Biomoleküle Klassifizierung und Hauptfunktionen

Die Biomoleküle sie sind Moleküle, die in Lebewesen erzeugt werden. Die Vorsilbe "Bio" bedeutet Leben; Daher ist ein Biomolekül ein Molekül, das von einem Lebewesen produziert wird. Lebewesen bestehen aus verschiedenen Arten von Molekülen, die verschiedene lebensnotwendige Funktionen erfüllen.

In der Natur gibt es biotische (lebende) und abiotische (nicht-lebende) Systeme, die interagieren und in einigen Fällen Elemente austauschen. Allen Lebewesen ist gemein, dass sie organisch sind, dh dass ihre Bestandteile aus Kohlenstoffatomen bestehen.

Neben Kohlenstoff haben Biomoleküle auch andere Atome gemeinsam. Diese Atome umfassen hauptsächlich Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Phosphor und Schwefel. Diese Elemente werden auch Bioelemente genannt, weil sie die Hauptkomponente biologischer Moleküle sind.

Es gibt jedoch auch andere Atome, die in einigen Biomolekülen vorhanden sind, wenn auch in kleineren Mengen. Dies sind im allgemeinen Metallionen, wie Kalium, Natrium, Eisen und Magnesium. Dementsprechend können Biomoleküle von zwei Arten sein: organisch oder anorganisch.

So bestehen Organismen aus vielen Arten von Kohlenstoff-basierten Molekülen, zum Beispiel: Zucker, Fette, Proteine ​​und Nukleinsäuren. Es gibt jedoch auch andere Verbindungen, die ebenfalls auf Kohlenstoff basieren und die nicht Teil der Biomoleküle sind.

Diese Moleküle, die Kohlenstoff enthalten, aber nicht in biologischen Systemen gefunden werden, können in der Erdkruste, in Seen, Meeren und Ozeanen und in der Atmosphäre gefunden werden. Die Bewegung dieser Elemente in der Natur wird in sogenannten biogeochemischen Kreisläufen beschrieben.

Es wird angenommen, dass diese einfachen organischen Moleküle, die in der Natur vorkommen, diejenigen sind, die die komplexesten Biomoleküle hervorgebracht haben, die Teil der grundlegenden Struktur des Lebens sind: die Zelle. Das oben Gesagte ist die Theorie der abiotischen Synthese.

Index

• 1 Klassifizierung und Funktionen von Biomolekülen
  • 1.1 Anorganische Biomoleküle
  • 1.2 Organische Biomoleküle
• 2 Referenzen

Klassifizierung und Funktionen von Biomolekülen

Biomoleküle sind in Größe und Struktur verschieden, was ihnen einzigartige Eigenschaften für die Leistung der verschiedenen lebensnotwendigen Funktionen verleiht. So fungieren Biomoleküle unter anderem als Informationsspeicher, Energiequelle, Unterstützung, Zellstoffwechsel.

Biomoleküle können in zwei große Gruppen eingeteilt werden, basierend auf der Anwesenheit oder Abwesenheit von Kohlenstoffatomen.

Anorganische Biomoleküle

Sie sind all jene Moleküle, die in Lebewesen vorkommen und die in ihrer molekularen Struktur keinen Kohlenstoff enthalten. Anorganische Moleküle können auch in anderen (nicht lebenden) Natursystemen gefunden werden.

Die Arten von anorganischen Biomolekülen sind die folgenden:

Wasser

Es ist der Hauptbestandteil von Lebewesen, es ist ein Molekül, das von einem Sauerstoffatom gebildet wird, das an zwei Wasserstoffatome gebunden ist. Wasser ist essentiell für die Existenz des Lebens und ist das häufigste Biomolekül.

Zwischen 50 und 95% des Gewichts eines Lebewesens ist Wasser, da es notwendig ist, mehrere wichtige Funktionen, wie die thermische Regulierung und den Transport von Substanzen, auszuführen. 

Mineralsalze

Sie sind einfache Moleküle aus Atomen mit entgegengesetzter Ladung, die sich im Wasser vollständig trennen. Zum Beispiel: Natriumchlorid, gebildet durch ein Chloratom (negativ geladen) und ein Natriumatom (positiv geladen).

