If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Jeżeli jesteś za filtrem sieci web, prosimy, upewnij się, że domeny *.kastatic.org i *.kasandbox.org są odblokowane.

Główna zawartość

Wprowadzenie do makrocząsteczek

Rodzaje dużych cząsteczek biologicznych. Monomery, polimery, reakcja kondensacji i hydroliza. Tłumaczenie na język polski: fundacja Edukacja dla Przyszłości, dzięki wsparciu Fundacji HASCO-LEK.

Wprowadzenie

Przypomnij sobie, co jadłeś na lunch? Czy któryś z produktów zawierał na odwrocie etykietę "Wartość odżywcza"? Jeśli tak, i jeśli rzuciłeś okiem na zawartość białka, węglowodanów i tłuszczu w produkcie, być może znasz już kilka rodzajów dużych cząsteczek biologicznych, które tutaj omówimy. Jeśli zastanawiasz się, co robi coś tak dziwnie brzmiącego, jak "duża cząsteczka biologiczna" w Twoim jedzeniu, odpowiedzią jest to, że dostarcza Ci elementy budujące, niezbędne do utrzymania Twojego ciała - ponieważ Twoje ciało jest także zbudowane z dużych cząsteczek biologicznych!
Tak jak możesz być postrzegany jako zbiór atomów lub chodząca, gadająca torba wody, możesz również na siebie spojrzeć jako na zbiór czterech głównych rodzajów dużych cząsteczek biologicznych: węglowodanów (takich jak cukry), lipidów (takich jak tłuszcze), białek i kwasów nukleinowych (takich jak DNA i RNA). Nie znaczy to, że są to jedyne cząsteczki w Twoim ciele, ale najważniejsze duże cząsteczki w Twoim organizmie mogą być podzielone na te grupy. Łącznie, wszystkie cząsteczki z czterech rodzajów dużych cząsteczek biologicznych, stanowią większość suchej masy komórki. (Woda, mała cząsteczka, stanowi większość mokrej masy).
Duże cząsteczki biologiczne wykonują szeroki zakres funkcji w organizmie. Niektóre węglowodany magazynują paliwo energetyczne na przyszłe potrzeby, zaś niektóre tłuszcze są kluczowymi składnikami błony komórkowej. Kwasy nukleinowe przechowują i przekazują informacje genetyczne, z których wiele dotyczy instrukcji do syntezy białek. Same białka mają prawdopodobnie najszerszy zakres funkcji: niektóre zapewniają wsparcie strukturalne, ale wiele z nich jest małymi maszynami, które wykonują określone zadania w komórce, takie jak kataliza reakcji metabolicznych, czy odbieranie i przekazywanie sygnałów.
Bardziej szczegółowo przyjrzymy się węglowodanom, tłuszczom, kwasom nukleinowym oraz białkom w kolejnych artykułach. Tutaj, skupimy się nieco więcej na kluczowych reakcjach chemicznych syntezy i rozpadu tych cząsteczek.

Monomery i polimery

Większość dużych cząsteczek biologicznych jest polimerami, czyli długimi łańcuchami zbudowanymi z powtarzających się podjednostek molekularnych, lub bloków budulcowych, zwanych monomerami. Upraszczając, jeśli założysz, że monomer to koralik, to idąc tym tropem, polimer będzie naszyjnikiem, złożonym z szeregu koralików połączonych razem.
Węglowodany, kwasy nukleinowe i białka często występują w naturze jako długie polimery. Ze względu na ich polimerowy charakter oraz duży (czasem ogromny!) rozmiar, są klasyfikowane jako makrocząsteczki, duże (makro)cząsteczki powstałe w wyniku połączenia mniejszych podjednostek. Tłuszcze zazwyczaj nie są polimerami i są mniejsze niż pozostałe trzy grupy cząsteczek, dlatego też przez niektóre źródła nie są postrzegane jako makrocząsteczkistart superscript, 1, comma, 2, end superscript. Nie mniej jednak, wiele innych źródeł używa określenia "makrocząsteczki" mniej restrykcyjnie, jako ogólną nazwę dla czterech rodzajów dużych cząsteczek biologicznychstart superscript, 3, comma, 4, end superscript. To tylko różnica w nazewnictwie, więc nie daj się na to nabrać. Pamiętaj tylko, że tłuszcze są jednym z czterech głównych rodzajów cząsteczek biologicznych, ale zasadniczo nie są polimerami.

