خصائص الجزيئات الحيوية العضوية ووظائفها وتصنيفها وأمثلة عليها

ال الجزيئات الحيوية العضوية تم العثور عليها في جميع الكائنات الحية وتتميز بوجود هيكل قائم على ذرة الكربون. إذا قارناها بالجزيئات غير العضوية ، فإن الجزيئات العضوية تكون أكثر تعقيدًا من حيث تركيبتها. بالإضافة إلى ذلك ، فهي أكثر تنوعا بكثير.

يتم تصنيفها على أنها بروتينات وكربوهيدرات ودهون وأحماض نووية. وظائفها متنوعة للغاية. تشارك البروتينات كعناصر هيكلية وعملية وحفازة. الكربوهيدرات لها أيضا وظائف هيكلية وهي المصدر الرئيسي للطاقة للكائنات العضوية.

الدهون هي مكونات مهمة من الأغشية البيولوجية وغيرها من المواد ، مثل الهرمونات. كما أنها تعمل كعناصر تخزين الطاقة. أخيرًا ، تحتوي الأحماض النووية - الحمض النووي والحمض النووي الريبي (RNA) - على جميع المعلومات اللازمة لتطوير الكائنات الحية وصيانتها.

مؤشر

• 1 الخصائص العامة
• 2 التصنيف والوظائف
  • 2.1 البروتينات
  • 2.2 الكربوهيدرات
  • 2.3 -Lipids
  • 2.4 - الأحماض النووية
• 3 أمثلة
  • 3.1 الهيموغلوبين
  • 3.2 السليلوز
  • 3.3 الأغشية البيولوجية
• 4 المراجع

الخصائص العامة

واحدة من أكثر الخصائص ذات الصلة للجزيئات الحيوية العضوية هي تنوعها عندما يتعلق الأمر بتكوين الهياكل. يرجع هذا التنوع الهائل في المتغيرات العضوية التي قد تكون موجودة إلى الوضع المميز الذي توفره ذرة الكربون ، في منتصف الفترة الثانية.

تحتوي ذرة الكربون على أربعة إلكترونات في مستوى الطاقة الأخير. بفضل متوسط ​​نشاطها الكهربائي ، فهي قادرة على تكوين روابط مع ذرات الكربون الأخرى ، وتشكيل سلاسل مختلفة الشكل والطول ، مفتوحة أو مغلقة ، مع روابط بسيطة ، مزدوجة أو ثلاثية في الداخل.

بالطريقة نفسها ، يسمح متوسط ​​الكهربية لذرة الكربون بتكوين روابط مع ذرات غير الكربون ، مثل الكهربية الحساسة (الهيدروجين) أو الكهربية (الأكسجين ، النيتروجين ، الكبريت ، وغيرها).

تسمح خاصية الارتباط هذه بوضع تصنيف للكربونات في المرحلة الابتدائية أو الثانوية أو الثالثة أو الرباعية ، اعتمادًا على عدد الكربون الذي ترتبط به. نظام التصنيف هذا مستقل عن عدد من التكافؤ المشاركة في الارتباط.

التصنيف والوظائف

تصنف الجزيئات العضوية إلى أربع مجموعات رئيسية: البروتينات والكربوهيدرات والدهون والأحماض النووية. هنا سنصفها بالتفصيل:

-بروتين

تشكل البروتينات مجموعة من الجزيئات العضوية المحددة بشكل أفضل وتتميز بعلماء الأحياء. تعود هذه المعرفة الواسعة ، بشكل أساسي ، إلى السهولة الجوهرية الموجودة في العزلة والتميز - مقارنةً ببقية الجزيئات العضوية الثلاثة.

تلعب البروتينات سلسلة من الأدوار البيولوجية الواسعة للغاية. يمكن أن تكون بمثابة جزيئات النقل ، وحتى الهيكلية. هذه المجموعة الأخيرة تتكون من الإنزيمات.

الكتل الهيكلية: الأحماض الأمينية

الكتل الهيكلية للبروتينات هي الأحماض الأمينية. في الطبيعة ، نجد 20 نوعًا من الأحماض الأمينية ، ولكل منها خواصه الفيزيائية الكيميائية المحددة جيدًا.

تصنف هذه الجزيئات على أنها أحماض أمينية ألفا ، لأنها تحتوي على مجموعة أمينية أولية ومجموعة حمض كربوكسيلي كبدائل على ذرة الكربون نفسها. الاستثناء الوحيد لهذه القاعدة هو البرولين الأحماض الأمينية ، والتي يتم تصنيفها على أنها حمض ألفا إيمينو عن طريق وجود مجموعة أمينية ثانوية.

