MACROMOLECULE: CARACTERISTICI, TIPURI, FUNCȚII ȘI EXEMPLE - BIOLOGIE - 2025

Cele Macromoleculele sunt molecule mari - în general peste 1000 de atomi - formate prin unirea monomeri estructurares sau blocuri mai mici. În viețuitoare, găsim patru tipuri principale de macromolecule: acizi nucleici, lipide, carbohidrați și proteine. Există și altele de origine sintetică, cum ar fi materialele plastice.

Fiecare tip de macromoleculă biologică este alcătuit dintr-un monomer specific și anume: acizi nucleici prin nucleotide, carbohidrați prin monosacharide, proteine ​​cu aminoacizi și lipide de hidrocarburi cu lungime variabilă.

Sursa: pixabay.com

În ceea ce privește funcția lor, carbohidrații și lipidele depozitează energie pentru ca celula să-și poată efectua reacțiile chimice, fiind utilizate și ca componente structurale.

Proteinele au și funcții structurale, pe lângă faptul că sunt molecule cu capacitate de cataliză și transport. În cele din urmă, acizii nucleici stochează informații genetice și participă la sinteza proteinelor.

Macromoleculele sintetice urmăresc aceeași structură ca și una biologică: mulți monomeri legați împreună pentru a forma un polimer. Exemple de acest lucru sunt polietilena și nylonul. Polimerii sintetici sunt utilizați pe scară largă în industrie pentru fabricarea țesăturilor, materialelor plastice, izolării etc.

caracteristici

mărimea

După cum sugerează și denumirea, una dintre caracteristicile distinctive ale macromoleculelor este dimensiunea mare a acestora. Sunt formate din cel puțin 1.000 de atomi, legate prin legături covalente. În acest tip de legătură, atomii implicați în legătură împart electronii de la ultimul nivel.

Constituţie

Un alt termen folosit pentru a se referi la macromolecule este polimerul („multe părți”), care sunt alcătuite din unități repetate numite monomeri („o parte”). Acestea sunt unitățile structurale ale macromoleculelor și pot fi identice sau diferite între ele, în funcție de caz.

Am putea folosi analogia jocului pentru copii Lego. Fiecare dintre piese reprezintă monomeri, iar când le unim pentru a forma structuri diferite obținem polimerul.

Dacă monomerii sunt aceiași, polimerul este un homopolimer; iar dacă sunt diferite, va fi un heteropolimer.

Există, de asemenea, o nomenclatură pentru a desemna polimerul în funcție de lungimea acestuia. Dacă molecula este formată din câteva subunități se numește oligomer. De exemplu, atunci când vrem să ne referim la un acid nucleic mic, îl numim oligonucleotidă.

Structura

Având în vedere diversitatea incredibilă a macromoleculelor, este dificil să se stabilească o structură generală. „Scheletul” acestor molecule este format din monomerii lor corespunzători (zaharuri, aminoacizi, nucleotide etc.) și pot fi grupate într-un mod liniar, ramificat sau pot lua forme mai complexe.

După cum vom vedea mai târziu, macromoleculele pot avea origine biologică sau sintetică. Primele au infinități de funcții în ființele vii, iar ultimele sunt utilizate pe scară largă de societate - cum ar fi plasticele, de exemplu.

Macromolecule biologice: funcții, structură și exemple

În ființele organice găsim patru tipuri de bază de macromolecule, care îndeplinesc un număr imens de funcții, permițând dezvoltarea și susținerea vieții. Acestea sunt proteine, carbohidrați, lipide și acizi nucleici. Vom descrie mai jos caracteristicile sale cele mai relevante.

Proteină

Proteinele sunt macromolecule ale căror unități structurale sunt aminoacizi. În natură, găsim 20 de tipuri de aminoacizi.

Structura

Acești monomeri sunt compuse dintr - un atom de carbon central (denumit carbon alfa) , legate prin legături covalente la patru grupe diferite: un atom de hidrogen, o grupare amino (NH ₂ ), o grupare carboxil (COOH) și o grupă R.

Cele 20 de tipuri de aminoacizi diferă unul de celălalt doar în identitatea grupului R. Acest grup variază în funcție de natura sa chimică, fiind capabil să găsească aminoacizi bazici, acizi, neutri, cu lanțuri lungi, scurte și aromatice, printre altele.

Reziduurile de aminoacizi sunt păstrate împreună prin legături peptidice. Natura aminoacizilor va determina natura și caracteristicile proteinei rezultate.

Secvența liniară de aminoacizi reprezintă structura primară a proteinelor. Acestea sunt apoi pliate și grupate în diferite tipare, formând structurile secundare, terțiare și cuaternare.

Funcţie

Proteinele servesc diverse funcții. Unii servesc ca catalizatori biologici și sunt numiți enzime; unele sunt proteine ​​structurale, cum ar fi keratina prezentă în păr, unghii, etc .; iar alții îndeplinesc funcții de transport, cum ar fi hemoglobina în globulele noastre roșii.

