生命の4つの高分子は何ですか？

生物学、または非公式には生命そのものは、さまざまな重要な機能を果たすために何億年にもわたって進化してきたエレガントな高分子によって特徴付けられます。 これらは多くの場合、炭水化物（または多糖類）、脂質、タンパク質、および核酸の4つの基本的なタイプに分類されます。 栄養のバックグラウンドがある場合は、これらの最初の3つを、栄養情報ラベルに記載されている3つの標準的な主要栄養素（またはダイエット用語では「マクロ」）として認識します。 4つ目は、すべての生物の遺伝情報の保存と翻訳の基礎として機能する2つの密接に関連する分子に関するものです。

これらの4つの生命高分子、つまり生体分子はそれぞれ、さまざまな役割を果たします。 ご想像のとおり、それらのさまざまな役割は、さまざまな物理コンポーネントと配置に絶妙に関連しています。

A 高分子 は非常に大きな分子であり、通常、 モノマー、「ビルディングブロック」要素を犠牲にすることなく、より単純な構成要素に還元することはできません。 「マクロ」接頭辞を取得するために分子がどれだけ大きくなければならないかについての標準的な定義はありませんが、一般に、少なくとも数千の原子があります。 あなたはほぼ確実に、非自然界でこの種の構造を見てきました。 たとえば、多くの種類の壁紙は、デザインが精巧で全体的に物理的に拡張性がありますが、隣接するサブユニットで構成されており、多くの場合、サイズは1平方フィート未満です。 さらに明らかなことに、鎖は、個々のリンクが「モノマー」である高分子と見なすことができます。

生体高分子についての重要なポイントは、脂質を除いて、それらの モノマー単位は極性があり、分散されていない電荷を持っていることを意味します 対称的に。 概略的には、それらは異なる物理的および化学的特性を持つ「ヘッド」と「テール」を持っています。 モノマーは互いに頭から尾まで結合するため、高分子自体も極性があります。

また、すべての生体分子には大量の炭素元素が含まれています。 「炭素ベースの生命」と呼ばれる地球上の生命（言い換えれば、私たちが確実に知っている唯一の生命）を聞いたことがあるかもしれませんが、それには正当な理由があります。 しかし、窒素、酸素、水素、リンは生物にも不可欠であり、他の多くの元素が混合されています。

「炭水化物」という言葉を見たり聞いたりすると、最初に思い浮かぶのは「食品」であり、より具体的には「多くの人が意図している食品の何か」であることはほぼ確実です。 「低炭水化物」と「無炭水化物」はどちらも21世紀初頭に減量の流行語になり、「カーボローディング」という用語は、 1970年代。 しかし実際には、炭水化物は生物の単なるエネルギー源ではありません。

炭水化物分子はすべて式（CH₂O）_n、ここで、nは存在する炭素原子の数です。 これは、C：H：O比が1：2：1であることを意味します。 たとえば、単糖のグルコース、フルクトース、ガラクトースはすべて式Cを持ちます。₆H₁₂O₆ （もちろん、これら3つの分子の原子は異なって配置されています）。

炭水化物は、単糖類、二糖類、多糖類に分類されます。 単糖は炭水化物のモノマー単位ですが、グルコース、フルクトース、ガラクトースなど、一部の炭水化物は1つのモノマーのみで構成されています。 通常、これらの単糖は、六角形として図式的に描かれているリング状で最も安定しています。

二糖は、2つの単量体単位を持つ糖、または単糖のペアです。 これらのサブユニットは同じである可能性があります（2つの結合したグルコース分子で構成されるマルトースの場合と同様）または 異なる（1つのグルコース分子と1つのフルクトースからなるショ糖またはテーブルシュガーのように 分子。 単糖間の結合はグリコシド結合と呼ばれます。

多糖類には、3つ以上の単糖類が含まれています。 これらの鎖が長いほど、それらは分岐を持っている可能性が高くなります。つまり、端から端まで単糖の線であるだけではありません。 多糖類の例には、デンプン、グリコーゲン、セルロース、キチンが含まれます。

でんぷんはらせん状またはらせん状に形成される傾向があります。 これは一般に高分子量の生体分子で一般的です。 対照的に、セルロースは線形であり、一定の間隔で炭素原子間に水素結合が散在しているグルコースモノマーの長鎖で構成されています。 セルロースは植物細胞の成分であり、それらに剛性を与えます。 人間はセルロースを消化することができず、食事療法では通常「繊維」と呼ばれます。 キチンは 昆虫、クモ、 カニ。 キチンは、十分な窒素原子と「混ぜ合わされている」ため、修飾された炭水化物です。 グリコーゲンは体の炭水化物の貯蔵形態です。 グリコーゲンの沈着物は肝臓と筋肉組織の両方に見られます。 これらの組織における酵素の適応のおかげで、訓練を受けたアスリートは、高いエネルギー需要と栄養習慣の結果として、座りがちな人々よりも多くのグリコーゲンを貯蔵することができます。

炭水化物と同様に、タンパク質はいわゆる主要栄養素として機能するため、ほとんどの人の日常の語彙の一部です。 しかし、タンパク質は炭水化物よりもはるかに用途が広く、非常に用途が広いです。 実際、タンパク質がなければ、これらの分子を合成（および消化）するために必要な酵素はそれ自体がタンパク質であるため、炭水化物や脂質はありません。

