένεςσε ένα πηνίο, που ταυτόχρονα σχηματίζουν και πολλαπλούς δεσμούς διαφόρων τύπων μεταξύ τους. Η πιο περίπλοκη σφαιρική δομή.
Λειτουργίες των μορίων πρωτεΐνης
- Μεταφορές. Εκτελείται από τα πρωτεϊνικά κύτταρα που αποτελούν την πλασματική μεμβράνη. Σχηματίζουν κανάλια ιόντων μέσω των οποίων μπορούν να περάσουν ορισμένα μόρια. Επίσης, πολλές πρωτεΐνες αποτελούν μέρος των οργανιδίων της κίνησης των πρωτόζωων και των βακτηρίων, επομένως εμπλέκονται άμεσα στην κίνησή τους.
- Η ενεργειακή λειτουργία εκτελείται από αυτά τα μόρια πολύ ενεργά. Ένα γραμμάριο πρωτεΐνης στη διαδικασία του μεταβολισμού σχηματίζει 17,6 kJ ενέργειας. Επομένως, η κατανάλωση φυτικών και ζωικών προϊόντων που περιέχουν αυτές τις ενώσεις είναι ζωτικής σημασίας για τους ζωντανούς οργανισμούς.
- Η δομική λειτουργία είναι η συμμετοχή των μορίων πρωτεΐνης στην κατασκευή των περισσότερων κυτταρικών δομών, των ίδιων των κυττάρων, των ιστών, των οργάνων κ.λπ. Σχεδόν κάθε κύτταρο είναι βασικά κατασκευασμένο από αυτά τα μόρια (κυτταροσκελετός του κυτταροπλάσματος, μεμβράνη πλάσματος, ριβόσωμα, μιτοχόνδρια και άλλες δομές συμμετέχουν στο σχηματισμό πρωτεϊνικών ενώσεων).
- Η καταλυτική λειτουργία πραγματοποιείται από ένζυμα, τα οποία από τη χημική τους φύση δεν είναι τίποτα άλλο από πρωτεΐνες. Χωρίς ένζυμα, οι περισσότερες βιοχημικές αντιδράσεις στο σώμα θα ήταν αδύνατες, καθώς είναι βιολογικοί καταλύτες στα ζωντανά συστήματα.
- Η λειτουργία υποδοχέα (επίσης σηματοδότησης) βοηθά τα κύτταρα να πλοηγούνται και να ανταποκρίνονται σωστά σε τυχόν αλλαγές στο περιβάλλον, όπως π.χ.μηχανικό και χημικό.
Αν εξετάσουμε τις πρωτεΐνες σε μεγαλύτερο βάθος, μπορούμε να επισημάνουμε μερικές ακόμη δευτερεύουσες λειτουργίες. Ωστόσο, αυτά που αναφέρονται είναι τα κύρια.
Νουκλεϊκά οξέα
Τέτοια βιοπολυμερή αποτελούν σημαντικό μέρος κάθε κυττάρου, είτε είναι προκαρυωτικό είτε ευκαρυωτικό. Πράγματι, τα νουκλεϊκά οξέα περιλαμβάνουν μόρια DNA (δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ) και RNA (ριβονουκλεϊκό οξύ), καθένα από τα οποία είναι ένας πολύ σημαντικός σύνδεσμος για τα ζωντανά όντα.
Από τη χημική τους φύση, το DNA και το RNA είναι αλληλουχίες νουκλεοτιδίων που συνδέονται με δεσμούς υδρογόνου και φωσφορικές γέφυρες. Το DNA αποτελείται από νουκλεοτίδια όπως:
- αδενίνη;
- θυμίνη;
- γουανίνη;
- κυτοσίνη;
- 5-ανθρακική δεοξυριβόζη ζάχαρης.
Το
RNA διαφέρει στο ότι η θυμίνη αντικαθίσταται από την ουρακίλη και η ζάχαρη από τη ριβόζη.
