생물학 또는 비공식적으로 생명 자체는 수억 년에 걸쳐 다양한 중요한 기능을 수행하기 위해 진화해온 우아한 거대 분자가 특징입니다. 이들은 종종 탄수화물 (또는 다당류), 지질, 단백질 및 핵산의 네 가지 기본 유형으로 분류됩니다. 영양학에 대한 배경 지식이 있다면이 중 처음 세 가지를 영양 정보 라벨에 나열된 세 가지 표준 다량 영양소 (또는 다이어트 용어로 "매크로")로 인식 할 것입니다. 네 번째는 모든 생명체에서 유전 정보의 저장과 번역을위한 기초 역할을하는 두 개의 밀접하게 관련된 분자와 관련이 있습니다.
이 네 가지 거대 분자 또는 생체 분자는 각각 다양한 임무를 수행합니다. 예상 할 수 있듯이 다양한 역할은 다양한 물리적 구성 요소 및 배열과 절묘하게 관련되어 있습니다.
거대 분자
ㅏ 거대 분자 일반적으로 반복되는 하위 단위로 구성된 매우 큰 분자입니다. 단량체, "빌딩 블록"요소를 희생하지 않고는 더 단순한 구성 요소로 축소 할 수 없습니다. "매크로"접두사를 얻기 위해 분자가 얼마나 커야하는지에 대한 표준 정의는 없지만 일반적으로 최소한 수천 개의 원자를 가지고 있습니다. 당신은 비 자연적인 세계에서 이런 종류의 구조를 거의 확실히 보았습니다. 예를 들어, 많은 종류의 벽지는 디자인이 정교하고 전체적으로 물리적으로 확장되지만 크기가 1 평방 피트 이하인 인접한 하위 단위로 구성됩니다. 더욱 명백하게, 사슬은 개별 연결이 "단량체"인 거대 분자로 간주 될 수 있습니다.
생물학적 거대 분자에 대한 중요한 점은 지질을 제외하고는 모노머 단위는 극성입니다. 즉, 분산되지 않은 전하가 있습니다. 대칭으로. 도식적으로, 그들은 서로 다른 물리적 및 화학적 속성을 가진 "머리"와 "꼬리"를 가지고 있습니다. 모노머가 서로 앞뒤로 연결되기 때문에 거대 분자 자체도 극성입니다.
또한 모든 생체 분자는 다량의 원소 탄소를 가지고 있습니다. 당신은 "탄소 기반 생명체"라고 불리는 지구상의 생명체 (즉, 우리가 아는 유일한 생명체가 어디에나 존재한다는 것을 알고 있음)를 들어 보셨을 것입니다. 그러나 질소, 산소, 수소 및 인은 생명체에도 없어서는 안될 필수 요소이며 다른 많은 요소가 혼합되어 있습니다.
탄수화물
"탄수화물"이라는 단어를 보거나들을 때 가장 먼저 생각하는 것이 "음식"이고 더 구체적으로는 "많은 사람들이 관심을 갖고있는 음식의 어떤 것"이라는 것은 거의 확실합니다. "Lo-carb"과 "no-carb"는 모두 21 세기 초반에 체중 감량 유행어가되었으며, "carbo-loading"이라는 용어는 이후 지구력 스포츠 커뮤니티에서 사용되었습니다. 1970 년대. 그러나 사실 탄수화물은 단순한 생명체의 에너지 원 이상입니다.
탄수화물 분자는 모두 공식 (CH2영형)엔, 여기서 n은 존재하는 탄소 원자의 수입니다. 이것은 C: H: O 비율이 1: 2: 1임을 의미합니다. 예를 들어, 단당 포도당, 과당 및 갈락토스는 모두 공식 C를 갖습니다.6H12영형6 (물론이 세 분자의 원자는 다르게 배열되어 있습니다).
탄수화물은 단당류, 이당류 및 다당류로 분류됩니다. 단당류는 탄수화물의 단량체 단위이지만 일부 탄수화물은 포도당, 과당 및 갈락토스와 같은 단 하나의 단량체로만 구성됩니다. 일반적으로 이러한 단당류는 육각형으로 다이어그램으로 표시되는 고리 형태에서 가장 안정적입니다.
이당류는 2 개의 단량체 단위 또는 한 쌍의 단당류를 가진 당입니다. 이 서브 유닛은 같을 수 있습니다 (두 개의 결합 된 포도당 분자로 구성된 말 토스에서와 같이) 또는 다름 (1 개의 포도당 분자와 1 개의 과당으로 구성된 자당 또는 테이블 설탕에서와 같이) 분자. 단당류 사이의 결합을 글리코 시드 결합이라고합니다.
