Sisältö
Biologialle - tai epäviralliselle elämälle itsellesi - on ominaista tyylikkäät makromolekyylit, jotka ovat kehittyneet satojen miljoonien vuosien aikana palvelemaan erilaisia kriittisiä toimintoja. Nämä luokitellaan usein neljään emäksiseen tyyppiin: hiilihydraatit (tai polysakkaridit), lipidit, proteiinit ja nukleiinihapot. Jos sinulla on taustalla ravitsemusta, tunnistat nämä kolme ensimmäistä kolmella tavanomaisilla makroravinteilla (tai "makroilla" ruokavalion osuudessa), jotka on lueteltu ravitsemustietojen etiketeissä. Neljäs koskee kahta läheisesti toisiinsa liittyvää molekyyliä, jotka toimivat perustana geneettisen tiedon säilyttämiselle ja siirtämiselle kaikissa elävissä asioissa.
Jokainen näistä neljästä elämän makromolekyylistä tai biomolekyylistä suorittaa erilaisia tehtäviä; kuten saatat odottaa, heidän eri roolit liittyvät erinomaisesti heidän erilaisiin fyysisiin komponentteihin ja järjestelyihin.
makromolekyylejä
makromolekyyli on erittäin suuri molekyyli, joka koostuu yleensä toistuvista alayksiköistä, joita kutsutaan monomeerit, jota ei voida pelkistää yksinkertaisemmiksi ainesosiksi uhraamatta "rakennuspalikka" -elementtiä. Vaikka ei ole vakiomääritelmää siitä, kuinka suuri molekyylin on oltava "makro" -etun ansaitsemiseksi, niissä on yleensä vähintään tuhansia atomeja. Olet melkein varmasti nähnyt tällaisen rakentamisen ei-luonnollisessa maailmassa; Esimerkiksi, monen tyyppiset taustakuvat, vaikka ovat muotoiltuja ja fyysisesti laajentuneita kokonaisuutena, koostuvat vierekkäisistä alayksiköistä, jotka ovat kooltaan pienempiä kuin neliöjalkaa. Vielä selvemmin ketjua voidaan pitää makromolekyylinä, jossa yksittäiset linkit ovat "monomeerejä".
Tärkeä kohta biologisissa makromolekyyleissä on se, että lipidejä lukuun ottamatta niiden monomeeriyksiköt ovat polaarisia, mikä tarkoittaa, että niillä on sähkövaraus, joka ei ole jakautunut symmetrisesti. Kaavamaisesti heillä on "päät" ja "hännät", joilla on erilaiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet. Koska monomeerit liittyvät päästä häntä toisiinsa, makromolekyylit ovat myös polaarisia.
Kaikissa biomolekyyleissä on myös suuria määriä alkuainehiiltä. Olet ehkä kuullut sellaisesta elämästä maapallolla (toisin sanoen ainoa sellainen, jonka tiedämme varmasti olemassa missä tahansa), johon viitataan nimellä "hiilipohjainen elämä", ja syystä. Mutta typpi, happi, vety ja fosfori ovat välttämättömiä myös elävissä olosuhteissa, ja joukko muita alkuaineita on sekoituksessa vähemmässä määrin.
hiilihydraatit
On melkein varmaa, että kun näet tai kuulet sanan "hiilihydraatit", ensimmäiseksi ajattelet "ruokaa" ja ehkä tarkemmin sanottuna "jotain ruuasta, josta monet ihmiset aikovat päästä eroon." "Lo-carb": sta ja "no-carb" -lajista tuli painonpudotussanat 2000-luvun alkupuolella, ja termi "hiili-lastaus" on ollut kestävyysurheilulajien yhteisössä 1970-luvulta lähtien. Mutta itse asiassa hiilihydraatit ovat paljon enemmän kuin vain energialähde eläville asioille.
