Et stort antal forskellige forbindelser af forskellig kemisk art formåede at syntetisere mennesker i laboratoriet. Men alle de samme naturlige stoffer var, er og vil forblive de vigtigste og mest betydningsfulde for alle levende systemers liv. Det vil sige de molekyler, der er involveret i tusindvis af biokemiske reaktioner i organismer og er ansvarlige for deres normale funktion.
Langt de fleste af dem tilhører gruppen kaldet "biologiske polymerer".
Generelt koncept for biopolymerer
Først og fremmest skal det siges, at alle disse forbindelser er højmolekylære og har en masse, der når millioner af D alton. Disse stoffer er dyre- og plantepolymerer, der spiller en afgørende rolle i opbygningen af celler og deres strukturer og sikrer metabolisme, fotosyntese, respiration, ernæring og alle andre vitale funktioner i enhver levende organisme.
Det er svært at overvurdere betydningen af sådanne forbindelser. Biopolymerer er naturlige stoffer af naturlig oprindelse, der dannes i levende organismer og er grundlaget for alt liv på vores planet. Hvad er de specifikke forbindelser til demhører til?
Cellebiopolymerer
Der er mange af dem. Så de vigtigste biopolymerer er som følger:
- proteiner;
- polysaccharider;
- nukleinsyrer (DNA og RNA).
Ud over dem omfatter dette også mange blandede polymerer dannet af kombinationer af dem, der allerede er anført. For eksempel lipoproteiner, lipopolysaccharider, glykoproteiner og andre.
Generelle egenskaber
Der er flere egenskaber, der er iboende i alle betragtede molekyler. For eksempel følgende generelle egenskaber ved biopolymerer:
- stor molekylvægt på grund af dannelsen af enorme makrokæder med forgreninger i den kemiske struktur;
- typer af bindinger i makromolekyler (hydrogen, ioniske interaktioner, elektrostatisk tiltrækning, disulfidbroer, peptidbindinger og andre);
- den strukturelle enhed i hver kæde er et monomert led;
- stereoregularitet eller dets fravær i kædens struktur.
Men generelt har alle biopolymerer stadig flere forskelle i struktur og funktion end ligheder.
Proteiner
Proteinmolekyler er af stor betydning i ethvert levende væsens liv. Sådanne biopolymerer er grundlaget for al biomasse. Faktisk, selv ifølge Oparin-Haldane-teorien, stammede livet på Jorden fra en coacervat-dråbe, som var et protein.
Strukturen af disse stoffer er underlagt streng orden i strukturen. Hvert protein består af aminosyrerester, deri stand til at forbinde til hinanden i ubegrænsede kædelængder. Dette sker gennem dannelsen af specielle bindinger - peptidbindinger. En sådan binding dannes mellem fire grundstoffer: kulstof, oxygen, nitrogen og brint.
Et proteinmolekyle kan indeholde mange aminosyrerester, både ens og forskellige (flere titusinder eller mere). I alt findes der 20 varianter af aminosyrer i disse forbindelser. Men deres forskelligartede kombination gør det muligt for proteiner at blomstre både kvantitativt og artsmæssigt.
Proteinbiopolymerer har forskellige rumlige konformationer. Hver repræsentant kan således eksistere som en primær, sekundær, tertiær eller kvaternær struktur.
Den mest enkle og lineære af dem er den primære. Det er simpelthen en række aminosyresekvenser forbundet med hinanden.
Den sekundære konformation har en mere kompleks struktur, da proteinets overordnede makrokæde begynder at spiralere og danne spoler. To tilstødende makrostrukturer holdes i nærheden af hinanden på grund af kovalente og hydrogen-interaktioner mellem grupperne af deres atomer. Skelne mellem alfa- og beta-helixer i proteiners sekundære struktur.
Den tertiære struktur er et enkelt makromolekyle (polypeptidkæde) af et protein rullet til en kugle. Et meget komplekst netværk af interaktioner inden for denne kugle gør, at den er ret stabil og holder sin form.
Kvartær konformation - nogle få polypeptidkæder, snoet og snoettil en spole, som samtidig også danner flere bindinger af forskellige typer indbyrdes. Den mest komplekse kugleformede struktur.
Funktioner af proteinmolekyler
- Transport. Det udføres af proteincellerne, der udgør plasmamembranen. De danner ionkanaler, hvorigennem visse molekyler er i stand til at passere. Mange proteiner er også en del af organellerne i bevægelsen af protozoer og bakterier, derfor er de direkte involveret i deres bevægelse.
- Energifunktionen udføres af disse molekyler meget aktivt. Et gram protein i metabolismeprocessen danner 17,6 kJ energi. Derfor er forbruget af plante- og animalske produkter, der indeholder disse forbindelser, afgørende for levende organismer.
