რა არის ცხოვრების ოთხი მაკრომოლეკულა?

ბიოლოგია - ან არაფორმალურად, თვით სიცოცხლე - ხასიათდება ელეგანტური მაკრომოლეკულებით, რომლებიც განვითარდა ასობით მილიონი წლის განმავლობაში და ემსახურებოდა მთელი რიგი კრიტიკული ფუნქციების. ეს ხშირად იყოფა ოთხ ძირითად ტიპად: ნახშირწყლები (ან პოლისაქარიდები), ლიპიდები, ცილები და ნუკლეინის მჟავები. თუ კვების რაციონის საფუძველი გაქვთ, პირველ სამ მათგანს აღიარებთ, როგორც კვების სტანდარტულ ეტიკეტზე ჩამოთვლილი სამი სტანდარტული მაკროელემენტი (ან "მაკრო", დიეტის ენაზე). მეოთხე ეხება ორ მჭიდროდ დაკავშირებულ მოლეკულას, რომლებიც საფუძვლად უდევს ყველა ცოცხალ არსებაში გენეტიკური ინფორმაციის შენახვასა და თარგმნას.

ცხოვრების ამ ოთხი მაკრომოლეკულადან თითოეული, ან ბიომოლეკულა, ასრულებს მრავალფეროვან მოვალეობას; როგორც მოელით, მათი განსხვავებული როლები დახვეწილ კავშირშია მათ სხვადასხვა ფიზიკურ კომპონენტებთან და სტრუქტურებთან.

ა მაკრომოლეკულა არის ძალიან დიდი მოლეკულა, რომელიც ჩვეულებრივ შედგება განმეორებითი ქვედანაყოფებისგან, რომელსაც ეწოდება მონომერები, რომელიც არ შეიძლება შემცირდეს უფრო მარტივ შემადგენელ ელემენტამდე, ”შენობის ბლოკის” ელემენტს არ შეეწიროს. მიუხედავად იმისა, რომ არ არსებობს სტანდარტული განმარტება, თუ რამდენად დიდი უნდა იყოს მოლეკულა, რომ "მაკრო" პრეფიქსი მიიღოთ, მათ ზოგადად აქვთ, მინიმუმ, ათასობით ატომი. თქვენ თითქმის ნამდვილად გინახავთ ასეთი სახის მშენებლობა არაბუნებრივ სამყაროში; მაგალითად, მრავალი სახის ფონი, მიუხედავად იმისა, რომ დიზაინის დახვეწაა და მთლიანობაში ფიზიკურად ფართოა, შედგება მომიჯნავე ქვედანაყოფებისგან, რომლებიც ხშირად კვადრატულ ფუტზე ნაკლებია ან ზომით. კიდევ უფრო აშკარაა, რომ ჯაჭვი შეიძლება ჩაითვალოს მაკრომოლეკულად, რომელშიც ცალკეული რგოლები არიან "მონომერები".

ბიოლოგიური მაკრომოლეკულების შესახებ მნიშვნელოვანი საკითხია ის, რომ ლიპიდების გარდა, მათი მონომერული ერთეულები პოლარულია, ანუ მათ აქვთ ელექტრული მუხტი, რომელიც არ ნაწილდება სიმეტრიულად. სქემატურად, მათ აქვთ "თავები" და "კუდები", განსხვავებული ფიზიკური და ქიმიური თვისებებით. იმის გამო, რომ მონომერები ერთმანეთთან უერთდებიან ერთმანეთს, მაკრომოლეკულებიც პოლარულია.

ასევე, ყველა ბიომოლეკულას აქვს ნახშირბადის ელემენტის დიდი რაოდენობა. თქვენ შეიძლება გსმენიათ დედამიწაზე ცხოვრების ისეთი სახეობა (სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ერთადერთი, რაც ჩვენთვის ცნობილია, რომ გარკვეულწილად არსებობს), რომელსაც უწოდებენ "ნახშირბადზე დაფუძნებულ სიცოცხლეს" და ამას საფუძვლიანი მიზეზი აქვს. აზოტი, ჟანგბადი, წყალბადის და ფოსფორის შეუცვლელია ცოცხალი არსებები, და უამრავი სხვა ელემენტები შერეულია ნაკლები გრადუსით.

