Laboratorijoje pavyko susintetinti daugybę įvairių cheminių junginių. Tačiau vis dėlto natūralios medžiagos buvo, yra ir išliks svarbiausios ir reikšmingiausios visų gyvųjų sistemų gyvybei. Tai yra, tos molekulės, kurios dalyvauja tūkstančiuose biocheminių reakcijų organizmuose ir yra atsakingos už normalų jų funkcionavimą.
Didžioji dauguma jų priklauso grupei, vadinamai „biologiniais polimerais“.
Bendra biopolimerų samprata
Pirmiausia reikia pasakyti, kad visi šie junginiai yra didelės molekulinės masės, kurių masė siekia milijonus d altonų. Šios medžiagos yra gyvūniniai ir augaliniai polimerai, kurie atlieka lemiamą vaidmenį kuriant ląsteles ir jų struktūras, užtikrinant medžiagų apykaitą, fotosintezę, kvėpavimą, mitybą ir visas kitas gyvybiškai svarbias bet kurio gyvo organizmo funkcijas.
Sunku pervertinti tokių junginių svarbą. Biopolimerai – tai natūralios natūralios kilmės medžiagos, kurios susidaro gyvuose organizmuose ir yra visos gyvybės mūsų planetoje pagrindas. Kokie konkretūs ryšiai su jaispriklauso?
Ląstelių biopolimerai
Jų yra daug. Taigi pagrindiniai biopolimerai yra tokie:
- b altymai;
- polisacharidai;
- nukleorūgštys (DNR ir RNR).
Be jų, tai taip pat apima daug mišrių polimerų, sudarytų iš jau išvardytų derinių. Pavyzdžiui, lipoproteinai, lipopolisacharidai, glikoproteinai ir kiti.
Bendrosios ypatybės
Yra keletas savybių, kurios būdingos visoms nagrinėjamoms molekulėms. Pavyzdžiui, šios bendrosios biopolimerų savybės:
- didelė molekulinė masė, nes cheminėje struktūroje susidaro didžiulės makrograndinės su šakomis;
- ryšių tipai makromolekulėse (vandenilio, joninės sąveikos, elektrostatinė trauka, disulfidiniai tilteliai, peptidiniai ryšiai ir kt.);
- kiekvienos grandinės struktūrinis vienetas yra monomerinė grandis;
- stereoreguliarumas arba jo nebuvimas grandinės struktūroje.
Tačiau apskritai visų biopolimerų struktūra ir funkcijos skiriasi daugiau nei panašumų.
B altymai
B altymų molekulės turi didelę reikšmę bet kurios gyvos būtybės gyvenime. Tokie biopolimerai yra visos biomasės pagrindas. Iš tiesų, net pagal Oparino-Haldane'o teoriją, gyvybė Žemėje atsirado iš koacervatinio lašelio, kuris buvo b altymas.
Šių medžiagų struktūrai taikoma griežta struktūra. Kiekvienas b altymas sudarytas iš aminorūgščių liekanų, kuriosgali jungtis tarpusavyje neribotais grandinės ilgiais. Tai vyksta susiformuojant specialioms jungtims – peptidinėms jungtims. Toks ryšys susidaro tarp keturių elementų: anglies, deguonies, azoto ir vandenilio.
B altymų molekulėje gali būti daug vienodų ir skirtingų aminorūgščių likučių (kelios dešimtys ar daugiau). Iš viso šiuose junginiuose yra 20 atmainų aminorūgščių. Tačiau jų įvairus derinys leidžia b altymams klestėti kiekybiniu ir rūšių požiūriu.
B altymų biopolimerai turi skirtingą erdvinę konformaciją. Taigi kiekvienas atstovas gali egzistuoti kaip pirminė, antrinė, tretinė arba ketvirtinė struktūra.
Paprasčiausias ir tiesiausias iš jų yra pagrindinis. Tai tiesiog viena su kita sujungtų aminorūgščių sekų serija.
Antrinė konformacija turi sudėtingesnę struktūrą, nes bendra b altymo makrograndinė pradeda suktis spirale, sudarydama spiralę. Dvi gretimos makrostruktūros yra laikomos šalia viena kitos dėl kovalentinės ir vandenilio sąveikos tarp jų atomų grupių. Atskirkite antrinės b altymų struktūros alfa ir beta spiralę.
Tretinė struktūra yra viena b altymo makromolekulė (polipeptidinė grandinė), susukta į rutulį. Labai sudėtingas sąveikos tinklas šioje rutulėje leidžia jai būti gana stabiliai ir išlaikyti savo formą.
Ketvirtinė konformacija – kelios polipeptidinės grandinės, susuktos ir susuktosį ritę, kurios tuo pačiu metu taip pat sudaro daugybę įvairių tipų jungčių tarpusavyje. Sudėtingiausia rutulinė struktūra.
B altymų molekulių funkcijos
- Transportas. Jį atlieka b altyminės ląstelės, sudarančios plazmos membraną. Jie sudaro jonų kanalus, per kuriuos gali praeiti tam tikros molekulės. Be to, daugelis b altymų yra pirmuonių ir bakterijų judėjimo organelių dalis, todėl jie tiesiogiai dalyvauja jų judėjime.
- Šios molekulės labai aktyviai atlieka energetinę funkciją. Vienas gramas b altymų metabolizmo procese sudaro 17,6 kJ energijos. Todėl gyviems organizmams gyvybiškai svarbu vartoti augalinius ir gyvūninius produktus, kuriuose yra šių junginių.
