Plik makrocząsteczki Są to duże cząsteczki - na ogół ponad 1000 atomów - utworzone przez połączenie bloków budulcowych lub mniejszych monomerów. W organizmach żywych znajdujemy cztery główne typy makrocząsteczek: kwasy nukleinowe, lipidy, węglowodany i białka. Istnieją również inne pochodzenia syntetycznego, takie jak tworzywa sztuczne.
Każdy typ makrocząsteczki biologicznej składa się z określonego monomeru, a mianowicie: kwasów nukleinowych przez nukleotydy, węglowodanów przez monosacharydy, białek przez aminokwasy i lipidów przez węglowodory o zmiennej długości.
Ze względu na swoją funkcję węglowodany i lipidy magazynują energię potrzebną komórce do przeprowadzania reakcji chemicznych, a także są wykorzystywane jako składniki strukturalne.
Białka pełnią również funkcje strukturalne, oprócz tego, że są cząsteczkami o zdolności katalitycznej i transportowej. Wreszcie kwasy nukleinowe przechowują informacje genetyczne i uczestniczą w syntezie białek..
Syntetyczne makrocząsteczki mają taką samą strukturę jak biologiczna: wiele monomerów połączonych ze sobą tworzy polimer. Przykładami tego są polietylen i nylon. Polimery syntetyczne są szeroko stosowane w przemyśle do produkcji tkanin, tworzyw sztucznych, izolacji itp..
Indeks artykułów
Jak sama nazwa wskazuje, jedną z wyróżniających cech makrocząsteczek jest ich duży rozmiar. Składają się z co najmniej 1000 atomów połączonych wiązaniami kowalencyjnymi. W tego typu wiązaniu atomy zaangażowane w wiązanie dzielą elektrony ostatniego poziomu.
Innym terminem używanym w odniesieniu do makrocząsteczek jest polimer ("wiele części"), które składają się z powtarzających się jednostek tzw monomery („część”). Są to jednostki strukturalne makrocząsteczek i mogą być takie same lub różne, w zależności od przypadku..
Moglibyśmy użyć analogii do dziecięcej gry Lego. Każdy z kawałków reprezentuje monomery, a kiedy łączymy je w różne struktury, otrzymujemy polimer.
Jeśli monomery są takie same, polimer jest homopolimerem; a jeśli są różne, będzie to heteropolimer.
Istnieje również nomenklatura do oznaczania polimeru w zależności od jego długości. Jeśli cząsteczka składa się z kilku podjednostek, nazywana jest oligomerem. Na przykład, gdy chcemy odnieść się do małego kwasu nukleinowego, nazywamy go oligonukleotydem..
Biorąc pod uwagę niesamowitą różnorodność makrocząsteczek, trudno jest ustalić ogólną strukturę. „Szkielet” tych cząsteczek składa się z odpowiadających im monomerów (cukrów, aminokwasów, nukleotydów itp.) I mogą one być grupowane w liniowy, rozgałęziony sposób lub przybierać bardziej złożone formy..
Jak zobaczymy później, makrocząsteczki mogą być pochodzenia biologicznego lub syntetycznego. Te pierwsze pełnią nieskończone funkcje w istotach żywych, a te drugie są szeroko stosowane w społeczeństwie - na przykład tworzywa sztuczne..
W istotach organicznych znajdujemy cztery podstawowe typy makrocząsteczek, które pełnią ogromną liczbę funkcji, umożliwiając rozwój i podtrzymywanie życia. Są to białka, węglowodany, lipidy i kwasy nukleinowe. Następnie opiszemy jego najważniejsze cechy.
Białka to makrocząsteczki, których jednostkami strukturalnymi są aminokwasy. W naturze znajdujemy 20 rodzajów aminokwasów.
Te monomery składają się z centralnego atomu węgla (zwanego węglem alfa) połączonego wiązaniami kowalencyjnymi z czterema różnymi grupami: atomem wodoru, grupą aminową (NHdwa), grupę karboksylową (COOH) i grupę R..
20 typów aminokwasów różni się od siebie jedynie tożsamością grupy R. Grupa ta jest zróżnicowana pod względem chemicznym, będąc w stanie znaleźć aminokwasy zasadowe, kwaśne, obojętne, o długich, krótkich i aromatycznych łańcuchach, pośród innych..
Reszty aminokwasów są utrzymywane razem przez wiązania peptydowe. Charakter aminokwasów będzie determinował naturę i właściwości powstałego białka..
Liniowa sekwencja aminokwasów reprezentuje pierwotną strukturę białek. Są one następnie składane i grupowane w różne wzory, tworząc struktury drugorzędowe, trzeciorzędowe i czwartorzędowe..