タンパク質のモノマーはアミノ酸です。 これらには、カルボン酸（-COOH）基とアミノ（-NH）が含まれます。₂）グループ。 アミノ酸が互いに結合するとき、それは一方のアミノ酸のカルボン酸基ともう一方のアミノ酸基の間の水素結合を介して、水分子（H₂O）プロセス中にリリースされました。 成長するアミノ酸の鎖はポリペプチドであり、十分に長く、立体的な形をしていると、本格的なタンパク質になります。 炭水化物とは異なり、タンパク質は決して枝を示しません。 それらは、アミノ基に結合したカルボキシル基の単なる鎖です。 この鎖には始まりと終わりがなければならないので、一方の端には遊離アミノ基があり、N末端と呼ばれ、もう一方の端には遊離アミノ基があり、C末端と呼ばれます。 20個のアミノ酸があり、これらは任意の順序で配置できるため、分岐が発生しなくてもタンパク質の組成は非常に多様です。

タンパク質には、いわゆる一次、二次、三次、四次構造があります。 一次構造とは、タンパク質中のアミノ酸の配列を指し、遺伝的に決定されます。 二次構造とは、チェーンの曲がりやねじれを指し、通常は繰り返し行われます。 いくつかのコンフォメーションには、アルファヘリックスとベータプリーツシートが含まれ、異なるアミノ酸の側鎖間の弱い水素結合に起因します。 三次構造は、3次元空間でのタンパク質のねじれとカールであり、とりわけ、ジスルフィド結合（硫黄から硫黄）および水素結合が関与する可能性があります。 最後に、四次構造とは、同じ高分子内の複数のポリペプチド鎖を指します。 これはコラーゲンで起こります。コラーゲンは、ロープのようにねじられて巻かれた3本の鎖で構成されています。

タンパク質は、体内の生化学反応を触媒する酵素として機能することができます。 インスリンや成長ホルモンなどのホルモンとして; 構造要素として; そして細胞膜の構成要素として。

脂質は高分子の多様なセットですが、それらはすべて疎水性であるという特徴を共有しています。 つまり、水に溶けません。 これは、脂質が電気的に中性であるため非極性であるのに対し、水は極性分子であるためです。 脂質には、トリグリセリド（油脂）、リン脂質、カロテノイド、ステロイド、ワックスが含まれます。 それらは主に細胞膜の形成と安定性に関与し、ホルモンの一部を形成し、貯蔵燃料として使用されます。 脂質の一種である脂肪は、前述の炭水化物とタンパク質を含む3番目の種類の主要栄養素です。 それらのいわゆる脂肪酸の酸化を介して、炭水化物と脂肪の両方によって供給されるグラムあたり4カロリーとは対照的に、グラムあたり9カロリーを供給します。

脂質はポリマーではないため、さまざまな形で提供されます。 炭水化物と同様に、それらは炭素、水素、酸素で構成されています。 トリグリセリドは、3つの炭素のアルコールであるグリセロールの分子に結合した3つの脂肪酸で構成されています。 これらの脂肪酸側鎖は長くて単純な炭化水素です。 これらの鎖は二重結合を持つことができ、もしそうなら、それは脂肪酸を作ります 不飽和. そのような二重結合が1つしかない場合、脂肪酸は モノ不飽和. 2つ以上ある場合は 多価不飽和. これらのさまざまな種類の脂肪酸は、血管壁に影響を与えるため、さまざまな人々の健康にさまざまな影響を及ぼします。 二重結合を持たない飽和脂肪は、室温で固体であり、通常は動物性脂肪です。 これらは動脈プラークを引き起こす傾向があり、心臓病の一因となる可能性があります。 脂肪酸は化学的に操作することができ、植物油などの不飽和脂肪は、マーガリンのように固体で室温での使用に便利なように飽和させることができます。

リン脂質は、一端に疎水性脂質、他端に親水性リン酸塩を持ち、細胞膜の重要な成分です。 これらの膜はリン脂質二重層で構成されています。 疎水性である2つの脂質部分は細胞の外側と内側に面し、リン酸の親水性の尾は二重層の中央で出会う。

他の脂質には、ホルモンおよびホルモン前駆体（コレステロールなど）として機能し、一連の特徴的な環構造を含むステロイドが含まれます。 蜜蝋とラノリンを含むワックス。

核酸には、デオキシリボ核酸（DNA）とリボ核酸（RNA）が含まれます。 どちらもモノマー単位がポリマーであるため、これらは構造的に非常に似ています。 ヌクレオチド. ヌクレオチドは、ペントース糖基、リン酸基、および窒素塩基基で構成されています。 DNAとRNAの両方で、これらの塩基は4つのタイプのいずれかになります。 それ以外の場合、RNAのヌクレオチドと同様に、DNAのすべてのヌクレオチドは同一です。

DNAとRNAは主に3つの点で異なります。 1つは、DNAではペントース糖がデオキシリボースであり、RNAではリボースであるということです。 これらの糖は、正確に1つの酸素原子が異なります。 2つ目の違いは、DNAは通常二本鎖であり、1950年代にワトソンとクリックのチームによって発見された二本鎖を形成しますが、RNAは一本鎖です。 3つ目は、DNAには核酸塩基のアデニン（A）、シトシン（C）、グアニン（G）、チミン（T）が含まれていますが、RNAではチミンの代わりにウラシル（U）が使用されています。

DNAは遺伝情報を保存します。 ヌクレオチドの長さは構成します 遺伝子、特定のタンパク質を製造するための、窒素塩基配列を介した情報が含まれています。 たくさんの遺伝子が構成しています 染色体、 生物の染色体（人間は23対）の合計は ゲノム. DNAは転写の過程でメッセンジャーRNA（mRNA）と呼ばれるRNAの形を作るために使用されます。 これにより、コード化された情報がわずかに異なる方法で保存され、DNAが存在する細胞核から細胞質またはマトリックスに移動します。 ここで、他のタイプのRNAが翻訳のプロセスを開始します。このプロセスでは、タンパク質が作成され、細胞全体にディスパッチされます。