თითქმის დარწმუნებულია, რომ როდესაც ხედავთ ან ისმენთ სიტყვას "ნახშირწყლები", პირველ რიგში ფიქრობთ "საკვებს" და, შესაძლოა, უფრო კონკრეტულად, "საკვებს ბევრი ადამიანი აპირებს თავიდან აცილება. "" Lo-carb "და" no-carb "ორივე გახდა წონის დაკარგვა buzzwords 21-ე საუკუნის დასაწყისში, და ტერმინი" ნახშირბადის დატვირთვის "არსებობს გარშემო გამძლეობა სპორტული საზოგადოების შემდეგ 1970-იანი წლები. სინამდვილეში, ნახშირწყლები გაცილებით მეტია, ვიდრე უბრალოდ ცოცხალი არსებების ენერგიის წყარო.

ნახშირწყლების მოლეკულებს აქვთ ფორმულა (CH₂ო)_ნ, სადაც n არის ნახშირბადის ატომების რაოდენობა. ეს ნიშნავს, რომ C: H: O თანაფარდობა არის 1: 2: 1. მაგალითად, გლუკოზას, ფრუქტოზასა და გალაქტოზას უბრალო შაქრებს აქვთ ფორმულა C₆ჰ₁₂ო₆ (ამ სამი მოლეკულის ატომები, რა თქმა უნდა, სხვაგვარად არიან განლაგებულნი).

ნახშირწყლები კლასიფიცირდება როგორც მონოსაქარიდები, დისაქარიდები და პოლისაქარიდები. მონოსაქარიდი არის ნახშირწყლების მონომერული ერთეული, მაგრამ ზოგიერთი ნახშირწყლები მხოლოდ ერთი მონომერისგან შედგება, მაგალითად, გლუკოზა, ფრუქტოზა და გალაქტოზა. ჩვეულებრივ, ეს მონოსაქარიდები ყველაზე სტაბილურია რგოლის ფორმაში, რომელიც დიაგრამაზე გამოსახულია, როგორც ექვსკუთხედი.

დისაქარიდები არის შაქრები ორი მონომერული ერთეულით, ან წყვილი მონოსაქარიდები. ეს ქვედანაყოფები შეიძლება იყოს იგივე (როგორც მალტოზაში, რომელიც შედგება ორი შეერთებული გლუკოზის მოლეკულისგან) ან განსხვავებული (როგორც საქაროზა, ან სუფრის შაქარი, რომელიც შედგება ერთი გლუკოზის მოლეკულისგან და ერთი ფრუქტოზასგან) მოლეკულა. მონოსაქარიდებს შორის ობლიგაციებს გლიკოზიდურ კავშირებს უწოდებენ.

პოლისაქარიდები შეიცავს სამ ან მეტ მონოსაქარიდს. რაც უფრო გრძელია ეს ჯაჭვები, მით უფრო მეტი ალბათობაა, რომ მათ ჰქონდეთ ტოტები, ანუ უბრალოდ არ იყოს მონოსაქარიდების ხაზი ბოლოდან ბოლომდე. პოლისაქარიდების მაგალითებია სახამებელი, გლიკოგენი, ცელულოზა და ქიტინი.

