Biomoleculen Classificatie en belangrijkste functies

de biomoleculen het zijn moleculen die worden gegenereerd in levende wezens. Het voorvoegsel "bio" betekent leven; daarom is een biomolecuul een molecuul dat door een levend wezen wordt geproduceerd. Levende wezens worden gevormd door verschillende soorten moleculen die verschillende functies vervullen die noodzakelijk zijn voor het leven.

In de natuur zijn er biotische (levende) en abiotische (niet-levende) systemen die interageren en, in sommige gevallen, elementen uitwisselen. Een kenmerk dat alle levende wezens gemeen hebben, is dat ze organisch zijn, wat betekent dat hun samenstellende moleculen worden gevormd door koolstofatomen.

Biomoleculen hebben naast koolstof ook andere atomen gemeen. Deze atomen omvatten voornamelijk waterstof, zuurstof, stikstof, fosfor en zwavel. Deze elementen worden ook bio-elementen genoemd omdat ze de hoofdcomponent zijn van biologische moleculen.

Er zijn echter ook andere atomen die in sommige biomoleculen aanwezig zijn, hoewel in kleinere hoeveelheden. Dit zijn meestal metaalionen zoals oa kalium, natrium, ijzer en magnesium. Daarom kunnen biomoleculen van twee soorten zijn: organisch of anorganisch.

Organismen bestaan ​​dus uit vele soorten moleculen op basis van koolstof, bijvoorbeeld: suikers, vetten, eiwitten en nucleïnezuren. Er zijn echter ook andere verbindingen die op koolstofbasis zijn en geen deel uitmaken van de biomoleculen.

Deze moleculen die koolstof bevatten maar niet worden aangetroffen in biologische systemen kunnen worden gevonden in de aardkorst, in meren, zeeën en oceanen en in de atmosfeer. De beweging van deze elementen in de natuur wordt beschreven in wat bekend staat als biogeochemische cycli.

Men denkt dat deze eenvoudige organische moleculen die in de natuur worden aangetroffen die zijn die aanleiding gaven tot de meest complexe biomoleculen die deel uitmaken van de fundamentele structuur voor het leven: de cel. Het bovenstaande is wat bekend staat als de theorie van de abiotische synthese.

index

• 1 Classificatie en functies van biomoleculen
  • 1.1 Anorganische biomoleculen 
  • 1.2 Organische biomoleculen
• 2 Referenties

Classificatie en functies van biomoleculen

Biomoleculen zijn divers in omvang en structuur, wat hen unieke kenmerken geeft voor de uitvoering van de verschillende functies die nodig zijn voor het leven. Zo fungeren biomoleculen als informatieopslag, energiebron, ondersteuning, cellulair metabolisme, onder anderen.

Biomoleculen kunnen worden ingedeeld in twee grote groepen, op basis van de aanwezigheid of afwezigheid van koolstofatomen.

Anorganische biomoleculen 

Het zijn al die moleculen die aanwezig zijn in levende wezens en die geen koolstof in hun moleculaire structuur bevatten. Anorganische moleculen kunnen ook worden gevonden in andere (niet-levende) systemen van de natuur.

De soorten anorganische biomoleculen zijn de volgende:

water

Het is de belangrijkste en fundamentele component van levende wezens, het is een molecuul gevormd door een zuurstofatoom gekoppeld aan twee waterstofatomen. Water is essentieel voor het bestaan ​​van het leven en is het meest voorkomende biomolecuul.

Tussen 50 en 95% van het gewicht van een levend wezen is water, omdat het nodig is om verschillende belangrijke functies uit te voeren, zoals thermische regulering en transport van stoffen.

Minerale zouten

Het zijn eenvoudige moleculen gevormd door atomen met tegengestelde lading die volledig in het water scheiden. Bijvoorbeeld: natriumchloride, gevormd door een chlooratoom (negatief geladen) en een natriumatoom (positief geladen).