لتكوين بروتينات ، من الضروري أن تتبلمر هذه "الكتل" ، وتقوم بذلك عن طريق تكوين رابطة الببتيد. ينطوي تكوين سلسلة من البروتينات على إزالة جزيء واحد من الماء لكل رابطة ببتيدية. يمثل هذا الرابط CO-NH.

بالإضافة إلى كونها جزءًا من البروتينات ، فإن بعض الأحماض الأمينية تعتبر مستقلبات للطاقة والعديد منها مغذيات أساسية.

خصائص الأحماض الأمينية

كل حمض أميني له كتلته ومظهره المتوسط ​​في البروتينات. بالإضافة إلى ذلك ، لكل منها قيمة pK من حمض ألفا كربوكسيل ، ألفا أمينو والمجموعة الجانبية..

تقع قيم pK لمجموعات حامض الكربوكسيل في حوالي 2.2 ؛ بينما مجموعات alpha-amino لها قيم pK قريبة من 9.4. تؤدي هذه الخاصية إلى خاصية هيكلية نموذجية للأحماض الأمينية: عند درجة الحموضة الفسيولوجية ، تكون كلتا المجموعتين في شكل أيون.

عندما يحمل جزيء مجموعات مشحونة من أقطاب متقابلة تسمى الأيونات ثنائية القطب أو zwitterions. لذلك ، يمكن أن يعمل الحمض الأميني كحمض أو كقاعدة.

معظم الأحماض الأمينية ألفا لها نقاط انصهار قريبة من 300 درجة مئوية. تذوب بسهولة أكبر في البيئات القطبية ، بالمقارنة مع ذوبانها في المذيبات غير القطبية. معظمها قابلة للذوبان تماما في الماء.

هيكل البروتينات

من أجل تحديد وظيفة بروتين معين ، من الضروري تحديد تركيبته ، أي العلاقة ثلاثية الأبعاد الموجودة بين الذرات التي تشكل البروتين المعني. بالنسبة للبروتينات ، تم تحديد أربعة مستويات من تنظيم بنيتها:

الهيكل الأساسي: يشير إلى تسلسل الأحماض الأمينية التي تشكل البروتين ، باستثناء أي التشكل الذي يمكن للسلاسل الجانبية أن تأخذه.

الهيكل الثانوي: يتكون من الترتيب المكاني المحلي لذرات الهيكل العظمي. مرة أخرى ، لا يؤخذ التشكل في السلاسل الجانبية في الاعتبار.

هيكل ثلاثي: إنه يشير إلى البنية ثلاثية الأبعاد للبروتين بأكمله. على الرغم من أنه قد يكون من الصعب إنشاء تقسيم واضح بين الهيكل العالي والثانوي ، إلا أنه يتم استخدام المطابقات المحددة (مثل وجود المراوح والصفائح المطوية والمنعطفات) لتعيين الهياكل الثانوية فقط.

هيكل رباعي: ينطبق على تلك البروتينات التي تتكون من عدة وحدات فرعية. وهذا هو ، من خلال اثنين أو أكثر من سلاسل polypeptide الفردية. يمكن لهذه الوحدات أن تتفاعل عن طريق قوى تساهمية ، أو عن طريق روابط ثاني كبريتيد. يحدد الترتيب المكاني للوحدات الفرعية البنية الرباعية.

-الكربوهيدرات

الكربوهيدرات ، الكربوهيدرات أو السكريات (من الجذور اليونانية sakcharón, وهو ما يعني السكر) هي الطبقة الأكثر وفرة من الجزيئات العضوية على كوكب الأرض بأكمله.

يمكن استنتاج هيكلها من اسمها "الكربوهيدرات" ، لأنها جزيئات مع الصيغة (C H₂O)_ن, حيث ال ن أكبر من 3.

وظائف الكربوهيدرات متنوعة. واحدة من أهمها هي من النوع الهيكلي ، وخاصة في النباتات. في المملكة النباتية ، السليلوز هو المادة الهيكلية الرئيسية ، والتي تتوافق مع 80 ٪ من وزن الجسم الجاف.

وظيفة أخرى مهمة هي دورها النشط. تمثل السكريات ، مثل النشا والجليكوجين ، مصادر مهمة للاحتياطيات الغذائية.

تصنيف

الوحدات الأساسية للكربوهيدرات هي السكريات الأحادية أو السكريات البسيطة. هذه هي مشتقات من الألدهيدات سلسلة خطية أو الكيتونات والكحول متعدد الهيدرات.

يتم تصنيفها حسب الطبيعة الكيميائية لمجموعة الكاربونيل الخاصة بهم في الألدوز والكيتوز. تصنف أيضا وفقا لعدد من الكربون.