სახამებელი იქმნება სპირალის ან სპირალის ფორმაში; ეს ზოგადად მაღალი მოლეკულური წონის ბიომოლეკულაშია გავრცელებული. ცელულოზა, პირიქით, ხაზოვანია, შედგება გლუკოზის მონომერების გრძელი ჯაჭვისგან, წყალბადის ობლიგაციებით, ნახშირბადის ატომებს შორის რეგულარული ინტერვალებით. ცელულოზა მცენარეული უჯრედების კომპონენტია და მათ სიმკვრივეს ანიჭებს. ადამიანს არ შეუძლია ცელულოზის მონელება და დიეტაში მას ჩვეულებრივ "ბოჭკოს" უწოდებენ. ჩიტინი არის სხვა სტრუქტურული ნახშირწყლები, რომლებიც გვხვდება ფეხსახსრიანების გარე სხეულებში, როგორიცაა მწერები, ობობები და კიბორჩხალები. ქიტინი არის მოდიფიცირებული ნახშირწყლები, რადგან იგი "გაყალბებულია" აზოტის საკმარისი ატომებით. გლიკოგენი არის ორგანიზმის ნახშირწყლების შენახვის ფორმა; გლიკოგენის დეპოზიტები გვხვდება როგორც ღვიძლში, ასევე კუნთოვან ქსოვილებში. ამ ქსოვილებში ფერმენტების ადაპტაციის წყალობით, გაწვრთნილ სპორტსმენებს შეუძლიათ მეტი გლიკოგენის შენახვა, ვიდრე მჯდომარე ადამიანები, მათი მაღალი ენერგეტიკული მოთხოვნილებების და კვების პრაქტიკის შედეგად.

ნახშირწყლების მსგავსად, ცილებიც უმეტესობა ადამიანების ყოველდღიური ლექსიკის ნაწილია, რადგან ისინი ემსახურებიან როგორც ე.წ მაკროელემენტები. მაგრამ ცილები წარმოუდგენლად მრავალფეროვანია, ბევრად უფრო მეტი ვიდრე ნახშირწყლები. სინამდვილეში, ცილების გარეშე, ნახშირწყლები და ლიპიდები არ იარსებებს, რადგან ამ მოლეკულების სინთეზირებისთვის საჭირო ფერმენტები (ისევე, როგორც საჭმლის მონელება), თავად ცილებია.

ცილების მონომერები ამინომჟავებია. ეს მოიცავს კარბოქსილის მჟავას (-COOH) ჯგუფს და ამინოს (-NH)₂) ჯგუფი. როდესაც ამინომჟავები უერთდება ერთმანეთს, ეს ხდება წყალბადის კავშირის მეშვეობით ერთ – ერთ ამინომჟავას კარბოქსილის მჟავას ჯგუფთან და მეორის ამინო ჯგუფთან, წყლის მოლეკულასთან (H₂ო) პროცესში გამოშვებული. ამინომჟავების მზარდი ჯაჭვი წარმოადგენს პოლიპეპტიდს და როდესაც ის საკმარისად გრძელია და სამგანზომილებიან ფორმას იღებს, იგი სრულფასოვანი ცილაა. ნახშირწყლებისგან განსხვავებით, ცილებს არასოდეს აქვთ ტოტები; ისინი მხოლოდ კარბოქსილის ჯგუფების ჯაჭვია, რომლებიც შეუერთდნენ ამინო ჯგუფებს. იმის გამო, რომ ამ ჯაჭვს უნდა ჰქონდეს დასაწყისი და დასასრული, ერთ ბოლოს აქვს უფასო ამინო ჯგუფი და ეწოდება N- ტერმინალი, ხოლო მეორეს აქვს უფასო ამინო ჯგუფი და ეწოდება C ტერმინალი. იმის გამო, რომ არსებობს 20 ამინომჟავა და მათი დალაგება შესაძლებელია ნებისმიერი წესრიგით, ცილების შემადგენლობა ძალზე მრავალფეროვანია, მიუხედავად იმისა, რომ ტოტი არ ხდება.

ცილებს აქვთ პირველადი, საშუალო, მესამეული და მეოთხეული სტრუქტურა. პირველადი სტრუქტურა გულისხმობს ამინომჟავების თანმიმდევრობას ცილაში და ის გენეტიკურად განისაზღვრება. მეორადი სტრუქტურა გულისხმობს ჯაჭვში მოხრას ან კრუნჩხვას, როგორც წესი, განმეორებადი გზით. ზოგიერთ ფორმატში შედის ალფა-სპირალი და ბეტა-პლეიტირებული ფურცელი და წარმოიქმნება სუსტი წყალბადის ბმულები სხვადასხვა ამინომჟავების გვერდით ჯაჭვებს შორის. მესამეული სტრუქტურა არის ცილის დახვევა და დახვევა სამგანზომილებიან სივრცეში და სხვათა შორის შეიძლება მოიცავდეს დისულფიდურ კავშირებს (გოგირდი გოგირდისგან) და წყალბადის კავშირებს. დაბოლოს, მეოთხეული სტრუქტურა გულისხმობს ერთზე მეტ პოლიპეპტიდურ ჯაჭვს იმავე მაკრომოლეკულაში. ეს ხდება კოლაგენში, რომელიც შედგება სამი ჯაჭვისგან, რომლებიც გადატრიალებულია და თოკივით არის გახვეული.