Mineralsalze sind an der Bildung starrer Strukturen beteiligt, wie etwa den Knochen von Wirbeltieren oder dem Exoskelett von Wirbellosen. Diese anorganischen Biomoleküle sind auch notwendig, um viele wichtige zelluläre Funktionen auszuführen.

Gase

Sie sind Moleküle, die in Form von Gas sind. Sie sind grundlegend für die Atmung von Tieren und Photosynthese in Pflanzen.

Beispiele für diese Gase sind: molekularer Sauerstoff, gebildet aus zwei miteinander verbundenen Sauerstoffatomen; und Kohlendioxid, gebildet durch ein Kohlenstoffatom, das an zwei Sauerstoffatome gebunden ist. Beide Biomoleküle nehmen am Gasaustausch teil, den Lebewesen mit ihrer Umwelt machen.

Organische Biomoleküle

Organische Biomoleküle sind solche Moleküle, die in ihrer Struktur Kohlenstoffatome enthalten. Organische Moleküle können auch in der Natur als Teil von nicht-lebenden Systemen gefunden werden und bilden das, was als Biomasse bekannt ist.

Die Arten von organischen Biomolekülen sind die folgenden:

Kohlenhydrate

Kohlenhydrate sind wahrscheinlich die häufigsten und weitverbreiteten organischen Substanzen in der Natur und sind wesentliche Bestandteile aller Lebewesen.

Kohlenhydrate werden von grünen Pflanzen aus Kohlendioxid und Wasser während der Photosynthese produziert.

Diese Biomoleküle bestehen hauptsächlich aus Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoffatomen.Sie sind auch als Kohlenhydrate oder Saccharide bekannt, und sie fungieren als Energiequellen und als strukturelle Komponenten von Organismen.

- Monosaccharide

Monosaccharide sind die einfachsten Kohlenhydrate und werden oft einfache Zucker genannt. Sie sind die elementaren Bausteine, aus denen die größten Kohlenhydrate gebildet werden.

Monosaccharide haben die allgemeine Molekülformel (CH2O) n, wobei n 3, 5 oder 6 sein kann. So können Monosaccharide nach der Anzahl der im Molekül vorhandenen Kohlenstoffatome klassifiziert werden:

Wenn n = 3, ist das Molekül eine Triose. Zum Beispiel: Glyceraldehyd.

Wenn n = 5 ist, ist das Molekül eine Pentose. Zum Beispiel: Ribose und Desoxyribose.

Wenn n = 6, ist das Molekül eine Hexose. Zum Beispiel: Fructose, Glucose und Galactose.

Pentose und Hexosen können in zwei Formen vorliegen: zyklisch und nicht-zyklisch. In der nicht-cyclischen Form zeigen ihre Molekülstrukturen zwei funktionelle Gruppen: eine Aldehydgruppe oder eine Ketongruppe.

Monosaccharide, die die Aldehydgruppe enthalten, werden Aldosen genannt, und solche, die eine Ketongruppe aufweisen, werden Ketosen genannt. Aldosen sind reduzierende Zucker, während Ketosen nicht-reduzierende Zucker sind.

In Wasser treten die Pentosen und Hexosen jedoch hauptsächlich in cyclischer Form auf und bilden in dieser Form größere Saccharidmoleküle.

- Disaccharide

Die meisten in der Natur vorkommenden Zucker sind Disaccharide. Diese entstehen durch die Bildung einer glycosidischen Bindung zwischen zwei Monosacchariden durch eine wasserabspaltende Kondensationsreaktion. Dieser Bindungsbildungsprozess erfordert Energie, um die zwei Monosaccharideinheiten zusammenzuhalten.

Die drei wichtigsten Disaccharide sind Saccharose, Lactose und Maltose. Sie entstehen aus der Kondensation der entsprechenden Monosaccharide. Saccharose ist ein nicht-reduzierender Zucker, während Laktose und Maltose reduzierende Zucker sind.

Die Disaccharide sind in Wasser löslich, jedoch sind sehr große Biomoleküle die Zellmembran durch Diffusion zu durchqueren. Aus diesem Grund werden sie während der Verdauung im Dünndarm abgebaut, so dass ihre Grundbestandteile (dh Monosaccharide) in das Blut und in die anderen Zellen gelangen.