- Statybos funkcija – tai b altymų molekulių dalyvavimas kuriant daugumą ląstelių struktūrų, pačių ląstelių, audinių, organų ir pan. Beveik bet kuri ląstelė iš esmės yra sudaryta iš šių molekulių (formuojant b altymų junginius dalyvauja citoplazmos citoskeletas, plazminė membrana, ribosoma, mitochondrijos ir kitos struktūros).
- Katalizinę funkciją atlieka fermentai, kurie pagal savo cheminę prigimtį yra ne kas kita, kaip b altymai. Be fermentų dauguma biocheminių reakcijų organizme būtų neįmanomos, nes jie yra gyvų sistemų biologiniai katalizatoriai.
- Receptorių (taip pat signalizacijos) funkcija padeda ląstelėms naršyti ir tinkamai reaguoti į bet kokius aplinkos pokyčius, pvz.mechaniniai ir cheminiai.
Jei panagrinėsime b altymus nuodugniau, galime pabrėžti keletą antrinių funkcijų. Tačiau išvardyti yra pagrindiniai.
Nukleinorūgštys
Tokie biopolimerai yra svarbi kiekvienos ląstelės dalis, nesvarbu, ar tai prokariotinė, ar eukariotinė. Iš tiesų, nukleorūgštys apima DNR (dezoksiribonukleino rūgšties) ir RNR (ribonukleorūgšties) molekules, kurių kiekviena yra labai svarbi gyvų būtybių grandis.
Pagal savo cheminę prigimtį DNR ir RNR yra nukleotidų sekos, sujungtos vandeniliniais ryšiais ir fosfatiniais tilteliais. DNR sudaro nukleotidai, tokie kaip:
- adeninas;
- timinas;
- guaninas;
- citozinas;
- 5 anglies cukraus dezoksiribozė.
RNR skiriasi tuo, kad timinas pakeičiamas uracilu, o cukrus - riboze.
Dėl ypatingos struktūrinės DNR molekulės gali atlikti daugybę gyvybiškai svarbių funkcijų. RNR taip pat vaidina svarbų vaidmenį ląstelėje.
Tokių rūgščių funkcijos
Nukleino rūgštys yra biopolimerai, atsakingi už šias funkcijas:
- DNR yra genetinės informacijos saugykla ir perdavėja gyvų organizmų ląstelėse. Prokariotuose ši molekulė pasiskirsto citoplazmoje. Eukariotų ląstelėje jis yra branduolio viduje, atskirtas kariolema.
- Dvigrandė DNR molekulė yra padalinta į skyrius – genus, sudarančius chromosomos struktūrą. Kiekvieno genaibūtybės sudaro specialų genetinį kodą, kuriame yra užšifruoti visi organizmo požymiai.
- RNR yra trijų tipų – šabloninė, ribosominė ir transportinė. Ribosoma dalyvauja b altymų molekulių sintezėje ir surinkime atitinkamose struktūrose. Matricos ir transporto perdavimo informacija nuskaitoma iš DNR ir iššifruojama jos biologinė reikšmė.
Polisacharidai
Šie junginiai daugiausia yra augaliniai polimerai, tai yra, jie randami būtent floros atstovų ląstelėse. Jų ląstelių sienelėje, kurioje yra celiuliozės, ypač daug polisacharidų.
Pagal savo cheminę prigimtį polisacharidai yra sudėtingos angliavandenių makromolekulės. Jos gali būti linijinės, sluoksniuotos, susietos konformacijos. Monomerai yra paprasti penkių, dažniau šešių anglies cukrų – ribozė, gliukozė, fruktozė. Jie turi didelę reikšmę gyvoms būtybėms, nes yra ląstelių dalis, yra atsarginė augalų maistinė medžiaga, jie suskaidomi išskiriant daug energijos.
Įvairių atstovų reikšmė
Biologiniai polimerai, tokie kaip krakmolas, celiuliozė, inulinas, glikogenas, chitinas ir kiti, yra labai svarbūs. Jie yra svarbūs gyvų organizmų energijos š altiniai.
Taigi, celiuliozė yra esminis augalų, kai kurių bakterijų, ląstelių sienelės komponentas. Suteikia jėgos, tam tikros formos. Pramonėje žmogus naudojamas popieriui, vertingam acetatiniam pluoštui gauti.
Krakmolas yra atsarginė augalų maistinė medžiaga,kuris taip pat yra vertingas maisto produktas žmonėms ir gyvūnams.
Glikogenas arba gyvuliniai riebalai yra atsarginė maistinė medžiaga gyvūnams ir žmonėms. Atlieka šilumos izoliacijos, energijos š altinio, mechaninės apsaugos funkcijas.
Mišrūs biopolimerai gyvose būtybėse
Be tų, kuriuos svarstėme, yra įvairių stambiamolekulinių junginių derinių. Tokie biopolimerai yra sudėtingos mišrios b altymų ir lipidų (lipoproteinų) arba polisacharidų ir b altymų (glikoproteinų) struktūros. Taip pat galimas lipidų ir polisacharidų (lipopolisacharidų) derinys.
Kiekvienas iš šių biopolimerų turi daugybę veislių, kurios atlieka daugybę svarbių gyvų būtybių funkcijų: transportavimo, signalizacijos, receptorių, reguliavimo, fermentų, statybų ir daugelio kitų. Jų struktūra chemiškai labai sudėtinga ir toli gražu ne visiems atstovams iššifruojama, todėl funkcijos nėra iki galo apibrėžtos. Šiandien žinomos tik labiausiai paplitusios, tačiau didelė dalis lieka už žmogaus žinių ribų.