Organische biomoleculen kenmerken, functies, classificatie en voorbeelden



de organische biomoleculen Ze worden gevonden in alle levende wezens en worden gekenmerkt door een structuur gebaseerd op het koolstofatoom. Als we ze vergelijken met anorganische moleculen, zijn organische moleculen veel complexer in termen van hun structuur. Bovendien zijn ze veel gevarieerder.

Ze worden geclassificeerd als eiwitten, koolhydraten, lipiden en nucleïnezuren. De functies zijn zeer gevarieerd. Eiwitten nemen deel als structurele, functionele en katalytische elementen. Koolhydraten hebben ook structurele functies en zijn de belangrijkste energiebron voor organische wezens.

Lipiden zijn belangrijke componenten van biologische membranen en andere stoffen, zoals hormonen. Ze werken ook als elementen voor energieopslag. Ten slotte bevatten nucleïnezuren - DNA en RNA - alle noodzakelijke informatie voor de ontwikkeling en het onderhoud van levende wezens.

index

  • 1 Algemene kenmerken
  • 2 Classificatie en functies
    • 2.1 -Proteïnen
    • 2.2 - Koolhydraten
    • 2.3 -Lipiden
    • 2.4 - Nucleïnezuren
  • 3 voorbeelden
    • 3.1 Hemoglobine
    • 3.2 Cellulose
    • 3.3 Biologische membranen
  • 4 Referenties

Algemene kenmerken

Een van de meest relevante kenmerken van organische biomoleculen is hun veelzijdigheid als het gaat om het vormen van structuren. Deze enorme diversiteit aan organische varianten die mogelijk bestaan, is te wijten aan de bevoorrechte situatie van het koolstofatoom, in het midden van de tweede periode.

Het koolstofatoom heeft vier elektronen in het laatste energieniveau. Dankzij de gemiddelde elektronegativiteit kan het banden met andere koolstofatomen vormen, ketens vormen met verschillende vorm en lengte, open of gesloten, met eenvoudige, dubbele of drievoudige bindingen in het inwendige.

Op dezelfde manier maakt de gemiddelde elektronegativiteit van het koolstofatoom het mogelijk om verbindingen te vormen met andere atomen dan koolstof, zoals elektropositief (waterstof) of elektronegatief (zuurstof, stikstof, zwavel, onder anderen).

Deze koppelingseigenschap maakt het mogelijk een classificatie voor de koolstofatomen in primaire, secundaire, tertiaire of quartaire toestand vast te stellen, afhankelijk van het aantal koolstof waarmee het verbonden is. Dit classificatiesysteem is onafhankelijk van het aantal valenties dat betrokken is bij de link.

Classificatie en functies

Organische moleculen worden ingedeeld in vier hoofdgroepen: eiwitten, koolhydraten, lipiden en nucleïnezuren. Hier zullen we ze in detail beschrijven:

-eiwit

De eiwitten vormen de groep van organische moleculen beter gedefinieerd en gekarakteriseerd door de biologen. Deze brede kennis is voornamelijk te wijten aan het intrinsieke gemak dat bestaat om te worden geïsoleerd en gekarakteriseerd - in vergelijking met de rest van de drie organische moleculen.

Eiwitten spelen een reeks uiterst brede biologische rollen. Ze kunnen dienen als transport, structurele en zelfs katalytische moleculen. Deze laatste groep bestaat uit enzymen.

Structurele blokken: aminozuren

De structurele blokken van eiwitten zijn aminozuren. In de natuur vinden we 20 soorten aminozuren, elk met zijn goed gedefinieerde fysisch-chemische eigenschappen.

Deze moleculen worden geclassificeerd als alfa-aminozuren, omdat ze een primaire aminogroep en een carbonzuurgroep als een substituent op hetzelfde koolstofatoom bezitten. De enige uitzondering op deze regel is het aminozuur proline, dat is gecatalogiseerd als een alfa-iminozuur door de aanwezigheid van een secundaire aminogroep.

Om eiwitten te vormen, is het noodzakelijk dat deze "blokken" polymeriseren en dit doen ze door een peptidebinding te vormen. De vorming van een keten van eiwitten omvat de eliminatie van één molecuul water per peptidebinding. Deze link wordt weergegeven als CO-NH.

