BIOMOLECULE ORGANICE: CARACTERISTICI, FUNCȚII ȘI EXEMPLE - BIOLOGIE - 2025

Cele biomolecule organice găsite în toate ființele vii și sunt caracterizate printr - o structură bazată pe atomul de carbon. Dacă le comparăm cu molecule anorganice, cele organice sunt mult mai complexe din punct de vedere al structurii lor. În plus, sunt mult mai variate.

Acestea sunt clasificate în proteine, carbohidrați, lipide și acizi nucleici. Funcțiile sale sunt extrem de variate. Proteinele participă ca elemente structurale, funcționale și catalitice. Carbohidrații au, de asemenea, funcții structurale și sunt principala sursă de energie pentru ființele organice.

Sursa: pixabay.com

Lipidele sunt componente importante ale membranelor biologice și ale altor substanțe, cum ar fi hormonii. De asemenea, funcționează ca elemente de stocare a energiei. În cele din urmă, acizii nucleici - ADN și ARN - conțin toate informațiile necesare dezvoltării și întreținerii ființelor vii.

Caracteristici generale

Una dintre cele mai relevante caracteristici ale biomoleculelor organice este versatilitatea lor atunci când vine vorba de formarea structurilor. Această enormă diversitate de variante organice care poate exista se datorează situației privilegiate la care contribuie atomul de carbon, la mijlocul celei de-a doua perioade.

Atomul de carbon are patru electroni în ultimul nivel de energie. Datorită electronegativității sale medii, este capabil să formeze legături cu alți atomi de carbon, formând lanțuri de formă și lungime diferite, deschise sau închise, cu legături simple, duble sau triple.

În același mod, electronegativitatea medie a atomului de carbon îi permite să formeze legături cu alți atomi diferiți de carbon, cum ar fi electropozitiv (hidrogen) sau electronegativ (oxigen, azot, sulf, printre altele).

Această proprietate a legăturii permite stabilirea unei clasificări pentru carbonii în nivel primar, secundar, terțiar sau cuaternar, în funcție de numărul de carbon cu care este legată. Acest sistem de clasificare este independent de numărul de valențe implicate în legătură.

Clasificare și funcții

Moleculele organice sunt clasificate în patru grupe mari: proteine, carbohidrați, lipide și acizi nucleici. Le vom descrie în detaliu mai jos:

-Proteins

Proteinele sunt grupul de molecule organice cel mai bine definit și caracterizat de biologi. Această cunoaștere extinsă se datorează în principal ușurinței intrinseci care există pentru a fi izolate și caracterizate - în comparație cu restul celor trei molecule organice.

Proteinele joacă un număr de roluri biologice extrem de largi. Ele pot servi ca molecule purtătoare, structurale și chiar catalitice. Acest ultim grup este format din enzime.

Blocuri de construcție: aminoacizi

Blocurile de construcție ale proteinelor sunt aminoacizii. În natură, găsim 20 de tipuri de aminoacizi, fiecare având proprietățile fizico-chimice bine definite.

Aceste molecule sunt clasificate ca alfa-aminoacizi, deoarece au o grupare amino primară și o grupare acid carboxilic ca un substituent pe același atom de carbon. Singura excepție de la această regulă este aminoacida prolină, care este clasificată ca un alfa-imino acid datorită prezenței unei grupe amino secundare.

Pentru a forma proteine, aceste „blocuri de construcție” trebuie să se polimerizeze și o fac prin formarea unei legături peptidice. Formarea unui lanț proteic implică eliminarea unei molecule de apă pentru fiecare legătură peptidică. Această legătură este reprezentată ca CO-NH.

Pe lângă faptul că fac parte din proteine, unii aminoacizi sunt considerați metaboliți energetici și mulți dintre ei sunt elemente nutritive esențiale.

Proprietățile aminoacizilor

Fiecare aminoacid are masa și aspectul său mediu în proteine. În plus, fiecare are o valoare pK a acidului alfa-carboxilic, alfa-amino și a grupelor laterale.

Valorile pK ale grupărilor de acid carboxilic sunt în jur de 2,2; în timp ce grupările alfa-amino prezintă valori pK apropiate de 9.4. Această caracteristică duce la o caracteristică structurală tipică a aminoacizilor: la pH fiziologic ambele grupuri sunt în formă de ioni.

Când o moleculă poartă grupuri încărcate de polarități opuse, ele sunt numite zwitterions sau zwitterions. Prin urmare, un aminoacid poate acționa ca acid sau ca bază.

Majoritatea alfa-aminoacizilor au puncte de topire apropiate de 300 ° C. Se dizolvă mai ușor în medii polare, în comparație cu solubilitatea lor în solvenți nepolari. Majoritatea sunt destul de solubile în apă.

