Biomolekul

Prikaz 3D strukture mioglobinа koja prikazuje obojane alfa helikse. Ovo je prvi protein čiju su strukturu uz pomoć rendgendske kristalografije otkrili Maks Peruc i Džon Kendru 1958. godine, i za to dostignuće dobili Nobelovu nagradu za hemiju.
Biohemija
Citohrom c oksidaza
Ključne komponente
Istorija i teme
Portali: Biologija, Hemija, MCB
  • p
  • r
  • u

Biomolekul ili biološki molekul je svaki organski molekul koju proizvodi živi organizam, koji je od značaja za jedan ili više tipično bioloških procesa, poput deobe ćelija, morfogeneze ili razvoja.[1] Biomolekuli obuhvataju velike polimerske molekule, kao što su proteini, polisaharidi i nukleinske kiseline, kao i male molekuli poput primarnih metabolita, sekundarnih metabolita i prirodnih proizvoda.[2][3] Opštiji naziv za ovu klasu materijala je biološki materijal. Biomolekuli su važan element živih organizama. Oni su često endogeni,[4] proizvedeni u organizmu,[5] mada su organizmima obično neophodni i egzogeni biomolekuli, na primer određene hranljive materije, da bi preživeli.

Biologija i njena potpolja biohemije i molekularne biologije proučavaju biomolekule i njihove reakcije. Većina biomolekula su organska jedinjenja, a samo četiri elementa - kiseonik, ugljenik, vodonik i azot - čine 96% mase ljudskog tela. Mnogi drugi elementi, poput različitih biometala, prisutni su u malim količinama.

Uniformnost oba specifična tipa molekula (biomolekula) i određenih metaboličkih puteva su nepromenljive osobine među širokom raznolikošću životnih oblika; stoga se ovi biomolekuli i metabolički putevi nazivaju „biohemijskim univerzalima“[6] ili „teorijom materijalnog jedinstva živih bića“, objedinjujućim konceptom u biologiji, zajedno sa teorijom ćelija i teorijom evolucije.[7]

Sastav biomolekula

Od svih hemijskih elemenata koji se nalaze u prirodi, samo 27 ulazi u sastav hemijskih jedinjenja koja čine živi svet. Ovi elementi se nazivaju biogenim ili biomolekulskim. Najzastupljeniji bioelementi u građi organskih molekula su: C (ugljenik), H (vodonik), O (kiseonik), N (azot), P (fosfor) i S (sumpor).

Drugu grupu elemenata koja ulazi u sastav živih bića čine: Ca (kalcijum), Mg (magnezijum), Na (natrijum), K (kalijum) i Cl (hlor). Ovi elementi se u telesnim tečnostima nalaze u obliku jona, te se nazivaju elektroliti.

Pored ove dve grupe bioelemenata, postoji i grupa esencijalnih elemenata, koji su ništa manje važni iako se nalaze u tragovima (minimalnim količinama). Ima ih 16: gvožđe, bakar, cink, mangan, kobalt, hrom, selen, molibden, jod, fluor, bor, arsen, nikl, kalaj, vanadijum i silicijum.

Struktura i funkcija

Tipični biomolekuli, kao što su proteini, nukleinske kiseline, masti i ugljeni hidarti, su građeni od specifičnih gradivnih delova. Funkcija svakog biomolekula je zasebna, ali slina u svim organizmima. Gradivni delovi mogu biti promenjeni u različitim biomolekulama, kako bi doprineli njihovoj osnovnoj funkciji.

Na primer, gradivni delovi proteina su aminokiseline, nukleinskih kiselina - nukleotidi, masti - glicerol i više masne kiseline, a šećera - α-D-glukoza.[8]

Proteini (belančevine)

Proteini su veliki molekuli složenog sastava koji čine osnovu strukture i organizacije živih sistema. To su polimeri dugih lanaca, izgrađeni od monomera aminokiselina, koji su povezani peptidnim vezama. Svaki protein sadrži kombinaciju 20 vrsta aminokiselina (koji se nazivaju α-aminokiseline), već unapred određene genetičkim kodom. Različite kombinacije aminokiselina omogućavaju proteinima da budu najraznovrsniji i najrasprostranjeniji biomolekuli u organizmu.