Naast dat ze deel uitmaken van eiwitten, worden sommige aminozuren beschouwd als energiemetabolieten en veel ervan zijn essentiële voedingsstoffen.

Eigenschappen van aminozuren

Elk aminozuur heeft zijn massa en zijn gemiddelde verschijning in eiwitten. Bovendien heeft elk een pK-waarde van het alfa-carbonzuur, alfa-amino en de zijgroep..

De pK-waarden van de carbonzuurgroepen liggen rond 2,2; terwijl alfa-aminogroepen pK-waarden hebben die dicht bij 9,4 liggen. Deze eigenschap leidt tot een typisch structureel kenmerk van aminozuren: bij fysiologische pH zijn beide groepen in de vorm van een ion.

Wanneer een molecuul geladen groepen van tegengestelde polariteiten draagt, worden ze dipolaire ionen of zwitterionen genoemd. Daarom kan een aminozuur werken als een zuur of als een base.

De meeste alfa-aminozuren hebben smeltpunten in de buurt van 300 ° C. Ze lossen gemakkelijker op in polaire omgevingen vergeleken met hun oplosbaarheid in niet-polaire oplosmiddelen. De meeste zijn behoorlijk oplosbaar in water.

Structuur van eiwitten

Om de functie van een bepaald eiwit te kunnen specificeren, is het nodig om de structuur ervan te bepalen, dat wil zeggen de driedimensionale relatie die bestaat tussen de atomen waaruit het betreffende eiwit bestaat. Voor eiwitten zijn vier niveaus van organisatie van hun structuur bepaald:

Primaire structuur: het verwijst naar de aminozuursequentie die het eiwit vormt, met uitzondering van elke conformatie die zijn zijketens kunnen aannemen.

Secundaire structuur: wordt gevormd door de lokale ruimtelijke rangschikking van de atomen van het skelet. Opnieuw wordt de conformatie van de zijketens niet in aanmerking genomen.

Tertiaire structuur: het verwijst naar de driedimensionale structuur van het gehele eiwit. Hoewel het moeilijk kan zijn om een ​​duidelijke scheiding tussen de tertiaire en secundaire structuur tot stand te brengen, worden gedefinieerde conformaties (zoals de aanwezigheid van propellers, gevouwen vellen en wendingen) gebruikt om alleen de secundaire structuren aan te duiden.

Quaternaire structuur: is van toepassing op die eiwitten die worden gevormd door verschillende subeenheden. Dat wil zeggen, door twee of meer individuele polypeptideketens. Deze eenheden kunnen samenwerken door middel van covalente krachten of door disulfidebindingen. De ruimtelijke rangschikking van de subeenheden bepaalt de quaternaire structuur.

-koolhydraten

Koolhydraten, koolhydraten of sacchariden (van Griekse oorsprong sakcharón, wat suiker betekent) zijn de meest voorkomende klasse van organische moleculen op de hele planeet aarde.

De structuur kan worden afgeleid uit de naam "koolhydraten", omdat het moleculen met formule (CH2O)n, waar de n is groter dan 3.

De functies van koolhydraten zijn gevarieerd. Een van de belangrijkste is van het structurele type, met name in planten. In het plantenrijk is cellulose het belangrijkste structurele materiaal, dat overeenkomt met 80% van het droge gewicht van het lichaam.

Een andere belangrijke functie is de energetische rol. Polysacchariden, zoals zetmeel en glycogeen, vertegenwoordigen belangrijke bronnen van voedingsvoorraden.

classificatie

De basiseenheden van koolhydraten zijn monosachariden of eenvoudige suikers. Dit zijn derivaten van aldehyden met lineaire keten of ketonen en meerwaardige alcoholen.

Ze worden geclassificeerd volgens de chemische aard van hun carbonylgroep in aldosen en ketosen. Ze zijn ook geclassificeerd op basis van het aantal koolstoffen.

Monosacchariden zijn gegroepeerd om oligosacchariden te vormen, die vaak worden gevonden in associatie met andere typen organische moleculen zoals eiwitten en lipiden. Deze worden ingedeeld in homopolysacchariden of heteropolysacchariden, afhankelijk van het feit of ze uit dezelfde monosacchariden (het eerste geval) of uit verschillende.