Structura proteinelor

Pentru a specifica funcția unei anumite proteine, este necesar să se determine structura acesteia, adică relația tridimensională care există între atomii care alcătuiesc proteina în cauză. Pentru proteine, au fost determinate patru niveluri de organizare a structurii lor:

Structura primară : se referă la secvența de aminoacizi care alcătuiește proteina, excluzând orice conformare pe care o poate lua lanțurile sale laterale.

Structura secundară : este formată din aranjamentul spațial local al atomilor scheletici. Din nou, conformația lanțurilor laterale nu este luată în considerare.

Structura terțiară : se referă la structura tridimensională a întregii proteine. Deși poate fi dificil să se stabilească o diviziune clară între structura terțiară și cea secundară, conformațiile definite (cum ar fi prezența elicelor, foile pliate și răsuciri) sunt utilizate pentru a desemna exclusiv structuri secundare.

Structura cuaternară : se aplică acele proteine ​​care sunt formate din mai multe subunități. Adică de două sau mai multe lanțuri polipeptidice individuale. Aceste unități pot interacționa prin forțe covalente sau prin legături disulfură. Aranjamentul spațial al subunităților determină structura cuaternară.

-Carbohydrates

Carbohidrații, carbohidrații sau zaharidele (din rădăcinile grecești sakcharón, care înseamnă zahăr) sunt cea mai abundentă clasă de molecule organice de pe întreaga planetă.

Structura lor poate fi dedusă din „carbohidraților“ numele lor, deoarece acestea sunt molecule cu formula (CH ₂ O) _n , unde n este mai mare de 3.

Funcțiile carbohidraților sunt variate. Una dintre principalele este de tip structural, în special la plante. În regnul vegetal, celuloza este principalul său material structural, care corespunde la 80% din greutatea uscată a organismului.

O altă funcție relevantă este rolul său energetic. Polizaharidele, precum amidonul și glicogenul, reprezintă surse importante de depozite nutriționale.

Clasificare

Unitățile de bază ale carbohidraților sunt monosacharide sau zaharuri simple. Acestea sunt derivate din aldehide cu lanț drept sau cetone și alcooli polihidrici.

Acestea sunt clasificate în funcție de natura chimică a grupării lor carbonilice în aldoze și cetetoze. De asemenea, acestea sunt clasificate în funcție de numărul de atomi de carbon.

Monozaharidele se grupează pentru a forma oligozaharide, care se găsesc frecvent în asociere cu alte tipuri de molecule organice, cum ar fi proteinele și lipidele. Acestea sunt clasificate ca homopolizaharide sau heteropolizaharide, în funcție de faptul că sunt compuse din aceleași monosacharide (primul caz) sau sunt diferite.

În plus, acestea sunt clasificate și în funcție de natura monosacaridei care le compune. Polimerii de glucoză se numesc glucani, cei din galactoză se numesc galactani și așa mai departe.

Polizaharidele au particularitatea formării lanțurilor drepte și ramificate, deoarece legăturile glicozidice se pot forma cu oricare dintre grupările hidroxil găsite în monosacharidă.

Când se asociază un număr mai mare de unități monosacharide, vorbim de polizaharide.

-Lipids

Lipidele (din grecescul lipos, adică grăsime) sunt molecule organice care sunt insolubile în apă și solubile în solvenți anorganici, cum ar fi cloroformul. Acestea alcătuiesc grăsimi, uleiuri, vitamine, hormoni și membrane biologice.

Clasificare

Acizii grași : sunt acizi carboxilici cu lanțuri formate din hidrocarburi de lungime considerabilă. Fiziologic, este rar să le găsești libere, deoarece în majoritatea cazurilor sunt esterificate.

La animale și plante le găsim frecvent sub forma lor nesaturată (formând legături duble între carbuni) și polinesaturate (cu două sau mai multe legături duble).

Triacilglicerolii : numiți și trigliceride sau grăsimi neutre, constituie majoritatea grăsimilor și uleiurilor prezente la animale și plante. Funcția principală este de a stoca energie la animale. Acestea au celule specializate pentru depozitare.

Acestea sunt clasificate în funcție de identitatea și poziția reziduurilor de acizi grași. În general, uleiurile vegetale sunt lichide la temperatura camerei și sunt mai bogate în resturi de acizi grași, cu legături duble și triple între cărbunii lor.

În schimb, grăsimile animale sunt solide la temperatura camerei, iar numărul de atomi de carbon nesaturați este scăzut.

Glicerofosfolipidele : cunoscute și sub numele de fosfogliceride, sunt principalele componente ale membranelor lipidice.

Glicerofosfolipidele au o „coadă” cu caracteristici apolare sau hidrofobe și un „cap” polar sau hidrofil. Aceste structuri sunt grupate într-o stratură, cu cozile orientate spre interior, pentru a forma membranele. În acestea sunt încorporate o serie de proteine.

Singingipipide : sunt lipide care se găsesc în cantități foarte mici. De asemenea, fac parte din membrane și provin din sfingosină, dihidrosfingozină și omologii lor.

