Ποια είναι τα τέσσερα μακρομόρια της ζωής;

Η βιολογία - ή ανεπίσημα, η ίδια η ζωή - χαρακτηρίζεται από κομψά μακρομόρια που έχουν εξελιχθεί σε εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια για να εξυπηρετήσουν μια σειρά κρίσιμων λειτουργιών. Αυτά συχνά κατηγοριοποιούνται σε τέσσερις βασικούς τύπους: υδατάνθρακες (ή πολυσακχαρίτες), λιπίδια, πρωτεΐνες και νουκλεϊκά οξέα. Εάν έχετε κάποιο υπόβαθρο στη διατροφή, θα αναγνωρίσετε τα πρώτα τρία από αυτά ως τα τρία τυπικά μακροθρεπτικά συστατικά (ή "μακροεντολές", στη διατροφή) που αναφέρονται στις ετικέτες διατροφικών πληροφοριών. Το τέταρτο αφορά δύο στενά συνδεδεμένα μόρια που χρησιμεύουν ως βάση για την αποθήκευση και τη μετάφραση γενετικών πληροφοριών σε όλα τα έμβια όντα.

Κάθε ένα από αυτά τα τέσσερα μακρομόρια ζωής, ή βιομόρια, εκτελεί μια ποικιλία καθηκόντων. Όπως θα περίμενε κανείς, οι διαφορετικοί ρόλοι τους σχετίζονται άψογα με τα διάφορα φυσικά συστατικά και τις ρυθμίσεις τους.

ΕΝΑ μακρομόριο είναι ένα πολύ μεγάλο μόριο, που συνήθως αποτελείται από επαναλαμβανόμενες υπομονάδες που ονομάζονται

Ένα σημαντικό σημείο για τα βιολογικά μακρομόρια είναι ότι, με εξαίρεση τα λιπίδια, αυτά οι μονομερείς μονάδες είναι πολικές, που σημαίνει ότι έχουν ηλεκτρικό φορτίο που δεν κατανέμεται συμμετρικώς. Σχηματικά, έχουν "κεφαλές" και "ουρές" με διαφορετικές φυσικές και χημικές ιδιότητες. Επειδή τα μονομερή συνδέονται μεταξύ τους, τα μακρομόρια είναι επίσης πολικά.

Επίσης, όλα τα βιομόρια έχουν υψηλές ποσότητες του στοιχείου άνθρακα. Ίσως έχετε ακούσει το είδος της ζωής στη Γη (με άλλα λόγια, το μόνο είδος που γνωρίζουμε σίγουρα υπάρχει οπουδήποτε) αναφέρεται ως "ζωή με βάση τον άνθρακα" και με βάσιμο λόγο. Αλλά και το άζωτο, το οξυγόνο, το υδρογόνο και ο φώσφορος είναι απαραίτητα και για τα έμβια όντα, και μια σειρά από άλλα στοιχεία βρίσκονται στο μείγμα σε μικρότερους βαθμούς.

Είναι σχεδόν βέβαιο ότι όταν βλέπετε ή ακούτε τη λέξη "υδατάνθρακες", το πρώτο πράγμα που σκέφτεστε είναι "φαγητό", και ίσως πιο συγκεκριμένα, "κάτι στο φαγητό που πολλοί άνθρωποι προτίθενται να ξεφορτωθούν. "" Lo-carb "και" no-carb "και οι δύο έγιναν λέξεις-κλειδιά απώλειας βάρους στις αρχές του 21ου αιώνα, και ο όρος" carbo-loading "υπήρχε γύρω από την κοινότητα αντοχής-αθλητισμού 1970. Στην πραγματικότητα, οι υδατάνθρακες είναι κάτι πολύ περισσότερο από μια πηγή ενέργειας για τα έμβια όντα.

