Un număr mare de compuși diferiți de natură chimică variată au reușit să sintetizeze oameni în laborator. Cu toate acestea, substanțele naturale au fost, sunt și vor rămâne cele mai importante și semnificative pentru viața tuturor sistemelor vii. Adică acele molecule care sunt implicate în mii de reacții biochimice din cadrul organismelor și sunt responsabile pentru funcționarea lor normală.
Marea majoritate a acestora aparțin grupului numit „polimeri biologici”.
Concept general de biopolimeri
În primul rând, trebuie spus că toți acești compuși sunt cu molecul mare, având o masă care ajunge la milioane de D altoni. Aceste substanțe sunt polimeri de origine animală și vegetală care joacă un rol decisiv în construirea celulelor și a structurilor acestora, asigurând metabolismul, fotosinteza, respirația, nutriția și toate celel alte funcții vitale ale oricărui organism viu.
Este dificil de supraestimat importanța unor astfel de compuși. Biopolimerii sunt substanțe naturale de origine naturală care se formează în organismele vii și stau la baza întregii vieți de pe planeta noastră. Care sunt conexiunile specifice cu eleaparțin?
Biopolimeri celulari
Sunt o mulțime. Deci, principalii biopolimeri sunt următorii:
- proteine;
- polizaharide;
- acizi nucleici (ADN și ARN).
Pe lângă aceștia, acest lucru include și mulți polimeri amestecați formați din combinații ale celor deja enumerați. De exemplu, lipoproteine, lipopolizaharide, glicoproteine și altele.
Proprietăți generale
Există mai multe caracteristici care sunt inerente tuturor moleculelor considerate. De exemplu, următoarele proprietăți generale ale biopolimerilor:
- greutate moleculară mare datorită formării de macrolanțuri uriașe cu ramificații în structura chimică;
- tipuri de legături în macromolecule (hidrogen, interacțiuni ionice, atracție electrostatică, punți disulfură, legături peptidice și altele);
- unitatea structurală a fiecărui lanț este o verigă monomerică;
- stereorregularitate sau absența acesteia în structura lanțului.
Dar, în general, toți biopolimerii au încă mai multe diferențe de structură și funcție decât asemănări.
Proteine
Moleculele de proteine sunt de mare importanță în viața oricăror ființe vii. Astfel de biopolimeri sunt baza întregii biomase. Într-adevăr, chiar și conform teoriei Oparin-Haldane, viața de pe Pământ provine dintr-o picătură coacervată, care era o proteină.
Structura acestor substanțe este supusă unei ordini stricte în structură. Fiecare proteină este alcătuită din reziduuri de aminoacizi carecapabile să se conecteze între ele în lungimi de lanț nelimitate. Acest lucru se întâmplă prin formarea de legături speciale - legături peptidice. O astfel de legătură se formează între patru elemente: carbon, oxigen, azot și hidrogen.
O moleculă de proteină poate conține o mulțime de reziduuri de aminoacizi, atât aceleași, cât și diferite (câteva zeci de mii sau mai multe). În total, există 20 de soiuri de aminoacizi găsite în acești compuși. Cu toate acestea, combinația lor diversă permite proteinelor să înflorească în termeni cantitativi și de specie.
Biopolimerii proteici au conformații spațiale diferite. Astfel, fiecare reprezentant poate exista ca structură primară, secundară, terțiară sau cuaternară.
Cea mai simplă și liniară dintre ele este cea primară. Este pur și simplu o serie de secvențe de aminoacizi conectate între ele.
Conformația secundară are o structură mai complexă, deoarece macrolanțul general al proteinei începe să se spiraleze, formând bobine. Două macrostructuri adiacente sunt ținute una lângă ceal altă datorită interacțiunilor covalente și de hidrogen dintre grupurile atomilor lor. Distingeți între elicele alfa și beta ale structurii secundare a proteinelor.
Structura terțiară este o singură macromoleculă (lanț polipeptidic) a unei proteine turnate într-o bilă. O rețea foarte complexă de interacțiuni în cadrul acestui glob îi permite să fie destul de stabil și să-și păstreze forma.
Conformație cuaternară - câteva lanțuri polipeptidice, încolăcite și răsuciteîntr-o bobină, care în același timp formează, de asemenea, legături multiple de diferite tipuri între ele. Cea mai complexă structură globulară.
Funcțiile moleculelor de proteine
- Transport. Este realizat de celulele proteice care alcătuiesc membrana plasmatică. Ele formează canale ionice prin care anumite molecule sunt capabile să treacă. De asemenea, multe proteine fac parte din organitele mișcării protozoarelor și bacteriilor, prin urmare sunt direct implicate în mișcarea lor.
- Funcția energetică este îndeplinită de aceste molecule foarte activ. Un gram de proteină în procesul de metabolism formează 17,6 kJ de energie. Prin urmare, consumul de produse vegetale și animale care conțin acești compuși este vital pentru organismele vii.
