MACROMOLECULES: מאפיינים, סוגים, פונקציות ודוגמאות - ביולוגיה - 2025

המיקרו - מולקולות הן מולקולות גדולות - בדרך כלל מעל 1,000 אטומים - הנוצרות על ידי איחוד מונומרים אסטרוקטורארים או בלוקים קטנים יותר. בדברים חיים אנו מוצאים ארבעה סוגים עיקריים של מקרומולקולות: חומצות גרעין, ליפידים, פחמימות וחלבונים. ישנם גם אחרים ממוצא סינטטי, כמו פלסטיק.

כל סוג מקרומולקולה ביולוגית מורכב ממונומר ספציפי, כלומר: חומצות גרעין על ידי נוקלאוטידים, פחמימות על ידי מונוזכרידים, חלבונים על ידי חומצות אמינו וליפידים על ידי פחמימנים באורך משתנה.

מקור: pixabay.com

בנוגע לתפקודם, פחמימות וליפידים אוגרים אנרגיה עבור התא לבצע את התגובות הכימיות שלו, והם משמשים גם כמרכיבים מבניים.

לחלבונים יש גם פונקציות מבניות, בנוסף להיותן מולקולות בעלות יכולת קטליזה ויכולת הובלה. לבסוף, חומצות גרעין מאחסנות מידע גנטי ומשתתפות בסינתזת חלבון.

מקרומולקולות סינתטיות עוקבות אחר אותו מבנה כמו ביולוגי: מונומרים רבים המקושרים זה לזה ליצירת פולימר. דוגמאות לכך הן פוליאתילן וניילון. פולימרים סינתטיים נמצאים בשימוש נרחב בתעשייה לייצור בדים, פלסטיק, בידוד וכו '.

מאפיינים

גודל

כפי שמשתמע מהשם, אחד המאפיינים המבדילים של מקרולקולולות הוא גודלם הגדול. הם מורכבים מלפחות אלף אטומים, המקושרים באמצעות קשרים קוולנטיים. בסוג זה של קשר, האטומים המעורבים בקשר חולקים את האלקטרונים מהדרגה האחרונה.

חוּקָה

מונח נוסף המשמש להתייחסות למיקרומולקולות הוא פולימר ("חלקים רבים") המורכבים מיחידות חוזרות הנקראות מונומרים ("חלק אחד"). אלה היחידות המבניות של מקרומולקולות ויכולות להיות זהות או שונות זו מזו, תלוי במקרה.

נוכל להשתמש באנלוגיה של משחק הילדים של לגו. כל אחת מהחתיכות מייצגת את המונומרים, וכאשר אנו מצטרפים אליהם ליצירת מבנים שונים אנו משיגים את הפולימר.

אם המונומרים זהים, הפולימר הוא הומופולימר; ואם הם שונים זה יהיה הטרופולימר.

ישנה גם nomenclature המיועד לייעד את הפולימר בהתאם לאורכו. אם המולקולה מורכבת מכמה יחידות משנה זה נקרא אוליגומר. לדוגמא, כאשר אנו רוצים להתייחס לחומצה גרעינית קטנה, אנו קוראים לה אוליגונוקליאוטיד.

מִבְנֶה

בהתחשב המגוון המדהים של מקרולולות, קשה ליצור מבנה כללי. "השלד" של מולקולות אלה נוצר על ידי המונומרים המתאימים להם (סוכרים, חומצות אמינו, נוקלאוטידים וכו '), וניתן לקבץ אותם בצורה ליניארית, מסועפת, או ללבוש צורות מורכבות יותר.

כפי שנראה בהמשך, מקרולולות יכולות להיות ממקור ביולוגי או סינטטי. לראשונים יש אינסוף של פונקציות ביצורים חיים, והאחרונים נמצאים בשימוש נרחב על ידי החברה - כמו פלסטיק למשל.

מקרומולקולות ביולוגיות: פונקציות, מבנה ודוגמאות

ביצורים אורגניים אנו מוצאים ארבעה סוגים בסיסיים של מקרומולקולות, המבצעים מספר עצום של פונקציות, המאפשרים התפתחות ומזון חיים. אלה חלבונים, פחמימות, ליפידים וחומצות גרעין. להלן נתאר את המאפיינים הרלוונטיים ביותר שלה.

חֶלְבּוֹן

חלבונים הם מקרולקולולות שהיחידות המבניות שלהן הן חומצות אמינו. בטבע אנו מוצאים 20 סוגים של חומצות אמינו.