Reakcja kondensacji

Jak zbudować polimery z monomerów? Duże cząsteczki biologiczne często łączą się na drodze reakcji kondensacji, w której jeden monomer tworzy wiązanie kowalencyjne z drugim monomerem (lub rosnącym łańcuchem monomerów), uwalniając jednocześnie cząsteczkę wody.
Reakcja kondensacji pomiędzy dwiema cząsteczkami glukozy, w wyniku której powstaje cząsteczka maltozy oraz uwalniana jest cząsteczka wody.
W powyższej reakcji kondensacji, dwie cząsteczki glukozy (monomery) łączą się, tworząc pojedynczą cząsteczkę maltozy. Jedna z cząsteczek glukozy traci wodór (H), druga traci grupę hydroksylową (OH), dodatkowo uwalniana jest cząsteczka wody i wytworzone zostaje wiązanie kowalencyjne pomiędzy cząsteczkami glukozy. Jeśli dodatkowe monomery dołączą się na takiej samej zasadzie, łańcuch może się wydłużać i wydłużać, tworząc polimer.
Chociaż polimery zbudowane są z powtarzających się jednostek monomerów, istnieje wiele możliwości na zróżnicowanie ich kształtu i składu. Węglowodany, kwasy nukleinowe i białka mogą zawierać wiele różnych rodzajów monomerów, a ich skład i sekwencja jest kluczowa dla ich funkcji. Na przykład, istnieją cztery typy monomerów kwasów nukleinowych (nukleotydów) w Twoim DNA, a także dwadzieścia rodzajów monomerów białek (aminokwasów) powszechnie występujących w białkach w Twoim ciele. Nawet pojedynczy rodzaj monomeru może tworzyć różne polimery o różnych właściwościach. Na przykład, skrobia, glikogen i celuloza są wszystkie węglowodanami zbudowanymi z monomerów w postaci glukozy, ale posiadają one różne wiązania i rozgałęzienia.

Hydroliza

Jak z polimeru otrzymać z powrotem monomery (na przykład, gdy organizm potrzebuje przetworzyć jedną cząsteczkę by zbudować inną)? Polimery są rozkładane na monomery podczas reakcji hydrolizy, w której wiązania są zrywane lub poddawane lizie poprzez dołączenie cząsteczki wody.
Podczas reakcji hydrolizy, cząsteczka zbudowana z wielu podjednostek jest dzielona na dwie: jedna z nowych cząsteczek zyskuje atom wodoru, podczas gdy druga otrzymuje grupę hydroksylową (-OH). Zarówno atom wodoru, jak i grupa hydroksylowa pochodzą z cząsteczki wody. Jest to reakcja odwrotna do reakcji kondensacji, w jej wyniku uwalniany jest monomer, który może być wykorzystany do budowy nowego polimeru. Na przykład, w reakcji hydrolizy przedstawionej poniżej, cząsteczka wody rozcina maltozę, uwalniając dwie cząsteczki monomerów - glukozy. Ta reakcja jest reakcją odwrotną do reakcji kondensacji przedstawionej powyżej.
Hydroliza maltozy, w której cząsteczka maltozy łączy się z cząsteczką wody, w wyniku czego powstają dwie cząsteczki monomeru - glukozy.
Reakcje syntezy odwodnienia budują cząsteczki i generalnie wymagają energii, podczas gdy reakcje hydrolizy rozkładają cząsteczki i generalnie uwalniają energię. Węglowodany, białka i kwasy nukleinowe są budowane i rozkładane w tego typu reakcjach, chociaż zaangażowane monomery różnią się w każdym przypadku. (W komórce kwasy nukleinowe w rzeczywistości nie są polimeryzowane w poprzez synteze odwodnienia; badamy, jak są składane w artykule o kwasach nukleinowych. Reakcje syntezy odwodnienia są również zaangażowane w tworzenie pewnych typów lipidów, chociaż nie są one polimeramicubed.
W organizmie enzymy katalizują, czyli przyspieszają, zarówno reakcje kondensacji, jak i hydrolizy. Enzymy uczestniczące w rozrywaniu wiązań zazwyczaj otrzymują nazwy z końcówką -aza: na przykład, enzym maltaza rozkłada maltozę, lipaza rozkłada lipidy, a peptydaza rozkłada białka (nazywane również polipeptydami, jak możesz zobaczyć w artykule o białkach). Podczas wędrówki pokarmu przez układ trawienny - od momentu jego kontaktu z Twoją śliną - jest on trawiony przez enzymy takie jak te. Enzymy rozkładają duże cząsteczki biologiczne i uwalniają mniejsze bloczki budulcowe, które mogą być łatwo wchłaniane i wykorzystywane przez organizm.