Ang isang malaking bilang ng iba't ibang mga compound ng iba't ibang kemikal na kalikasan ay pinamamahalaang upang synthesize ang mga tao sa laboratoryo. Gayunpaman, ang lahat ng pareho, natural na mga sangkap ay, ay at mananatiling pinakamahalaga at makabuluhan para sa buhay ng lahat ng mga sistema ng buhay. Ibig sabihin, ang mga molekulang iyon na kasangkot sa libu-libong biochemical na reaksyon sa loob ng mga organismo at responsable para sa kanilang normal na paggana.
Ang karamihan sa kanila ay kabilang sa pangkat na tinatawag na "biological polymers".
Pangkalahatang konsepto ng mga biopolymer
Una sa lahat, dapat sabihin na ang lahat ng mga compound na ito ay mataas ang molekular, na may masa na umaabot sa milyun-milyong D alton. Ang mga sangkap na ito ay mga polymer ng hayop at halaman na gumaganap ng isang mapagpasyang papel sa pagbuo ng mga selula at mga istruktura nito, na tinitiyak ang metabolismo, photosynthesis, respiration, nutrisyon at lahat ng iba pang mahahalagang tungkulin ng anumang buhay na organismo.
Mahirap na labis na tantiyahin ang kahalagahan ng mga naturang compound. Ang mga biopolymer ay mga likas na sangkap ng natural na pinagmulan na nabubuo sa mga buhay na organismo at ang batayan ng lahat ng buhay sa ating planeta. Ano ang mga tiyak na koneksyon sa kanilanabibilang?
Mga cell biopolymer
Marami sila. Kaya, ang mga pangunahing biopolymer ay ang mga sumusunod:
- proteins;
- polysaccharides;
- nucleic acid (DNA at RNA).
Bukod sa mga ito, kabilang din dito ang maraming mixed polymer na nabuo mula sa mga kumbinasyon ng mga nakalista na. Halimbawa, lipoproteins, lipopolysaccharides, glycoproteins at iba pa.
Mga Pangkalahatang Katangian
May ilang mga tampok na likas sa lahat ng itinuturing na molekula. Halimbawa, ang mga sumusunod na pangkalahatang katangian ng mga biopolymer:
- malaking molekular na timbang dahil sa pagbuo ng malalaking macrochain na may mga sanga sa istrukturang kemikal;
- mga uri ng bond sa macromolecules (hydrogen, ionic interactions, electrostatic attraction, disulfide bridges, peptide bonds at iba pa);
- ang structural unit ng bawat chain ay isang monomeric link;
- stereoregularity o kawalan nito sa istruktura ng chain.
Ngunit sa pangkalahatan, ang lahat ng biopolymer ay may mas maraming pagkakaiba sa istraktura at paggana kaysa sa pagkakatulad.
Protina
Ang mga molekula ng protina ay may malaking kahalagahan sa buhay ng sinumang may buhay. Ang ganitong mga biopolymer ay ang batayan ng lahat ng biomass. Sa katunayan, kahit na ayon sa teoryang Oparin-Haldane, ang buhay sa Earth ay nagmula sa isang coacervate droplet, na isang protina.
Ang istraktura ng mga sangkap na ito ay napapailalim sa mahigpit na kaayusan sa istraktura. Ang bawat protina ay binubuo ng mga residue ng amino acid nakayang kumonekta sa isa't isa sa walang limitasyong haba ng chain. Nangyayari ito sa pamamagitan ng pagbuo ng mga espesyal na bono - mga bono ng peptide. Nabubuo ang gayong bono sa pagitan ng apat na elemento: carbon, oxygen, nitrogen at hydrogen.
Ang isang molekula ng protina ay maaaring maglaman ng maraming residue ng amino acid, pareho at magkaiba (ilang sampu-sampung libo o higit pa). Sa kabuuan, mayroong 20 uri ng mga amino acid na matatagpuan sa mga compound na ito. Gayunpaman, ang magkakaibang kumbinasyon ng mga ito ay nagbibigay-daan sa mga protina na umunlad sa dami at mga termino ng species.
