Das Makromoleküle Es sind große Moleküle - im Allgemeinen mehr als 1.000 Atome -, die durch die Vereinigung von Bausteinen oder kleineren Monomeren gebildet werden. In Lebewesen finden wir vier Haupttypen von Makromolekülen: Nukleinsäuren, Lipide, Kohlenhydrate und Proteine. Es gibt auch andere synthetischen Ursprungs wie Kunststoffe.
Jeder Typ eines biologischen Makromoleküls besteht aus einem spezifischen Monomer, nämlich: Nukleinsäuren durch Nukleotide, Kohlenhydrate durch Monosaccharide, Proteine durch Aminosäuren und Lipide durch Kohlenwasserstoffe variabler Länge.
In Bezug auf ihre Funktion speichern Kohlenhydrate und Lipide Energie, damit die Zelle ihre chemischen Reaktionen ausführen kann, und werden auch als strukturelle Komponenten verwendet.
Proteine haben nicht nur Moleküle mit Katalyse- und Transportkapazität, sondern auch strukturelle Funktionen. Schließlich speichern Nukleinsäuren genetische Informationen und nehmen an der Proteinsynthese teil..
Synthetische Makromoleküle folgen der gleichen Struktur wie ein biologisches: Viele Monomere sind miteinander verbunden, um ein Polymer zu bilden. Beispiele hierfür sind Polyethylen und Nylon. Synthetische Polymere werden in der Industrie häufig zur Herstellung von Stoffen, Kunststoffen, Isolierungen usw. verwendet..
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Wie der Name schon sagt, ist eines der Unterscheidungsmerkmale von Makromolekülen ihre Größe. Sie bestehen aus mindestens 1.000 Atomen, die durch kovalente Bindungen verbunden sind. Bei dieser Art der Bindung teilen sich die an der Bindung beteiligten Atome die Elektronen der letzten Ebene.
Ein anderer Begriff, der verwendet wird, um sich auf Makromoleküle zu beziehen, ist Polymer ("viele Teile"), die aus sich wiederholenden Einheiten bestehen, die aufgerufen werden Monomere ("ein Teil"). Dies sind die Struktureinheiten von Makromolekülen, die je nach Fall gleich oder unterschiedlich sein können..
Wir könnten die Analogie des Lego-Kinderspiels verwenden. Jedes der Stücke repräsentiert die Monomere, und wenn wir sie verbinden, um verschiedene Strukturen zu bilden, erhalten wir das Polymer.
Wenn die Monomere gleich sind, ist das Polymer ein Homopolymer; und wenn sie unterschiedlich sind, wird es ein Heteropolymer sein.
Es gibt auch eine Nomenklatur zur Bezeichnung des Polymers in Abhängigkeit von seiner Länge. Wenn das Molekül aus wenigen Untereinheiten besteht, spricht man von einem Oligomer. Wenn wir uns beispielsweise auf eine kleine Nukleinsäure beziehen wollen, nennen wir sie ein Oligonukleotid..
Angesichts der unglaublichen Vielfalt der Makromoleküle ist es schwierig, eine allgemeine Struktur zu etablieren. Das "Gerüst" dieser Moleküle besteht aus ihren entsprechenden Monomeren (Zucker, Aminosäuren, Nukleotide usw.), und sie können linear, verzweigt gruppiert werden oder komplexere Formen annehmen..
Wie wir später sehen werden, können Makromoleküle biologischen oder synthetischen Ursprungs sein. Die ersteren haben unendlich viele Funktionen in Lebewesen, und die letzteren werden von der Gesellschaft häufig verwendet - wie zum Beispiel Kunststoffe..
In organischen Wesen finden wir vier Grundtypen von Makromolekülen, die eine immense Anzahl von Funktionen erfüllen und die Entwicklung und Erhaltung des Lebens ermöglichen. Dies sind Proteine, Kohlenhydrate, Lipide und Nukleinsäuren. Als nächstes werden wir die wichtigsten Merkmale beschreiben.
