Које су четири макромолекуле живота?

Биологију - или неформално, сам живот - карактеришу елегантне макромолекуле које су еволуирале током стотина милиона година да би служиле читавом низу критичних функција. Они се често сврставају у четири основна типа: угљени хидрати (или полисахариди), липиди, протеини и нуклеинске киселине. Ако имате било какве позадине у исхрани, прва три од њих препознаћете као три стандардна макронутријента (или „макронаредбе“, на дијеталном језику) наведена на етикетама са нутритивним информацијама. Четврти се односи на два блиско повезана молекула који служе као основа за складиштење и превођење генетских информација у свим живим бићима.

Свака од ове четири макромолекуле живота или биомолекуле обавља различите дужности; као што сте могли очекивати, њихове различите улоге су изврсно повезане са њиховим различитим физичким компонентама и уређењем.

А. макромолекула је веома велики молекул, који се обично састоји од поновљених подјединица тзв мономера, који се не може свести на једноставније састојке без жртвовања елемента „градивни блок“. Иако не постоји стандардна дефиниција колико велики молекул мора бити да би зарадио префикс „макро“, они углавном имају најмање хиљаде атома. Готово сте сигурно видели овакву врсту конструкције у неприродном свету; на пример, многе врсте тапета, иако су сложене у дизајну и физички простране у целини, састоје се од суседних подјединица које су величине мање од квадратног метра. Још очигледније, ланац се може сматрати макромолекулом у којој су појединачне карике „мономери“.

Важна тачка око биолошких макромолекула је да, са изузетком липида, и њихови мономерне јединице су поларне, што значи да имају електрични набој који није распоређен симетрично. Шематски, имају „главе“ и „репове“ са различитим физичким и хемијским својствима. Пошто се мономери међусобно спајају од главе до репа, и сами макромолекули су такође поларни.

Такође, сви биомолекули имају велике количине елемента угљеник. Можда сте чули за живот на Земљи (другим речима, једина врста за коју поуздано знамо да постоји било где) која се назива „живот заснован на угљенику“ и то са добрим разлогом. Али, азот, кисеоник, водоник и фосфор су неопходни и живим бићима, а мноштво других елемената је у мешавини у мањем степену.

Готово је сигурно да када видите или чујете реч „угљени хидрати“, прво на шта помислите је „храна“, а можда и конкретније, „нешто у храни на коју су многи људи намерни отарасити се. "„ Ло-царб "и" но-царб "постале су модне речи за мршављење у раном делу 21. века, а термин" учитавање угљеника "постоји у заједници издржљивости и спорта 1970-их. Али у ствари, угљени хидрати су много више од самог извора енергије за жива бића.

Сви молекули угљених хидрата имају формулу (ЦХ₂О)_н, где је н број присутних атома угљеника. То значи да је однос Ц: Х: О 1: 2: 1. На пример, једноставни шећери глукоза, фруктоза и галактоза имају формулу Ц.₆Х.₁₂О.₆ (атоми ова три молекула су, наравно, другачије распоређени).

Угљени хидрати су класификовани као моносахариди, дисахариди и полисахариди. Моносахарид је мономерна јединица угљених хидрата, али неки угљени хидрати се састоје од само једног мономера, као што су глукоза, фруктоза и галактоза. Обично су ови моносахариди најстабилнији у облику прстена, који је схематски приказан као шестерокут.

Дихахариди су шећери са две мономерне јединице или паром моносахарида. Ове подјединице могу бити исте (као код малтозе која се састоји од два спојена молекула глукозе) или различити (као код сахарозе или столног шећера, који се састоји од једног молекула глукозе и једне фруктозе молекула. Везе између моносахарида називају се гликозидне везе.

Полисахариди садрже три или више моносахарида. Што су дужи ови ланци, већа је вероватноћа да ће имати огранке, односно да не буду једноставно линија моносахарида од краја до краја. Примери полисахарида укључују скроб, гликоген, целулозу и хитин.

Скроб има тенденцију да се формира у завојници или спиралном облику; ово је уобичајено за биомолекуле велике молекулске тежине уопште. За разлику од тога, целулоза је линеарна, састоји се од дугог ланца мономера глукозе са водоничним везама испресецаним између атома угљеника у редовним интервалима. Целулоза је компонента биљних ћелија и даје им њихову крутост. Људи не могу да сваре целулозу, а у исхрани се она обично назива „влакнима“. Хитин је још један структурни угљени хидрат, који се налази у спољним телима зглавкара попут инсеката, паука и ракови. Хитин је модификовани угљени хидрат, јер је „фалсификован“ обилним атомима азота. Гликоген је облик складиштења угљених хидрата у телу; наслаге гликогена налазе се и у јетри и у мишићном ткиву. Захваљујући ензимским адаптацијама у овим ткивима, обучени спортисти могу да ускладиште више гликогена него седећи људи као резултат својих високих енергетских потреба и прехрамбених пракси.

Попут угљених хидрата, и протеини су део свакодневног речника већине људи јер служе као такозвани макронутријенти. Али протеини су невероватно свестрани, много више од угљених хидрата. У ствари, без протеина не би било угљених хидрата или липида, јер су ензими потребни за синтезу (као и за варење) ових молекула сами по себи протеини.