Białka pełnią różne funkcje. Niektóre służą jako biologiczne katalizatory i nazywane są enzymami; niektóre są białkami strukturalnymi, takimi jak keratyna obecna we włosach, paznokciach itp .; a inne pełnią funkcje transportowe, takie jak hemoglobina w naszych krwinkach czerwonych.
Drugim rodzajem polimeru, który jest częścią żywych istot, są kwasy nukleinowe. W tym przypadku jednostkami strukturalnymi nie są aminokwasy, jak w białkach, ale monomery zwane nukleotydami.
Nukleotydy składają się z grupy fosforanowej, pięciowęglowego cukru (główny składnik cząsteczki) i azotowej zasady..
Istnieją dwa rodzaje nukleotydów: rybonukleotydy i deoksyrybonukleotydy, które różnią się pod względem cukru rdzenia. Te pierwsze są składnikami strukturalnymi kwasu rybonukleinowego lub RNA, a drugie są składnikami kwasu dezoksyrybonukleinowego lub DNA..
W obu cząsteczkach nukleotydy są utrzymywane razem przez wiązanie fosfodiestrowe - odpowiednik wiązania peptydowego, które utrzymuje razem białka..
Strukturalne składniki DNA i RNA są podobne i różnią się budową, ponieważ RNA występuje w postaci pojedynczego prążka, a DNA w podwójnym..
RNA i DNA to dwa rodzaje kwasów nukleinowych, które znajdujemy w żywych organizmach. RNA to wielofunkcyjna, dynamiczna cząsteczka, która występuje w różnych konformacjach strukturalnych i uczestniczy w syntezie białek oraz w regulacji ekspresji genów..
DNA jest makrocząsteczką odpowiedzialną za przechowywanie całej informacji genetycznej organizmu, niezbędnej do jego rozwoju. Wszystkie nasze komórki (z wyjątkiem dojrzałych krwinek czerwonych) mają materiał genetyczny przechowywany w swoim jądrze w bardzo zwarty i zorganizowany sposób..
Węglowodany, znane również jako węglowodany lub po prostu jako cukry, to makrocząsteczki zbudowane z bloków zwanych cukrami prostymi (dosłownie „cukier”)..
Wzór cząsteczkowy węglowodanów to (CHdwaLUB)n. Wartość n może wahać się od 3, w przypadku najprostszego cukru, do tysięcy w najbardziej złożonych węglowodanach, przy czym długość jest dość zmienna.
Monomery te mają zdolność do wzajemnej polimeryzacji poprzez reakcję obejmującą dwie grupy hydroksylowe, w wyniku której powstaje wiązanie kowalencyjne zwane wiązaniem glikozydowym..
To wiązanie utrzymuje razem monomery węglowodanowe w taki sam sposób, w jaki wiązania peptydowe i wiązania fosfodiestrowe utrzymują odpowiednio białka i kwasy nukleinowe..
Jednak wiązania peptydowe i fosfodiestrowe występują w określonych obszarach ich składowych monomerów, podczas gdy wiązania glikozydowe można tworzyć z dowolną grupą hydroksylową..
Jak wspomnieliśmy w poprzedniej sekcji, małe makrocząsteczki są oznaczone przedrostkiem oligo. W przypadku małych węglowodanów używa się określenia oligosacharydy, jeśli są to tylko dwa połączone monomery to jest to disacharyd, a jeśli są większe, to polisacharydy.
Cukry są podstawowymi makrocząsteczkami niezbędnymi do życia, ponieważ spełniają funkcje energetyczne i strukturalne. Dostarczają one energii chemicznej niezbędnej do napędzania znacznej liczby reakcji wewnątrz komórek i są wykorzystywane jako „paliwo” dla istot żywych..
Inne węglowodany, takie jak glikogen, służą do magazynowania energii, aby komórka mogła z niej czerpać, gdy jest to konieczne.
Mają również funkcje strukturalne: są częścią innych cząsteczek, takich jak kwasy nukleinowe, ściany komórkowe niektórych organizmów i egzoszkielety owadów..
Na przykład u roślin i niektórych protistów znajdujemy złożony węglowodan zwany celulozą, składający się wyłącznie z jednostek glukozy. Ta cząsteczka jest niezwykle bogata w ziemię, ponieważ występuje w ścianach komórkowych tych organizmów i innych strukturach nośnych..
„Lipid” to termin obejmujący dużą liczbę cząsteczek niepolarnych lub hydrofobowych (z fobia lub hydrofobowość) utworzone z łańcuchów węglowych. W przeciwieństwie do trzech wymienionych cząsteczek, białek, kwasów nukleinowych i węglowodanów, nie ma monomeru punktowego dla lipidów.
Ze strukturalnego punktu widzenia lipid może prezentować się na wiele sposobów. Ponieważ są utworzone z węglowodorów (C-H), wiązania nie są częściowo naładowane, więc nie są rozpuszczalne w rozpuszczalnikach polarnych, takich jak woda. Można je jednak rozpuścić w innych typach rozpuszczalników niepolarnych, takich jak benzen..