Minerale zouten nemen deel aan de vorming van rigide structuren, zoals de botten van gewervelde dieren of het exoskelet van ongewervelde dieren. Deze anorganische biomoleculen zijn ook nodig om veel belangrijke cellulaire functies uit te voeren.

gassen

Het zijn moleculen in de vorm van gas. Ze zijn fundamenteel voor de ademhaling van dieren en fotosynthese in planten.

Voorbeelden van deze gassen zijn: moleculaire zuurstof, gevormd door twee zuurstofatomen met elkaar verbonden; en koolstofdioxide, gevormd door een koolstofatoom bevestigd aan twee zuurstofatomen. Beide biomoleculen nemen deel aan de gasuitwisseling die levende wezens met hun omgeving maken.

Organische biomoleculen

Organische biomoleculen zijn die moleculen die koolstofatomen in hun structuur bevatten. Organische moleculen zijn ook verspreid in de natuur te vinden als onderdeel van niet-levende systemen en vormen wat bekend staat als biomassa.

De soorten organische biomoleculen zijn de volgende:

koolhydraten

Koolhydraten zijn waarschijnlijk de meest voorkomende en wijdverspreide organische stoffen in de natuur en zijn essentiële componenten van alle levende wezens.

Koolhydraten worden geproduceerd door groene planten uit koolstofdioxide en water tijdens het proces van fotosynthese.

Deze biomoleculen zijn voornamelijk samengesteld uit koolstof-, waterstof- en zuurstofatomen. Ze staan ​​ook bekend als koolhydraten of sacchariden en ze fungeren als energiebronnen en als structurele componenten van organismen.

- monosacchariden

Monosacchariden zijn de eenvoudigste koolhydraten en worden vaak eenvoudige suikers genoemd. Het zijn de elementaire bouwstenen waaruit alle grootste koolhydraten worden gevormd.

Monosacchariden hebben de algemene molecuulformule (CH2O) n, waarbij n 3, 5 of 6 kan zijn. Aldus kunnen monosacchariden worden geclassificeerd volgens het aantal koolstofatomen aanwezig in het molecuul:

Als n = 3, is het molecuul een triose. Bijvoorbeeld: glyceraldehyde.

Als n = 5, is het molecuul een pentose. Bijvoorbeeld: ribose en deoxyribose.

Als n = 6, is het molecuul een hexose. Bijvoorbeeld: fructose, glucose en galactose.

Pentosen en hexosen kunnen in twee vormen bestaan: cyclisch en niet-cyclisch. In de niet-cyclische vorm vertonen hun moleculaire structuren twee functionele groepen: een aldehydegroep of een ketongroep.

Monosachariden die de aldehydegroep bevatten, worden aldosen genoemd, en die met een ketongroep worden ketosen genoemd. Aldosen zijn reducerende suikers, terwijl ketosen niet-reducerende suikers zijn.

In water bestaan ​​de pentosen en hexosen echter voornamelijk in cyclische vorm, en het is in deze vorm dat ze combineren om grotere saccharidemoleculen te vormen.

- disacchariden

De meeste van de suikers die in de natuur worden gevonden, zijn disachariden. Deze worden gevormd door de vorming van een glycosidische binding tussen twee monosacchariden, door een condensatiereactie die water afgeeft. Dit proces voor het vormen van verbindingen vereist energie om de twee monosaccharide-eenheden bij elkaar te houden.

De drie belangrijkste disachariden zijn sucrose, lactose en maltose. Ze worden gevormd door de condensatie van de juiste monosacchariden. Sucrose is een niet-reducerende suiker, terwijl lactose en maltose reducerende suikers zijn.

De disachariden zijn oplosbaar in water, maar het zijn zeer grote biomoleculen om het celmembraan door diffusie te passeren. Om deze reden worden ze tijdens de spijsvertering afgebroken in de dunne darm zodat hun fundamentele componenten (dwz monosacchariden) in het bloed en in de andere cellen terechtkomen..

Monosacchariden worden zeer snel door cellen gebruikt. Als een cel de energie echter niet onmiddellijk nodig heeft, kan deze deze opslaan in de vorm van meer complexe polymeren. Monosacchariden worden dus omgezet in disacchariden door condensatiereacties die in de cel voorkomen.