يتم تجميع السكريات الأحادية لتشكيل السكريات ، والتي غالباً ما توجد بالاقتران مع أنواع أخرى من الجزيئات العضوية مثل البروتينات والدهون. يتم تصنيفها في السكريات المتجانسة أو السكريات المتعددة ، اعتمادًا على ما إذا كانت تتكون من نفس السكريات الأحادية (الحالة الأولى) أو مختلفة.

بالإضافة إلى ذلك ، يتم تصنيفها أيضًا وفقًا لطبيعة السكاريد الأحادي الذي يتكون منها. يطلق على بوليمرات الجلوكوز اسم الجلوكان ، وتسمى تلك التي يتكون منها الجلاكتوز galactans ، وهكذا.

تحتوي عديد السكاريد على خصوصية تشكيل سلاسل خطية ومتفرعة ، حيث يمكن تكوين روابط الجليكوسيد مع أي من مجموعات الهيدروكسيل الموجودة في السكريات الأحادية.

عندما يرتبط عدد أكبر من وحدات السكريات الأحادية ، فإننا نتحدث عن السكريات.

-الدهون

الدهون (من اليونانية lipos, وهو ما يعني الدهون) هي جزيئات عضوية غير قابلة للذوبان في الماء وقابلة للذوبان في المذيبات غير العضوية ، مثل الكلوروفورم. وهي تشكل الدهون والزيوت والفيتامينات والهرمونات والأغشية البيولوجية.

تصنيف

الأحماض الدهنية: هم أحماض كربوكسيلية مع سلاسل مكونة من الهيدروكربونات ذات الطول الكبير. من الناحية الفسيولوجية ، من النادر العثور عليها مجانًا ، حيث يتم تقديرها في معظم الحالات.

في الحيوانات والنباتات نجدها في كثير من الأحيان في شكلها غير المشبع (تشكيل روابط مزدوجة بين الكربون) ، ومتعددة غير المشبعة (مع اثنين أو أكثر من الروابط المزدوجة).

triacylglycerols: وتسمى أيضًا الدهون الثلاثية أو الأحماض الدهنية المحايدة ، وهي تشكل غالبية الدهون والزيوت الموجودة في الحيوانات والنباتات. وظيفتها الرئيسية هي تخزين الطاقة في الحيوانات. هذه لديها خلايا متخصصة للتخزين.

يتم تصنيفها وفقا لهوية وموضع بقايا الأحماض الدهنية. بشكل عام ، تكون الزيوت النباتية سائلة في درجة حرارة الغرفة وتكون أكثر ثراءً في بقايا الأحماض الدهنية مع روابط مزدوجة وثلاثية بين كربوناتها.

في المقابل ، الدهون الحيوانية صلبة في درجة حرارة الغرفة وعدد الكربونات غير المشبعة منخفض.

glicerofosfolípidos: المعروف أيضا باسم phosphoglycerides ، هي المكونات الرئيسية للأغشية الدهنية.

تحتوي جلسرين الفوسفوليبيد على "ذيل" ذو خصائص قطبية أو مسعور ، و "رأس" قطبي أو محبب للماء. يتم تجميع هذه الهياكل في طبقة ثنائية ، حيث تشير ذيولها إلى الداخل ، لتشكيل الأغشية. في هذه ، يتم تضمين سلسلة من البروتينات.

الإسفنجية: هم الدهون التي توجد في كميات منخفضة جدا. كما أنها جزء من الأغشية ومشتقاتها من السفينغوزين وثنائي هيدروسفينجوسين ومماثلاتهم..

كولسترول: في الحيوانات هو العنصر الغالب في الأغشية ، والذي يعدل خصائصه ، مثل سيولة ذلك. كما أنه يقع في أغشية العضيات الخلوية. وهي مقدمة هامة لهرمونات الستيرويد ، المتعلقة بالتطور الجنسي.

-الأحماض النووية

الأحماض النووية هي الحمض النووي وأنواع مختلفة من الحمض النووي الريبي الموجودة. الحمض النووي هو المسؤول عن تخزين جميع المعلومات الوراثية ، والذي يسمح بتطوير ونمو وصيانة الكائنات الحية.

الحمض النووي الريبي ، من ناحية أخرى ، يشارك في مرور المعلومات الوراثية المشفرة في الحمض النووي لجزيئات البروتين. من الناحية الكلاسيكية ، تتميز ثلاثة أنواع من الحمض النووي الريبي (RNA): messenger ، transfer and ribosomal. ومع ذلك ، هناك عدد من RNAs الصغيرة التي لها وظائف تنظيمية.

الكتل الهيكلية: النيوكليوتيدات

الكتل الهيكلية للأحماض النووية ، DNA و RNA ، هي النيوكليوتيدات. كيميائيا ، هم استرات الفوسفات البنتوز ، حيث يتم ربط قاعدة النيتروجين إلى أول الكربون. يمكننا التمييز بين الريبيوكليوتيدات وديوكسيريبونوكليوتيدات.