Мономери протеина су аминокиселине. Ту спадају група карбоксилне киселине (-ЦООХ) и амино (-НХ₂) група. Када се аминокиселине придруже једна другој, то је путем молекула воде (Х) путем водоничне везе између групе карбоксилне киселине на једној од аминокиселина и амино групе на другој.₂О) пуштен у процесу. Растући ланац аминокиселина је полипептид, а када је довољно дугачак и поприми свој тродимензионални облик, то је пуноправни протеин. За разлику од угљених хидрата, протеини никада не показују гране; они су само ланац карбоксилних група придружених амино групама. Будући да овај ланац мора имати почетак и крај, један крај има слободну амино групу и назива се Н-терминал, док други има слободну амино групу и назива се Ц-терминал. С обзиром на то да постоји 20 аминокиселина, а оне се могу распоредити било којим редоследом, састав протеина је изузетно различит иако нема разгранавања.

Протеини имају такозвану примарну, секундарну, терцијарну и квартарну структуру. Примарна структура односи се на секвенцу аминокиселина у протеину и она је генетски одређена. Секундарна структура односи се на савијање или превртање у ланцу, обично на понављајући начин. Неке конформације укључују алфа-завојницу и бета-наборани слој, а резултат су слабих водоничних веза између бочних ланаца различитих аминокиселина. Терцијарна структура је увијање и увијање протеина у тродимензионалном простору и може укључивати, између осталог, дисулфидне везе (сумпор у сумпор) и водоничне везе. Коначно, кватернарна структура односи се на више од једног полипептидног ланца у истој макромолекули. То се дешава у колагену, који се састоји од три ланца увијена и увијена заједно попут ужета.

Протеини могу служити као ензими, који катализују биохемијске реакције у телу; као хормони, попут инсулина и хормона раста; као структурни елементи; и као компоненте ћелијске мембране.

Липиди су разноврстан скуп макромолекула, али сви деле особину хидрофобности; односно не растварају се у води. То је зато што су липиди електрички неутрални и стога неполарни, док је вода поларни молекул. Липиди укључују триглицериде (масти и уља), фосфолипиде, каротеноиде, стероиде и воскове. Они су углавном укључени у стварање и стабилност ћелијске мембране, формирају делове хормона и користе се као ускладиштено гориво. Масти, врста липида, су трећа врста макронутријената, са угљеним хидратима и протеинима о којима смо раније говорили. Кроз оксидацију њихових такозваних масних киселина, они дају 9 калорија по граму, за разлику од 4 калорије по граму које достављају и угљени хидрати и масти.

Липиди нису полимери, па долазе у разним облицима. Попут угљених хидрата, састоје се од угљеника, водоника и кисеоника. Триглицериди се састоје од три масне киселине спојене са молекулом глицерола, алкохола са три угљеника. Ови бочни ланци масних киселина су дуги, једноставни угљоводоници. Ови ланци могу имати двоструке везе, а ако имају, то ствара масну киселину незасићен. Ако постоји само једна таква двострука веза, масна киселина је мононезасићен. Ако су два или више, јесте полинезасићене. Ове различите врсте масних киселина имају различите здравствене последице за различите људе због њиховог дејства на зидове крвних судова. Засићене масти, које немају двоструке везе, су чврсте на собној температури и обично су животињске; они имају тенденцију да узрокују артеријске плакете и могу да допринесу срчаним обољењима. Масним киселинама се може хемијски манипулисати, а незасићеним мастима попут биљних уља могу се учинити засићенима тако да буду чврсте и погодне за употребу на собној температури, попут маргарина.

Фосфолипиди, који на једном крају имају хидрофобни липид, а на другом хидрофилни фосфат, важна су компонента ћелијских мембрана. Ове мембране се састоје од фосфолипидног двослоја. Два липидна дела, која су хидрофобна, окренута су ка споља и изнутра ћелије, док се хидрофилни репови фосфата сусрећу у средишту двослоја.

Остали липиди укључују стероиде, који служе као хормони и претходници хормона (нпр. Холестерол) и садрже низ препознатљивих прстенастих структура; и воскови, који укључују пчелињи восак и ланолин.

Нуклеинске киселине укључују деоксирибонуклеинску киселину (ДНК) и рибонуклеинску киселину (РНК). Они су структурно врло слични, јер су оба полимери у којима су мономерне јединице нуклеотиди. Нуклеотиди се састоје од пентозне шећерне групе, фосфатне групе и азотне базне групе. И у ДНК и у РНК, ове базе могу бити један од четири типа; у супротном, сви нуклеотиди ДНК су идентични, као и они РНК.

ДНК и РНК се разликују на три главна начина. Једна је да је у ДНК шећер пентоза деоксирибоза, а у РНК рибоза. Ови шећери се разликују по тачно једном атому кисеоника. Друга разлика је у томе што је ДНК обично дволанчана, формирајући двоструку завојницу коју су 1950-их открили Вотсон и Криков тим, али РНК је једноланчана. Треће је да ДНК садржи азотне базе аденин (А), цитозин (Ц), гванин (Г) и тимин (Т), али РНК има урацил (У) супституисан за тимин.

ДНК чува наследне информације. Дужине нуклеотида чине гени, који садрже информације путем секвенци азотних база за производњу специфичних протеина. Много гена чини хромозоми, а укупни збир хромозома организма (људи имају 23 пара) је његов геном. ДНК се користи у процесу транскрипције да би се створио облик РНК који се назива мессенгер РНА (мРНА). Ово кодиране информације чува на мало другачији начин и премешта их из ћелијског језгра где се налази ДНК и у ћелијску цитоплазму или матрикс. Овде друге врсте РНК иницирају процес транслације, у којем се протеини праве и шаљу по целој ћелији.