Ang mga biopolymer ng protina ay may iba't ibang spatial conformation. Kaya, maaaring umiral ang bawat kinatawan bilang pangunahin, pangalawa, tersiyaryo o quaternary na istraktura.
Ang pinakasimple at linear sa mga ito ay ang pangunahin. Isa lang itong serye ng mga sequence ng amino acid na konektado sa isa't isa.
Ang pangalawang conformation ay may mas kumplikadong istraktura, dahil ang pangkalahatang macrochain ng protina ay nagsisimulang umikot, na bumubuo ng mga coils. Ang dalawang katabing macrostructure ay gaganapin malapit sa isa't isa dahil sa covalent at hydrogen na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga grupo ng kanilang mga atomo. Tukuyin ang pagkakaiba sa pagitan ng alpha at beta helice ng pangalawang istraktura ng mga protina.
Ang tertiary na istraktura ay isang solong macromolecule (polypeptide chain) ng isang protina na pinagsama sa isang bola. Ang isang napaka-komplikadong network ng mga pakikipag-ugnayan sa loob ng globule na ito ay nagbibigay-daan dito na maging medyo matatag at mapanatili ang hugis nito.
Quaternary conformation - ilang polypeptide chain, nakapulupot at pinaikot-ikotsa isang likid, na sa parehong oras ay bumubuo rin ng maraming mga bono ng iba't ibang uri sa kanilang mga sarili. Ang pinakakumplikadong globular na istraktura.
Mga pag-andar ng mga molekula ng protina
- Transportasyon. Ito ay isinasagawa ng mga selula ng protina na bumubuo sa lamad ng plasma. Bumubuo sila ng mga channel ng ion kung saan maaaring dumaan ang ilang mga molekula. Gayundin, maraming protina ang bahagi ng mga organel ng paggalaw ng protozoa at bacteria, samakatuwid sila ay direktang kasangkot sa kanilang paggalaw.
- Ang paggana ng enerhiya ay ginagawa ng mga molekulang ito nang napakaaktibo. Ang isang gramo ng protina sa proseso ng metabolismo ay bumubuo ng 17.6 kJ ng enerhiya. Samakatuwid, ang pagkonsumo ng mga produktong halaman at hayop na naglalaman ng mga compound na ito ay mahalaga para sa mga buhay na organismo.
- Ang pag-andar ng gusali ay ang partisipasyon ng mga molekula ng protina sa pagbuo ng karamihan sa mga istruktura ng cellular, ang mga cell mismo, mga tisyu, mga organo, at iba pa. Halos anumang cell ay karaniwang binuo mula sa mga molekulang ito (cytoskeleton ng cytoplasm, plasma membrane, ribosome, mitochondria at iba pang mga istruktura ay nakikibahagi sa pagbuo ng mga compound ng protina).
- Ang catalytic function ay isinasagawa ng mga enzyme, na sa pamamagitan ng kanilang kemikal na kalikasan ay hindi hihigit sa mga protina. Kung walang enzymes, ang karamihan sa mga biochemical reaction sa katawan ay magiging imposible, dahil sila ay biological catalysts sa mga buhay na sistema.
- Receptor (din signaling) function na tumutulong sa mga cell na mag-navigate at tumugon nang tama sa anumang mga pagbabago sa kapaligiran, tulad ngmekanikal at kemikal.
Kung isasaalang-alang namin ang mga protina nang mas malalim, maaari naming i-highlight ang ilan pang pangalawang function. Gayunpaman, ang mga nakalista ay ang mga pangunahing.