- Funcția de construcție este participarea moleculelor de proteine la construcția majorității structurilor celulare, a celulelor în sine, a țesuturilor, a organelor și așa mai departe. Aproape orice celulă este construită practic din aceste molecule (citoscheletul citoplasmei, membrana plasmatică, ribozomul, mitocondriile și alte structuri participă la formarea compușilor proteici).
- Funcția catalitică este îndeplinită de enzime, care prin natura lor chimică nu sunt altceva decât proteine. Fără enzime, majoritatea reacțiilor biochimice din organism ar fi imposibile, deoarece acestea sunt catalizatori biologici în sistemele vii.
- Receptor (de asemenea, de semnalizare) ajută celulele să navigheze și să răspundă corect la orice schimbări din mediu, cum ar fimecanic și chimic.
Funcția
Dacă luăm în considerare proteinele mai în profunzime, putem evidenția câteva funcții secundare. Cu toate acestea, cele enumerate sunt cele principale.
Acizi nucleici
Astfel de biopolimeri sunt o parte importantă a fiecărei celule, fie ea procariotă sau eucariotă. Într-adevăr, acizii nucleici includ molecule de ADN (acid dezoxiribonucleic) și ARN (acid ribonucleic), fiecare dintre acestea fiind o legătură foarte importantă pentru ființele vii.
Din natura lor chimică, ADN-ul și ARN-ul sunt secvențe de nucleotide legate prin legături de hidrogen și punți de fosfat. ADN-ul este compus din nucleotide precum:
- adenina;
- timină;
- guanina;
- citozină;
- dezoxiriboză cu 5 atomi de carbon.
ARN este diferit prin aceea că timina este înlocuită cu uracil, iar zahărul cu riboză.
Datorită organizării structurale speciale a moleculelor de ADN sunt capabile să îndeplinească o serie de funcții vitale. ARN-ul joacă, de asemenea, un rol important în celulă.
Funcțiile unor astfel de acizi
Acizii nucleici sunt biopolimeri responsabili pentru următoarele funcții:
- ADN-ul este depozitul și transmițătorul de informații genetice în celulele organismelor vii. La procariote, această moleculă este distribuită în citoplasmă. Într-o celulă eucariotă, este situată în interiorul nucleului, separată printr-o cariolemă.
- Molecula de ADN dublu catenar este împărțită în secțiuni - gene care alcătuiesc structura cromozomului. Genele tuturorcreaturile formează un cod genetic special în care toate semnele organismului sunt criptate.
- ARN este de trei tipuri - șablon, ribozomal și transport. Ribozomal participă la sinteza și asamblarea moleculelor de proteine pe structurile corespunzătoare. Matricea și transportul transferă informațiile citite din ADN și descifrează semnificația biologică a acestuia.
Polizaharide
Acești compuși sunt predominant polimeri vegetali, adică se găsesc tocmai în celulele reprezentanților florei. Peretele lor celular, care conține celuloză, este deosebit de bogat în polizaharide.
Din natura lor chimică, polizaharidele sunt macromolecule complexe de carbohidrați. Ele pot fi conformații liniare, stratificate, reticulate. Monomerii sunt zaharuri simple cu cinci, mai des cu șase atomi de carbon - riboză, glucoză, fructoză. Sunt de mare importanță pentru ființele vii, deoarece fac parte din celule, sunt un nutrient de rezervă pentru plante, sunt descompuse odată cu eliberarea unei cantități mari de energie.
Semnificația diverșilor reprezentanți
Polimerii biologici precum amidonul, celuloza, inulina, glicogenul, chitina și alții sunt foarte importanți. Sunt sursele importante de energie în organismele vii.
Deci, celuloza este o componentă esențială a peretelui celular al plantelor, unele bacterii. Oferă putere, o anumită formă. În industrie, omul este folosit pentru a obține hârtie, fibre valoroase de acetat.
Amidonul este un nutrient de rezervă pentru plante,care este, de asemenea, un produs alimentar valoros pentru oameni și animale.
Glicogenul sau grăsimea animală este un nutrient de rezervă pentru animale și oameni. Îndeplinește funcțiile de izolare termică, sursă de energie, protecție mecanică.
Biopolimeri amestecați la ființe vii
Pe lângă cele pe care le-am luat în considerare, există diverse combinații de compuși macromoleculari. Astfel de biopolimeri sunt structuri complexe mixte de proteine și lipide (lipoproteine) sau polizaharide și proteine (glicoproteine). Este posibilă, de asemenea, o combinație de lipide și polizaharide (lipopolizaharide).
Fiecare dintre acești biopolimeri are multe varietăți care îndeplinesc o serie de funcții importante la ființele vii: transport, semnalizare, receptor, reglator, enzimatic, construcție și multe altele. Structura lor este foarte complexă din punct de vedere chimic și departe de a fi descifrată pentru toți reprezentanții, prin urmare, funcțiile nu sunt pe deplin definite. Astăzi, sunt cunoscute doar cele mai comune, dar o parte semnificativă rămâne dincolo de limitele cunoașterii umane.
