MACROMOLECULEN: KENMERKEN, TYPEN, FUNCTIES EN VOORBEELDEN - BIOLOGIE - 2026

De macromoleculen zijn grote moleculen - meestal meer dan 1000 atomen - gevormd door de vereniging van monomeren estructurares of kleinere blokken. In levende wezens vinden we vier hoofdtypen macromoleculen: nucleïnezuren, lipiden, koolhydraten en eiwitten. Er zijn ook andere van synthetische oorsprong, zoals kunststoffen.

Elk type biologisch macromolecuul is samengesteld uit een specifiek monomeer, namelijk: nucleïnezuren door nucleotiden, koolhydraten door monosacchariden, eiwitten door aminozuren en lipiden door koolwaterstoffen van variabele lengte.

Bron: pixabay.com

Wat hun functie betreft, slaan koolhydraten en lipiden energie op voor de cel om zijn chemische reacties uit te voeren, en ze worden ook gebruikt als structurele componenten.

Eiwitten hebben ook structurele functies, naast moleculen met katalyse en transportcapaciteit. Ten slotte slaan nucleïnezuren genetische informatie op en nemen ze deel aan de eiwitsynthese.

Synthetische macromoleculen volgen dezelfde structuur als een biologische: veel monomeren zijn met elkaar verbonden om een ​​polymeer te vormen. Voorbeelden hiervan zijn polyethyleen en nylon. Synthetische polymeren worden veel gebruikt in de industrie voor de fabricage van weefsels, kunststoffen, isolatie enz.

kenmerken

Grootte

Zoals de naam al aangeeft, is een van de onderscheidende kenmerken van macromoleculen hun grote omvang. Ze bestaan ​​uit minstens 1.000 atomen, verbonden door covalente bindingen. Bij dit type binding delen de atomen die bij de binding zijn betrokken de elektronen van het laatste niveau.

Grondwet

Een andere term die wordt gebruikt om naar macromoleculen te verwijzen, is polymeer ("vele delen"), die bestaan ​​uit zich herhalende eenheden die monomeren worden genoemd ("één deel"). Dit zijn de structurele eenheden van macromoleculen en kunnen, afhankelijk van het geval, hetzelfde of verschillend van elkaar zijn.

We zouden de analogie van het Lego-kinderspel kunnen gebruiken. Elk van de stukken vertegenwoordigt de monomeren, en wanneer we ze samenvoegen om verschillende structuren te vormen, verkrijgen we het polymeer.

Als de monomeren hetzelfde zijn, is het polymeer een homopolymeer; en als ze verschillend zijn, zal het een heteropolymeer zijn.

Er is ook een nomenclatuur om het polymeer aan te duiden, afhankelijk van de lengte. Als het molecuul uit een paar subeenheden bestaat, wordt het een oligomeer genoemd. Als we bijvoorbeeld naar een klein nucleïnezuur willen verwijzen, noemen we dat een oligonucleotide.

Structuur

Gezien de ongelooflijke diversiteit van macromoleculen, is het moeilijk om een ​​algemene structuur vast te stellen. Het "skelet" van deze moleculen bestaat uit hun overeenkomstige monomeren (suikers, aminozuren, nucleotiden, enz.), En ze kunnen op een lineaire, vertakte manier worden gegroepeerd of meer complexe vormen aannemen.

Zoals we later zullen zien, kunnen macromoleculen van biologische of synthetische oorsprong zijn. De eerste hebben oneindig veel functies in levende wezens, en de laatste worden veel gebruikt door de samenleving, zoals plastic bijvoorbeeld.

Biologische macromoleculen: functies, structuur en voorbeelden

Bij organische wezens vinden we vier basistypen macromoleculen, die een enorm aantal functies vervullen, waardoor het leven kan worden ontwikkeld en onderhouden. Dit zijn eiwitten, koolhydraten, lipiden en nucleïnezuren. We zullen de meest relevante kenmerken hieronder beschrijven.

Eiwit

Eiwitten zijn macromoleculen waarvan de structurele eenheden aminozuren zijn. In de natuur vinden we 20 soorten aminozuren.