ცილები შეიძლება ემსახურებოდეს ფერმენტებს, რომლებიც ახდენენ ორგანიზმში ბიოქიმიური რეაქციების კატალიზაციას; როგორც ჰორმონები, მაგალითად ინსულინი და ზრდის ჰორმონი; როგორც სტრუქტურული ელემენტები; და როგორც უჯრედ-მემბრანის კომპონენტები.

ლიპიდები მაკრომოლეკულების მრავალფეროვანი ნაკრებია, მაგრამ ისინი ყველა ჰიდროფობიური ხასიათისაა; ანუ წყალში არ იხსნება. ეს იმიტომ ხდება, რომ ლიპიდები არიან ელექტრონულად ნეიტრალური და, შესაბამისად, არაპოლარული, ხოლო წყალი პოლარული მოლეკულაა. ლიპიდებში შედის ტრიგლიცერიდები (ცხიმები და ზეთები), ფოსფოლიპიდები, კაროტინოიდები, სტეროიდები და ცვილები. ისინი ძირითადად მონაწილეობენ უჯრედის მემბრანის ფორმირებასა და სტაბილურობაში, ქმნიან ჰორმონების ნაწილს და იყენებენ შენახულ საწვავად. ცხიმები, ლიპიდების ტიპი, მაკროელემენტების მესამე ტიპია, ნახშირწყლები და ცილები ადრე განიხილეს. მათი ე.წ. ცხიმოვანი მჟავების დაჟანგვის გზით, ისინი აწვდიან 9 კალორიას გრამში, განსხვავებით 4 კალორიას თითო გრამში, როგორც ნახშირწყლები და ცხიმები.

ლიპიდები არ არის პოლიმერები, ამიტომ ისინი სხვადასხვა ფორმისაა. ნახშირწყლების მსგავსად, ისინი შედგება ნახშირბადის, წყალბადის და ჟანგბადისგან. ტრიგლიცერიდები შედგება სამი ცხიმოვანი მჟავისგან, რომლებიც შეუერთდნენ გლიცერინის მოლეკულას, სამ ნახშირბადის სპირტს. ეს ცხიმოვან მჟავას გვერდითი ჯაჭვები გრძელი, მარტივი ნახშირწყალბადებია. ამ ჯაჭვებს შეიძლება ჰქონდეთ ორმაგი ბმა და თუ აქვთ, ეს ცხიმოვან მჟავას ქმნის გაჯერებული. თუ ასეთი ორმაგი ბმა მხოლოდ ერთია, ცხიმოვანი მჟავა არის მონოუჯერი. თუ ორი ან მეტია, ეს არის პოლიუჯერი. ცხიმოვანი მჟავების ამ განსხვავებულ ტიპებს სხვადასხვა გავლენა აქვთ ჯანმრთელობაზე სისხლძარღვების კედლებზე მათი გავლენის გამო. გაჯერებული ცხიმები, რომლებსაც ორმაგი ბმა არ აქვთ, ოთახის ტემპერატურაზე მყარია და, ჩვეულებრივ, ცხოველური ცხიმებია; ეს შეიძლება გამოიწვიოს არტერიული ფირფიტები და შეიძლება ხელი შეუწყოს გულის დაავადებებს. ცხიმოვანი მჟავებით შესაძლებელია ქიმიურად მანიპულირება, ხოლო უჯერი ცხიმები, როგორიცაა მცენარეული ზეთები, შეიძლება გაკეთდეს გაჯერებული ისე, რომ ისინი მყარი და მოსახერხებელი იქნას ოთახის ტემპერატურაზე, მაგალითად მარგარინი.