Acizii nucleici: ADN și ARN

Al doilea tip de polimer care face parte din ființele vii sunt acizii nucleici. În acest caz, unitățile structurale nu sunt aminoacizi ca în proteine, ci sunt monomeri numiți nucleotide.

Structura

Nucleotidele sunt formate dintr-o grupare fosfat, un zahăr cu cinci carbon (componenta centrală a moleculei) și o bază azotată.

Există două tipuri de nucleotide: ribonucleotide și dezoxiribonucleotide, care variază în ceea ce privește zaharul din miez. Primele sunt componentele structurale ale acidului ribonucleic sau ARN, iar cele din urmă sunt ale acidului dezoxiribonucleic sau ale ADN-ului.

În ambele molecule, nucleotidele sunt ținute împreună de o legătură fosfodiester - echivalentul legăturii peptidice care ține proteinele împreună.

Componentele structurale ale ADN și ARN sunt similare și diferă în structură, deoarece ARN se găsește sub forma unei singure benzi și ADN-ul într-o bandă dublă.

Funcţie

ARN și ADN sunt cele două tipuri de acizi nucleici pe care îi găsim în ființele vii. ARN este o moleculă dinamică multifuncțională, care apare în diverse conformații structurale și participă la sinteza proteinelor și la reglarea expresiei genice.

ADN-ul este macromolecula responsabilă cu stocarea tuturor informațiilor genetice ale unui organism, necesare dezvoltării acestuia. Toate celulele noastre (cu excepția celulelor roșii mature) au material genetic depozitat în nucleul lor, într-un mod foarte compact și organizat.

Carbohidrați

Carbohidrații, cunoscuți și sub denumirea de carbohidrați sau pur și simplu ca zaharuri, sunt macromolecule alcătuite din blocuri de construcție numite monosacharide (literalmente „un zahăr”).

Structura

Formula moleculară de carbohidrați este (CH ₂ O) _n . Valoarea lui n poate varia de la 3, pentru cel mai simplu zahăr, la mii pentru carbohidrații cei mai complexi, fiind destul de variabilă în ceea ce privește lungimea.

Acești monomeri au capacitatea de a se polimeriza între ei printr-o reacție care implică două grupări hidroxil, ceea ce duce la formarea unei legături covalente numită legătură glicozidică.

Această legătură ține împreună monomerii carbohidrați în același mod în care legăturile peptidice și legăturile fosfodiester dețin proteine ​​și respectiv acizi nucleici.

Cu toate acestea, legăturile peptidice și fosfodiester apar în zone specifice monomerilor lor constitutive, în timp ce legăturile glicozidice pot fi formate cu orice grupare hidroxil.

Așa cum am menționat în secțiunea anterioară, micromoleculele mici sunt desemnate cu prefixul oligo. În cazul carbohidraților mici, se folosește termenul oligozaharide, dacă sunt legate doar doi monomeri este un dizaharid, iar dacă sunt mai mari, polizaharide.

Funcţie

Zaharurile sunt macromolecule fundamentale pentru viață, deoarece îndeplinesc funcții energetice și structurale. Acestea oferă energia chimică necesară pentru a conduce un număr semnificativ de reacții în interiorul celulelor și sunt utilizate ca „combustibil” pentru ființele vii.

Alți carbohidrați, cum ar fi glicogenul, servesc la stocarea energiei, astfel încât celula să se poată atrage de ea atunci când este necesar.

De asemenea, au funcții structurale: fac parte din alte molecule, cum ar fi acizii nucleici, pereții celulari ai unor organisme și exoscheletele insectelor.

La plante și unele protiste, de exemplu, găsim un carbohidrat complex numit celuloză, format doar din unități de glucoză. Această moleculă este incredibil de abundentă pe pământ, deoarece este prezentă în pereții celulari ai acestor organisme și în alte structuri de susținere.

lipidele

"Lipid" este un termen folosit pentru a cuprinde un număr mare de molecule nonpolare sau hidrofobe (cu o fobie sau repulsie în apă) alcătuite din lanțuri de carbon. Spre deosebire de cele trei molecule menționate, proteine, acizi nucleici și carbohidrați, nu există un singur monomer pentru lipide.

Structura

Din punct de vedere structural, o lipidă se poate prezenta în mai multe moduri. Deoarece sunt fabricate din hidrocarburi (CH), legăturile nu sunt parțial încărcate, deci nu sunt solubile în solvenți polari, cum ar fi apa. Cu toate acestea, ele pot fi dizolvate în alte tipuri de solvenți nepolari, cum ar fi benzenul.

Un acid gras este compus din lanțurile de hidrocarburi menționate și o grupare carboxil (COOH) ca o grupare funcțională. În general, un acid gras conține 12 până la 20 de atomi de carbon.

Lanțurile de acizi grași pot fi saturați, când toți carbunii sunt legați prin legături unice sau nesaturați, când mai mult de o dublă legătură este prezentă în structură. Dacă conține legături duble multiple, este un acid polinesaturat.