Proteine sind Makromoleküle, deren Struktureinheiten Aminosäuren sind. In der Natur finden wir 20 Arten von Aminosäuren.
Diese Monomere bestehen aus einem zentralen Kohlenstoffatom (Alpha-Kohlenstoff genannt), das durch kovalente Bindungen an vier verschiedene Gruppen gebunden ist: ein Wasserstoffatom, eine Aminogruppe (NH)zwei), eine Carboxylgruppe (COOH) und eine R-Gruppe.
Die 20 Arten von Aminosäuren unterscheiden sich nur in der Identität der Gruppe R. Diese Gruppe unterscheidet sich hinsichtlich ihrer chemischen Natur und kann basische, saure, neutrale Aminosäuren mit langen, kurzen und aromatischen Ketten finden. unter anderen..
Aminosäurereste werden durch Peptidbindungen zusammengehalten. Die Art der Aminosäuren bestimmt die Art und Eigenschaften des resultierenden Proteins..
Die lineare Aminosäuresequenz repräsentiert die Primärstruktur von Proteinen. Diese werden dann gefaltet und in verschiedenen Mustern gruppiert, wobei die sekundären, tertiären und quaternären Strukturen gebildet werden..
Proteine erfüllen verschiedene Funktionen. Einige dienen als biologische Katalysatoren und werden als Enzyme bezeichnet. einige sind Strukturproteine, wie Keratin, das in Haaren, Nägeln usw. vorhanden ist; und andere erfüllen Transportfunktionen wie Hämoglobin in unseren roten Blutkörperchen.
Die zweite Art von Polymer, die Teil von Lebewesen ist, sind Nukleinsäuren. In diesem Fall sind die Struktureinheiten keine Aminosäuren wie in Proteinen, sondern Monomere, die als Nukleotide bezeichnet werden.
Nukleotide bestehen aus einer Phosphatgruppe, einem Zucker mit fünf Kohlenstoffatomen (der zentralen Komponente des Moleküls) und einer stickstoffhaltigen Base..
Es gibt zwei Arten von Nukleotiden: Ribonukleotide und Desoxyribonukleotide, die sich hinsichtlich des Kernzuckers unterscheiden. Ersteres sind die Strukturkomponenten von Ribonukleinsäure oder RNA, und letzteres sind diejenigen von Desoxyribonukleinsäure oder DNA..
In beiden Molekülen werden Nukleotide durch eine Phosphodiesterbindung zusammengehalten - äquivalent zu der Peptidbindung, die Proteine zusammenhält..
Die Strukturkomponenten von DNA und RNA sind ähnlich und unterscheiden sich in ihrer Struktur, da RNA in Form einer einzelnen Bande und DNA in Form einer Doppelbande vorliegt..
RNA und DNA sind die beiden Arten von Nukleinsäuren, die wir in Lebewesen finden. RNA ist ein multifunktionales, dynamisches Molekül, das in verschiedenen strukturellen Konformationen auftritt und an der Proteinsynthese und an der Regulation der Genexpression beteiligt ist..
DNA ist das Makromolekül, das für die Speicherung aller genetischen Informationen eines Organismus verantwortlich ist, die für seine Entwicklung erforderlich sind. Alle unsere Zellen (mit Ausnahme der reifen roten Blutkörperchen) haben das genetische Material auf sehr kompakte und organisierte Weise in ihrem Kern gespeichert..
Kohlenhydrate, auch als Kohlenhydrate oder einfach als Zucker bekannt, sind Makromoleküle, die aus Blöcken bestehen, die als Monosaccharide bezeichnet werden (wörtlich "ein Zucker")..
Die Summenformel von Kohlenhydraten lautet (CHzweiODER)n. Der Wert von n es kann von 3, dem des einfachsten Zuckers, bis zu Tausenden in den komplexesten Kohlenhydraten variieren, wobei es in Bezug auf die Länge ziemlich variabel ist.
