Ogroman broj raznih jedinjenja različite hemijske prirode uspeo je da sintetiše ljudi u laboratoriji. Ipak, prirodne supstance su bile, jesu i ostaće najvažnije i najznačajnije za život svih živih sistema. To jest, oni molekuli koji su uključeni u hiljade biohemijskih reakcija unutar organizama i odgovorni su za njihovo normalno funkcionisanje.
Ogromna većina njih pripada grupi zvanoj "biološki polimeri".
Opći koncept biopolimera
Pre svega, treba reći da su sva ova jedinjenja visokomolekularna, sa masom koja dostiže milione d altona. Ove supstance su životinjski i biljni polimeri koji igraju odlučujuću ulogu u izgradnji ćelija i njihovih struktura, obezbeđujući metabolizam, fotosintezu, disanje, ishranu i sve druge vitalne funkcije svakog živog organizma.
Teško je precijeniti važnost takvih spojeva. Biopolimeri su prirodne supstance prirodnog porekla koje se formiraju u živim organizmima i predstavljaju osnovu čitavog života na našoj planeti. Koje su specifične veze s njimapripadati?
Ćelijski biopolimeri
Ima ih puno. Dakle, glavni biopolimeri su sljedeći:
- proteini;
- polisaharidi;
- nukleinske kiseline (DNK i RNA).
Pored njih, ovo uključuje i mnoge miješane polimere formirane iz kombinacija već navedenih. Na primjer, lipoproteini, lipopolisaharidi, glikoproteini i drugi.
Opća svojstva
Postoji nekoliko karakteristika koje su svojstvene svim razmatranim molekulima. Na primjer, sljedeća opća svojstva biopolimera:
- velika molekularna težina zbog formiranja ogromnih makrolanaca sa granama u hemijskoj strukturi;
- vrste veza u makromolekulama (vodonik, jonske interakcije, elektrostatička privlačnost, disulfidni mostovi, peptidne veze i ostalo);
- strukturna jedinica svakog lanca je monomerna karika;
- stereoregularnost ili njeno odsustvo u strukturi lanca.
Ali općenito, svi biopolimeri još uvijek imaju više razlika u strukturi i funkciji nego sličnosti.
Proteini
Molekuli proteina su od velike važnosti u životu svakog živog bića. Takvi biopolimeri su osnova sve biomase. Zaista, čak i prema Oparin-Haldaneovoj teoriji, život na Zemlji nastao je od kapljice koacervata, koja je bila protein.
Struktura ovih supstanci je podložna strogom redu u strukturi. Svaki protein se sastoji od aminokiselinskih ostataka kojimogu se međusobno povezati u neograničenim dužinama lanca. To se događa stvaranjem posebnih veza - peptidnih veza. Takva veza se formira između četiri elementa: ugljika, kisika, dušika i vodika.
Molekul proteina može sadržavati mnogo aminokiselinskih ostataka, istih i različitih (nekoliko desetina hiljada ili više). Ukupno, postoji 20 vrsta aminokiselina koje se nalaze u ovim jedinjenjima. Međutim, njihova raznolika kombinacija omogućava proteinima da procvjetaju u kvantitativnim i vrstama.
Proteinski biopolimeri imaju različite prostorne konformacije. Dakle, svaki predstavnik može postojati kao primarna, sekundarna, tercijarna ili kvartarna struktura.
Najjednostavniji i najlinearniji od njih je primarni. To je jednostavno niz aminokiselinskih sekvenci povezanih jedna s drugom.
Sekundarna konformacija ima složeniju strukturu, jer ukupni makrolanac proteina počinje da se spiralno razvija, formirajući zavojnice. Dvije susjedne makrostrukture drže se jedna blizu druge zbog kovalentnih i vodikovih interakcija između grupa njihovih atoma. Razlikovati alfa i beta spirale sekundarne strukture proteina.
Tercijarna struktura je jedna makromolekula (polipeptidni lanac) proteina umotana u loptu. Veoma složena mreža interakcija unutar ove globule omogućava joj da bude prilično stabilan i zadrži svoj oblik.
Kvartarna konformacija je nekoliko polipeptidnih lanaca, namotanih i uvijenihu kalem, koji istovremeno tvore višestruke veze raznih vrsta među sobom. Najsloženija globularna struktura.
Funkcije proteinskih molekula
- Transport. Izvode ga proteinske ćelije koje čine plazma membranu. Oni formiraju jonske kanale kroz koje određeni molekuli mogu proći. Također, mnogi proteini su dio organela kretanja protozoa i bakterija, stoga su direktno uključeni u njihovo kretanje.
- Energetsku funkciju ovi molekuli obavljaju vrlo aktivno. Jedan gram proteina u procesu metabolizma formira 17,6 kJ energije. Stoga je konzumacija biljnih i životinjskih proizvoda koji sadrže ova jedinjenja od vitalnog značaja za žive organizme.