Aminokiseline su osnovni gradivni delovi proteina. Po hemijskom sastavu imaju jednu amino grupu, karboksilnu grupu, vodonikov atom i različitu R grupu koja je vezana za α-ugljenikov atom i funkcionalnu grupu (reaktivni deo molekula). Struktura proteina je podeljena na više nivoa:

  1. Primarna struktura: Različita kombinacija 20 α-aminokiselina utiče na stvaranje velikih lanaca proteina. Primarna struktura određuje funkciju i biološke osobine proteina.
  2. Sekundarna struktura: Javlja se u polipeptidnim lancima kada se –CO i amino grupa spajaju vodonikovom vezom. Tu postoje dve strukture: α-zavojnica i β-nabrana ploča, koje su međusobno povezane vodoničnim vezama.
  3. Tercijarna struktura: To je 3D struktura proteina koja se javlja sklapanjem α i β struktura. Na osnovu ove strukture, proteini se dele na fibrilarne i globularne.
  4. Kvaternarna struktura: Kombinacijom jednostavnih proteina i različitih ili istih polipeptidnih lanaca, se stvaraju kompleksniji proteini.

Jedna od bitnih karakteristika proteina je denaturacija, do koje dolazi raskidanjem vodoničnih veza. Vodonične veze su jako slabe i osetljive i lako pucaju pri najmanjoj promeni temperature ili pH vrednosti okoline. Proteini se uglavnom vezuju u složenije molekule sa lipidima, ugljenim hidratima, nukleinskim kiselinama i hem grupom. Imaju različite funkcije u organizmu: 75% ćelijske mase je izgrađeno od proteina, a imaju veliku ulogu i kao gradivne jedinice ćelijske plazme i organela. Takođe deluju kao biohemijski katalizatori- enzimi. Neki od najpoznatijih hormona su proteini (insulin, glukagon). Učestvuju u rastu i obnavljanju tkiva.

Lipidi (masti)

Lipidi su velika grupa masti i ulja karakteristični po nerastvorljivosti u vodi i rastvorljivosti u organskim rastvaračima (kao što su aceton, eter, ugljen tetrahlorid). Kao i ugljeni hidrati, lipidi su uglavnom sastavljeni od C, H i O atoma, a složeni mogu imati i N, P i S atome. Nastaju u reakciji masnih kiselina sa alkoholima ili aminima.

Gradivni delovi lipida su više masne kiseline, koje su uglavnom monokarboksilne organske kiseline sa brojem C atoma većim od četiri. Više masne kiseline mogu biti: zasićene (nerazgranate i najraširenije u prirodi) i nezasićene (sa jednom ili više dvostrukih veza).

Na osnovu njihove molekularne strukture, lipidi su podeljeni u tri grupe:

  1. Jednostavni lipidi: U jednostavne lipide se ubrajaju esteri, koji se mogu podeliti u dve grupe. Po strukturi, masti i ulja su trigliceridi, koji su esteri glicerola i masnih kiselina. Njihove karakteristike zavise od vrste i količine masnih kiselina. Dugi lanci masnih kiselina mogu imati različiti broj C atoma (između 12 i 24) i dvostruke veze ukoliko su nezasićeni. Masti su trigliceridi koji su na sobnoj temperaturi u čvrstom stanju, a ulja u tečnom. Dvostruka veza nezasićenih masnih kiselina lako podleže hidrogenizaciji, što utiče na stvaranje zasićenih triglicerida ili masti. Nerastvorne su u vodi. Voskovi su esteri masnih kiselina sa dugim lancima monohidroksidnih alkohola sa 26-34 C atoma. Rašireni su u prirodi u raznim jedinjenjima. Često su deo zaštitnih slojeva na površinama životinja i biljaka, a neki insekti i luče vosak (kao pčele). Trigliceridi podležu procesu saponifikacije i imaju veliku primenu u kozmetičkoj industriji.
  2. Složeni lipidi: Složeni lipidi su esteri masnih kiselina i alkohola, sa različitim primesama proteina, fosfornih kiselina, šećera itd. Postoji više grupa ovih lipida, a najpoznatiji su fosfolipidi i glikolipidi. Složeni lipidi u svojoj hemijskoj strukturi imaju polarni i nepolarni deo. Najvažniju funkciju imaju u izgradnji bioloških membrana.
  3. Dobijeni lipidi: Steroidi su posebna grupa lipida koji se stvaraju u telu tokom metabolizma. Ne ubrajaju se u grupu estera. Holesterol je jedan od najpoznatijih steroida u ljudskom i životinjskom tkivu.

