Ett stort antal olika föreningar av olika kemisk natur lyckades syntetisera människor i laboratoriet. Men samtidigt, naturliga ämnen var, är och kommer att förbli de viktigaste och betydelsefulla för livet för alla levande system. Det vill säga de molekyler som är involverade i tusentals biokemiska reaktioner inom organismer och är ansvariga för deras normala funktion.
De allra flesta av dem tillhör gruppen som kallas "biologiska polymerer".
Allmänt koncept för biopolymerer
Först och främst bör det sägas att alla dessa föreningar är högmolekylära och har en massa som når miljontals D alton. Dessa ämnen är djur- och växtpolymerer som spelar en avgörande roll för att bygga celler och deras strukturer, och som säkerställer metabolism, fotosyntes, andning, näring och alla andra vitala funktioner hos alla levande organismer.
Det är svårt att överskatta betydelsen av sådana föreningar. Biopolymerer är naturliga ämnen av naturligt ursprung som bildas i levande organismer och är grunden för allt liv på vår planet. Vilka är de specifika kopplingarna till demtillhör?
Cellbiopolymerer
Det finns många av dem. Så de huvudsakliga biopolymererna är följande:
- proteins;
- polysackarider;
- nukleinsyror (DNA och RNA).
Förutom dem inkluderar detta också många blandade polymerer bildade av kombinationer av de som redan är listade. Till exempel lipoproteiner, lipopolysackarider, glykoproteiner och andra.
Allmänna egenskaper
Det finns flera egenskaper som är inneboende i alla betraktade molekyler. Till exempel följande allmänna egenskaper hos biopolymerer:
- hög molekylvikt på grund av bildandet av enorma makrokedjor med grenar i den kemiska strukturen;
- typer av bindningar i makromolekyler (väte, joninteraktioner, elektrostatisk attraktion, disulfidbryggor, peptidbindningar och andra);
- den strukturella enheten i varje kedja är en monomerlänk;
- stereoregelbundenhet eller dess frånvaro i kedjans struktur.
Men generellt sett har alla biopolymerer fortfarande fler skillnader i struktur och funktion än likheter.
Proteiner
Proteinmolekyler är av stor betydelse i alla levande varelsers liv. Sådana biopolymerer är grunden för all biomassa. Ja, även enligt Oparin-Haldane-teorin, härstammade livet på jorden från en koacervatdroppe, som var ett protein.
Strukturen av dessa ämnen är föremål för strikt ordning i strukturen. Varje protein består av aminosyrarester somkan kopplas till varandra i obegränsade kedjelängder. Detta sker genom bildandet av speciella bindningar - peptidbindningar. En sådan bindning bildas mellan fyra grundämnen: kol, syre, kväve och väte.
En proteinmolekyl kan innehålla många aminosyrarester, både lika och olika (flera tiotusentals eller fler). Tot alt finns det 20 varianter av aminosyror i dessa föreningar, men deras olika kombination gör att proteiner kan blomstra både kvantitativt och artmässigt.
Proteinbiopolymerer har olika rumsliga konformationer. Således kan varje representant existera som en primär, sekundär, tertiär eller kvartär struktur.
Den mest enkla och linjära av dem är den primära. Det är helt enkelt en serie aminosyrasekvenser kopplade till varandra.
Den sekundära konformationen har en mer komplex struktur, eftersom proteinets övergripande makrokedja börjar spiralforma och bildar spolar. Två intilliggande makrostrukturer hålls nära varandra på grund av kovalenta och väteinteraktioner mellan grupperna av deras atomer. Skilj mellan alfa- och beta-helixar i proteiners sekundära struktur.
Den tertiära strukturen är en enda makromolekyl (polypeptidkedja) av ett protein rullat till en boll. Ett mycket komplext nätverk av interaktioner inom denna kula gör att den är ganska stabil och håller sin form.
Kvartär konformation - några polypeptidkedjor, lindade och tvinnadetill en spole, som samtidigt också bildar flera bindningar av olika slag sinsemellan. Den mest komplexa klotformade strukturen.
Funktioner hos proteinmolekyler
- Transport. Det utförs av proteincellerna som utgör plasmamembranet. De bildar jonkanaler genom vilka vissa molekyler kan passera. Många proteiner är också en del av organellerna för rörelsen av protozoer och bakterier, därför är de direkt involverade i deras rörelse.
- Energifunktionen utförs av dessa molekyler mycket aktivt. Ett gram protein i ämnesomsättningsprocessen bildar 17,6 kJ energi. Därför är konsumtionen av växt- och djurprodukter som innehåller dessa föreningar avgörande för levande organismer.