Monosaccharide werden sehr schnell von Zellen verwendet. Wenn jedoch eine Zelle die Energie nicht sofort benötigt, kann sie sie in Form von komplexeren Polymeren speichern. Somit werden Monosaccharide durch Kondensationsreaktionen, die in der Zelle auftreten, in Disaccharide umgewandelt.

- Oligosaccharide

Oligosaccharide sind intermediäre Moleküle, die aus drei bis neun Einheiten einfacher Zucker (Monosaccharide) gebildet werden. Sie werden gebildet, indem komplexere Kohlenhydrate (Polysaccharide) teilweise abgebaut werden.

Die meisten natürlichen Oligosaccharide werden in Pflanzen gefunden und sind, mit Ausnahme von Maltotriose, für den Menschen unverdaulich, weil dem menschlichen Körper die notwendigen Enzyme im Dünndarm fehlen, um sie abzubauen.

Im Dickdarm können nützliche Bakterien die Oligosaccharide durch Fermentation abbauen; Dadurch werden sie zu resorbierbaren Nährstoffen, die etwas Energie liefern. Bestimmte Abbauprodukte der Oligosaccharide können sich günstig auf die Auskleidung des Dickdarms auswirken.

Beispiele für Oligosaccharide umfassen Raffinose, ein Trisaccharid aus Hülsenfrüchten und einige Getreide, die aus Glucose, Fructose und Galactose bestehen. Maltotriose, ein Glucosetrisaccharid, wird in einigen Pflanzen und im Blut bestimmter Arthropoden produziert.

- Polysaccharide

Monosaccharide können eine Reihe von Kondensationsreaktionen durchlaufen, indem sie eine Einheit nach der anderen zu der Kette hinzufügen, bis sehr große Moleküle gebildet sind. Dies sind die Polysaccharide.

Die Eigenschaften von Polysacchariden hängen von mehreren Faktoren ihrer molekularen Struktur ab: Länge, Seitenzweige, Faltung und wenn die Kette "gerade" oder "funky" ist. Es gibt einige Beispiele für Polysaccharide in der Natur.

Stärke wird oft in Pflanzen als Energiespeicher produziert und besteht aus α-Glucose-Polymeren. Wenn das Polymer verzweigt ist, wird es Amylopektin genannt, und wenn es nicht verzweigt ist, wird es Amylose genannt.

Glykogen ist das Polysaccharid der Energiereserven bei Tieren und besteht aus Amylopektinen. So wird die Stärke in Pflanzen im Körper abgebaut, um Glukose zu produzieren, die in die Zelle gelangt und im Stoffwechsel verwendet wird. Die Glukose, die nicht verwendet wird, polymerisiert und bildet Glykogen, die Energieablagerung.

Lipide

Lipide sind eine andere Art von organischen Biomolekülen, deren Hauptmerkmal ist, dass sie hydrophob sind (sie sind wasserabweisend) und folglich sind sie in Wasser unlöslich. Abhängig von ihrer Struktur können Lipide in 4 Hauptgruppen eingeteilt werden:

- Triglyceride

Triglyceride werden durch ein Molekül Glycerin gebildet, das an drei Fettsäureketten gebunden ist.Eine Fettsäure ist ein lineares Molekül, das an einem Ende eine Carbonsäure enthält, gefolgt von einer Kohlenwasserstoffkette und einer Methylgruppe am anderen Ende.

In Abhängigkeit von ihrer Struktur können die Fettsäuren gesättigt oder ungesättigt sein. Wenn die Kohlenwasserstoffkette nur Einfachbindungen enthält, handelt es sich um eine gesättigte Fettsäure. Umgekehrt, wenn diese Kohlenwasserstoffkette eine oder mehrere Doppelbindungen aufweist, ist die Fettsäure ungesättigt.

Innerhalb dieser Kategorie sind Öle und Fette. Die ersten sind die Energiereserven der Pflanzen, sie haben Ungesättigtheiten und sind bei Raumtemperatur flüssig. Im Gegensatz dazu sind Fette die Energiereserven von Tieren, sie sind bei Raumtemperatur gesättigte und feste Moleküle.