Kwas tłuszczowy składa się ze wspomnianych łańcuchów węglowodorowych i grupy karboksylowej (COOH) jako grupy funkcyjnej. Ogólnie kwas tłuszczowy zawiera od 12 do 20 atomów węgla.
Łańcuchy kwasów tłuszczowych mogą być nasycone, gdy wszystkie atomy węgla są połączone ze sobą pojedynczymi wiązaniami, lub nienasycone, gdy w strukturze występuje więcej niż jedno wiązanie podwójne. Jeśli zawiera wiele wiązań podwójnych, jest kwasem wielonienasyconym.
W komórce są trzy rodzaje lipidów: steroidy, tłuszcze i fosfolipidy. Sterydy charakteryzują się masywną czteropierścieniową strukturą. Cholesterol jest najlepiej znanym i ważnym składnikiem błon, ponieważ kontroluje ich płynność.
Tłuszcze składają się z trzech kwasów tłuszczowych połączonych wiązaniem estrowym z cząsteczką zwaną glicerolem..
Wreszcie fosfolipidy składają się z cząsteczki glicerolu przyłączonej do grupy fosforanowej i dwóch łańcuchów kwasów tłuszczowych lub izoprenoidów..
Podobnie jak węglowodany, lipidy działają również jako źródło energii dla komórki i jako składniki niektórych struktur.
Lipidy pełnią podstawową funkcję dla wszystkich żywych form: są podstawowym składnikiem błony komórkowej. Tworzą one kluczową granicę między żywym a nieożywionym, służąc jako selektywna bariera decydująca o tym, co wchodzi, a co nie wchodzi do komórki, dzięki jej właściwości półprzepuszczalnej..
Oprócz lipidów błony składają się również z różnych białek, które działają jako selektywne transportery..
Niektóre hormony (np. Seksualne) mają charakter lipidowy i są niezbędne do rozwoju organizmu.
W układach biologicznych makrocząsteczki są transportowane między wnętrzem a zewnętrzem komórek w procesach zwanych endo i egzocytozą (obejmujących tworzenie pęcherzyków) lub przez transport aktywny.
Endocytoza obejmuje wszystkie mechanizmy wykorzystywane przez komórkę do wejścia dużych cząstek i jest klasyfikowana jako: fagocytoza, gdy pierwiastkiem do połknięcia jest cząstka stała; pinocytoza, gdy dostanie się płyn zewnątrzkomórkowy; i endocytoza, w której pośredniczą receptory.
Większość połkniętych w ten sposób cząsteczek trafia do organelli odpowiedzialnych za trawienie: lizosomu. Inne trafiają do fagosomów - które mają właściwości fuzji z lizosomami i tworzą strukturę zwaną fagolizosomami..
W ten sposób bateria enzymatyczna obecna w lizosomie ostatecznie degraduje makrocząsteczki, które weszły na początku. Monomery, które je utworzyły (monosacharydy, nukleotydy, aminokwasy) są transportowane z powrotem do cytoplazmy, gdzie są wykorzystywane do tworzenia nowych makrocząsteczek.
W jelicie znajdują się komórki, które mają specyficzne transportery do wchłaniania każdej makrocząsteczki, która była spożywana w pożywieniu. Na przykład transportery PEP1 i PEP2 są używane w przypadku białek, a SGLT w przypadku glukozy..
W makrocząsteczkach syntetycznych znajdujemy również ten sam wzór strukturalny, jaki opisano dla makrocząsteczek pochodzenia biologicznego: monomery lub małe podjednostki, które są połączone wiązaniami, tworząc polimer..
Istnieją różne rodzaje polimerów syntetycznych, z których najprostszy to polietylen. Jest to obojętny plastik o wzorze chemicznym CHdwa-CHdwa (połączone podwójnym wiązaniem) dość powszechne w branży, ponieważ jest tani i łatwy w produkcji.
Jak widać, struktura tego tworzywa jest liniowa i nie posiada żadnych rozgałęzień..
Poliuretan to kolejny polimer szeroko stosowany w przemyśle do produkcji pianek i izolatorów. Gąbkę z tego materiału na pewno będziemy mieć w naszych kuchniach. Materiał ten otrzymywany jest przez kondensację zasad hydroksylowych zmieszanych z pierwiastkami zwanymi diizocyjanianami..
Istnieją inne syntetyczne polimery o większej złożoności, takie jak nylon (lub nylon). Wśród jego właściwości jest bardzo wytrzymały, ze znaczną elastycznością. Przemysł tekstylny wykorzystuje te cechy do produkcji tkanin, włosia, żyłek itp. Jest również używany przez lekarzy do wykonywania szwów.
Jeszcze bez komentarzy