Główna zawartość
Kurs: Biologia - program rozszerzony > Rozdział 1
Lekcja 3: Wprowadzenie do makrocząsteczek biologicznychWprowadzenie 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 makrocząsteczki . Nie mniej jednak, wiele innych źródeł używa określenia "makrocząsteczki" mniej restrykcyjnie, jako ogólną nazwę dla czterech rodzajów dużych cząsteczek biologicznych .
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.
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.
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 polimerami .
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.
Chcesz dołączyć do dyskusji?
Na razie brak głosów w dyskusji