Bovendien zijn ze ook geclassificeerd volgens de aard van het monosaccharide dat hen samenstelt. De polymeren van glucose worden glucanen genoemd, die gevormd door galactose worden galactans genoemd, enzovoort.

De polysacchariden hebben de eigenaardigheid van het vormen van lineaire en vertakte ketens, omdat de glycosidebindingen kunnen worden gevormd met elk van de hydroxylgroepen die worden aangetroffen in het monosaccharide.

Wanneer een groter aantal monosaccharide-eenheden geassocieerd zijn, hebben we het over polysacchariden.

-lipiden

Lipiden (uit het Grieks lipos, wat vet betekent) zijn organische moleculen die onoplosbaar zijn in water en oplosbaar in anorganische oplosmiddelen, zoals chloroform. Deze vormen vetten, oliën, vitaminen, hormonen en biologische membranen.

classificatie

Vetzuren: het zijn carbonzuren met ketens gevormd door koolwaterstoffen van aanzienlijke lengte. Fysiologisch gezien is het zeldzaam om ze vrij te vinden, omdat ze in de meeste gevallen veresterd zijn.

In dieren en planten vinden we ze vaak in hun onverzadigde vorm (vorming van dubbele bindingen tussen de koolstofatomen), en meervoudig onverzadigd (met twee of meer dubbele bindingen).

triacylglycerolen: Deze worden ook wel triglyceriden of neutrale vetzuren genoemd en vormen de meerderheid van de vetten en oliën die in dieren en planten aanwezig zijn. Zijn hoofdfunctie is om energie op te slaan in dieren. Deze hebben gespecialiseerde cellen voor opslag.

Ze worden geclassificeerd op basis van de identiteit en de positie van de vetzuurresten. In het algemeen zijn plantaardige oliën vloeibaar bij kamertemperatuur en zijn ze rijker aan vetzuurresten met dubbele en drievoudige bindingen tussen hun koolstoffen.

Daarentegen zijn dierlijke vetten vast bij kamertemperatuur en is het aantal onverzadigde koolstoffen laag.

glicerofosfolípidos: ook bekend als fosfoglyceriden, zijn de belangrijkste componenten van lipidemembranen.

Glycerofosfolipiden hebben een "staart" met apolaire of hydrofobe kenmerken en een polaire of hydrofiele "kop". Deze structuren zijn gegroepeerd in een dubbellaag, met de staarten naar binnen wijzend, om de membranen te vormen. Hierin is een reeks eiwitten ingebed.

sfingolipiden: het zijn lipiden die in zeer kleine hoeveelheden worden aangetroffen. Ze maken ook deel uit van de membranen en zijn derivaten van sphingosine, dihydrosphingosine en hun homologen.

cholesterol: bij dieren is het een overheersend bestanddeel van membranen, dat de eigenschappen ervan, zoals de vloeibaarheid ervan, modificeert. Het bevindt zich ook in de membranen van cellulaire organellen. Het is een belangrijke voorloper van steroïde hormonen, gerelateerd aan seksuele ontwikkeling.

-Nucleïnezuren

Nucleïnezuren zijn DNA en de verschillende soorten RNA die bestaan. DNA is verantwoordelijk voor de opslag van alle genetische informatie, die de ontwikkeling, groei en instandhouding van levende organismen mogelijk maakt.

RNA, aan de andere kant, neemt deel aan de passage van genetische informatie gecodeerd in DNA naar eiwitmoleculen. Klassiek worden drie soorten RNA onderscheiden: boodschapper, overdracht en ribosomaal. Er zijn echter een aantal kleine RNA's met regulerende functies.

Structurele blokken: nucleotiden

De structurele blokken van de nucleïnezuren, DNA en RNA, zijn de nucleotiden. Chemisch gezien zijn het pentosefosfaatesters, waarbij een stikstofbevattende base aan het eerste koolstofatoom is gebonden. We kunnen onderscheid maken tussen ribonucleotiden en deoxyribonucleotiden.