Diese Monomere haben die Fähigkeit, durch eine Reaktion, an der zwei Hydroxylgruppen beteiligt sind, miteinander zu polymerisieren, was zur Bildung einer kovalenten Bindung führt, die als glycosidische Bindung bezeichnet wird..
Diese Bindung hält Kohlenhydratmonomere auf die gleiche Weise zusammen wie Peptidbindungen und Phosphodiesterbindungen Proteine bzw. Nukleinsäuren..
Peptid- und Phosphodiesterbindungen treten jedoch in bestimmten Bereichen ihrer Monomerbestandteile auf, während glykosidische Bindungen mit jeder Hydroxylgruppe gebildet werden können..
Wie bereits im vorherigen Abschnitt erwähnt, werden kleine Makromoleküle mit dem Präfix gekennzeichnet Oligo. Bei kleinen Kohlenhydraten wird der Begriff Oligosaccharide verwendet, wenn es sich nur um zwei verknüpfte Monomere handelt, handelt es sich um ein Disaccharid, und wenn es sich um größere Polysaccharide handelt.
Zucker sind grundlegende Makromoleküle für das Leben, da sie energetische und strukturelle Funktionen erfüllen. Diese liefern die chemische Energie, die erforderlich ist, um eine erhebliche Anzahl von Reaktionen in Zellen auszulösen, und werden als „Brennstoff“ für Lebewesen verwendet..
Andere Kohlenhydrate wie Glykogen dienen zur Speicherung von Energie, so dass die Zelle bei Bedarf darauf zurückgreifen kann.
Sie haben auch strukturelle Funktionen: Sie sind Teil anderer Moleküle wie Nukleinsäuren, der Zellwände einiger Organismen und der Exoskelette von Insekten..
In Pflanzen und einigen Protisten finden wir beispielsweise ein komplexes Kohlenhydrat namens Cellulose, das nur aus Glucoseeinheiten besteht. Dieses Molekül kommt auf der Erde unglaublich häufig vor, da es in den Zellwänden dieser Organismen und in anderen tragenden Strukturen vorhanden ist..
"Lipid" ist ein Begriff, der verwendet wird, um eine große Anzahl von unpolaren oder hydrophoben Molekülen (mit Phobie oder Wasserabweisung), gebildet aus Kohlenstoffketten. Im Gegensatz zu den drei genannten Molekülen Proteine, Nukleinsäuren und Kohlenhydrate gibt es für Lipide kein Punktmonomer.
Aus struktureller Sicht kann sich ein Lipid auf verschiedene Arten präsentieren. Da sie aus Kohlenwasserstoffen (C-H) gebildet werden, sind die Bindungen nicht teilweise geladen, so dass sie in polaren Lösungsmitteln wie Wasser nicht löslich sind. Sie können jedoch in anderen Arten von unpolaren Lösungsmitteln wie Benzol gelöst werden..
Eine Fettsäure besteht aus den genannten Kohlenwasserstoffketten und einer Carboxylgruppe (COOH) als funktionelle Gruppe. Im Allgemeinen enthält eine Fettsäure 12 bis 20 Kohlenstoffatome.
Die Fettsäureketten können gesättigt sein, wenn alle Kohlenstoffe durch Einfachbindungen miteinander verbunden sind, oder ungesättigt, wenn mehr als eine Doppelbindung in der Struktur vorhanden ist. Wenn es mehrere Doppelbindungen enthält, ist es eine mehrfach ungesättigte Säure.
Es gibt drei Arten von Lipiden in der Zelle: Steroide, Fette und Phospholipide. Steroide zeichnen sich durch eine sperrige Vierringstruktur aus. Cholesterin ist das bekannteste und ein wichtiger Bestandteil von Membranen, da es deren Fließfähigkeit steuert.
Fette bestehen aus drei Fettsäuren, die über eine Esterbindung an ein Molekül namens Glycerin gebunden sind..