- oligosacchariden

Oligosacchariden zijn intermediaire moleculen gevormd door drie tot negen eenheden eenvoudige suikers (monosacchariden). Ze worden gevormd door het gedeeltelijk ontbinden van meer complexe koolhydraten (polysacchariden).

De meeste natuurlijke oligosacchariden worden aangetroffen in planten en zijn, met uitzondering van maltotriose, onverteerbaar voor de mens omdat het menselijke lichaam de noodzakelijke enzymen in de dunne darm mist om ze af te breken.

In de dikke darm kunnen nuttige bacteriën de oligosacchariden afbreken door fermentatie; zo worden ze omgezet in opneembare voedingsstoffen die enige energie leveren. Bepaalde afbraakproducten van oligosacchariden kunnen een gunstig effect hebben op de bekleding van de dikke darm.

Voorbeelden van oligosacchariden omvatten raffinose, een trisaccharide uit peulvruchten en sommige granen samengesteld uit glucose, fructose en galactose. Maltotriose, een glucosetrisaccharide, wordt geproduceerd in sommige planten en in het bloed van bepaalde geleedpotigen.

- polysacchariden

Monosacchariden kunnen een reeks condensatiereacties ondergaan, waarbij de ene eenheid na de andere aan de ketting wordt toegevoegd totdat er zeer grote moleculen worden gevormd. Dit zijn de polysacchariden.

De eigenschappen van polysacchariden zijn afhankelijk van verschillende factoren van hun moleculaire structuur: lengte, zijtakken, vouwen en als de ketting "recht" of "funky" is. Er zijn verschillende voorbeelden van polysacchariden in de natuur.

Zetmeel wordt vaak geproduceerd in planten als een manier om energie op te slaan, en is samengesteld uit α-glucose polymeren. Als het polymeer vertakt is, wordt het amylopectine genoemd en als het niet vertakt is, wordt het amylose genoemd.

Glycogeen is de energiereserve-polysaccharide bij dieren en bestaat uit amylopectines. Het zetmeel in planten wordt dus afgebroken in het lichaam om glucose te produceren, dat de cel binnenkomt en wordt gebruikt in het metabolisme. Glucose die niet wordt gebruikt polymeriseert en vormt glycogeen, het energiereservoir.

lipiden

Lipiden zijn een ander type organische biomoleculen waarvan het hoofdkenmerk is dat ze hydrofoob zijn (ze stoten water af), en daarom zijn ze onoplosbaar in water. Afhankelijk van hun structuur kunnen lipiden worden ingedeeld in 4 hoofdgroepen:

- triglyceriden

Triglyceriden worden gevormd door een molecuul glycerol gekoppeld aan drie ketens van vetzuren. Een vetzuur is een lineair molecuul dat aan het ene uiteinde een carbonzuur bevat, gevolgd door een koolwaterstofketen en een methylgroep aan het andere uiteinde.

Afhankelijk van hun structuur kunnen de vetzuren verzadigd of onverzadigd zijn. Als de koolwaterstofketen slechts enkele bindingen bevat, is het een verzadigd vetzuur. Omgekeerd, als deze koolwaterstofketen één of meer dubbele bindingen heeft, is het vetzuur onverzadigd.

In deze categorie zijn oliën en vetten. De eerste zijn de energiereserve van de planten, ze hebben insaturaties en zijn vloeibaar bij kamertemperatuur. Vetten zijn daarentegen de energiereserves van dieren, het zijn verzadigde en vaste moleculen bij kamertemperatuur.

fosfolipiden

Fosfolipiden zijn vergelijkbaar met triglyceriden doordat ze een glycerolmolecuul gebonden aan twee vetzuren bezitten. Het verschil is dat fosfolipiden een fosfaatgroep hebben in het derde koolstofatoom van glycerol, in plaats van een ander molecuul vetzuur.

