V altava määrä erilaisia kemiallisia yhdisteitä onnistui syntetisoimaan ihmisiä laboratoriossa. Kuitenkin luonnolliset aineet olivat, ovat ja pysyvät tärkeimmät ja merkittävimmät kaikkien elävien järjestelmien elämälle. Eli ne molekyylit, jotka osallistuvat tuhansiin biokemiallisiin reaktioihin organismien sisällä ja ovat vastuussa niiden normaalista toiminnasta.
V altaosa niistä kuuluu ryhmään nimeltä "biologiset polymeerit".
Yleinen biopolymeerien käsite
Ensinnäkin on sanottava, että kaikki nämä yhdisteet ovat suurimolekyylisiä ja niiden massa on miljoonia d altoneja. Nämä aineet ovat eläin- ja kasvipolymeerejä, joilla on ratkaiseva rooli solujen ja niiden rakenteiden rakentamisessa, mikä varmistaa aineenvaihdunnan, fotosynteesin, hengityksen, ravinnon ja kaikki muut elävän organismin elintärkeät toiminnot.
Tällaisten yhdisteiden merkitystä on vaikea yliarvioida. Biopolymeerit ovat luonnollista alkuperää olevia luonnollisia aineita, joita muodostuu elävissä organismeissa ja jotka ovat kaiken planeettamme elämän perusta. Mitkä ovat erityiset yhteydet niihinkuuluu?
solubiopolymeerit
Niitä on paljon. Joten tärkeimmät biopolymeerit ovat seuraavat:
- proteiinit;
- polysakkaridit;
- nukleiinihapot (DNA ja RNA).
Niiden lisäksi tämä sisältää myös monia sekapolymeerejä, jotka on muodostettu jo lueteltujen yhdistelmistä. Esimerkiksi lipoproteiinit, lipopolysakkaridit, glykoproteiinit ja muut.
Yleiset ominaisuudet
Kaikissa tarkasteluissa molekyyleissä on useita ominaisuuksia. Esimerkiksi seuraavat biopolymeerien yleiset ominaisuudet:
- suuri molekyylipaino johtuen v altavien makroketjujen muodostumisesta haaroilla kemiallisessa rakenteessa;
- sidostyypit makromolekyyleissä (vety, ionivuorovaikutukset, sähköstaattinen vetovoima, disulfidisillat, peptidisidokset ja muut);
- kunkin ketjun rakenneyksikkö on monomeerinen lenkki;
- stereosäännöllisyys tai sen puuttuminen ketjun rakenteessa.
Mutta yleisesti ottaen kaikilla biopolymeereilla on silti enemmän eroja rakenteessa ja toiminnassa kuin yhtäläisyyksiä.
Proteiinit
Proteiinimolekyylit ovat erittäin tärkeitä kaikkien elävien olentojen elämässä. Tällaiset biopolymeerit ovat kaiken biomassan perusta. Todellakin, jopa Oparin-Haldanen teorian mukaan elämä maapallolla syntyi koaservaattipisarasta, joka oli proteiini.
Näiden aineiden rakenne on rakenteeltaan tiukan järjestyksen alainen. Jokainen proteiini koostuu aminohappotähteistä, jotkapystyvät kytkeytymään toisiinsa rajoittamattomilla ketjujen pituuksilla. Tämä tapahtuu erityisten sidosten - peptidisidosten - muodostumisen kautta. Tällainen sidos muodostuu neljän alkuaineen välille: hiili, happi, typpi ja vety.
Proteiinimolekyyli voi sisältää paljon aminohappotähteitä, sekä samoja että erilaisia (useita kymmeniä tuhansia tai enemmän). Näissä yhdisteissä on kaikkiaan 20 erilaista aminohappoa, mutta niiden monipuolinen yhdistelmä mahdollistaa proteiinien kukoistamisen määrällisesti ja lajillisesti.