다당류는 3 개 이상의 단당류를 포함합니다. 이 사슬이 길수록 가지를 가질 가능성이 높아집니다. 즉, 단순히 끝에서 끝까지 단당류의 한 줄이 아닙니다. 다당류의 예로는 전분, 글리코겐, 셀룰로오스 및 키틴이 있습니다.
전분은 나선 또는 나선형으로 형성되는 경향이 있습니다. 이것은 일반적으로 고 분자량 생체 분자에서 일반적입니다. 대조적으로 셀룰로오스는 선형이며, 일정한 간격으로 탄소 원자 사이에 산재 된 수소 결합을 가진 포도당 단량체의 긴 사슬로 구성됩니다. 셀룰로오스는 식물 세포의 구성 요소이며 강성을 부여합니다. 인간은 셀룰로오스를 소화 할 수 없으며, 식이 요법에서는 일반적으로 "섬유"라고합니다. 키틴은 곤충, 거미 및 곤충과 같은 절지 동물의 외부에서 발견되는 또 다른 구조적 탄수화물 게. 키틴은 충분한 질소 원자로 "불순 화"되어 있기 때문에 변형 된 탄수화물입니다. 글리코겐은 신체의 탄수화물 저장 형태입니다. 글리코겐 침전물은 간과 근육 조직 모두에서 발견됩니다. 이러한 조직의 효소 적응 덕분에 훈련 된 운동 선수는 높은 에너지 요구와 영양 관행의 결과로 앉아있는 사람들보다 더 많은 글리코겐을 저장할 수 있습니다.
단백질
탄수화물과 마찬가지로 단백질은 소위 다량 영양소 역할을하기 때문에 대부분의 사람들이 일상적으로 사용하는 어휘의 일부입니다. 그러나 단백질은 탄수화물보다 훨씬 더 다양합니다. 사실, 단백질이 없으면 탄수화물이나 지질이 없을 것입니다. 왜냐하면 이러한 분자를 합성 (소화하는 것)하는 데 필요한 효소가 그 자체가 단백질이기 때문입니다.
단백질의 단량체는 아미노산입니다. 여기에는 카르 복실 산 (-COOH) 기와 아미노 (-NH2) 그룹. 아미노산이 서로 결합하면 한 아미노산의 카르복시산 그룹과 다른 아미노산의 아미노 그룹 사이의 수소 결합을 통해 물 분자 (H2O) 과정에서 릴리스되었습니다. 성장하는 아미노산 사슬은 폴리펩티드이며 충분히 길고 3 차원 적 형태를 취하면 본격적인 단백질입니다. 탄수화물과 달리 단백질은 가지를 보이지 않습니다. 그들은 아미노기에 연결된 카르복실기의 사슬 일뿐입니다. 이 사슬에는 시작과 끝이 있어야하기 때문에 한쪽 끝에는 자유 아미노 그룹이 있고 N- 말단이라고하며 다른 쪽 끝에는 자유 아미노 그룹이 있고 C- 말단이라고합니다. 20 개의 아미노산이 있고 순서에 관계없이 배열 할 수 있기 때문에 분기가 발생하지 않더라도 단백질의 구성이 매우 다양합니다.
단백질은 1 차, 2 차, 3 차 및 4 차 구조라고하는 구조를 가지고 있습니다. 1 차 구조는 단백질의 아미노산 서열을 말하며 유 전적으로 결정됩니다. 2 차 구조는 일반적으로 반복적 인 방식으로 체인이 구부러 지거나 꼬이는 것을 말합니다. 일부 형태에는 알파 나선 및 베타 주름 시트가 포함되며 서로 다른 아미노산의 측쇄 사이의 약한 수소 결합으로 인해 발생합니다. 3 차 구조는 3 차원 공간에서 단백질의 뒤틀림과 컬링이며 특히 이황화 결합 (황에서 황으로)과 수소 결합을 포함 할 수 있습니다. 마지막으로, 4 차 구조는 동일한 거대 분자에있는 하나 이상의 폴리펩티드 사슬을 의미합니다. 이것은 3 개의 사슬이 밧줄처럼 꼬이고 감겨있는 콜라겐에서 발생합니다.
단백질은 신체의 생화학 반응을 촉매하는 효소 역할을 할 수 있습니다. 인슐린 및 성장 호르몬과 같은 호르몬; 구조적 요소로; 그리고 세포막 성분으로.