מִבְנֶה

מונומרים אלה מורכבים מאטום פחמן מרכזי (פחמן אלפא שנקרא) מקושר על ידי קשרים קוולנטיים לארבע קבוצות שונות: אטום מימן, קבוצת אמינו (NH ₂ ), קבוצת carboxyl (COOH) וקבוצת R.

20 סוגי חומצות האמינו נבדלות זו מזו רק בזהות קבוצת R. קבוצה זו משתנה מבחינת אופייה, היכולה למצוא חומצות אמינו בסיסיות, חומציות, ניטרליות, עם שרשראות ארוכות, קצרות וארומטיות, בין היתר.

שאריות חומצות אמינו מוחזקות יחד על ידי קשרי פפטיד. טיבן של חומצות האמינו יקבע את אופיו ותכונותיו של החלבון הנוצר.

רצף חומצות האמינו הליניארית מייצג את המבנה הראשוני של חלבונים. לאחר מכן אלה מקופלים ומקובצים בתבניות שונות ויוצרים את המבנים המשניים, השלישיים והרבעוניים.

פוּנקצִיָה

חלבונים משמשים פונקציות שונות. חלקם משמשים כזרזים ביולוגיים ונקראים אנזימים; חלקם חלבונים מבניים, כמו קרטין הקיים בשיער, ציפורניים וכו '; ואחרים מבצעים פעולות הובלה, כגון המוגלובין בתוך כדוריות הדם האדומות שלנו.

חומצות גרעין: DNA ו- RNA

הסוג השני של הפולימר שהוא חלק מדברים חיים הם חומצות גרעין. במקרה זה, היחידות המבניות אינן חומצות אמינו כמו בחלבונים, אלא הן מונומרים הנקראים נוקלאוטידים.

מִבְנֶה

נוקלאוטידים מורכבים מקבוצת פוספטים, סוכר בעל חמישה פחמן (המרכיב המרכזי במולקולה) ובסיס חנקני.

ישנם שני סוגים של נוקלאוטידים: ריבונוקליאוטידים ודהוקסיריבונוקלאוטידים, המשתנים מבחינת סוכר הליבה. הראשונים הם המרכיבים המבניים של חומצה ריבונוקלאית או RNA, והאחרונים הם אלה של חומצה דהוקסיריבונוקלאית או DNA.

בשתי המולקולות נוקלאוטידים מוחזקים יחד על ידי קשר פוספודיאסטר - שווה ערך לקישור הפפטיד שמחזיק חלבונים יחד.

המרכיבים המבניים של ה- DNA וה- RNA דומים ושונים במבנה שלהם, שכן RNA נמצא בצורה של רצועה יחידה ו- DNA בפס כפול.

פוּנקצִיָה

RNA ו- DNA הם שני סוגים של חומצות גרעין שאנו מוצאים בדברים חיים. RNA היא מולקולה רב-פונקציונאלית ודינמית המופיעה בקונפורמציות מבניות שונות ומשתתפת בסינתזת חלבונים ובוויסות ביטוי הגנים.

ה- DNA הוא המקרו-מולקולה האחראית על אחסון כל המידע הגנטי של אורגניזם, הנחוץ להתפתחותו. לכל התאים שלנו (למעט תאי דם אדומים בוגרים) יש חומר גנטי המאוחסן בגרעין שלהם, בצורה קומפקטית ומאורגנת מאוד.

פחמימות

פחמימות, המכונות גם פחמימות או סתם סוכרים, הן מקרולולקולות המורכבות מאבני בניין הנקראות מונוסכרידים (מילולית "סוכר").

מִבְנֶה

הנוסחה המולקולרית של הפחמימות היא (CH ₂ O) _n . הערך של n יכול להשתנות בין 3, עבור הסוכר הפשוט ביותר, לאלפים לפחמימות המורכבות ביותר, והוא משתנה למדי מבחינת האורך.

למונומרים אלה יש את היכולת לבצע פולימר אחד עם השני באמצעות תגובה הכוללת שתי קבוצות הידרוקסיל, וכתוצאה מכך נוצר קשר קוולנטי הנקרא קשר גליקוזידי.

קשר זה מחזיק מונומרים פחמימות יחדיו באותה צורה שקשרי פפטיד וקשרים פוספודיאסטר מחזיקים חלבונים וחומצות גרעין בהתאמה.