Proteiinibiopolymeereillä on erilaisia avaruudellisia konformaatioita. Siten jokainen edustaja voi esiintyä ensisijaisena, toissijaisena, tertiäärisenä tai kvaternäärisenä rakenteena.
Yksinkertaisin ja lineaarisin niistä on ensisijainen. Se on yksinkertaisesti sarja toisiinsa liittyviä aminohapposekvenssejä.
Sekundaarisella konformaatiolla on monimutkaisempi rakenne, koska proteiinin yleinen makroketju alkaa kiertää kierteitä muodostaen kierteitä. Kaksi vierekkäistä makrorakennetta pidetään lähellä toisiaan niiden atomiryhmien välisten kovalenttisten ja vetyvuorovaikutusten vuoksi. Erota proteiinien sekundaarirakenteen alfa- ja beetaheliksit.
Tertiäärinen rakenne on yksittäinen makromolekyyli (polypeptidiketju) proteiinista, joka on rullattu palloksi. Erittäin monimutkainen vuorovaikutusverkosto tässä pallossa mahdollistaa sen olevan melko vakaa ja säilyttää muotonsa.
Kvaternäärinen konformaatio - muutama polypeptidiketju, kierretty ja kierrettykäämiksi, jotka samalla muodostavat keskenään useita erityyppisiä sidoksia. Monimutkaisin pallomainen rakenne.
Proteiinimolekyylien toiminnot
- Liikenne. Sen suorittavat proteiinisolut, jotka muodostavat plasmakalvon. Ne muodostavat ionikanavia, joiden läpi tietyt molekyylit voivat kulkea. Myös monet proteiinit ovat osa alkueläinten ja bakteerien liikkeen organelleja, joten ne ovat suoraan mukana niiden liikkumisessa.
- Nämä molekyylit suorittavat energiatoiminnon erittäin aktiivisesti. Yksi gramma proteiinia aineenvaihduntaprosessissa muodostaa 17,6 kJ energiaa. Siksi näitä yhdisteitä sisältävien kasvi- ja eläintuotteiden kulutus on elintärkeää eläville organismeille.
- Rakennustoiminto on proteiinimolekyylien osallistuminen useimpien solurakenteiden, itse solujen, kudosten, elinten ja niin edelleen rakentamiseen. Lähes mikä tahansa solu rakentuu periaatteessa näistä molekyyleistä (sytoplasman sytoskeleti, plasmakalvo, ribosomi, mitokondriot ja muut rakenteet osallistuvat proteiiniyhdisteiden muodostukseen).
- Katalyyttisen toiminnan suorittavat entsyymit, jotka kemiallisen luonteensa vuoksi eivät ole muuta kuin proteiineja. Ilman entsyymejä useimmat kehon biokemialliset reaktiot olisivat mahdottomia, koska ne ovat biologisia katalyyttejä elävissä järjestelmissä.
- Reseptoritoiminto (myös signalointi) auttaa soluja navigoimaan ja reagoimaan oikein ympäristön muutoksiin, kuten esim.mekaaninen ja kemiallinen.
Jos tarkastelemme proteiineja tarkemmin, voimme korostaa joitain toissijaisempia toimintoja. Luettelossa olevat ovat kuitenkin tärkeimmät.
Nukleiinihapot
Tällaiset biopolymeerit ovat tärkeä osa jokaista solua, oli se sitten prokaryootti tai eukaryootti. Itse asiassa nukleiinihappoja ovat DNA (deoksiribonukleiinihappo) ja RNA (ribonukleiinihappo) molekyylit, joista jokainen on erittäin tärkeä linkki eläville olennoille.
Kemiallisen luonteensa vuoksi DNA ja RNA ovat nukleotidisekvenssejä, jotka on yhdistetty vetysidoksilla ja fosfaattisiloilla. DNA koostuu nukleotideista, kuten:
- adeniini;
- tymiini;
- guaniini;
- sytosiini;
- 5-hiilisen sokerin deoksiriboosi.