Tipuri de lipide în funcție de structura lor

Există trei tipuri de lipide în celulă: steroizi, grăsimi și fosfolipide. Steroizii se caracterizează printr-o structură voluminoasă cu patru inele. Colesterolul este cel mai cunoscut și este o componentă importantă a membranelor, deoarece controlează fluiditatea acestora.

Grăsimile sunt alcătuite din trei acizi grași legați printr-o legătură ester la o moleculă numită glicerol.

În cele din urmă, fosfolipidele sunt formate dintr-o moleculă de glicerol atașată la o grupare fosfați și două lanțuri de acizi grași sau izoprenoizi.

Funcţie

Ca și carbohidrații, lipidele funcționează, de asemenea, ca sursă de energie pentru celulă și ca componente ale unor structuri.

Lipidele au o funcție esențială pentru toate formele vii: sunt un element esențial al membranei plasmatice. Acestea formează granița crucială dintre cei vii și cei care nu trăiesc, servind ca o barieră selectivă care decide ce intră în celulă și ce nu, datorită proprietății sale semi-permeabile.

Pe lângă lipide, membranele sunt de asemenea formate din diferite proteine, care funcționează ca transportori selectivi.

Unii hormoni (precum cei sexuali) sunt lipide în natură și sunt esențiali pentru dezvoltarea organismului.

Transport

În sistemele biologice, macromoleculele sunt transportate între interiorul și exteriorul celulelor prin procese numite endo și exocitoză (care implică formarea veziculelor) sau prin transport activ.

Endocitoza cuprinde toate mecanismele pe care le folosește celula pentru a obține intrarea particulelor mari și este clasificată ca: fagocitoză, când elementul care trebuie înghițit este o particulă solidă; pinocitoza, când intră lichidul extracelular; și endocitoză, mediată de receptori.

Majoritatea moleculelor care sunt ingerate în acest mod sfârșesc într-un organel responsabil cu digestia: lizozomul. Alții sfârșesc în fagozomi - care au proprietăți de fuziune cu lizozomi și formează o structură numită fagolizozomi.

În acest fel, bateria enzimatică prezentă în lizozom ajunge să degradeze macromoleculele care au intrat inițial. Monomerii care le-au format (monosacharide, nucleotide, aminoacizi) sunt transportați înapoi în citoplasmă, unde sunt folosiți pentru formarea de noi macromolecule.

De-a lungul intestinului există celule care au transportori specifici pentru absorbția fiecărei macromolecule care a fost consumată în dietă. De exemplu, transportoarele PEP1 și PEP2 sunt utilizate pentru proteine ​​și SGLT pentru glucoză.

Macromolecule sintetice

În macromoleculele sintetice găsim și același model structural descris pentru macromoleculele de origine biologică: monomeri sau subunități mici care sunt unite prin legături pentru a forma un polimer.

Există diferite tipuri de polimeri sintetici, cel mai simplu fiind polietilena. Acesta este un material plastic inert , cu formula chimică CH ₂ CH ₂ (legat printr - o dublă legătură) , destul de comună în industrie, deoarece este ieftin și ușor de produs.

După cum se poate observa, structura acestui plastic este liniară și nu are ramificări.

Poliuretanul este un alt polimer utilizat pe scară largă în industrie pentru fabricarea de spume și izolatoare. Cu siguranță vom avea un burete din acest material în bucătăriile noastre. Acest material este obținut prin condensarea bazelor hidroxilice amestecate cu elemente numite diizocianate.

Există și alți polimeri sintetici cu o complexitate mai mare, precum nailonul (sau nailonul). Printre caracteristicile sale se numără foarte rezistent, cu elasticitate apreciabilă. Industria textilă profită de aceste caracteristici pentru fabricarea de țesături, peri, linii etc. De asemenea, este utilizat de către medici pentru a efectua suturi.

Referințe

1. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biochimie. Am inversat.
2. Campbell, MK și Farrell, SO (2011). Biochimie. Thomson. Brooks / Cole.
3. Devlin, TM (2011). Cartea de biochimie. John Wiley & Sons.
4. Freeman, S. (2017). Stiinta biologica. Pearson Education.
5. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biochimie: text și atlas. Editura Medicală Panamericană.
6. Moldoveanu, SC (2005). Piroliza analitică a polimerilor organici sintetici (Vol. 25). Elsevier.
7. Moore, JT și Langley, RH (2010). Biochimie pentru manechine. John Wiley & Sons.
8. Mougios, V. (2006). Exercițiu biochimie. Cinetica umană.
9. Müller-Esterl, W. (2008). Biochimie. Fundamente pentru medicină și științele vieții. Am inversat.
10. Poortmans, JR (2004). Principiile biochimiei exercițiilor. Ediția ^a 3 ^-a , revizuită. Karger.
11. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biochimie. Editura Medicală Panamericană.