- Bygningsfunktionen er proteinmolekylers deltagelse i konstruktionen af de fleste cellulære strukturer, selve cellerne, væv, organer og så videre. Næsten enhver celle er dybest set bygget af disse molekyler (cytoskelettet i cytoplasmaet, plasmamembranen, ribosom, mitokondrier og andre strukturer deltager i dannelsen af proteinforbindelser).
- Den katalytiske funktion udføres af enzymer, som i kraft af deres kemiske natur ikke er andet end proteiner. Uden enzymer ville de fleste biokemiske reaktioner i kroppen være umulige, da de er biologiske katalysatorer i levende systemer.
- Receptor (også signalerings) funktion hjælper celler med at navigere og reagere korrekt på ændringer i miljøet, som f.eks.mekanisk og kemisk.
Hvis vi overvejer proteiner mere i dybden, kan vi fremhæve nogle mere sekundære funktioner. De anførte er dog de vigtigste.
Nukleinsyrer
Sådanne biopolymerer er en vigtig del af hver celle, det være sig prokaryot eller eukaryot. Faktisk inkluderer nukleinsyrer DNA (deoxyribonukleinsyre) og RNA (ribonukleinsyre) molekyler, som hver især er et meget vigtigt led for levende væsener.
DNA og RNA er i kraft af deres kemiske natur sekvenser af nukleotider forbundet med hydrogenbindinger og fosfatbroer. DNA er sammensat af nukleotider såsom:
- adenine;
- thymin;
- guanine;
- cytosin;
- 5-carbon sukker deoxyribose.
RNA er anderledes ved, at thymin er erstattet af uracil og sukker med ribose.
På grund af den særlige strukturelle organisering af DNA er molekyler i stand til at udføre en række vitale funktioner. RNA spiller også en stor rolle i cellen.
Funktioner af sådanne syrer
Nukleinsyrer er biopolymerer, der er ansvarlige for følgende funktioner:
- DNA er lagret og transmitteren af genetisk information i cellerne i levende organismer. I prokaryoter er dette molekyle fordelt i cytoplasmaet. I en eukaryot celle er den placeret inde i kernen, adskilt af et karyolemma.
- Dobbeltstrenget DNA-molekyle er opdelt i sektioner - gener, der udgør strukturen af kromosomet. Alles generskabninger danner en særlig genetisk kode, hvori alle tegn på organismen er krypteret.
- RNA er af tre typer - skabelon, ribosomal og transport. Ribosomal deltager i syntesen og samlingen af proteinmolekyler på de tilsvarende strukturer. Matrix- og transportoverførselsinformation læst fra DNA og dechifrerer dens biologiske betydning.
Polysakkarider
Disse forbindelser er overvejende plantepolymerer, det vil sige, de findes netop i cellerne hos repræsentanter for floraen. Deres cellevæg, som indeholder cellulose, er særligt rig på polysaccharider.
Ved deres kemiske natur er polysaccharider komplekse kulhydratmakromolekyler. De kan være lineære, lagdelte, tværbundne konformationer. Monomerer er simple fem-, oftere seks-kulstofsukkere - ribose, glucose, fructose. De har stor betydning for levende væsener, da de er en del af cellerne, de er et reservenæringsstof for planter, de nedbrydes ved frigivelse af en stor mængde energi.
Betydning af forskellige repræsentanter
Biologiske polymerer såsom stivelse, cellulose, inulin, glykogen, kitin og andre er meget vigtige. De er de vigtige energikilder i levende organismer.
Så cellulose er en vigtig bestanddel af planters cellevæg, nogle bakterier. Giver styrke, en bestemt form. I industrien bruges mennesket til at opnå papir, værdifulde acetatfibre.
Stivelse er et reserve plantenæringsstof,som også er et værdifuldt fødevareprodukt til mennesker og dyr.
Glykogen, eller animalsk fedt, er et reservenæringsstof for dyr og mennesker. Udfører funktionerne termisk isolering, energikilde, mekanisk beskyttelse.
Blandede biopolymerer i levende væsener
Ud over dem, vi har overvejet, er der forskellige kombinationer af makromolekylære forbindelser. Sådanne biopolymerer er komplekse blandede strukturer af proteiner og lipider (lipoproteiner) eller polysaccharider og proteiner (glykoproteiner). En kombination af lipider og polysaccharider (lipopolysaccharider) er også mulig.
Hver af disse biopolymerer har mange varianter, der udfører en række vigtige funktioner i levende væsener: transport, signalering, receptor, regulatorisk, enzym, bygning og mange andre. Deres struktur er kemisk meget kompleks og langt fra at blive dechifreret for alle repræsentanter, derfor er funktionerne ikke fuldt definerede. I dag kendes kun de mest almindelige, men en betydelig del forbliver uden for grænserne for menneskelig viden.