Structuur

Deze monomeren zijn samengesteld uit een centraal koolstofatoom (alfakoolstof genoemd) dat door covalente bindingen is verbonden met vier verschillende groepen: een waterstofatoom, een aminogroep (NH ₂ ), een carboxylgroep (COOH) en een R-groep.

De 20 soorten aminozuren verschillen alleen van elkaar in de identiteit van de groep R. Deze groep varieert in termen van zijn chemische aard en kan onder andere basische, zure, neutrale aminozuren vinden met lange, korte en aromatische ketens.

Aminozuurresten worden bij elkaar gehouden door peptidebindingen. De aard van de aminozuren zal de aard en kenmerken van het resulterende eiwit bepalen.

De lineaire aminozuursequentie vertegenwoordigt de primaire structuur van eiwitten. Deze worden vervolgens gevouwen en gegroepeerd in verschillende patronen, waardoor de secundaire, tertiaire en quartaire structuren worden gevormd.

Functie

Eiwitten hebben verschillende functies. Sommige dienen als biologische katalysatoren en worden enzymen genoemd; sommige zijn structurele eiwitten, zoals keratine dat aanwezig is in haar, nagels, enz .; en anderen voeren transportfuncties uit, zoals hemoglobine in onze rode bloedcellen.

Nucleïnezuren: DNA en RNA

Het tweede type polymeer dat deel uitmaakt van levende wezens, zijn nucleïnezuren. In dit geval zijn de structurele eenheden geen aminozuren zoals in eiwitten, maar zijn het monomeren die nucleotiden worden genoemd.

Structuur

Nucleotiden bestaan ​​uit een fosfaatgroep, een suiker met vijf koolstofatomen (de centrale component van het molecuul) en een stikstofbase.

Er zijn twee soorten nucleotiden: ribonucleotiden en deoxyribonucleotiden, die variëren in termen van de kernsuiker. De eerste zijn de structurele componenten van ribonucleïnezuur of RNA, en de laatste zijn die van deoxyribonucleïnezuur of DNA.

In beide moleculen worden nucleotiden bij elkaar gehouden door een fosfodiësterbinding - equivalent aan de peptidebinding die eiwitten bij elkaar houdt.

De structurele componenten van DNA en RNA zijn vergelijkbaar en verschillen in hun structuur, aangezien RNA wordt gevonden in de vorm van een enkele band en DNA in een dubbele band.

Functie

RNA en DNA zijn de twee soorten nucleïnezuren die we in levende wezens aantreffen. RNA is een multifunctioneel, dynamisch molecuul dat in verschillende structurele conformaties voorkomt en deelneemt aan eiwitsynthese en aan de regulatie van genexpressie.

DNA is het macromolecuul dat verantwoordelijk is voor het opslaan van alle genetische informatie van een organisme die nodig is voor zijn ontwikkeling. Al onze cellen (met uitzondering van volwassen rode bloedcellen) hebben genetisch materiaal opgeslagen in hun kern, op een zeer compacte en georganiseerde manier.

Koolhydraten

Koolhydraten, ook wel bekend als koolhydraten of gewoon als suikers, zijn macromoleculen die zijn opgebouwd uit bouwstenen die monosacchariden worden genoemd (letterlijk 'een suiker').

Structuur

De molecuulformule van koolhydraten is (CH ₂ O) _n . De waarde van n kan variëren van 3, voor de eenvoudigste suikers, tot duizenden voor de meest complexe koolhydraten, en is nogal variabel in termen van lengte.

Deze monomeren kunnen met elkaar polymeriseren door middel van een reactie waarbij twee hydroxylgroepen betrokken zijn, wat resulteert in de vorming van een covalente binding, een zogenaamde glycosidebinding.

Deze binding houdt koolhydraatmonomeren bij elkaar op dezelfde manier als peptidebindingen en fosfodiësterbindingen respectievelijk eiwitten en nucleïnezuren bevatten.