- Byggningsfunktionen är proteinmolekylernas deltagande i konstruktionen av de flesta cellulära strukturer, själva cellerna, vävnader, organ och så vidare. Nästan alla celler är i princip byggda av dessa molekyler (cytoskelett i cytoplasman, plasmamembran, ribosom, mitokondrier och andra strukturer deltar i bildandet av proteinföreningar).
- Den katalytiska funktionen utförs av enzymer, som till sin kemiska natur inte är något annat än proteiner. Utan enzymer skulle de flesta biokemiska reaktioner i kroppen vara omöjliga, eftersom de är biologiska katalysatorer i levande system.
- Receptorfunktion (även signalerande) hjälper celler att navigera och svara korrekt på eventuella förändringar i miljön, som t.ex.mekaniska och kemiska.
Om vi överväger proteiner mer på djupet kan vi lyfta fram några fler sekundära funktioner. De som anges är dock de viktigaste.
Nukleinsyror
Sådana biopolymerer är en viktig del av varje cell, vare sig det är prokaryota eller eukaryota. Nukleinsyror inkluderar faktiskt DNA (deoxiribonukleinsyra) och RNA (ribonukleinsyra) molekyler, som var och en är en mycket viktig länk för levande varelser.
DNA och RNA är genom sin kemiska natur sekvenser av nukleotider sammankopplade med vätebindningar och fosfatbryggor. DNA består av nukleotider som:
- adenine;
- tymin;
- guanine;
- cytosine;
- 5-kolsocker deoxiribos.
RNA är annorlunda genom att tymin ersätts med uracil och socker med ribos.
På grund av den speciella strukturella organisationen kan DNA-molekyler utföra ett antal vitala funktioner. RNA spelar också en stor roll i cellen.
Funktioner av sådana syror
Nukleinsyror är biopolymerer som ansvarar för följande funktioner:
- DNA är lagret och sändaren av genetisk information i cellerna hos levande organismer. I prokaryoter är denna molekyl fördelad i cytoplasman. I en eukaryot cell är den belägen inuti kärnan, åtskild av ett karyolemma.
- Dubbelsträngad DNA-molekyl är uppdelad i sektioner - gener som utgör strukturen av kromosomen. Allas genervarelser bildar en speciell genetisk kod där alla tecken på organismen är krypterade.
- RNA är av tre typer - mall, ribosomal och transport. Ribosomal deltar i syntesen och sammansättningen av proteinmolekyler på motsvarande strukturer. Matris- och transportöverföringsinformation läses från DNA och dechiffrerar dess biologiska betydelse.
Polysackarider
Dessa föreningar är övervägande växtpolymerer, det vill säga de finns just i cellerna hos representanter för floran. Deras cellvägg, som innehåller cellulosa, är särskilt rik på polysackarider.
Polysackarider är genom sin kemiska natur komplexa kolhydratmakromolekyler. De kan vara linjära, skiktade, tvärbundna konformationer. Monomerer är enkla sockerarter med fem, oftare sex kol - ribos, glukos, fruktos. De är av stor betydelse för levande varelser, eftersom de är en del av cellerna, de är ett reservnäringsämne för växter, de bryts ner med frigörandet av en stor mängd energi.
Betydelsen av olika representanter
Biologiska polymerer som stärkelse, cellulosa, inulin, glykogen, kitin och andra är mycket viktiga. De är de viktiga energikällorna i levande organismer.
Så, cellulosa är en viktig komponent i cellväggen hos växter, vissa bakterier. Ger styrka, en viss form. Inom industrin används människan för att få papper, värdefulla acetatfibrer.
Stärkelse är ett reservväxtnäringsämne,som också är en värdefull livsmedelsprodukt för människor och djur.
Glykogen, eller animaliskt fett, är ett reservnäringsämne för djur och människor. Utför funktionerna värmeisolering, energikälla, mekaniskt skydd.
Blandade biopolymerer i levande varelser
Utöver de som vi har övervägt, finns det olika kombinationer av makromolekylära föreningar. Sådana biopolymerer är komplexa blandade strukturer av proteiner och lipider (lipoproteiner) eller polysackarider och proteiner (glykoproteiner). En kombination av lipider och polysackarider (lipopolysackarider) är också möjlig.
Var och en av dessa biopolymerer har många varianter som utför ett antal viktiga funktioner i levande varelser: transport, signalering, receptor, regulatorisk, enzym, byggnad och många andra. Deras struktur är kemiskt mycket komplex och långt ifrån dechiffrerad för alla representanter, därför är funktionerna inte helt definierade. Idag är bara de vanligaste kända, men en betydande del finns kvar utanför gränserna för mänsklig kunskap.