Colesterolul : la animale este o componentă predominantă a membranelor, care își modifică proprietățile, cum ar fi fluiditatea acestora. Este, de asemenea, localizat în membranele organulelor celulare. Este un precursor important al hormonilor steroizi, legat de dezvoltarea sexuală.

-Acizi nucleici

Acizii nucleici sunt ADN și diferitele tipuri de ARN care există. ADN-ul este responsabil pentru stocarea tuturor informațiilor genetice, ceea ce permite dezvoltarea, creșterea și întreținerea organismelor vii.

ARN, din partea sa, participă la trecerea informațiilor genetice codificate în ADN la moleculele de proteine. Clasic, se disting trei tipuri de ARN: mesager, transfer și ribosomal. Cu toate acestea, există o serie de ARN-uri mici care au funcții de reglementare.

Blocuri de construcție: nucleotide

Blocurile de formare ale acizilor nucleici, ADN și ARN, sunt nucleotide. Chimic, sunt esteri fosfați ai pilozelor, în care o bază azotată este atașată de primul carbon. Putem distinge între ribonucleotide și dezoxiribonucleotide.

Aceste molecule sunt plane, aromate și heterociclice. Când grupul fosfat este absent, nucleotida este redenumită nucleozidă.

În plus față de rolul lor de monomeri în acizii nucleici, aceste molecule sunt omniprezente din punct de vedere biologic și participă la un număr semnificativ de procese.

Trifosfații nucleozidici sunt produse bogate în energie, precum ATP și sunt utilizate ca monedă energetică a reacțiilor celulare. Ele sunt o componentă importantă a coenzimelor NAD ⁺ , NADP ⁺ , FMN, FAD și coenzimă A. În sfârșit, ele sunt elemente de reglementare ale căilor metabolice diferite.

Exemple

Există nenumărate exemple de molecule organice. Cele mai proeminente și studiate de biochimiști vor fi discutate mai jos:

Hemoglobină

Hemoglobina, pigmentul roșu din sânge, este unul dintre exemplele clasice de proteine. Datorită difuziei sale largi și izolării ușoare, a fost o proteină studiată încă din cele mai vechi timpuri.

Este o proteină formată din patru subunități, motiv pentru care se încadrează în clasificarea tetramerică, cu două unități alfa și două beta. Subunitățile de hemoglobină sunt legate de o proteină mică responsabilă cu absorbția de oxigen în mușchi: mioglobina.

Grupa heme este un derivat al porfirinei. Aceasta caracterizează hemoglobina și este același grup întâlnit în citocromuri. Grupul heme este responsabil pentru culoarea roșie caracteristică a sângelui și este regiunea fizică în care fiecare monomer globină se leagă cu oxigenul.

Funcția principală a acestei proteine ​​este transportul de oxigen de la organul responsabil de schimbul de gaze - numiți-l plămâni, branhii sau piele - la capilare, pentru a fi utilizat în respirație.

Celuloză

Celuloza este un polimer liniar format din subunități D-glucoză, legate prin legături de tip beta 1,4. La fel ca majoritatea polizaharidelor, acestea nu au o dimensiune maximă limitată. Cu toate acestea, în medie, au aproximativ 15.000 de reziduuri de glucoză.

Este componenta pereților celulari ai plantelor. Datorită celulozei, acestea sunt rigide și permit să reziste la stresul osmotic. În mod similar, la plantele mai mari, cum ar fi copacii, celuloza oferă sprijin și stabilitate.

Deși are legătură predominantă cu legumele, unele animale numite tunicate au celuloză în structura lor.

Se estimează că în medie sunt sintetizate și degradate în medie 10 ¹⁵ kilograme de celuloză.

Membrane biologice

Membranele biologice sunt compuse în principal din două biomolecule, lipide și proteine. Conformația spațială a lipidelor are forma unei straturi stratificate, cu cozile hidrofobe orientate spre interior, iar capetele hidrofile orientate spre exterior.

Membrana este o entitate dinamică, iar componentele sale se confruntă cu mișcări frecvente.

Referințe

1. Aracil, CB, Rodríguez, parlamentar, Magraner, JP, & Pérez, RS (2011). Fundamentele biochimiei. Universitatea din Valencia.
2. Battaner Arias, E. (2014). Compendiu de enzimologie. Edițiile Universității Salamanca.
3. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biochimie. Am inversat.
4. Devlin, TM (2004). Biochimie: manual cu aplicații clinice. Am inversat.
5. Díaz, AP, & Pena, A. (1988). Biochimie. Editorial Limusa.
6. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1994). Biochimie umană: curs de bază. Am inversat.
7. Müller - Esterl, W. (2008). Biochimie. Fundamente pentru medicină și științele vieții. Am inversat.
8. Teijón, JM (2006). Fundamentele biochimiei structurale. Editorial Tébar.