עם זאת, קשרי פפטיד ופוספודיאסטר מופיעים באזורים ספציפיים במונומרים המרכיבים שלהם, ואילו קשרים גליקוזידים יכולים להיווצר עם כל קבוצת הידרוקסיל.

כפי שהזכרנו בסעיף הקודם, מקרומולקולות קטנות מיועדות עם הקידומת אוליגו. במקרה של פחמימות קטנות משתמשים במושג אוליגוסכרידים, אם הם רק שני מונומרים המקושרים מדובר בדיסכריד, ואם הם גדולים יותר, פוליסכרידים.

פוּנקצִיָה

סוכרים הם מקרומולקולות יסודיות לכל החיים, מכיוון שהם ממלאים תפקודים אנרגיים ומבניים. אלה מספקים את האנרגיה הכימית הנחוצה בכדי להניע מספר משמעותי של תגובות בתוך תאים ומשמשים "דלק" עבור יצורים חיים.

פחמימות אחרות, כמו גליקוגן, משמשות לאגירת אנרגיה, כך שהתא יוכל למשוך עליו בעת הצורך.

יש להם גם פונקציות מבניות: הם חלק ממולקולות אחרות, כמו חומצות גרעין, דפנות התא של כמה אורגניזמים, ושלדי השלד של חרקים.

בצמחים ובכמה פרוטסטים, למשל, אנו מוצאים פחמימה מורכבת הנקראת תאית המורכבת רק מיחידות גלוקוזה. מולקולה זו נמצאת בשפע להפליא על פני כדור הארץ, שכן היא קיימת בדפנות התא של אורגניזמים אלה ובמבנים תומכים אחרים.

ליפידים

"ליפיד" הוא מונח המשמש להקיף מספר רב של מולקולות לא-קוטביות או הידרופוביות (עם פוביה או דחייה למים) המורכבות משרשראות פחמן. בניגוד לשלוש המולקולות שהוזכרו, חלבונים, חומצות גרעין ופחמימות, אין מונומר אחד לליפידים.

מִבְנֶה

מנקודת מבט מבנית, ליפיד יכול להציג את עצמו במספר דרכים. מכיוון שהם עשויים מפחמימנים (CH), הקשרים אינם נטענים חלקית, ולכן הם אינם מסיסים בממסים קוטביים כמו מים. עם זאת, ניתן להמיס אותם בסוגים אחרים של ממסים לא קוטביים כמו בנזן.

חומצת שומן מורכבת משרשראות הפחמימנים המוזכרות וקבוצת קרבוקסיל (COOH) כקבוצה פונקציונלית. באופן כללי, חומצת שומן מכילה 12 עד 20 אטומי פחמן.

שרשראות חומצות השומן יכולות להיות רוויות, כאשר כל הפחמן מקושרים זה לזה על ידי קשרים יחידים, או בלתי רוויים, כשיש יותר מקישור כפול אחד בתוך המבנה. אם הוא מכיל קשרים כפולים מרובים, זו חומצה רב בלתי רוויה.

סוגי ליפידים לפי מבנהם

בתא ישנם שלושה סוגים של ליפידים: סטרואידים, שומנים ופוספוליפידים. סטרואידים מאופיינים במבנה מגושם של ארבע טבעות. הכולסטרול הוא הידוע ביותר והוא מרכיב חשוב בממברנות, מכיוון שהוא שולט על נזילותם.

שומנים מורכבים משלוש חומצות שומן המקושרות דרך קשר אסטר למולקולה הנקראת גליצרול.

לבסוף מורכבים פוספוליפידים ממולקולת גליצרול המחוברת לקבוצת פוספט ושתי שרשראות של חומצות שומן או איזופרנואידים.

פוּנקצִיָה

בדומה לפחמימות, גם הליפידים מתפקדים כמקור אנרגיה לתא וכרכיבים של מבנים מסוימים.

לליפידים יש תפקיד חיוני לכל צורות החיים: הם מהווים מרכיב חיוני של קרום הפלזמה. אלה מהווים את הגבול המכריע בין החיים ללא החיים, ומשמשים כמחסום סלקטיבי שמחליט מה נכנס לתא ומה לא, בזכות רכושו החדיר למחצה.

בנוסף לליפידים, הממברנות מורכבות גם מחלבונים שונים, אשר מתפקדים כמובילים סלקטיביים.

הורמונים מסוימים (כגון מיניים) הם בעלי שומנים באופיים וחיוניים להתפתחות הגוף.