Osnovna funkcija lipida je učestvovanje u izgradnji svih ćelijskih membrana, kao i rezerva hranjivih sastojaka (u trigliceridima) za energetske potrebe organizma.

Ugljeni hidrati

Ugljeni hidrati formiraju veliku grupu organskih jedinjenja, koji imaju važnu ulogu u svakodnevnom životu. Nastaju u biljkama kao produkt procesa fotosinteze. Najrasprostranjeniji ugljeno hidrati su glukoza, fruktoza, saharoza, skrob i celuloza. Mnogi ugljeno hidrati su slatkastog ukusa i zato se nazivaju šećerima. Svi ugljeni hidrati imaju zajedničku formulu Cx(H2O)y. Osnovni gradivni delovi njihovih lanaca se nazivaju monosaharidi (jednostavni šećeri). Lanac je nerazgranat i svaki C atom nosi –OH grupu, a po jednu aldehidnu ili keto grupu.

Na osnovu ponašanja pri hidrolizi, ugljeni hidrati se mogu podeliti u tri grupe:

  1. Monosaharidi su jednostavni ugljeni hidrati koji se ne mogu hidrolizom rastaviti na jednostavnije jedinice ketona. Poznato je 20 vrsta monosaharida koji se nalaze u prirodi. Oni su dalje podeljeni na osnovu broja C atoma i funkcionalne grupe. Ako sadrže aldehidnu grupu, nazivaju se aldozama, a ako sadrže keto grupu - ketozama. Svi imaju belu boju i rastvorni su u vodi. Imaju slatkast ukus.
  2. Oligosaharidi su ugljeni hidrati koji sadrže 2-10 monosaharidnih jedinica dobijenih hidrolizom. Oni se mogu dalje podeliti na disaharide, trisaharide, tetrasaharide, itd. Monosaharidne jedinice od kojih su sastavljeni kompleksniji ugljeni hidrati mogu, ali i ne moraju biti iste u određenom ugljenom hidratu. Na primer, saharoza hidrolizom daje jedan molekul glukoze i jedan molekul fruktoze.
  3. Polisaharidi su dugi lanci monosaharida, koji su najrasprostranjeniji ugljeni hidrati u prirodi. Služe kao rezerva hrane kod životinja (glikogen) i biljaka (skrob), i kao gradivni materijal (uglavnom kod biljaka).

Monosaharidi uglavnom imaju cikličnu strukturu, jer aldehidna i keto grupa nisu potpuno slobodne, što je dokazano Havortovim eksperimentom.

Ugljeni hidrati imaju više funkcija od kojih su najpoznatije da služi kao gradivni materijal (celuloza) za izgradnju ćelijskih zidova bakterija i biljaka, te da su povezani sa mnogim lipidima i proteinima i grade jedinjenja koja imaju važnu funkciju u organizmu (kao glikolipidi i glikoproteini).

Nukleinske kiseline

Nukleinske kiseline su biološki molekuli, esencijalni za sve oblike živih organizama. To su linearni polimeri, koji se sastoje od različitih nukleotida, poredanih u genetski predodređenom redoledu. Nukleotidi su osnovne gradivne jedinice (monomeri) nukleinskih kiselina i međusobno su povezani preko fosfatne grupe. Kondenzacijom hidroksilnih grupa, dolazi do uspostavljanja 3'- 5' fosfodiesterske veze. Svaki nukleotid se sastoji od baze, petougljeničnog šećera (pentoze) i fosfatne grupe.