Deze lipiden zijn erg belangrijk vanwege de manier waarop ze kunnen interageren met water. Door aan een uiteinde een fosfaatgroep te hebben, wordt het molecuul hydrofiel (trekt water aan) in dat gebied. Het blijft echter hydrofoob in de rest van het molecuul.

Vanwege hun structuur hebben fosfolipiden de neiging om zodanig te worden georganiseerd dat fosfaatgroepen beschikbaar zijn om in wisselwerking te treden met het waterige medium, terwijl de hydrofobe ketens die ze binnenin organiseren ver van water zijn. Aldus maken fosfolipiden deel uit van alle biologische membranen.

- steroïde

Steroïden zijn opgebouwd uit vier gefuseerde koolstofringen, die zijn verbonden door verschillende functionele groepen. Een van de belangrijkste is cholesterol, het is essentieel voor levende wezens. Het is de voorloper van enkele belangrijke hormonen zoals oestrogeen, testosteron en cortisone, onder anderen.

- wassen

Wassen zijn een kleine groep lipiden die een beschermende functie hebben. Ze worden gevonden in de bladeren van bomen, in de veren van vogels, in de oren van sommige zoogdieren en op plaatsen die moeten worden geïsoleerd of beschermd tegen de externe omgeving..

Nucleïnezuren

Nucleïnezuren zijn de belangrijkste transportmoleculen van genetische informatie in levende wezens. De belangrijkste functie ervan is om het proces van eiwitsynthese te sturen, dat de overgeërfde karakteristieken van elk levend wezen bepaalt. Ze zijn samengesteld uit koolstof-, waterstof-, zuurstof-, stikstof- en fosforatomen.

Nucleïnezuren zijn polymeren die worden gevormd door herhalingen van monomeren, nucleotiden genaamd. Elk nucleotide bestaat uit een aromatische basis met stikstof bevestigd aan een pentose suiker (vijf koolstofatomen), die op zijn beurt is bevestigd aan een fosfaatgroep.

De twee hoofdklassen van nucleïnezuren zijn deoxyribonucleïnezuur (DNA) en ribonucleïnezuur (RNA). DNA is het molecuul dat alle informatie van een soort bevat, en daarom is het aanwezig in alle levende wezens en in de meeste virussen.

RNA is het genetische materiaal van bepaalde virussen, maar het wordt ook in alle levende cellen aangetroffen. Daar speelt hij een belangrijke rol in bepaalde processen, zoals de productie van eiwitten.

Elk nucleïnezuur bevat vier van de vijf mogelijke basen die stikstof bevatten: adenine (A), guanine (G), cytosine (C), thymine (T) en uracil (U). DNA heeft de basen adenine, guanine, cytosine en thymine, terwijl RNA hetzelfde heeft behalve thymine, dat wordt vervangen door uracil in RNA.

- Deoxyribonucleïnezuur (DNA)

Het DNA-molecuul is samengesteld uit twee ketens van nucleotiden verbonden door bindingen genaamd fosfodiësterbindingen. Elke ketting heeft een structuur in de vorm van een helix. De twee helices verstrengeld om een ​​dubbele helix te geven. De bases bevinden zich in de schroef en de fosfaatgroepen bevinden zich aan de buitenkant.

Het DNA bestaat uit een hoofdketen van suiker deoxyribose gekoppeld aan een fosfaat en de vier stikstofhoudende basen: adenine, guanine, cytosine en thymine. Baseparen worden gevormd in het dubbelstrengige DNA: adenine bindt altijd aan thymine (A-T) en guanine aan cytosine (G-C).

De twee helices worden bij elkaar gehouden door de basen van de nucleotiden te matchen door waterstofbruggen. De structuur wordt soms beschreven als een ladder waar de suiker- en fosfaatketens de zijkanten zijn en de base-base-bindingen de sporten.

Deze structuur, samen met de chemische stabiliteit van het molecuul, maakt DNA het ideale materiaal om genetische informatie door te geven. Wanneer een cel zich deelt, wordt het DNA gekopieerd en gaat het van de ene generatie cellen naar de volgende generatie.