RNA eroaa siinä, että tymiini korvataan urasiililla ja sokeri riboosilla.
DNA-molekyylien erityisen rakenteellisen järjestyksen ansiosta ne pystyvät suorittamaan useita elintärkeitä toimintoja. RNA:lla on myös suuri rooli solussa.
Tällaisten happojen toiminnot
Nukleiinihapot ovat biopolymeerejä, jotka vastaavat seuraavista toiminnoista:
- DNA on geneettisen tiedon varastoija ja välittäjä elävien organismien soluissa. Prokaryooteissa tämä molekyyli on jakautunut sytoplasmaan. Eukaryoottisolussa se sijaitsee ytimen sisällä karyolemman erottamana.
- Kaksijuosteinen DNA-molekyyli on jaettu osiin - geeneihin, jotka muodostavat kromosomin rakenteen. Jokaisen geenitolennot muodostavat erityisen geneettisen koodin, jossa kaikki organismin merkit on salattu.
- RNA:ta on kolmea tyyppiä - templaatti-, ribosomaalinen ja kuljetus. Ribosomal osallistuu proteiinimolekyylien synteesiin ja kokoamiseen vastaaville rakenteille. Matriisi- ja kuljetusinformaatio luetaan DNA:sta ja tulkitaan sen biologinen merkitys.
Polysakkaridit
Nämä yhdisteet ovat pääasiassa kasvipolymeerejä, eli niitä löytyy juuri kasviston edustajien soluista. Niiden soluseinä, joka sisältää selluloosaa, on erityisen runsaasti polysakkarideja.
Kemiallisen luonteensa vuoksi polysakkaridit ovat monimutkaisia hiilihydraattimakromolekyylejä. Ne voivat olla lineaarisia, kerrostettuja, silloitettuja konformaatioita. Monomeerit ovat yksinkertaisia viiden, useammin kuuden hiilen sokereita - riboosi, glukoosi, fruktoosi. Niillä on suuri merkitys eläville olennoille, koska ne ovat osa soluja, ne ovat vararavinne kasveille, ne hajoavat vapauttamalla suuren energiamäärän.
Erilaisten edustajien merkitys
Biologiset polymeerit, kuten tärkkelys, selluloosa, inuliini, glykogeeni, kitiini ja muut, ovat erittäin tärkeitä. Ne ovat tärkeitä energianlähteitä eläville organismeille.
Selluloosa on siis olennainen osa kasvien, joidenkin bakteerien, soluseinää. Antaa voimaa, tietyn muodon. Teollisuudessa ihminen käyttää paperia, arvokkaita asetaattikuituja.
Tärkkelys on kasvin vararavinne,joka on myös arvokas ruokatuote ihmisille ja eläimille.
Glykogeeni eli eläinrasva on eläinten ja ihmisten vararavinne. Suorittaa lämmöneristyksen, energialähteen, mekaanisen suojauksen toiminnot.
Sekabiopolymeerit elävissä olennoissa
Katsottujen lisäksi on olemassa useita makromolekyyliyhdisteiden yhdistelmiä. Tällaiset biopolymeerit ovat monimutkaisia proteiinien ja lipidien (lipoproteiinit) tai polysakkaridien ja proteiinien (glykoproteiinien) sekarakenteita. Myös lipidien ja polysakkaridien (lipopolysakkaridien) yhdistelmä on mahdollista.
Jokaisessa näistä biopolymeereistä on monia lajikkeita, jotka suorittavat useita tärkeitä tehtäviä elävissä olennoissa: kuljetus-, signalointi-, reseptori-, säätely-, entsymaatti-, rakennus- ja monet muut. Niiden rakenne on kemiallisesti erittäin monimutkainen, eikä kaikkia edustajia ole täysin selvitetty, joten toimintoja ei ole täysin määritelty. Nykyään tunnetaan vain yleisimmät, mutta merkittävä osa jää ihmistiedon rajojen ulkopuolelle.