Kaikilla hiilihydraattimolekyyleillä on kaava (CH2O)n, jossa n on läsnä olevien hiiliatomien lukumäärä. Tämä tarkoittaa, että C: H: O-suhde on 1: 2: 1. Esimerkiksi yksinkertaisilla sokereilla, glukoosilla, fruktoosilla ja galaktoosilla on kaikki kaava C6H12O6 (näiden kolmen molekyylin atomit on tietenkin järjestetty eri tavalla).
Hiilihydraatit luokitellaan monosakkarideiksi, disakkarideiksi ja polysakkarideiksi. Monosakkaridi on hiilihydraattien monomeeriyksikkö, mutta jotkut hiilihydraatit koostuvat vain yhdestä monomeeristä, kuten glukoosista, fruktoosista ja galaktoosista. Yleensä nämä monosakkaridit ovat vakaimpia rengasmuodossa, joka on esitetty kaaviomaisesti kuusikulmiona.
Disakkaridit ovat sokereita, joissa on kaksi monomeeriyksikköä, tai pari monosakkarideja. Nämä alayksiköt voivat olla samoja (kuin maltoosissa, joka koostuu kahdesta liittyneestä glukoosimolekyylistä) tai erilaisia (kuten sakkaroosissa tai pöytäsokerissa, joka koostuu yhdestä glukoosimolekyylistä ja yhdestä fruktoosimolekyylistä. Monosakkaridien välisiä sidoksia kutsutaan glykosidisidoksiksi.
Polysakkaridit sisältävät kolme tai useampia monosakkarideja. Mitä pidemmät nämä ketjut ovat, sitä todennäköisemmin niillä on haarat, toisin sanoen, että ne eivät ole yksinkertaisesti monosakkaridiriviä päästä päähän. Esimerkkejä polysakkarideista ovat tärkkelys, glykogeeni, selluloosa ja kitiini.
Tärkkelyksellä on taipumus muodostua spiraalin tai spiraalin muotoon; tämä on yleistä suurimolekyylipainoisissa biomolekyyleissä yleensä. Selluloosa on sitä vastoin lineaarinen, koostuen pitkästä glukoosimonomeeriketjusta, jossa vety sidokset ovat levinneet hiiliatomien välillä säännöllisin väliajoin. Selluloosa on kasvisolujen komponentti ja antaa niille jäykkyyden. Ihmiset eivät pysty sulamaan selluloosaa, ja ruokavaliossa sitä käytetään yleensä nimellä "kuitu". Kitiini on toinen rakenteellinen hiilihydraatti, jota löytyy niveljalkaisten, kuten hyönteisten, hämähäkkien ja rapujen, ulkokehoista. Kitiini on modifioitu hiilihydraatti, koska se "väärennetty" runsaasti typpiatomeilla. Glykogeeni on kehon varastomuoto hiilihydraattia; glykogeenin talletuksia löytyy sekä maksasta että lihaskudoksesta. Näissä kudoksissa toimivien entsyymiadapterien ansiosta koulutetut urheilijat pystyvät varastoimaan enemmän glykogeenia kuin istuvat ihmiset korkean energiantarpeensa ja ravitsemuksellisten käytäntöjensä seurauksena.
proteiinit
Kuten hiilihydraatit, proteiinit ovat osa useimpien ihmisten jokapäiväistä sanastoa, koska ne toimivat ns. Makroravinteiksi. Mutta proteiinit ovat uskomattoman monipuolisia, paljon enemmän kuin hiilihydraatit. Itse asiassa ilman proteiineja ei olisi hiilihydraatteja tai lipidejä, koska näiden molekyylien syntetisoimiseen (ja sulamiseen) tarvittavat entsyymit ovat itse proteiineja.