Na osnovu različite strukture nukleotida, dolazi do stvaranja polimera sa različitom građom i funkcijom, pri čemu razlikuju dva osnovna tipa:

  1. DNK - dezoksiribonukleinska kiselina, koja sadrži petougljenični šećer dezoksiribozu. Nosilac je genetičke informacije u jedru i koda za sintezu specifičnih proteina. Sadrži i do 250 miliona nukleotidnih parova.
  2. RNK - ribonukleinska kiselina, sadrži petougljenični šećer ribozu (koja ima jednu više –OH grupu na petougljeničnom šećeru). Učestvuje u transkripciji i translaciji genetičke informacije tokom sinteze proteina. Sadrži nekoliko hiljada nukleotida. Postoje tri tipa RNK molekula: iRNK (informaciona RNK - učestvuje u transkripciji genetičkog koda u jedru), rRNK (ribozomska RNK - sa ribozomskim proteinima predstavlja gradivne komponente ribosoma) i tRNK (transportna RNK - prenosi aminokiseline do ribosoma).

Različita struktura nukleotida je uzrokovana različitim bazama, kojih postoje 4 vrste: adenin, guanin, citozin i timin (kod RNK uracil).

Struktura DNK i RNK

Nakon što su Votson i Krik otkrili heliksnu strukturu DNK - utvrđeno je da je to dvostruka zavojnica dva polunukleotidna lanca, čije se baze na suprotnim lancima uparaju uvek kao adenin (A) sa timinom (T) i guanin (G) sa citozinom (C), koji su međusobno povezani slabim vodoničnim vezama.

Osnovna funkcija DNK je čuvanje informacije o genetičkom materijalu. Pri deljenju ćelije, sa osnovnog molekula DNK dolazi do prepisivanja genetičkog koda (replikacija DNK), pri čemu se stvaraju novi lanci sa identičnim genetičkim kodom. DNK je smešten u posebno organizovanim strukturama koje se nazivaju hromozomi.

Reference

  1. ^ Bunge, M. (1979). Treatise on Basic Philosophy, vol. 4. Ontology II: A World of Systems, p. 61-2. link.
  2. ^ Slabaugh, Michael R. & Seager, Spencer L. (2007). Organic and Biochemistry for Today (6th изд.). Pacific Grove: Brooks Cole. ISBN 978-0-495-11280-8. 
  3. ^ Donald Voet; Judith G. Voet (2005). Biochemistry (3 изд.). Wiley. ISBN 9780471193500. 
  4. ^ Voon, C. H.; Sam, S. T. (2019). „2.1 Biosensors”. Nanobiosensors for Biomolecular Targeting (на језику: енглески). Elsevier. ISBN 978-0-12-813900-4. 
  5. ^ endogeny. (2011) Segen's Medical Dictionary. The Free Dictionary by Farlex. Farlex, Inc. Accessed June 27, 2019.
  6. ^ Green, D. E.; Goldberger, R. (1967). Molecular Insights into the Living Process. New York: Academic Press — преко Google Books. 
  7. ^ Gayon, J. (1998). „La philosophie et la biologie”. Ур.: Mattéi, J. F. Encyclopédie philosophique universelle. vol. IV, Le Discours philosophique. Presses Universitaires de France. стр. 2152—2171. ISBN 9782130448631 — преко Google Books. 
  8. ^ https://tkojetko.irb.hr/documents/6547_441.pdf/ Архивирано 2017-03-29 на сајту Wayback Machine; Miloš M. (2009): Osnove biokemije (Skripta za internu upotrebu), Split.