Deze moleculen zijn vlak, aromatisch en heterocyclisch. Wanneer de fosfaatgroep afwezig is, wordt het nucleotide hernoemd nucleoside.

Naast hun rol als monomeren in nucleïnezuren, zijn deze moleculen biologisch alomtegenwoordig en nemen ze deel aan een aanzienlijk aantal processen.

Nucleoside-trifosfaten zijn energierijke producten, zoals ATP, en worden gebruikt als de energievaluta van cellulaire reacties. Ze zijn een belangrijk onderdeel van NAD-co-enzymen+, NADP+, FMN, FAD en co-enzym A. Tot slot zijn het regulerende elementen van verschillende metabole routes.

Voorbeelden

Er zijn oneindig veel voorbeelden van organische moleculen. Vervolgens zullen de meest opvallende en bestudeerde door biochemici worden besproken:

hemoglobine

Hemoglobine, het rode pigment in het bloed, is een van de klassieke voorbeelden van eiwitten. Dankzij de brede verspreiding en eenvoudige isolatie is het een eiwit dat sinds de oudheid is bestudeerd.

Het is een eiwit dat wordt gevormd door vier subeenheden, dus het komt in de classificatie van tetrameer, met twee alfa-eenheden en twee bèta. De subeenheden van hemoglobine zijn gerelateerd aan een klein eiwit dat verantwoordelijk is voor de opname van zuurstof in spieren: myoglobine.

De heemgroep is een derivaat van porfyrine. Dit kenmerkt hemoglobine en is dezelfde groep die wordt aangetroffen in cytochromen. De heemgroep is verantwoordelijk voor de karakteristieke rode kleur van bloed en is het fysieke gebied waar elk globine-monomeer zich bindt met zuurstof.

De belangrijkste functie van dit eiwit is het transport van zuurstof uit het orgaan dat verantwoordelijk is voor gasuitwisseling - bel longen, kieuwen of huid - naar de haarvaten, om te worden gebruikt bij het ademen.

cellulose

Cellulose is een lineair polymeer dat bestaat uit D-glucose-subeenheden, gekoppeld door bèta-1,4-type bindingen. Zoals de meeste polysacchariden hebben ze geen beperkte maximale grootte. Gemiddeld presenteren ze echter ongeveer 15.000 glucoseresiduen.

Het is het onderdeel van de celwanden van planten. Dankzij cellulose zijn deze rigide en kunnen ze osmotische stress aan. Evenzo, in grotere planten, zoals bomen, geeft cellulose steun en stabiliteit.

Hoewel het voornamelijk is gerelateerd aan groenten, hebben sommige dieren die manteldieren heten, cellulose in hun structuur.

Geschat wordt dat een gemiddelde van 1015 kilogram cellulose wordt gesynthetiseerd - en afgebroken - per jaar.

Biologische membranen

Biologische membranen bestaan ​​voornamelijk uit twee biomoleculen, lipiden en eiwitten. De ruimtelijke conformatie van de lipiden heeft de vorm van een dubbellaag, waarbij de hydrofobe staarten naar het inwendige wijzen en de hydrofiele kop naar buiten..

Het membraan is een dynamische entiteit en de componenten ervan ervaren frequente bewegingen.

referenties

  1. Aracil, C. B., Rodriguez, M.P., Magraner, J.P., & Perez, R. S. (2011). Fundamenten van biochemie. Universiteit van Valencia.
  2. Battaner Arias, E. (2014). Enzymology-compendium. Universiteit van Salamanca-edities.
  3. Berg, J. M., Stryer, L., & Tymoczko, J.L. (2007). biochemie. Ik draaide achteruit.
  4. Devlin, T. M. (2004). Biochemie: leerboek met klinische toepassingen. Ik draaide achteruit.
  5. Diaz, A.P., & Pena, A. (1988). biochemie. Redactioneel Limusa.
  6. Macarulla, J. M., & Goñi, F. M. (1994). Menselijke biochemie: basiscursus. Ik draaide achteruit.
  7. Müller-Esterl, W. (2008). Biochemie. Grondbeginselen voor geneeskunde en levenswetenschappen. Ik draaide achteruit.
  8. Teijón, J. M. (2006). Fundamenten van structurele biochemie. Editorial Tébar.