ფოსფოლიპიდები, რომლებსაც ერთ ბოლოში აქვთ ჰიდროფობიური ლიპიდი, ხოლო მეორეზე - ჰიდროფილური ფოსფატი, უჯრედის მემბრანის მნიშვნელოვანი კომპონენტია. ეს მემბრანა შედგება ფოსფოლიპიდური შრისგან. ორი ლიპიდური ნაწილი, ჰიდროფობიურია, უჯრედის გარედან და შინაგანად გამოიყურება, ხოლო ფოსფატის ჰიდროფილური კუდები ერთმანეთთან შედიან ორშრიანი შრის ცენტრში.

სხვა ლიპიდებში შედის სტეროიდები, რომლებიც ჰორმონების და ჰორმონების წინამორბედების როლს ასრულებენ (მაგალითად, ქოლესტერინი) და შეიცავს რიგი გამორჩეული რგოლების სტრუქტურებს; და ცვილები, რომელშიც შედის ფუტკრის ცვილი და ლანოლინი.

ნუკლეინის მჟავებში შედის დეოქსირიბონუკლეინის მჟავა (დნმ) და რიბონუკლეინის მჟავა (RNA). ეს სტრუქტურულად ძალიან ჰგავს, რადგან ორივე არის პოლიმერი, რომელშიც არის მონომერული ერთეულები ნუკლეოტიდები. ნუკლეოტიდები შედგება პენტოზის შაქრის ჯგუფისგან, ფოსფატის ჯგუფისა და აზოტოვანი ფუძის ჯგუფისაგან. როგორც დნმ – ში, ასევე რნმ – ში, ეს ფუძეები შეიძლება იყოს ოთხი ტიპიდან ერთ – ერთი; წინააღმდეგ შემთხვევაში, დნმ-ის ყველა ნუკლეოტიდი იდენტურია, ისევე როგორც RNA.

დნმ და რნმ განსხვავდება სამი ძირითადი გზით. ერთი ისაა, რომ დნმ – ში პენტოზური შაქარი დეოქსირიბოზაა, ხოლო RNA– ში ის არის რიბოზა. ეს შაქრები განსხვავდება ზუსტად ერთი ჟანგბადის ატომით. მეორე განსხვავება ისაა, რომ დნმ ჩვეულებრივ არის ორჯაჭვიანი და ქმნის ორმაგ სპირალს, რომელიც 1950-იან წლებში აღმოაჩინეს უოტსონმა და კრიკის გუნდმა, მაგრამ RNA ერთჯაჭვიანია. მესამე ის არის, რომ დნმ შეიცავს აზოტოვან ბაზებს ადენინს (A), ციტოზინს (C), გუანინს (G) და თიმინს (T), მაგრამ RNA– ს აქვს თირამინის შემცვლელი ურაცილი (U).

დნმ ინახავს მემკვიდრეობით ინფორმაციას. ნუკლეოტიდების სიგრძე შეადგენს გენები, რომლებიც შეიცავს ინფორმაციას აზოტოვანი ფუძის მიმდევრობის საშუალებით, სპეციფიკური ცილების წარმოების შესახებ. უამრავი გენი ქმნის ქრომოსომები, და ორგანიზმის ქრომოსომების ჯამი (ადამიანებს 23 წყვილი აქვთ) მისია გენომი. დნმ გამოიყენება ტრანსკრიფციის პროცესში RNA– ს ფორმის დასამზადებლად, რომელსაც უწოდებენ მესენჯერი RNA (mRNA). ეს ინახავს დაშიფრულ ინფორმაციას ოდნავ განსხვავებულად და გადააქვს იგი უჯრედის ბირთვიდან, სადაც დნმ არის და უჯრედის ციტოპლაზმაში ან მატრიქსში. აქ RNA- ს სხვა ტიპები იწყებენ თარგმნის პროცესს, რომელშიც ხდება ცილების წარმოება და გავრცელება მთელ უჯრედში.