Όλα τα μόρια υδατανθράκων έχουν τον τύπο (CH₂Ο)_ν, όπου n είναι ο αριθμός των ατόμων άνθρακα. Αυτό σημαίνει ότι η αναλογία C: H: O είναι 1: 2: 1. Για παράδειγμα, τα απλά σάκχαρα γλυκόζη, φρουκτόζη και γαλακτόζη έχουν όλα τον τύπο Γ₆Η₁₂Ο₆ (τα άτομα αυτών των τριών μορίων, φυσικά, είναι διατεταγμένα διαφορετικά).

Οι υδατάνθρακες ταξινομούνται ως μονοσακχαρίτες, δισακχαρίτες και πολυσακχαρίτες. Ένας μονοσακχαρίτης είναι η μονομερή μονάδα υδατανθράκων, αλλά ορισμένοι υδατάνθρακες αποτελούνται από ένα μόνο μονομερές, όπως γλυκόζη, φρουκτόζη και γαλακτόζη. Συνήθως, αυτοί οι μονοσακχαρίτες είναι πιο σταθεροί σε μορφή δακτυλίου, ο οποίος απεικονίζεται διαγραμματικά ως εξάγωνο.

Οι δισακχαρίτες είναι σάκχαρα με δύο μονομερείς μονάδες ή ένα ζεύγος μονοσακχαριτών. Αυτές οι υπομονάδες μπορεί να είναι ίδιες (όπως στη μαλτόζη, η οποία αποτελείται από δύο ενωμένα μόρια γλυκόζης) ή διαφορετικό (όπως στη σακχαρόζη, ή επιτραπέζιο σάκχαρο, το οποίο αποτελείται από ένα μόριο γλυκόζης και μία φρουκτόζη μόριο. Οι δεσμοί μεταξύ μονοσακχαριτών ονομάζονται γλυκοσιδικοί δεσμοί.

Οι πολυσακχαρίτες περιέχουν τρεις ή περισσότερους μονοσακχαρίτες. Όσο μακρύτερες είναι αυτές οι αλυσίδες, τόσο πιθανότερο είναι να έχουν κλαδιά, δηλαδή να μην είναι απλώς μια γραμμή μονοσακχαριτών από άκρο σε άκρο. Παραδείγματα πολυσακχαριτών περιλαμβάνουν άμυλο, γλυκογόνο, κυτταρίνη και χιτίνη.

Το άμυλο τείνει να σχηματίζεται σε έλικα ή σπειροειδές σχήμα. Αυτό είναι κοινό σε βιομόρια υψηλού μοριακού βάρους γενικά. Η κυτταρίνη, σε αντίθεση, είναι γραμμική, αποτελούμενη από μια μακρά αλυσίδα μονομερών γλυκόζης με δεσμούς υδρογόνου διασκορπισμένους μεταξύ ατόμων άνθρακα σε τακτά χρονικά διαστήματα. Η κυτταρίνη είναι ένα συστατικό των φυτικών κυττάρων και τους δίνει την ακαμψία τους. Οι άνθρωποι δεν μπορούν να αφομοιώσουν την κυτταρίνη, και στη διατροφή αναφέρεται συνήθως ως «ίνα». Το Chitin είναι άλλος δομικός υδατάνθρακας, που βρίσκεται στα εξωτερικά σώματα των αρθρόποδων, όπως έντομα, αράχνες και καβούρια. Η χιτίνη είναι ένας τροποποιημένος υδατάνθρακας, καθώς "νοθεύεται" με άφθονα άτομα αζώτου. Το γλυκογόνο είναι η μορφή αποθήκευσης υδατανθράκων του σώματος. αποθέσεις γλυκογόνου βρίσκονται τόσο στο συκώτι όσο και στον μυϊκό ιστό. Χάρη στις ενζυματικές προσαρμογές σε αυτούς τους ιστούς, οι εκπαιδευμένοι αθλητές είναι σε θέση να αποθηκεύουν περισσότερο γλυκογόνο από τους καθιστικούς ανθρώπους ως αποτέλεσμα των υψηλών ενεργειακών αναγκών και των διατροφικών πρακτικών τους.