Phospholipide

Phospholipide sind Triglyceriden insofern ähnlich, als sie ein an zwei Fettsäuren gebundenes Glycerinmolekül besitzen. Der Unterschied besteht darin, dass Phospholipide eine Phosphatgruppe im dritten Kohlenstoff des Glycerins anstelle eines anderen Fettsäuremoleküls aufweisen.

Diese Lipide sind sehr wichtig wegen der Art, wie sie mit Wasser interagieren können. Durch das Vorhandensein einer Phosphatgruppe an einem Ende wird das Molekül in diesem Bereich hydrophil (zieht Wasser an). Im Rest des Moleküls bleibt es jedoch hydrophob.

Aufgrund ihrer Struktur sind Phospholipide eher so organisiert, dass Phosphatgruppen für die Wechselwirkung mit dem wässrigen Medium zur Verfügung stehen, während die hydrophoben Ketten, die sie innen organisieren, weit von Wasser entfernt sind. Somit sind Phospholipide Teil aller biologischen Membranen.

- Steroide

Steroide bestehen aus vier kondensierten Kohlenstoffringen, die durch verschiedene funktionelle Gruppen verbunden sind. Einer der wichtigsten ist Cholesterin, es ist wichtig für Lebewesen. Es ist der Vorläufer einiger wichtiger Hormone wie Östrogen, Testosteron und Cortison.

- Wachse

Wachse sind eine kleine Gruppe von Lipiden, die eine schützende Funktion haben. Sie finden sich in den Blättern von Bäumen, in den Federn von Vögeln, in den Ohren einiger Säugetiere und an Stellen, die isoliert oder vor der äußeren Umgebung geschützt werden müssen.

Nukleinsäuren

Nukleinsäuren sind die Haupttransportmoleküle der genetischen Information in Lebewesen. Seine Hauptfunktion besteht darin, den Prozess der Proteinsynthese zu steuern, der die vererbten Eigenschaften jedes Lebewesens bestimmt. Sie bestehen aus Atomen aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Phosphor.

Nukleinsäuren sind Polymere, die durch Wiederholungen von Monomeren gebildet werden, die als Nukleotide bezeichnet werden. Jedes Nukleotid besteht aus einer aromatischen Base, die Stickstoff enthält und an einen Pentosezucker (fünf Kohlenstoffe) gebunden ist, der wiederum an eine Phosphatgruppe gebunden ist.

Die zwei Hauptklassen von Nukleinsäuren sind Desoxyribonukleinsäure (DNA) und Ribonukleinsäure (RNA). DNA ist das Molekül, das alle Informationen einer Spezies enthält, weshalb es in allen Lebewesen und in den meisten Viren vorkommt.

RNA ist das genetische Material bestimmter Viren, aber es findet sich auch in allen lebenden Zellen. Dort spielt er eine wichtige Rolle in bestimmten Prozessen, wie der Herstellung von Proteinen.

Jede Nukleinsäure enthält vier von fünf möglichen Basen, die Stickstoff enthalten: Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C), Thymin (T) und Uracil (U). Die DNA weist die Basen Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin auf, während die RNA dasselbe aufweist, mit Ausnahme von Thymin, das in RNA durch Uracil ersetzt wird.

- Desoxyribonukleinsäure (DNA)

Das DNA-Molekül besteht aus zwei Nukleotidketten, die durch Phosphodiesterbindungen genannte Bindungen verbunden sind. Jede Kette hat eine Struktur in Form einer Helix. Die zwei Helices verflechten sich zu einer Doppelhelix. Die Basen befinden sich innerhalb der Helix und die Phosphatgruppen befinden sich auf der Außenseite.

DNA besteht aus einer Hauptkette von Zucker-Desoxyribose, die an ein Phosphat gebunden ist, und den vier Stickstoffbasen Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin. Basenpaare werden in der doppelsträngigen DNA gebildet: Adenin bindet immer an Thymin (A-T) und Guanin an Cytosin (G-C).

Die zwei Helices werden zusammengehalten, indem die Basen der Nukleotide durch Wasserstoffbindungen aufeinander abgestimmt werden. Die Struktur wird manchmal als Leiter beschrieben, wo die Zucker- und Phosphatketten die Seiten sind und die Basis-Base-Bindungen die Sprossen sind.