- Građevinska funkcija je učešće proteinskih molekula u izgradnji većine ćelijskih struktura, samih ćelija, tkiva, organa, itd. Gotovo svaka ćelija je u osnovi izgrađena od ovih molekula (citoskelet citoplazme, plazma membrana, ribozom, mitohondrije i druge strukture učestvuju u formiranju proteinskih jedinjenja).
- Katalitičku funkciju vrše enzimi, koji po svojoj hemijskoj prirodi nisu ništa drugo do proteini. Bez enzima, većina biohemijskih reakcija u tijelu bila bi nemoguća, jer su oni biološki katalizatori u živim sistemima.
- Funkcija receptora (također signaliziranje) pomaže ćelijama da se kreću i pravilno reaguju na sve promjene u okruženju, kao što jemehanički i hemijski.
Ako proteine razmotrimo dublje, možemo istaknuti još neke sekundarne funkcije. Međutim, ovi navedeni su glavni.
Nukleinske kiseline
Takvi biopolimeri su važan dio svake ćelije, bilo prokariotske ili eukariotske. Na kraju krajeva, nukleinske kiseline uključuju molekule DNK (deoksiribonukleinske kiseline) i RNA (ribonukleinske kiseline), od kojih je svaka veoma važna karika za živa bića.
Po svojoj hemijskoj prirodi, DNK i RNK su sekvence nukleotida povezanih vodoničnim vezama i fosfatnim mostovima. DNK se sastoji od nukleotida kao što su:
- adenin;
- timin;
- guanin;
- citozin;
- 5-ugljični šećer deoksiriboza.
RNA se razlikuje po tome što je timin zamijenjen uracilom, a šećer ribozom.
Zbog posebne strukturne organizacije DNK molekuli su u stanju da obavljaju niz vitalnih funkcija. RNA također igra veliku ulogu u ćeliji.
Funkcije takvih kiselina
Nukleinske kiseline su biopolimeri odgovorni za sljedeće funkcije:
- DNK je skladište i prenosilac genetskih informacija u ćelijama živih organizama. Kod prokariota, ovaj molekul je raspoređen u citoplazmi. U eukariotskoj ćeliji, nalazi se unutar jezgra, odvojen kariolemom.
- Molekul dvolančane DNK podijeljen je na dijelove - gene koji čine strukturu hromozoma. Svačiji genistvorenja formiraju poseban genetski kod u kojem su šifrirani svi znakovi organizma.
- RNA je tri tipa - šablonska, ribosomalna i transportna. Ribosomal učestvuje u sintezi i sklapanju proteinskih molekula na odgovarajućim strukturama. Podaci o matričnom i transportnom prijenosu čitaju se iz DNK i dešifriraju njihovo biološko značenje.
Polisaharidi
Ova jedinjenja su pretežno biljni polimeri, odnosno nalaze se upravo u ćelijama predstavnika flore. Njihov ćelijski zid, koji sadrži celulozu, posebno je bogat polisaharidima.
Po svojoj hemijskoj prirodi, polisaharidi su složeni ugljikohidratni makromolekuli. Mogu biti linearne, slojevite, umrežene konformacije. Monomeri su jednostavni peto-, češće šestougljični šećeri - riboza, glukoza, fruktoza. Oni su od velikog značaja za živa bića, jer su deo ćelija, rezervni su nutrijent za biljke, razgrađuju se oslobađanjem velike količine energije.
Značenje raznih predstavnika
Biološki polimeri kao što su skrob, celuloza, inulin, glikogen, hitin i drugi su veoma važni. Oni su važni izvori energije u živim organizmima.
Dakle, celuloza je bitna komponenta ćelijskog zida biljaka, nekih bakterija. Daje snagu, određeni oblik. U industriji, čovjek se koristi za dobivanje papira, vrijednih acetatnih vlakana.
Skrob je rezervni nutrijent za biljke,koji je također vrijedan prehrambeni proizvod za ljude i životinje.
Glikogen, ili životinjska mast, je rezervni nutrijent za životinje i ljude. Obavlja funkcije toplotne izolacije, izvora energije, mehaničke zaštite.
Mješoviti biopolimeri u živim bićima
Pored onih koje smo razmotrili, postoje razne kombinacije makromolekularnih jedinjenja. Takvi biopolimeri su složene miješane strukture proteina i lipida (lipoproteina) ili polisaharida i proteina (glikoproteina). Moguća je i kombinacija lipida i polisaharida (lipopolisaharida).
Svaki od ovih biopolimera ima mnogo varijanti koje obavljaju niz važnih funkcija u živim bićima: transport, signalizaciju, receptor, regulaciju, enzimsku, izgradnju i mnoge druge. Njihova struktura je hemijski veoma složena i daleko od dešifrovanja za sve predstavnike, stoga funkcije nisu u potpunosti definisane. Danas su poznati samo najčešći, ali značajan dio ostaje izvan granica ljudskog znanja.