Όπως οι υδατάνθρακες, οι πρωτεΐνες αποτελούν μέρος του καθημερινού λεξιλογίου των περισσότερων ανθρώπων, επειδή χρησιμεύουν ως το λεγόμενο μακροθρεπτικό συστατικό. Αλλά οι πρωτεΐνες είναι απίστευτα ευπροσάρμοστες, πολύ περισσότερο από τους υδατάνθρακες. Στην πραγματικότητα, χωρίς πρωτεΐνες, δεν θα υπήρχαν υδατάνθρακες ή λιπίδια επειδή τα ένζυμα που απαιτούνται για τη σύνθεση (καθώς και την πέψη) αυτά τα μόρια είναι τα ίδια πρωτεΐνες.

Τα μονομερή των πρωτεϊνών είναι αμινοξέα. Αυτά περιλαμβάνουν μια ομάδα καρβοξυλικού οξέος (-COOH) και ένα αμινο (-ΝΗ₂) ομάδα. Όταν τα αμινοξέα ενώνουν το ένα το άλλο, είναι μέσω δεσμού υδρογόνου μεταξύ της ομάδας καρβοξυλικού οξέος σε ένα από τα αμινοξέα και της αμινομάδας του άλλου, με ένα μόριο νερού (H₂Ο) κυκλοφόρησε κατά τη διαδικασία. Μια αναπτυσσόμενη αλυσίδα αμινοξέων είναι ένα πολυπεπτίδιο και όταν είναι αρκετά μακρύ και παίρνει το τρισδιάστατο σχήμα του, είναι μια πλήρης πρωτεΐνη. Σε αντίθεση με τους υδατάνθρακες, οι πρωτεΐνες δεν παρουσιάζουν ποτέ κλάδους. είναι απλώς μια αλυσίδα καρβοξυλομάδων που συνδέονται με αμινομάδες. Επειδή αυτή η αλυσίδα πρέπει να έχει αρχή και τέλος, το ένα άκρο έχει ελεύθερη αμινομάδα και ονομάζεται Ν-τερματικό, ενώ το άλλο έχει ελεύθερη αμινομάδα και ονομάζεται Ο-τερματικό. Επειδή υπάρχουν 20 αμινοξέα, και αυτά μπορούν να τακτοποιηθούν με οποιαδήποτε σειρά, η σύνθεση των πρωτεϊνών είναι εξαιρετικά ποικίλη παρόλο που δεν συμβαίνει διακλάδωση.

Οι πρωτεΐνες έχουν τη λεγόμενη πρωτογενή, δευτερογενή, τριτογενή και τεταρτοταγή δομή. Η πρωτογενής δομή αναφέρεται στην αλληλουχία αμινοξέων στην πρωτεΐνη και προσδιορίζεται γενετικά. Η δευτερεύουσα δομή αναφέρεται σε κάμψη ή στρίψιμο στην αλυσίδα, συνήθως με επαναλαμβανόμενο τρόπο. Μερικές διαμορφώσεις περιλαμβάνουν ένα άλφα-έλικα και ένα βήτα πτυχωτό φύλλο, και προκύπτουν από αδύναμους δεσμούς υδρογόνου μεταξύ πλευρικών αλυσίδων διαφορετικών αμινοξέων. Η τριτογενής δομή είναι η συστροφή και κατσάρωμα της πρωτεΐνης σε τρισδιάστατο χώρο και μπορεί να περιλαμβάνει δεσμούς δισουλφιδίου (θείο προς θείο) και δεσμούς υδρογόνου, μεταξύ άλλων. Τέλος, η τεταρτοταγής δομή αναφέρεται σε περισσότερες από μία αλυσίδες πολυπεπτιδίων στο ίδιο μακρομόριο. Αυτό συμβαίνει στο κολλαγόνο, το οποίο αποτελείται από τρεις αλυσίδες στριμμένες και κουλουριασμένες μαζί σαν σχοινί.