지질
지질은 다양한 거대 분자 집합이지만 모두 소수성이라는 특성을 공유합니다. 즉, 물에 용해되지 않습니다. 이는 지질이 전기적으로 중성이므로 비극성 인 반면 물은 극성 분자이기 때문입니다. 지질에는 트리글리세리드 (지방 및 오일), 인지질, 카로티노이드, 스테로이드 및 왁스가 포함됩니다. 이들은 주로 세포막 형성 및 안정성에 관여하고 호르몬의 일부를 형성하며 저장된 연료로 사용됩니다. 지방의 일종 인 지방은 세 번째 유형의 다량 영양소이며 탄수화물과 단백질은 앞에서 논의했습니다. 소위 지방산의 산화를 통해 탄수화물과 지방이 공급하는 그램 당 4 칼로리와 달리 그램 당 9 칼로리를 공급합니다.
지질은 고분자가 아니므로 다양한 형태로 나옵니다. 탄수화물과 마찬가지로 탄소, 수소 및 산소로 구성됩니다. 트리글리 세라이드는 3 개의 탄소 알코올 인 글리세롤 분자에 결합 된 3 개의 지방산으로 구성됩니다. 이러한 지방산 측쇄는 길고 단순한 탄화수소입니다. 이 사슬은 이중 결합을 가질 수 있으며, 만약 그렇다면 지방산이 불포화. 이러한 이중 결합이 하나만 있으면 지방산은 단일 불포화. 두 개 이상있는 경우 다중 불포화. 이러한 다양한 유형의 지방산은 혈관벽에 미치는 영향으로 인해 사람마다 건강에 다른 영향을 미칩니다. 이중 결합이없는 포화 지방은 실온에서 고체이며 보통 동물성 지방입니다. 이들은 동맥 플라크를 유발하는 경향이 있으며 심장 질환에 기여할 수 있습니다. 지방산은 화학적으로 조작 할 수 있으며 식물성 기름과 같은 불포화 지방을 포화 상태로 만들어 마가린과 같이 상온에서 사용하기 편리합니다.
한쪽 끝에 소수성 지질이 있고 다른 쪽 끝에 친수성 인산염이있는 인지질은 세포막의 중요한 구성 요소입니다. 이 막은 인지질 이중층으로 구성됩니다. 소수성 인 두 지질 부분은 세포의 외부와 내부를 향하고 인산염의 친수성 꼬리는 이중층의 중앙에서 만납니다.
다른 지질에는 호르몬 및 호르몬 전구체 (예: 콜레스테롤) 역할을하며 일련의 독특한 고리 구조를 포함하는 스테로이드가 포함됩니다. 및 밀랍 및 라놀린을 포함하는 왁스.
핵산
핵산에는 데 옥시 리보 핵산 (DNA) 및 리보 핵산 (RNA)이 포함됩니다. 둘 다 단량체 단위가있는 중합체이기 때문에 구조적으로 매우 유사합니다. 뉴클레오타이드. 뉴클레오타이드는 오탄당 당 그룹, 인산염 그룹 및 질소 염기 그룹으로 구성됩니다. DNA와 RNA 모두에서 이러한 염기는 네 가지 유형 중 하나 일 수 있습니다. 그렇지 않으면 DNA의 모든 뉴클레오타이드가 RNA의 뉴클레오타이드와 동일합니다.
DNA와 RNA는 세 가지 주요 측면에서 다릅니다. 하나는 DNA에서 5 탄당이 데 옥시 리보스이고 RNA에서는 리보스라는 것입니다. 이 당은 정확히 하나의 산소 원자로 다릅니다. 두 번째 차이점은 DNA는 보통 이중 가닥으로 1950 년대에 Watson과 Crick의 팀이 발견 한 이중 나선을 형성하지만 RNA는 단일 가닥이라는 것입니다. 세 번째는 DNA에 질소 염기 인 아데닌 (A), 시토신 (C), 구아닌 (G) 및 티민 (T)이 포함되어 있지만 RNA에는 티민 대신 우라실 (U)이 있습니다.
DNA는 유전 정보를 저장합니다. 뉴클레오타이드의 길이는 구성 유전자, 특정 단백질을 제조하기위한 정보를 질소 염기 서열을 통해 포함합니다. 많은 유전자가 구성 염색체, 유기체의 염색체 (인간은 23 쌍)의 총합은 다음과 같습니다. 게놈. DNA는 전사 과정에서 메신저 RNA (mRNA)라는 RNA 형태를 만드는 데 사용됩니다. 이것은 코딩 된 정보를 약간 다른 방식으로 저장하고 DNA가있는 세포핵에서 세포질 또는 매트릭스로 이동합니다. 여기에서 다른 유형의 RNA는 단백질이 만들어지고 세포 전체에 전달되는 번역 과정을 시작합니다.