Ogroman broj raznih spojeva različite kemijske prirode uspjeli su sintetizirati ljudi u laboratoriju. Ipak, prirodne tvari su bile, jesu i ostat će najvažnije i najznačajnije za život svih živih sustava. To jest, one molekule koje sudjeluju u tisućama biokemijskih reakcija unutar organizama i odgovorne su za njihovo normalno funkcioniranje.
Velika većina njih pripada skupini zvanoj "biološki polimeri".
Opći koncept biopolimera
Prije svega, treba reći da su svi ti spojevi visokomolekularni, s masom koja doseže milijune d altona. Ove tvari su životinjski i biljni polimeri koji imaju odlučujuću ulogu u izgradnji stanica i njihovih struktura, osiguravajući metabolizam, fotosintezu, disanje, prehranu i sve druge vitalne funkcije svakog živog organizma.
Teško je precijeniti važnost takvih spojeva. Biopolimeri su prirodne tvari prirodnog podrijetla koje nastaju u živim organizmima i temelj su cijelog života na našem planetu. Koje su specifične veze s njimapripadati?
Biopolimeri ćelije
Ima ih puno. Dakle, glavni biopolimeri su sljedeći:
- proteini;
- polisaharidi;
- nukleinske kiseline (DNA i RNA).
Osim njih, ovo uključuje i mnoge miješane polimere nastale iz kombinacija već navedenih. Na primjer, lipoproteini, lipopolisaharidi, glikoproteini i drugi.
Opća svojstva
Postoji nekoliko značajki koje su svojstvene svim razmatranim molekulama. Na primjer, sljedeća opća svojstva biopolimera:
- velika molekularna težina zbog stvaranja ogromnih makrolanaca s granama u kemijskoj strukturi;
- vrste veza u makromolekulama (vodik, ionske interakcije, elektrostatičko privlačenje, disulfidni mostovi, peptidne veze i ostalo);
- strukturna jedinica svakog lanca je monomerna karika;
- stereoregularnost ili njezina odsutnost u strukturi lanca.
Ali općenito, svi biopolimeri još uvijek imaju više razlika u strukturi i funkciji nego sličnosti.
Proteini
Proteinske molekule su od velike važnosti u životu svakog živog bića. Takvi biopolimeri su osnova sve biomase. Doista, čak i prema Oparin-Haldaneovoj teoriji, život na Zemlji nastao je iz koacervatne kapljice, koja je bila protein.
Struktura ovih tvari podliježe strogom redu u strukturi. Svaki protein se sastoji od aminokiselinskih ostataka kojimogu se međusobno povezati u neograničenim duljinama lanca. To se događa stvaranjem posebnih veza - peptidnih veza. Takva veza nastaje između četiri elementa: ugljika, kisika, dušika i vodika.
Molekula proteina može sadržavati mnogo aminokiselinskih ostataka, istih i različitih (nekoliko desetaka tisuća ili više). Ukupno, postoji 20 vrsta aminokiselina koje se nalaze u ovim spojevima. Međutim, njihova raznolika kombinacija omogućuje bjelančevinama da procvjetaju u kvantitativnom i vrstnom smislu.
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, budući da se ukupni makrolanac proteina počinje spiralno razvijati, tvoreći zavojnice. Dvije susjedne makrostrukture drže se jedna blizu druge zbog kovalentnih i vodikovih interakcija između skupina njihovih atoma. Razlikovati alfa i beta spirale sekundarne strukture proteina.
Tercijarna struktura je jedna makromolekula (polipeptidni lanac) proteina umotana u kuglicu. Vrlo složena mreža interakcija unutar ove globule omogućuje joj da bude prilično stabilna i zadrži svoj oblik.
Kvartarna konformacija - nekoliko polipeptidnih lanaca, smotanih i uvijenihu zavojnicu, koji istovremeno tvore višestruke veze raznih vrsta među sobom. Najsloženija globularna struktura.
Funkcije proteinskih molekula
- Prijevoz. Izvode ga proteinske stanice koje čine plazma membranu. Oni formiraju ionske kanale kroz koje određene molekule mogu proći. Također, mnogi proteini su dio organela kretanja protozoa i bakterija, stoga su izravno uključeni u njihovo kretanje.