هذه الجزيئات مسطحة ، عطرية وغير متجانسة. عندما تغيب مجموعة الفوسفات ، تتم إعادة تسمية النيوكليوتيدات باسم النيوكليوسيد.

بالإضافة إلى دورها كمونومرات في الأحماض النووية ، فإن هذه الجزيئات موجودة في كل مكان بيولوجيًا وتشارك في عدد كبير من العمليات.

ثلاثي فوسفات النوكليوسيد منتجات غنية بالطاقة ، مثل ATP ، وتستخدم كعملة طاقة للتفاعلات الخلوية. هم عنصر مهم من أنزيمات NAD⁺, NADP⁺, FMN ، FAD و coenzyme A. أخيرًا ، فهي عناصر تنظيمية لمسارات التمثيل الغذائي المختلفة.

أمثلة

هناك ما لا نهاية من الأمثلة على الجزيئات العضوية. بعد ذلك ، سيتم مناقشة أبرز علماء الكيمياء الحيوية ودراستهم:

الهيموغلوبين

يعد الهيموغلوبين ، الصباغ الأحمر في الدم ، أحد الأمثلة الكلاسيكية للبروتينات. بفضل انتشاره على نطاق واسع وعزلة سهلة ، فقد كان بروتين درس منذ العصور القديمة.

إنه بروتين يتكون من أربع وحدات فرعية ، لذلك يدخل في تصنيف رباعي الطبقات ، مع وحدتين ألفا وبيتا. ترتبط الوحدات الفرعية للهيموغلوبين ببروتين صغير مسؤول عن امتصاص الأكسجين في العضلات: الميوغلوبين.

مجموعة الهيم مشتقة من البورفيرين. هذا يميز الهيموغلوبين وهو نفس المجموعة الموجودة في السيتوكرومات. مجموعة heme مسؤولة عن اللون الأحمر المميز للدم وهي المنطقة المادية حيث يرتبط كل مونومر غلوبين بالأكسجين.

تتمثل الوظيفة الرئيسية لهذا البروتين في نقل الأكسجين من العضو المسؤول عن تبادل الغازات - استدعاء الرئتين أو الخياشيم أو الجلد - إلى الشعيرات الدموية ، لاستخدامها في التنفس.

السلولوز

السليلوز عبارة عن بوليمر خطي يتكون من وحدات فرعية من الجلوكوز D ، مرتبطة بواسطة روابط نوع بيتا 1،4. مثل معظم السكريات ، ليس لديهم حد أقصى للحجم. ومع ذلك ، في المتوسط ​​أنها تمثل حوالي 15000 بقايا الجلوكوز.

إنه مكون جدران الخلايا للنباتات. بفضل السليلوز ، هذه صلبة وتسمح للتغلب على الضغط الأسموزي. وبالمثل ، في النباتات الكبيرة ، مثل الأشجار ، السليلوز يعطي الدعم والاستقرار.

على الرغم من أنها مرتبطة في الغالب بالخضروات ، فإن بعض الحيوانات التي تسمى tunicates لها السليلوز في بنيتها.

ويقدر أن متوسط ​​10¹⁵ يتم تصنيع كيلوغرامات من السليلوز - وتتحلل - سنويا.

أغشية بيولوجية

تتألف الأغشية البيولوجية بشكل أساسي من جزيئين حيويين ، الدهون والبروتينات. يكون التشكل المكاني للدهون في شكل طبقة ثنائية ، حيث تشير ذيول الكارهة للماء إلى الداخل ، والرؤوس المحبة للماء إلى الخارج..

الغشاء هو كيان ديناميكي ومكوناته تجربة حركات متكررة.

مراجع

1. Aracil، C. B.، Rodriguez، M. P.، Magraner، J. P.، & Perez، R. S. (2011). أساسيات الكيمياء الحيوية. جامعة فالنسيا.
2. Battaner Arias، E. (2014). خلاصة الأنزيمات. طبعات جامعة سالامانكا.
3. Berg، J. M.، Stryer، L.، & Tymoczko، J. L. (2007). كيمياء حيوية. أنا عكس.
4. Devlin، T. M. (2004). الكيمياء الحيوية: كتاب مدرسي مع تطبيقات سريرية. أنا عكس.
5. Diaz، A. P.، & Pena، A. (1988). كيمياء حيوية. التحرير ليموزا.
6. Macarulla، J. M.، & Goñi، F. M. (1994). الكيمياء الحيوية البشرية: دورة أساسية. أنا عكس.
7. مولر استيرل ، دبليو (2008). الكيمياء الحيوية. أساسيات الطب وعلوم الحياة. أنا عكس.
8. تيخون ، جيه إم (2006). أساسيات الكيمياء الحيوية الهيكلية. التحرير Tébar.