Proteiinien monomeerit ovat aminohappoja. Näihin kuuluvat karboksyylihapporyhmä (-COOH) ja amino (-NH2) ryhmä. Kun aminohapot liittyvät toisiinsa, se tapahtuu vedyssidoksen kautta yhden aminohapon karboksyylihapporyhmän ja toisen aminoryhmän välillä vesimolekyylin (H2O) vapautetaan prosessissa. Kasvava aminohappoketju on polypeptidi, ja kun se on riittävän pitkä ja saavuttaa kolmiulotteisen muodon, se on täysimittainen proteiini. Toisin kuin hiilihydraatit, proteiineissa ei koskaan esiinny oksia; ne ovat vain aminoryhmiin liittyneiden karboksyyliryhmien ketju. Koska tällä ketjulla on oltava alku ja pää, toisessa päässä on vapaa aminoryhmä ja sitä kutsutaan N-terminaaliksi, kun taas toisessa on vapaa aminoryhmä ja sitä kutsutaan C-terminaaliksi. Koska aminohappoja on 20, ja nämä voidaan järjestää missä tahansa järjestyksessä, proteiinien koostumus on erittäin monipuolinen, vaikka haarautumista ei tapahdukaan.
Proteiineilla on niin kutsuttu primaarinen, toissijainen, tertiäärinen ja vuosineljännesrakenne. Primaarirakenne viittaa aminohappojen sekvenssiin proteiinissa, ja se määritetään geneettisesti. Toissijaisella rakenteella tarkoitetaan ketjun taivuttamista tai murtumista, yleensä toistuvalla tavalla. Joihinkin konformaatioihin sisältyy alfa-kierre ja beeta-laskostettu levy, ja ne johtuvat heikoista vety sidoksista eri aminohappojen sivuketjujen välillä. Tertiäärinen rakenne on proteiinin kiertyminen ja kiertyminen kolmiulotteisessa tilassa ja siihen voi kuulua muun muassa disulfidisidoksia (rikki rikkiä) ja vety sidoksia. Lopuksi, kvaternäärinen rakenne viittaa useampaan kuin yhteen polypeptidiketjuun samassa makromolekyylissä. Tämä tapahtuu kollageenissa, joka koostuu kolmesta ketjusta, jotka on kierretty ja kelattu yhteen kuin köysi.
Proteiinit voivat toimia entsyymeinä, jotka katalysoivat kehon biokemiallisia reaktioita; hormonina, kuten insuliini ja kasvuhormoni; rakenneosina; ja solumembraanikomponenteina.
lipidejä
Lipidit ovat monipuolinen joukko makromolekyylejä, mutta niillä kaikilla on yhteinen ominaisuus olla hydrofobisia; ts. ne eivät liukene veteen. Tämä johtuu siitä, että lipidit ovat sähköisesti neutraaleja ja siten ei-polaarisia, kun taas vesi on polaarinen molekyyli. Lipideihin kuuluvat triglyseridit (rasvat ja öljyt), fosfolipidit, karotenoidit, steroidit ja vahat. Ne osallistuvat pääasiassa solukalvojen muodostumiseen ja stabiilisuuteen, muodostavat osia hormoneja ja niitä käytetään varastoituna polttoaineena. Rasvat, eräs lipidityyppi, ovat kolmas tyyppi makroravinteita, hiilihydraattien ja proteiinien kanssa, joista on aiemmin keskusteltu. Niiden ns. Rasvahappojen hapettumisen kautta ne toimittavat 9 kaloria grammaa kohti, kun taas sekä hiilihydraatit että rasvat toimittavat 4 kaloria grammaa kohti.
