Een groot aantal verschillende verbindingen van verschillende chemische aard slaagde erin om mensen in het laboratorium te synthetiseren. Toch waren, zijn en blijven natuurlijke stoffen de belangrijkste en belangrijkste voor het leven van alle levende systemen. Dat wil zeggen, die moleculen die betrokken zijn bij duizenden biochemische reacties binnen organismen en verantwoordelijk zijn voor hun normale werking.
De overgrote meerderheid van hen behoort tot de groep die "biologische polymeren" wordt genoemd.
Algemeen concept van biopolymeren
Allereerst moet worden gezegd dat al deze verbindingen hoogmoleculair zijn en een massa hebben die miljoenen D altons bereikt. Deze stoffen zijn dierlijke en plantaardige polymeren die een beslissende rol spelen bij het bouwen van cellen en hun structuren, en zorgen voor metabolisme, fotosynthese, ademhaling, voeding en alle andere vitale functies van elk levend organisme.
Het is moeilijk om het belang van dergelijke verbindingen te overschatten. Biopolymeren zijn natuurlijke stoffen van natuurlijke oorsprong die zich vormen in levende organismen en de basis vormen van al het leven op onze planeet. Wat zijn de specifieke connecties ermee?behoren?
Celbiopolymeren
Er zijn er veel. De belangrijkste biopolymeren zijn dus als volgt:
- eiwitten;
- polysachariden;
- nucleïnezuren (DNA en RNA).
Naast hen omvat dit ook veel gemengde polymeren die zijn gevormd uit combinaties van de reeds genoemde. Bijvoorbeeld lipoproteïnen, lipopolysachariden, glycoproteïnen en andere.
Algemene eigenschappen
Er zijn verschillende kenmerken die inherent zijn aan alle overwogen moleculen. Bijvoorbeeld de volgende algemene eigenschappen van biopolymeren:
- groot molecuulgewicht door de vorming van enorme macroketens met vertakkingen in de chemische structuur;
- typen bindingen in macromoleculen (waterstof, ionische interacties, elektrostatische aantrekking, disulfidebruggen, peptidebindingen en andere);
- de structurele eenheid van elke keten is een monomere schakel;
- stereoregulariteit of de afwezigheid ervan in de structuur van de keten.
Maar over het algemeen hebben alle biopolymeren nog steeds meer verschillen in structuur en functie dan overeenkomsten.
Eiwitten
Eiwitmoleculen zijn van groot belang in het leven van alle levende wezens. Dergelijke biopolymeren vormen de basis van alle biomassa. Inderdaad, zelfs volgens de Oparin-Haldane-theorie is het leven op aarde ontstaan uit een coacervaatdruppel, die een eiwit was.
De structuur van deze stoffen is onderworpen aan een strikte ordening in de structuur. Elk eiwit is opgebouwd uit aminozuurresten diein onbeperkte kettinglengtes met elkaar kunnen verbinden. Dit gebeurt door de vorming van speciale bindingen - peptidebindingen. Zo'n binding wordt gevormd tussen vier elementen: koolstof, zuurstof, stikstof en waterstof.
Een eiwitmolecuul kan veel aminozuurresiduen bevatten, zowel dezelfde als verschillende (enkele tienduizenden of meer). In totaal zijn er 20 soorten aminozuren die in deze verbindingen worden gevonden, maar door hun diverse combinatie kunnen eiwitten floreren in kwantitatieve en soortelijke termen.
Eiwitbiopolymeren hebben verschillende ruimtelijke conformaties. Elke vertegenwoordiger kan dus bestaan als een primaire, secundaire, tertiaire of quaternaire structuur.
De meest eenvoudige en lineaire is de belangrijkste. Het is gewoon een reeks aminozuursequenties die met elkaar verbonden zijn.
De secundaire conformatie heeft een complexere structuur, omdat de totale macroketen van het eiwit begint te spiraliseren en spiralen vormt. Twee aangrenzende macrostructuren worden dicht bij elkaar gehouden vanwege covalente en waterstofinteracties tussen de groepen van hun atomen. Maak onderscheid tussen alfa- en bèta-helices van de secundaire structuur van eiwitten.
De tertiaire structuur is een enkel macromolecuul (polypeptideketen) van een eiwit dat tot een bal is gerold. Een zeer complex netwerk van interacties binnen dit bolletje zorgt ervoor dat het vrij stabiel is en zijn vorm behoudt.
Quaternaire conformatie - een paar polypeptideketens, opgerold en gedraaidin een spoel, die tegelijkertijd ook meerdere bindingen van verschillende typen met elkaar vormen. De meest complexe bolvormige structuur.
Functies van eiwitmoleculen
- Vervoer. Het wordt uitgevoerd door de eiwitcellen die het plasmamembraan vormen. Ze vormen ionenkanalen waardoor bepaalde moleculen kunnen passeren. Ook maken veel eiwitten deel uit van de organellen van de beweging van protozoa en bacteriën, daarom zijn ze direct betrokken bij hun beweging.
- De energiefunctie wordt zeer actief door deze moleculen uitgevoerd. Eén gram eiwit tijdens het metabolisme vormt 17,6 kJ energie. Daarom is de consumptie van plantaardige en dierlijke producten die deze verbindingen bevatten van vitaal belang voor levende organismen.