- Ribonucleïnezuur (RNA)

RNA is een polymeer van nucleïnezuur waarvan de structuur wordt gevormd door een enkele keten van nucleotiden: adenine, cytosine, guanine en uracil. Zoals in DNA, bindt cytosine altijd aan guanine (C-G), maar adenine bindt aan uracil (A-U).

Het is de eerste tussenpersoon in de overdracht van genetische informatie in cellen. RNA is essentieel voor de synthese van eiwitten, omdat de informatie in de genetische code meestal wordt overgedragen van DNA naar RNA, en van het naar eiwitten..

Sommige RNA's hebben ook directe functies in cellulair metabolisme. RNA wordt verkregen door de basensequentie van een DNA-segment genaamd een gen te kopiëren in een enkelstrengs nucleïnezuurgedeelte. Dit proces, transcriptie genaamd, wordt gekatalyseerd door een enzym dat RNA-polymerase wordt genoemd.

Er zijn verschillende soorten RNA, voornamelijk drie. De eerste is messenger-RNA, dat is het dat rechtstreeks wordt gekopieerd van DNA door transcriptie. Het tweede type is het transfer-RNA, dat de juiste aminozuren voor de synthese van eiwitten overdraagt.

Ten slotte is de andere klasse van RNA het ribosomale RNA dat, samen met enkele eiwitten, de ribosomen vormt, cellulaire organellen die verantwoordelijk zijn voor het synthetiseren van alle eiwitten van de cel.

eiwit

Eiwitten zijn grote, complexe moleculen die veel belangrijke functies vervullen en het grootste deel van het werk in cellen doen. Ze zijn nodig voor de structuur, functie en regulatie van levende wezens. Ze bestaan ​​uit koolstof-, waterstof-, zuurstof- en stikstofatomen.

Eiwitten zijn opgebouwd uit kleinere eenheden die aminozuren worden genoemd, aan elkaar gekoppeld door peptidebindingen en lange ketens vormen. Aminozuren zijn kleine organische moleculen met zeer specifieke fysisch-chemische eigenschappen, er zijn 20 verschillende soorten.

De aminozuursequentie bepaalt de unieke driedimensionale structuur van elk eiwit en zijn specifieke functie. In feite zijn de functies van individuele eiwitten even gevarieerd als hun unieke aminozuursequenties, die de interacties bepalen die complexe driedimensionale structuren genereren..

Gevarieerde functies

Eiwitten kunnen structurele en bewegingscomponenten voor de cel zijn, zoals actine. Anderen werken door het versnellen van biochemische reacties in de cel, zoals DNA-polymerase, het enzym dat DNA synthetiseert.

Er zijn andere eiwitten waarvan de functie is om een ​​belangrijke boodschap aan het organisme te verzenden. Sommige soorten hormonen, zoals groeihormoon, zenden bijvoorbeeld signalen uit om de biologische processen tussen verschillende cellen, weefsels en organen te coördineren..

Sommige eiwitten binden en transporteren atomen (of kleine moleculen) in cellen; Dat is het geval van ferritine, dat verantwoordelijk is voor de opslag van ijzer in sommige organismen. Een andere groep van belangrijke eiwitten zijn de antilichamen, die tot het immuunsysteem behoren en verantwoordelijk zijn voor het detecteren van toxines en pathogenen.

Aldus zijn eiwitten de eindproducten van het decoderingsproces van genetische informatie die begint met cellulair DNA. Deze ongelooflijke verscheidenheid aan functies is afgeleid van een verrassend eenvoudige code die in staat is om een ​​enorm diverse reeks structuren te specificeren.

referenties

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Moleculaire biologie van de cel (6e druk). Garland Science.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). biochemie (8e druk). W. H. Freeman and Company.
3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). biologie (2e ed.) Pearson Education.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Moleculaire celbiologie (8e druk). W. H. Freeman and Company.
5. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). biologie (7e druk) Cengage Learning.
6. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Fundamentals of Biochemistry: Life at the Moleculair niveau (5de ed.). Wiley.