Diese Struktur macht zusammen mit der chemischen Stabilität des Moleküls die DNA zum idealen Material für die Übertragung von genetischer Information. Wenn sich eine Zelle teilt, wird ihre DNA kopiert und geht von einer Zellengeneration zur nächsten Generation über.

- Ribonukleinsäure (RNA)

RNA ist ein Nucleinsäurepolymer, dessen Struktur durch eine einzelne Nucleotidkette gebildet wird: Adenin, Cytosin, Guanin und Uracil. Wie in der DNA bindet Cytosin immer an Guanin (C-G), aber Adenin bindet an Uracil (A-U).

Es ist der erste Vermittler bei der Übertragung von genetischer Information in Zellen.RNA ist essentiell für die Synthese von Proteinen, da die im genetischen Code enthaltenen Informationen normalerweise von DNA zu RNA und von dort zu Proteinen übertragen werden.

Einige RNAs haben auch direkte Funktionen im Zellstoffwechsel. RNA wird durch Kopieren der Basensequenz eines als Gen bezeichneten DNA-Segments in einen einzelsträngigen Nukleinsäureanteil erhalten. Dieser Prozess, genannt Transkription, wird durch ein Enzym namens RNA-Polymerase katalysiert.

Es gibt verschiedene Arten von RNA, hauptsächlich sind es 3. Die erste ist Messenger-RNA, die direkt von der DNA durch Transkription kopiert wird. Der zweite Typ ist die Transfer-RNA, die die richtigen Aminosäuren für die Synthese von Proteinen überträgt.

Schließlich ist die andere Klasse von RNA die ribosomale RNA, die zusammen mit einigen Proteinen die Ribosomen bildet, Zellorganellen, die für die Synthese aller Proteine ​​der Zelle verantwortlich sind. 

Proteine

Proteine ​​sind große, komplexe Moleküle, die viele wichtige Funktionen erfüllen und die meiste Arbeit in Zellen erledigen. Sie sind notwendig für die Struktur, Funktion und Regulation von Lebewesen. Sie bestehen aus Kohlenstoff-, Wasserstoff-, Sauerstoff- und Stickstoffatomen.

Proteine ​​bestehen aus kleineren Einheiten, Aminosäuren genannt, die durch Peptidbindungen miteinander verbunden sind und lange Ketten bilden. Aminosäuren sind kleine organische Moleküle mit ganz bestimmten physikochemischen Eigenschaften, es gibt 20 verschiedene Arten.

Die Aminosäuresequenz bestimmt die einzigartige dreidimensionale Struktur jedes Proteins und seine spezifische Funktion. Tatsächlich sind die Funktionen einzelner Proteine ​​so vielfältig wie ihre einzigartigen Aminosäuresequenzen, die die Wechselwirkungen bestimmen, die komplexe dreidimensionale Strukturen erzeugen.

Abwechslungsreiche Funktionen

Proteine ​​können Struktur- und Bewegungskomponenten für die Zelle sein, beispielsweise Aktin. Andere arbeiten, indem sie biochemische Reaktionen innerhalb der Zelle beschleunigen, wie DNA-Polymerase, die das Enzym ist, das DNA synthetisiert.

Es gibt andere Proteine, deren Aufgabe es ist, dem Organismus eine wichtige Botschaft zu vermitteln. Zum Beispiel übertragen einige Arten von Hormonen wie Wachstumshormon Signale, um biologische Prozesse zwischen verschiedenen Zellen, Geweben und Organen zu koordinieren.

Einige Proteine ​​binden und transportieren Atome (oder kleine Moleküle) in Zellen; Dies ist der Fall von Ferritin, das in einigen Organismen für die Speicherung von Eisen verantwortlich ist. Eine weitere Gruppe wichtiger Proteine ​​sind die Antikörper, die zum Immunsystem gehören und für den Nachweis von Toxinen und Krankheitserregern verantwortlich sind.

Somit sind Proteine ​​die Endprodukte des Decodierungsprozesses von genetischer Information, die mit zellulärer DNA beginnt. Diese unglaubliche Vielfalt an Funktionen ist von einem überraschend einfachen Code abgeleitet, der in der Lage ist, eine enorm vielfältige Menge von Strukturen zu spezifizieren. 

Referenzen

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