Lipidit eivät ole polymeerejä, joten niitä on monenlaisissa muodoissa. Kuten hiilihydraatit, ne koostuvat hiilestä, vedystä ja hapesta. Triglyseridit koostuvat kolmesta rasvahaposta, jotka on liitetty glyserolimolekyyliin, joka on kolmen hiilen alkoholi. Nämä rasvahappo-sivuketjut ovat pitkiä, yksinkertaisia hiilivetyjä. Näissä ketjuissa voi olla kaksoissidoksia, ja jos ne tekevät, se tekee rasvahaposta tyydyttymätön. Jos tällaista kaksoissidosta on vain yksi, rasvahappo on kertatyydyttymättömiä. Jos niitä on kaksi tai enemmän, niin on monityydyttymätön. Näillä erityyppisillä rasvahapoilla on erilaiset terveysvaikutukset eri ihmisille johtuen niiden vaikutuksista verisuonten seinämiin. Tyydyttyneet rasvat, joissa ei ole kaksoissidoksia, ovat kiinteitä huoneenlämpötilassa ja ovat yleensä eläinrasvoja; näillä on taipumus aiheuttaa valtimon plakkeja ja ne voivat vaikuttaa sydänsairauksiin. Rasvahapot voidaan manipuloida kemiallisesti, ja tyydyttymättömät rasvat, kuten kasviöljyt, voidaan tehdä kylläisiksi, jotta ne ovat kiinteitä ja mukavia käyttää huoneenlämpötilassa, kuten margariini.
Fosfolipidit, joiden toisessa päässä on hydrofobinen lipidi ja toisessa hydrofiilinen fosfaatti, ovat tärkeä osa solukalvoja. Nämä kalvot koostuvat fosfolipidikerroksesta. Kaksi lipidiosaa, jotka ovat hydrofobisia, osoittavat solun ulkopuolelle ja sisäpuolelle, kun taas fosfaatin hydrofiiliset hännät kohtaavat kaksikerroksen keskellä.
Muihin lipideihin kuuluvat steroidit, jotka toimivat hormonina ja hormonin prekursoreina (esim. Kolesteroli) ja sisältävät sarjan erottuvia rengasrakenteita; ja vahat, jotka sisältävät mehiläisvahaa ja lanoliinia.
Nukleiinihapot
Nukleiinihapot sisältävät deoksiribonukleiinihapon (DNA) ja ribonukleiinihapon (RNA). Nämä ovat rakenteeltaan hyvin samanlaisia, koska molemmat ovat polymeerejä, joissa monomeeriset yksiköt ovat nukleotidin. Nukleotidit koostuvat pentoosi-sokeriryhmästä, fosfaattiryhmästä ja typpipohjaisesta emäsryhmästä. Sekä DNA: ssa että RNA: ssa nämä emäkset voivat olla yksi neljästä tyypistä; muuten kaikki DNA: n nukleotidit ovat identtisiä, samoin kuin RNA: n.
DNA ja RNA eroavat kolmella pääasiallisella tavalla. Yksi on se, että DNA: ssa pentoosisokeri on deoksiriboosi ja RNA: ssa riboosi. Nämä sokerit eroavat tarkalleen yhdellä happiatomilla. Toinen ero on, että DNA on yleensä kaksijuosteinen, muodostaen kaksoiskierukan, jonka Watson ja Cricks-joukkue löysi 1950-luvulla, mutta RNA on yksijuosteinen. Kolmas on, että DNA sisältää typpipitoisia emäksiä adeniinia (A), sytosiinia (C), guaniinia (G) ja tymiiniä (T), mutta RNA: ssa urasiili (U) on korvattu tymiinillä.
DNA tallentaa perinnöllisiä tietoja. Nukleotidien pituudet muodostavat geenit, jotka sisältävät informaation typpipohjaisten emässekvenssien kautta spesifisten proteiinien valmistamiseksi. Paljon geenejä muodostavat kromosomeja, ja organismien kromosomien summa (ihmisillä on 23 paria) on sen perimä. DNA: ta käytetään transkription prosessissa RNA: n muodon muodostamiseksi, jota kutsutaan lähetti-RNA: ksi (mRNA). Tämä tallentaa koodatun informaation hiukan eri tavalla ja siirtää sen pois solun ytimestä, jossa DNA on, solun sytoplasmaan tai matriisiin. Tässä muun tyyppiset RNA: t aloittavat translaatioprosessin, jossa proteiineja valmistetaan ja lähetetään ympäri solua.