Nucleic acid
Ang ganitong mga biopolymer ay isang mahalagang bahagi ng bawat cell, maging ito ay prokaryotic o eukaryotic. Sa katunayan, ang mga nucleic acid ay kinabibilangan ng mga molekula ng DNA (deoxyribonucleic acid) at RNA (ribonucleic acid), na bawat isa ay napakahalagang link para sa mga buhay na nilalang.
Sa kanilang likas na kemikal, ang DNA at RNA ay mga sequence ng mga nucleotide na konektado ng hydrogen bond at phosphate bridge. Ang DNA ay binubuo ng mga nucleotide gaya ng:
- adenine;
- thymine;
- guanine;
- cytosine;
- 5-carbon sugar deoxyribose.
Naiiba ang RNA dahil ang thymine ay pinalitan ng uracil, at ang asukal ng ribose.
Dahil sa espesyal na istrukturang organisasyon ng mga molekula ng DNA ay nagagawa ang ilang mahahalagang tungkulin. Malaki rin ang papel ng RNA sa cell.
Mga pag-andar ng naturang mga acid
Ang mga nucleic acid ay mga biopolymer na responsable para sa mga sumusunod na function:
Ang
Ang
Polysaccharides
Ang mga compound na ito ay nakararami sa mga polimer ng halaman, iyon ay, tiyak na matatagpuan ang mga ito sa mga selula ng mga kinatawan ng flora. Ang kanilang cell wall, na naglalaman ng cellulose, ay lalong mayaman sa polysaccharides.
Sa kanilang kemikal na kalikasan, ang polysaccharides ay mga kumplikadong carbohydrate macromolecules. Maaari silang maging linear, layered, cross-linked conformation. Ang mga monomer ay simpleng limang-, mas madalas na anim na carbon na asukal - ribose, glucose, fructose. Malaki ang kahalagahan ng mga ito para sa mga nabubuhay na nilalang, dahil bahagi sila ng mga selula, sila ay isang reserbang sustansya para sa mga halaman, sila ay pinaghiwa-hiwalay sa paglabas ng malaking halaga ng enerhiya.
Kahulugan ng iba't ibang kinatawan
Biological polymers tulad ng starch, cellulose, inulin, glycogen, chitin at iba pa ay napakahalaga. Sila ang mahalagang pinagmumulan ng enerhiya sa mga buhay na organismo.
Kaya, ang cellulose ay isang mahalagang bahagi ng cell wall ng mga halaman, ilang bacteria. Nagbibigay ng lakas, isang tiyak na hugis. Sa industriya, ang tao ay ginagamit upang makakuha ng papel, mahahalagang acetate fibers.
Ang
Starch ay isang reserbang sustansya ng halaman,na isa ring mahalagang produktong pagkain para sa mga tao at hayop.
Ang
Glycogen, o taba ng hayop, ay isang reserbang sustansya para sa mga hayop at tao. Nagsasagawa ng mga function ng thermal insulation, pinagmumulan ng enerhiya, mekanikal na proteksyon.
Mga pinaghalong biopolymer sa mga may buhay
Bukod pa sa mga napag-isipan namin, may iba't ibang kumbinasyon ng mga macromolecular compound. Ang ganitong mga biopolymer ay kumplikadong pinaghalong istruktura ng mga protina at lipid (lipoproteins) o polysaccharides at protina (glycoproteins). Posible rin ang kumbinasyon ng mga lipid at polysaccharides (lipopolysaccharides).
Ang bawat isa sa mga biopolymer na ito ay may maraming uri na gumaganap ng ilang mahahalagang tungkulin sa mga buhay na nilalang: transport, signaling, receptor, regulatory, enzymatic, building at marami pang iba. Ang kanilang istraktura ay chemically napaka kumplikado at malayo sa pagiging deciphered para sa lahat ng mga kinatawan, samakatuwid, ang mga function ay hindi ganap na tinukoy. Sa ngayon, ang pinakakaraniwan lamang ang nalalaman, ngunit ang isang mahalagang bahagi ay nananatiling lampas sa mga hangganan ng kaalaman ng tao.