- Energetsku funkciju ove molekule obavljaju vrlo aktivno. Jedan gram proteina u procesu metabolizma stvara 17,6 kJ energije. Stoga je konzumacija biljnih i životinjskih proizvoda koji sadrže ove spojeve vitalna za žive organizme.
- Građevna funkcija je sudjelovanje proteinskih molekula u izgradnji većine staničnih struktura, samih stanica, tkiva, organa i tako dalje. Gotovo svaka stanica je u osnovi izgrađena od ovih molekula (citoskelet citoplazme, plazma membrana, ribosom, mitohondrije i druge strukture sudjeluju u stvaranju proteinskih spojeva).
- Katalitičku funkciju provode enzimi, koji po svojoj kemijskoj prirodi nisu ništa drugo do proteini. Bez enzima većina biokemijskih reakcija u tijelu bila bi nemoguća, jer su oni biološki katalizatori u živim sustavima.
- Funkcija receptora (također signaliziranje) pomaže stanicama u navigaciji i ispravnom reagiranju na sve promjene u okolini, kao npr.mehanički i kemijski.
Ako proteine razmotrimo dublje, možemo istaknuti još neke sekundarne funkcije. Međutim, navedeni su glavni.
Nukleinske kiseline
Takvi biopolimeri važan su dio svake stanice, bilo prokariotske ili eukariotske. Doista, nukleinske kiseline uključuju molekule DNA (deoksiribonukleinska kiselina) i RNA (ribonukleinska kiselina), od kojih je svaka vrlo važna karika za živa bića.
Po svojoj kemijskoj prirodi, DNA i RNA su sekvence nukleotida povezanih vodikovim 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 molekule DNK mogu obavljati niz vitalnih funkcija. RNA također igra veliku ulogu u stanici.
Funkcije takvih kiselina
Nukleinske kiseline su biopolimeri odgovorni za sljedeće funkcije:
- DNK je skladište i prijenosnik genetskih informacija u stanicama živih organizama. U prokariota, ova molekula je raspoređena u citoplazmi. U eukariotskoj stanici nalazi se unutar jezgre, odvojena kariolemom.
- Molekula dvolančane DNK podijeljena je na dijelove - gene koji čine strukturu kromosoma. Svačiji genistvorenja tvore poseban genetski kod u kojem su šifrirani svi znakovi organizma.
- RNA je tri vrste - šablonska, ribosomska i transportna. Ribosomal sudjeluje u sintezi i sastavljanju proteinskih molekula na odgovarajućim strukturama. Podaci o prijenosu matrice i transporta čitaju se iz DNK i dešifriraju njihovo biološko značenje.
polisaharidi
Ovi spojevi su pretežno biljni polimeri, odnosno nalaze se upravo u stanicama predstavnika flore. Njihova stanična stijenka, koja sadrži celulozu, posebno je bogata polisaharidima.
Po svojoj kemijskoj prirodi, polisaharidi su složene makromolekule ugljikohidrata. Mogu biti linearne, slojevite, umrežene konformacije. Monomeri su jednostavni šećeri s pet, češće sa šest ugljika - riboza, glukoza, fruktoza. Oni su od velike važnosti za živa bića, jer su dio stanica, rezervni su nutrijent za biljke, razgrađuju se oslobađanjem velike količine energije.
Značenje raznih predstavnika
Biološki polimeri kao što su škrob, celuloza, inulin, glikogen, hitin i drugi su vrlo važni. Oni su važni izvori energije u živim organizmima.
Dakle, celuloza je bitna komponenta stanične stijenke biljaka, nekih bakterija. Daje snagu, određeni oblik. U industriji se čovjek koristi za dobivanje papira, vrijednih acetatnih vlakana.
Škrob je rezervna hranjiva tvar za biljke,koji je također vrijedan prehrambeni proizvod za ljude i životinje.
Glikogen, ili životinjska mast, rezervna je hranjiva tvar za životinje i ljude. Obavlja funkcije toplinske izolacije, izvora energije, mehaničke zaštite.
Mješoviti biopolimeri u živim bićima
Pored onih koje smo razmotrili, postoje razne kombinacije makromolekularnih spojeva. 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, signalizacija, receptor, regulacija, enzimska, građevna i mnoge druge. Njihova je struktura kemijski vrlo složena i daleko od dešifriranja za sve predstavnike, stoga funkcije nisu u potpunosti definirane. Danas su poznati samo najčešći, ali značajan dio ostaje izvan granica ljudskog znanja.