- De bouwfunctie is de deelname van eiwitmoleculen aan de constructie van de meeste celstructuren, de cellen zelf, weefsels, organen, enzovoort. Vrijwel elke cel is in principe opgebouwd uit deze moleculen (cytoskelet van het cytoplasma, plasmamembraan, ribosoom, mitochondriën en andere structuren nemen deel aan de vorming van eiwitverbindingen).
- De katalytische functie wordt uitgevoerd door enzymen, die door hun chemische aard niets meer zijn dan eiwitten. Zonder enzymen zouden de meeste biochemische reacties in het lichaam onmogelijk zijn, aangezien het biologische katalysatoren zijn in levende systemen.
- Receptor (ook signalerende) functie helpt cellen om te navigeren en correct te reageren op veranderingen in de omgeving, zoalsmechanisch en chemisch.
Als we dieper ingaan op eiwitten, kunnen we wat meer secundaire functies belichten. De vermelde zijn echter de belangrijkste.
Nucleïnezuren
Dergelijke biopolymeren zijn een belangrijk onderdeel van elke cel, of deze nu prokaryotisch of eukaryotisch is. Nucleïnezuren omvatten inderdaad DNA (deoxyribonucleïnezuur) en RNA (ribonucleïnezuur) moleculen, die elk een zeer belangrijke schakel zijn voor levende wezens.
Door hun chemische aard zijn DNA en RNA sequenties van nucleotiden die verbonden zijn door waterstofbruggen en fosfaatbruggen. DNA is samengesteld uit nucleotiden zoals:
- adenine;
- thymine;
- guanine;
- cytosine;
- 5-koolstofsuiker deoxyribose.
RNA is anders doordat thymine wordt vervangen door uracil en suiker door ribose.
Door de speciale structurele organisatie van DNA-moleculen zijn ze in staat een aantal vitale functies uit te voeren. RNA speelt ook een grote rol in de cel.
Functies van dergelijke zuren
Nucleïnezuren zijn biopolymeren die verantwoordelijk zijn voor de volgende functies:
- DNA is de opslag en zender van genetische informatie in de cellen van levende organismen. In prokaryoten is dit molecuul verdeeld in het cytoplasma. In een eukaryote cel bevindt het zich in de kern, gescheiden door een karyolemma.
- Dubbelstrengs DNA-molecuul is verdeeld in secties - genen die de structuur van het chromosoom vormen. De genen van iedereenwezens vormen een speciale genetische code waarin alle tekens van het organisme zijn versleuteld.
- RNA is van drie typen: sjabloon, ribosomaal en transport. Ribosomal neemt deel aan de synthese en assemblage van eiwitmoleculen op de overeenkomstige structuren. Matrix- en transportoverdrachtsinformatie lezen uit DNA en ontcijferen de biologische betekenis ervan.
Polysachariden
Deze verbindingen zijn voornamelijk plantaardige polymeren, dat wil zeggen dat ze precies in de cellen van vertegenwoordigers van de flora worden aangetroffen. Hun celwand, die cellulose bevat, is bijzonder rijk aan polysachariden.
Door hun chemische aard zijn polysachariden complexe macromoleculen van koolhydraten. Het kunnen lineaire, gelaagde, verknoopte conformaties zijn. Monomeren zijn eenvoudige vijf-, vaker zes-koolstofsuikers - ribose, glucose, fructose. Ze zijn van groot belang voor levende wezens, omdat ze deel uitmaken van de cellen, ze zijn een reservevoedingsstof voor planten, ze worden afgebroken met het vrijkomen van een grote hoeveelheid energie.
Betekenis van verschillende vertegenwoordigers
Biologische polymeren zoals zetmeel, cellulose, inuline, glycogeen, chitine en andere zijn erg belangrijk. Zij zijn de belangrijke energiebronnen in levende organismen.
Dus, cellulose is een essentieel onderdeel van de celwand van planten, sommige bacteriën. Geeft kracht, een bepaalde vorm. In de industrie wordt de mens gebruikt om papier, waardevolle acetaatvezels te verkrijgen.
Zetmeel is een reservevoedingsstof voor planten,wat ook een waardevol voedingsproduct is voor mens en dier.
Glycogeen, of dierlijk vet, is een reservevoedingsstof voor dieren en mensen. Vervult de functies van thermische isolatie, energiebron, mechanische bescherming.
Gemengde biopolymeren in levende wezens
Naast degene die we hebben overwogen, zijn er verschillende combinaties van macromoleculaire verbindingen. Dergelijke biopolymeren zijn complexe gemengde structuren van eiwitten en lipiden (lipoproteïnen) of polysachariden en eiwitten (glycoproteïnen). Een combinatie van lipiden en polysachariden (lipopolysachariden) is ook mogelijk.
Elk van deze biopolymeren heeft vele varianten die een aantal belangrijke functies vervullen in levende wezens: transport, signalering, receptor, regulerend, enzymatisch, gebouw en vele andere. Hun structuur is chemisch zeer complex en lang niet voor alle vertegenwoordigers ontcijferd, daarom zijn de functies niet volledig gedefinieerd. Tegenwoordig zijn alleen de meest voorkomende bekend, maar een aanzienlijk deel blijft buiten de grenzen van de menselijke kennis.