Οι πρωτεΐνες μπορούν να χρησιμεύσουν ως ένζυμα, τα οποία καταλύουν τις βιοχημικές αντιδράσεις στο σώμα. ως ορμόνες, όπως η ινσουλίνη και η αυξητική ορμόνη. ως δομικά στοιχεία · και ως συστατικά κυτταρικής μεμβράνης.

Τα λιπίδια είναι ένα διαφορετικό σύνολο μακρομορίων, αλλά όλα μοιράζονται το χαρακτηριστικό του να είναι υδρόφοβο. δηλαδή, δεν διαλύονται στο νερό. Αυτό συμβαίνει επειδή τα λιπίδια είναι ηλεκτρικά ουδέτερα και επομένως μη πολικά, ενώ το νερό είναι ένα πολικό μόριο. Τα λιπίδια περιλαμβάνουν τριγλυκερίδια (λίπη και έλαια), φωσφολιπίδια, καροτενοειδή, στεροειδή και κεριά. Συμμετέχουν κυρίως στο σχηματισμό και τη σταθερότητα της μεμβράνης των κυττάρων, σχηματίζουν τμήματα ορμονών και χρησιμοποιούνται ως αποθηκευμένο καύσιμο. Τα λίπη, ένας τύπος λιπιδίου, είναι ο τρίτος τύπος μακροθρεπτικών συστατικών, με υδατάνθρακες και πρωτεΐνες που συζητήθηκαν προηγουμένως. Μέσω της οξείδωσης των λεγόμενων λιπαρών οξέων τους, παρέχουν 9 θερμίδες ανά γραμμάριο σε αντίθεση με τις 4 θερμίδες ανά γραμμάριο που παρέχονται τόσο από υδατάνθρακες όσο και από λίπη.

Τα λιπίδια δεν είναι πολυμερή, επομένως έρχονται σε διάφορες μορφές. Όπως οι υδατάνθρακες, αποτελούνται από άνθρακα, υδρογόνο και οξυγόνο. Τα τριγλυκερίδια αποτελούνται από τρία λιπαρά οξέα συνδεδεμένα με ένα μόριο γλυκερόλης, μια αλκοόλη τριών-άνθρακα. Αυτές οι πλευρικές αλυσίδες λιπαρών οξέων είναι μακρές, απλοί υδρογονάνθρακες. Αυτές οι αλυσίδες μπορούν να έχουν διπλούς δεσμούς, και αν το κάνουν, αυτό κάνει το λιπαρό οξύ ακόρεστα. Εάν υπάρχει μόνο ένας τέτοιος διπλός δεσμός, το λιπαρό οξύ είναι μονοακόρεστα. Εάν υπάρχουν δύο ή περισσότερα, είναι πολυακόρεστα. Αυτοί οι διαφορετικοί τύποι λιπαρών οξέων έχουν διαφορετικές επιπτώσεις στην υγεία για διαφορετικούς ανθρώπους λόγω των επιδράσεών τους στα τοιχώματα των αιμοφόρων αγγείων. Τα κορεσμένα λίπη, τα οποία δεν έχουν διπλούς δεσμούς, είναι στερεά σε θερμοκρασία δωματίου και συνήθως είναι ζωικά λίπη. Αυτά τείνουν να προκαλούν αρτηριακές πλάκες και μπορεί να συμβάλλουν σε καρδιακές παθήσεις. Τα λιπαρά οξέα μπορούν να υποστούν χημική επεξεργασία και τα ακόρεστα λίπη όπως τα φυτικά έλαια μπορούν να γίνουν κορεσμένα έτσι ώστε να είναι στερεά και βολικά στη χρήση σε θερμοκρασία δωματίου, όπως η μαργαρίνη.