תַחְבּוּרָה

במערכות ביולוגיות מועברים מקרומולקולות בין פנים ותאים לתאים על ידי תהליכים הנקראים אנדו ואקסוציטוזיס (הכוללים היווצרות שלפוחית) או באמצעות הובלה פעילה.

אנדוציטוזה מקיפה את כל המנגנונים בהם התא משתמש כדי להשיג כניסה של חלקיקים גדולים ומסווגת כ: פגוציטוזיס, כאשר היסוד שיש לבלוע הוא חלקיק מוצק; Pinocytosis, כאשר הנוזל החוץ תאי נכנס; ואנדוציטוזיס, בתיווך קולטנים.

מרבית המולקולות הנבלעות בדרך זו בסופו של דבר באורגנל האחראי על העיכול: הליזוזום. אחרים בסופו של דבר בפגוזומים - בעלי תכונות היתוך עם ליזוזומים ויוצרים מבנה הנקרא פגוליסוזומים.

באופן זה, הסוללה האנזימטית שנמצאת בליזוזום בסופו של דבר משפילה את המקרו-מולקולות שנכנסו בתחילה. המונומרים שיצרו אותם (מונוסכרידים, נוקלאוטידים, חומצות אמינו) מועברים חזרה לציטופלסמה, שם הם משמשים ליצירת מקרומולקולות חדשות.

בכל המעי ישנם תאים שיש בהם הובלות ספציפיות לספיגת כל מקרומולקולה שנצרכה בתזונה. לדוגמא, המובילים PEP1 ו- PEP2 משמשים לחלבונים ו- SGLT לגלוקוזה.

מקרומולקולות סינתטיות

במקרומולקולות סינתטיות אנו מוצאים גם אותה תבנית מבנית המתוארת עבור מקרומולקולות ממוצא ביולוגי: מונומרים או יחידות משנה קטנות המקושרות באמצעות קשרים ליצירת פולימר.

ישנם סוגים שונים של פולימרים סינתטיים, והפשוט ביותר הוא פוליאתילן. זהו פלסטיק אינרטי עם CH הנוסחה הכימית ₂ -CH ₂ (צמוד על ידי קשר כפול) די נפוץ בתעשייה, שכן הוא זול וקל לייצר.

כפי שניתן לראות, מבנה הפלסטיק הזה הוא לינארי ואין לו הסתעפות.

פוליאוריטן הוא פולימר נוסף המשמש בתעשייה נרחב לייצור קצף ומבודדים. בוודאי יהיה לנו ספוג מחומר זה במטבחים שלנו. חומר זה מתקבל על ידי עיבוי של בסיסים הידרוקסיליים מעורבבים עם אלמנטים הנקראים דיאיסוציאניטים.

ישנם פולימרים סינתטיים אחרים בעלי מורכבות רבה יותר, כמו ניילון (או ניילון). בין המאפיינים שלו הוא להיות עמידים מאוד, עם גמישות ניכרת. תעשיית הטקסטיל מנצלת את המאפיינים הללו לייצור בדים, זיפים, קווים וכו '. זה משמש גם על ידי רופאים לביצוע תפרים.

הפניות

1. ברג, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). בִּיוֹכִימִיָה. התהפכתי.
2. קמפבל, ח"כ ופארל, SO (2011). בִּיוֹכִימִיָה. תומסון. ברוקס / קול.
3. Devlin, TM (2011). ספר לימוד לביוכימיה. ג'ון וויילי ובניו.
4. Freeman, S. (2017). מדע ביולוגי. פירסון חינוך.
5. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). ביוכימיה: טקסט ואטלס. פנמריקנית רפואית אד.
6. Moldoveanu, SC (2005). פירוליזה אנליטית של פולימרים אורגניים סינתטיים (כרך 25). אלזביאר.
7. מור, JT, ולנגלי, RH (2010). ביוכימיה לדמה. ג'ון וויילי ובניו.
8. מוגיוס, ו '(2006). תרגול ביוכימיה. קינטיקה אנושית.
9. מולר-אסתרל, וו. (2008). בִּיוֹכִימִיָה. יסודות רפואה ומדעי החיים. התהפכתי.
10. Poortmans, JR (2004). עקרונות התעמלות ביוכימיה. 3 ^rd , מהדורה מתוקנת. קארגר.
11. Voet, D., & Voet, JG (2006). בִּיוֹכִימִיָה. פנמריקנית רפואית אד.