1.2: Біологічні молекули

Last updated
Save as PDF

Page ID: 28869

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Життя на Землі в основному складається з чотирьох основних класів біологічних молекул, або біомолекул. До них відносяться вуглеводи, ліпіди, білки, нуклеїнові кислоти.

Більшість людей знайомі з вуглеводами, одним з видів макромолекул, особливо якщо мова йде про те, що ми їмо. Вуглеводи насправді є невід'ємною частиною нашого раціону; зернові, фрукти та овочі - це природні джерела вуглеводів. Вуглеводи забезпечують організм енергією, особливо через глюкозу, простий цукор, який є компонентом крохмалю та інгредієнтом багатьох основних продуктів харчування. Вуглеводи також мають інші важливі функції у людини, тварин та рослин. Вуглеводи можуть бути представлені стехіометрической формулою (CH ₂ O) n, де n - число вуглеводів в молекулі. Іншими словами, співвідношення вуглецю до водню до кисню становить 1:2:1 в молекулах вуглеводів. Ця формула також пояснює походження терміна «вуглевод»: компонентами є вуглець («карбо») і компоненти води (звідси, «гідрат»). Хімічна формула глюкози - C ₆ H ₁₂ O ₆. У людини глюкоза є важливим джерелом енергії.

Під час клітинного дихання енергія виділяється з глюкози, і ця енергія використовується, щоб допомогти зробити аденозинтрифосфат (АТФ). Рослини синтезують глюкозу за допомогою вуглекислого газу і води, а глюкоза в свою чергу використовується для енергетичних потреб рослини. Надлишок глюкози часто зберігається у вигляді крохмалю, який катаболізується (розпад більших молекул клітинами) людьми та іншими тваринами, які харчуються рослинами. Рослини здатні синтезувати глюкозу, а надлишок глюкози, поза безпосередніми енергетичними потребами рослини, зберігається у вигляді крохмалю в різних частинок рослин, включаючи коріння та насіння. Крохмаль у насінні забезпечує їжу для ембріона, коли він проростає, а також може виступати джерелом їжі для людей та тварин.

Ліпіди включають різноманітну групу сполук, таких як жири, масла, воски, фосфоліпіди, і стероїди, які в значній мірі неполярні в природі. Неполярні молекули гідрофобні («бояться води»), або нерозчинні у воді. Ці ліпіди відіграють важливу роль у накопиченні енергії, а також у побудові клітинних мембран у всьому організмі.

Білки є однією з найпоширеніших органічних молекул в живих системах і мають найрізноманітніший спектр функцій всіх макромолекул. Білки можуть бути структурними, регуляторними, скорочувальними або захисними; вони можуть служити при транспортуванні, зберіганні або мембранах; або вони можуть бути токсинами або ферментами. Кожна клітина живої системи може містити тисячі білків, кожен з яких має унікальну функцію. Їх структури, як і їх функції, сильно різняться.

Ферменти, які виробляються живими клітинами, прискорюють біохімічні реакції (наприклад, травлення) і зазвичай є складними білками. Кожен фермент має певну форму або освіту, засновану на його використанні. Фермент може допомогти в розпаді, перебудові або реакціях синтезу.

Білки мають різну форму і молекулярну масу. Форма білка має вирішальне значення для його функції, і багато різних типів хімічних зв'язків підтримують цю форму. Зміни температури, рН та впливу хімічних речовин можуть призвести до денатурації білка. Це постійна зміна форми білка, що призводить до втрати функції. Всі білки складаються з різних композицій тих же 20 типів амінокислот. Ці амінокислоти є одиницями, що входять до складу білків. Десять з них вважаються незамінними амінокислотами у людини, оскільки людський організм не може їх виробляти, і вони отримують з раціону. Послідовність і кількість амінокислот в кінцевому підсумку визначають форму, розмір і функцію білка.

Нуклеїнові кислоти - найважливіші макромолекули для безперервності життя. Вони несуть генетичний план клітини і несуть інструкції по функціонуванню клітини. Два основних типи нуклеїнових кислот - дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) і рибонуклеїнова кислота (РНК). ДНК - генетичний матеріал, знайдений у всіх живих організмах, починаючи від одноклітинних бактерій і закінчуючи багатоклітинними ссавцями. ДНК контролює всю клітинну діяльність, повертаючи гени «увімкнено» або «вимкнено». Інший тип нуклеїнової кислоти, РНК, в основному бере участь в синтезі білка. ДНК має структуру з подвійною спіраллю (рис.\(\PageIndex{1}\))

Знімок екрана (9) .png — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Рідна ДНК - це антипаралельна подвійна спіраль. Фосфатна магістраль (позначається пишними лініями) знаходиться зовні, а підстави - з внутрішньої сторони. Кожна основа з однієї пасма взаємодіє за допомогою водневого скріплення з основою з протилежної пасма. (кредит: Джером Уокер/Денніс Міц)