Τα φωσφολιπίδια, τα οποία έχουν ένα υδρόφοβο λιπίδιο στο ένα άκρο και ένα υδρόφιλο φωσφορικό στο άλλο, είναι ένα σημαντικό συστατικό των κυτταρικών μεμβρανών. Αυτές οι μεμβράνες αποτελούνται από μια διπλοστιβάδα φωσφολιπιδίου. Τα δύο τμήματα λιπιδίων, που είναι υδρόφοβα, βλέπουν προς το εξωτερικό και το εσωτερικό του κυττάρου, ενώ οι υδρόφιλες ουρές φωσφορικών συναντώνται στο κέντρο της διπλής στιβάδας.

Άλλα λιπίδια περιλαμβάνουν στεροειδή, τα οποία χρησιμεύουν ως ορμόνες και πρόδρομοι ορμονών (π.χ. χοληστερόλη) και περιέχουν μια σειρά διακριτικών δομών δακτυλίου. και κεριά, τα οποία περιλαμβάνουν κερί μέλισσας και λανολίνη.

Τα νουκλεϊκά οξέα περιλαμβάνουν δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA) και ριβονουκλεϊκό οξύ (RNA). Αυτά είναι πολύ παρόμοια δομικά καθώς και τα δύο είναι πολυμερή στα οποία είναι οι μονομερείς μονάδες νουκλεοτίδια. Τα νουκλεοτίδια αποτελούνται από μια ομάδα σακχάρου πεντόζης, μια φωσφορική ομάδα και μια ομάδα αζώτου βάσης. Και στο DNA και στο RNA, αυτές οι βάσεις μπορούν να είναι ένας από τους τέσσερις τύπους. Διαφορετικά, όλα τα νουκλεοτίδια του DNA είναι πανομοιότυπα, όπως και αυτά του RNA.

Το DNA και το RNA διαφέρουν με τρεις βασικούς τρόπους. Το ένα είναι ότι στο DNA, το σάκχαρο της πεντόζης είναι δεοξυριβόζη και στο RNA είναι ριβόζη. Αυτά τα σάκχαρα διαφέρουν από ακριβώς ένα άτομο οξυγόνου. Η δεύτερη διαφορά είναι ότι το DNA είναι συνήθως διπλόκλωνο, σχηματίζοντας τη διπλή έλικα που ανακαλύφθηκε στη δεκαετία του 1950 από την ομάδα των Watson και Crick, αλλά το RNA είναι μονόκλωνο. Το τρίτο είναι ότι το DNA περιέχει τις αζωτούχες βάσεις αδενίνη (Α), κυτοσίνη (C), γουανίνη (G) και θυμίνη (Τ), αλλά το RNA έχει υποκατασταθεί η ουρακίλη (U) για τη θυμίνη.

Το DNA αποθηκεύει κληρονομικές πληροφορίες. Τα μήκη των νουκλεοτιδίων συνθέτουν γονίδια, που περιέχουν τις πληροφορίες, μέσω των αζωτούχων βασικών αλληλουχιών, για την παραγωγή συγκεκριμένων πρωτεϊνών. Πολλά γονίδια συνθέτουν χρωμοσώματα, και το άθροισμα των χρωμοσωμάτων ενός οργανισμού (οι άνθρωποι έχουν 23 ζεύγη) είναι το γονιδίωμα. Το DNA χρησιμοποιείται στη διαδικασία μεταγραφής για να δημιουργήσει μια μορφή RNA που ονομάζεται messenger RNA (mRNA). Αυτό αποθηκεύει τις κωδικοποιημένες πληροφορίες με ελαφρώς διαφορετικό τρόπο και τις μεταφέρει έξω από τον πυρήνα του κυττάρου όπου βρίσκεται το DNA και μέσα στο κυτταρόπλασμα κυττάρων ή στη μήτρα. Εδώ, άλλοι τύποι RNA ξεκινούν τη διαδικασία μετάφρασης, στην οποία οι πρωτεΐνες παρασκευάζονται και αποστέλλονται σε όλο το κύτταρο.