Schließlich bestehen Phospholipide aus einem Glycerinmolekül, das an eine Phosphatgruppe gebunden ist, und zwei Ketten von Fettsäuren oder Isoprenoiden..
Wie Kohlenhydrate fungieren auch Lipide als Energiequelle für die Zelle und als Bestandteile einiger Strukturen.
Lipide haben eine wesentliche Funktion für alle lebenden Formen: Sie sind ein wesentlicher Bestandteil der Plasmamembran. Diese bilden die entscheidende Grenze zwischen Lebenden und Nicht-Lebenden und dienen als selektive Barriere, die dank ihrer semipermeablen Eigenschaft entscheidet, was in die Zelle eindringt und was nicht..
Neben Lipiden bestehen Membranen auch aus verschiedenen Proteinen, die als selektive Transporter fungieren..
Einige Hormone (wie sexuelle) sind von Natur aus lipidhaltig und für die Entwicklung des Körpers essentiell.
In biologischen Systemen werden Makromoleküle durch Prozesse, die als Endo und Exozytose (unter Bildung von Vesikeln) bezeichnet werden, oder durch aktiven Transport zwischen dem Inneren und dem Äußeren von Zellen transportiert.
Die Endozytose umfasst alle Mechanismen, die von der Zelle verwendet werden, um den Eintritt großer Partikel zu erreichen, und wird klassifiziert als: Phagozytose, wenn das zu schluckende Element ein festes Partikel ist; Pinozytose, wenn extrazelluläre Flüssigkeit eintritt; und Endozytose, vermittelt durch Rezeptoren.
Die meisten Moleküle, die auf diese Weise aufgenommen werden, landen in einer für die Verdauung zuständigen Organelle: dem Lysosom. Andere enden in Phagosomen - die Fusionseigenschaften mit Lysosomen haben und eine Struktur bilden, die Phagolysosomen genannt wird..
Auf diese Weise baut die im Lysosom vorhandene enzymatische Batterie die Makromoleküle ab, die ursprünglich eingedrungen sind. Die sie bildenden Monomere (Monosaccharide, Nukleotide, Aminosäuren) werden zum Zytoplasma zurücktransportiert, wo sie zur Bildung neuer Makromoleküle verwendet werden.
Im gesamten Darm gibt es Zellen, die spezifische Transporter für die Absorption jedes Makromoleküls haben, das in der Nahrung aufgenommen wurde. Beispielsweise werden die Transporter PEP1 und PEP2 für Proteine und SGLT für Glucose verwendet..
In synthetischen Makromolekülen finden wir auch das gleiche Strukturmuster, das für Makromoleküle biologischen Ursprungs beschrieben wurde: Monomere oder kleine Untereinheiten, die durch Bindungen zu einem Polymer verbunden sind..
Es gibt verschiedene Arten von synthetischen Polymeren, wobei Polyethylen am einfachsten ist. Dies ist ein inerter Kunststoff der chemischen Formel CHzwei-CHzwei (durch eine Doppelbindung verbunden) in der Branche weit verbreitet, da es billig und einfach herzustellen ist.
Wie zu sehen ist, ist die Struktur dieses Kunststoffs linear und weist keine Verzweigung auf..
Polyurethan ist ein weiteres in der Industrie weit verbreitetes Polymer zur Herstellung von Schäumen und Isolatoren. Wir werden sicherlich einen Schwamm dieses Materials in unserer Küche haben. Dieses Material wird durch Kondensation von Hydroxylbasen erhalten, die mit Elementen gemischt sind, die Diisocyanate genannt werden..
Es gibt andere synthetische Polymere mit größerer Komplexität, wie Nylon (oder Nylon). Unter seinen Eigenschaften ist es sehr widerstandsfähig mit einer merklichen Elastizität. Die Textilindustrie nutzt diese Eigenschaften für die Herstellung von Stoffen, Borsten, Linien usw. Es wird auch von Ärzten verwendet, um Nähte durchzuführen.
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