Λόγω της ειδικής δομικής οργάνωσης του DNA τα μόρια είναι σε θέση να εκτελούν μια σειρά από ζωτικές λειτουργίες. Το RNA παίζει επίσης μεγάλο ρόλο στο κύτταρο.
Λειτουργίες τέτοιων οξέων
Τα νουκλεϊκά οξέα είναι βιοπολυμερή υπεύθυνα για τις ακόλουθες λειτουργίες:
Το
Το
Πολυσακχαρίτες
Αυτές οι ενώσεις είναι κυρίως φυτικά πολυμερή, δηλαδή βρίσκονται ακριβώς στα κύτταρα των εκπροσώπων της χλωρίδας. Το κυτταρικό τους τοίχωμα, το οποίο περιέχει κυτταρίνη, είναι ιδιαίτερα πλούσιο σε πολυσακχαρίτες.
Από τη χημική τους φύση, οι πολυσακχαρίτες είναι μακρομόρια σύνθετων υδατανθράκων. Μπορούν να είναι γραμμικές, πολυεπίπεδες, διασυνδεδεμένες διαμορφώσεις. Τα μονομερή είναι απλά σάκχαρα πέντε, πιο συχνά έξι άνθρακα - ριβόζη, γλυκόζη, φρουκτόζη. Έχουν μεγάλη σημασία για τα ζωντανά όντα, καθώς αποτελούν μέρος των κυττάρων, αποτελούν αποθεματικό θρεπτικό συστατικό για τα φυτά, διασπώνται με την απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας ενέργειας.
Έννοια διάφορων αντιπροσώπων
Βιολογικά πολυμερή όπως το άμυλο, η κυτταρίνη, η ινουλίνη, το γλυκογόνο, η χιτίνη και άλλα είναι πολύ σημαντικά. Είναι οι σημαντικές πηγές ενέργειας στους ζωντανούς οργανισμούς.
Έτσι, η κυτταρίνη είναι απαραίτητο συστατικό του κυτταρικού τοιχώματος των φυτών, ορισμένων βακτηρίων. Δίνει δύναμη, ένα συγκεκριμένο σχήμα. Στη βιομηχανία, ο άνθρωπος χρησιμοποιείται για την απόκτηση χαρτιού, πολύτιμων ινών οξικού.
Το άμυλο είναι ένα αποθεματικό φυτικό θρεπτικό συστατικό,που είναι επίσης πολύτιμο προϊόν διατροφής για ανθρώπους και ζώα.
Το γλυκογόνο, ή ζωικό λίπος, είναι ένα αποθεματικό θρεπτικό συστατικό για τα ζώα και τον άνθρωπο. Εκτελεί τις λειτουργίες της θερμομόνωσης, της πηγής ενέργειας, της μηχανικής προστασίας.
Μικτά βιοπολυμερή σε ζωντανά όντα
Εκτός από αυτούς που εξετάσαμε, υπάρχουν διάφοροι συνδυασμοί μακρομοριακών ενώσεων. Τέτοια βιοπολυμερή είναι πολύπλοκες μικτές δομές πρωτεϊνών και λιπιδίων (λιποπρωτεΐνες) ή πολυσακχαριτών και πρωτεϊνών (γλυκοπρωτεΐνες). Ένας συνδυασμός λιπιδίων και πολυσακχαριτών (λιποπολυσακχαρίτες) είναι επίσης δυνατός.
Κάθε ένα από αυτά τα βιοπολυμερή έχει πολλές ποικιλίες που εκτελούν μια σειρά από σημαντικές λειτουργίες στα έμβια όντα: μεταφορά, σηματοδότηση, υποδοχέας, ρυθμιστικό, ενζυματικό, δομικό και πολλές άλλες. Η δομή τους είναι χημικά πολύ περίπλοκη και απέχει πολύ από το να αποκρυπτογραφηθεί για όλους τους αντιπροσώπους, επομένως, οι λειτουργίες δεν είναι πλήρως καθορισμένες. Σήμερα, μόνο τα πιο κοινά είναι γνωστά, αλλά ένα σημαντικό μέρος παραμένει πέρα από τα όρια της ανθρώπινης γνώσης.