Literatura

  • Voet, Donald; Voet, Judith G. (2005). Biochemistry (3 изд.). Wiley. ISBN 9780471193500. Архивирано из оригинала 11. 9. 2007. г. Приступљено 9. 2. 2017. 
  • McNaught AD (1997). Compendium of Chemical Terminology (2nd изд.). Oxford: Blackwell Scientific Publications. ISBN 978-0-9678550-9-7. 
  • Enzyme nomenclature, 1978 recommendations of the Nomenclature Committee of the International Union of Biochemistry on the nomenclature and classification of enzymes. New York: Academic Press. 1979. ISBN 9780323144605. 
  • Clarke, Jeremy M. Berg; John L. Tymoczko; Lubert Stryer. Web content by Neil D. (2002). „Section 3.5Quaternary Structure: Polypeptide Chains Can Assemble Into Multisubunit Structures”. Biochemistry (5. ed., 4. print. изд.). New York, NY [u.a.]: W. H. Freeman. ISBN 978-0-7167-3051-4. 
  • Linderstrøm-Lang KU (1952). Lane Medical Lectures: Proteins and Enzymes. Stanford University Press. стр. 115. ASIN B0007J31SC. 
  • Krauss, G. (2003). „The Regulations of Enzyme Activity”. Biochemistry of Signal Transduction and Regulation (3rd изд.). Weinheim: Wiley-VCH. стр. 89—114. ISBN 9783527605767. 
  • Fersht, A. (1985). Enzyme Structure and Mechanism. San Francisco: W.H. Freeman. стр. 50–2. ISBN 978-0-7167-1615-0. 
  • Costanzo, Linda S. (2007). Physiology. Hagerstwon, MD: Lippincott Williams & Wilkins. ISBN 978-0781773119. 
  • Maton, Anthea; Hopkins, Jean; McLaughlin, Charles William; Johnson, Susan; Warner, Maryanna Quon; LaHart, David; Wright, Jill D. (1993). Human Biology and Health. Englewood Cliffs, New Jersey, US: Prentice Hall. ISBN 978-0139811760. 
  • Campbell, Neil A.; Williamson, Brad; Heyden, Robin J. (2006). Biology: Exploring Life. Boston, Massachusetts: Pearson Prentice Hall. ISBN 978-0-13-250882-7. 
  • Hardin, Jeff; Bertoni, Gregory; Kleinsmith, Lewis J. (2015). Becker's World of the Cell (8th изд.). New York: Pearson. стр. 422–446. ISBN 978013399939-6. 
  • Evert RF, Eichhorn SE (2006). Esau's Plant Anatomy: Meristems, Cells, and Tissues of the Plant Body: Their Structure, Function, and Development. John Wiley & Sons. ISBN 9780471738435. 
  • Sagan, Dorion, ур. (2012). Lynn Margulis: The Life and Legacy of a Scientific Rebel. White River Junction: Chelsea Green. ISBN 978-1603584470. 
  • Campbell NA, Williamson B, Heyden RJ (2006). Biology: Exploring Life. Boston, Massachusetts: Pearson Prentice Hall. ISBN 978-0-13-250882-7. 
  • Pavelk M, Mironov AA (2008). The Golgi Apparatus: State of the art 110 years after Camillo Golgi's discovery. Berlin: Springer. стр. 580. ISBN 978-3-211-76310-0. 
  • Cooper, Geoffrey M. (2000). „Ch. 1: Section: Electron Microscopy”. The Cell — A Molecular Approach (2nd изд.). Sunderland MA: Sinauer Associates. ISBN 978-0-87893-106-4. 
  • Marsh, Mark (2001). Endocytosis. Oxford University Press. стр. vii. ISBN 978-0-19-963851-2. 
  • Schoener, Thomas W (2009). „§I.1 Ecological niche”. Ур.: Levin, Simon A.; Carpenter, Stephen R.; H. Charles J. Godfray; Kinzig, Ann P.; Loreau, Michel; Losos, Jonathan B.; Walker, Brian; Wilcove, David S. The Princeton Guide to Ecology. Princeton University Press. стр. 3. ISBN 9781400833023. 
  • Schulze, Ernst-Detlef; Mooney, Harold A. (1993). Biodiversity and ecosystem function. Springer-Verlag. стр. 88—90. 
  • Oparin, A. I. (1967). Bernal, John Desmond, ур. The origin of life. World Pub. Co. стр. 199—234. 

Spoljašnje veze

Biomolekul na Vikimedijinoj ostavi.
  • Society for Biomolecular Sciences provider of a forum for education and information exchange among professionals within drug discovery and related disciplines.
  • p
  • r
  • u
Biomolekularne strukture
Proteinska struktura
Struktura nukleinske kiseline
Vidi isto
Normativna kontrola: Državne Уреди на Википодацима
  • Francuska
  • BnF podaci
  • Izrael
  • Sjedinjene Države
  • Češka