Peptide- en fosfodiësterbindingen komen echter voor in specifieke gebieden van hun samenstellende monomeren, terwijl glycosidebindingen kunnen worden gevormd met elke hydroxylgroep.

Zoals we in de vorige sectie al zeiden, worden kleine macromoleculen aangeduid met het voorvoegsel oligo. In het geval van kleine koolhydraten wordt de term oligosacchariden gebruikt, als het maar twee monomeren zijn die verbonden zijn, is het een disaccharide, en als ze groter zijn, polysacchariden.

Functie

Suikers zijn fundamentele macromoleculen voor het leven, omdat ze energie en structurele functies vervullen. Deze leveren de chemische energie die nodig is om een ​​aanzienlijk aantal reacties in cellen op gang te brengen en worden gebruikt als "brandstof" voor levende wezens.

Andere koolhydraten, zoals glycogeen, dienen om energie op te slaan, zodat de cel daar waar nodig kan putten.

Ze hebben ook structurele functies: ze maken deel uit van andere moleculen, zoals nucleïnezuren, de celwanden van sommige organismen en de exoskeletten van insecten.

In planten en sommige protisten vinden we bijvoorbeeld een complex koolhydraat genaamd cellulose, dat alleen uit glucose-eenheden bestaat. Dit molecuul is ongelooflijk overvloedig op aarde, omdat het aanwezig is in de celwanden van deze organismen en in andere ondersteunende structuren.

Lipiden

"Lipide" is een term die wordt gebruikt om een ​​groot aantal niet-polaire of hydrofobe moleculen (met een fobie of afstoting van water) te omvatten die zijn opgebouwd uit koolstofketens. In tegenstelling tot de drie genoemde moleculen, eiwitten, nucleïnezuren en koolhydraten, is er geen enkel monomeer voor lipiden.

Structuur

Vanuit structureel oogpunt kan een lipide zich op meerdere manieren presenteren. Omdat ze zijn gemaakt van koolwaterstoffen (CH), zijn de bindingen niet gedeeltelijk geladen, dus ze zijn niet oplosbaar in polaire oplosmiddelen zoals water. Ze kunnen echter worden opgelost in andere soorten niet-polaire oplosmiddelen, zoals benzeen.

Een vetzuur is samengesteld uit de genoemde koolwaterstofketens en een carboxylgroep (COOH) als functionele groep. Over het algemeen bevat een vetzuur 12 tot 20 koolstofatomen.

De vetzuurketens kunnen verzadigd zijn, wanneer alle koolstofatomen met elkaar zijn verbonden door enkele bindingen, of onverzadigd, wanneer er meer dan één dubbele binding in de structuur aanwezig is. Als het meerdere dubbele bindingen bevat, is het een meervoudig onverzadigd zuur.

Soorten lipiden volgens hun structuur

Er zijn drie soorten lipiden in de cel: steroïden, vetten en fosfolipiden. Steroïden worden gekenmerkt door een omvangrijke vierringstructuur. Cholesterol is de bekendste en is een belangrijk onderdeel van membranen, omdat het hun vloeibaarheid regelt.

Vetten bestaan ​​uit drie vetzuren die via een esterbinding zijn verbonden met een molecuul dat glycerol wordt genoemd.

Ten slotte bestaan ​​fosfolipiden uit een glycerolmolecuul dat is vastgemaakt aan een fosfaatgroep en twee ketens van vetzuren of isoprenoïden.

Functie

Net als koolhydraten fungeren lipiden ook als energiebron voor de cel en als componenten van sommige structuren.

Lipiden hebben een essentiële functie voor alle levende vormen: ze zijn een essentieel bestanddeel van het plasmamembraan. Deze vormen de cruciale grens tussen levenden en niet-levenden en dienen als een selectieve barrière die bepaalt wat de cel binnenkomt en wat niet, dankzij de semi-permeabele eigenschap.

Naast lipiden bestaan ​​membranen ook uit verschillende eiwitten, die als selectieve transporters functioneren.

Sommige hormonen (zoals seksuele hormonen) zijn van nature lipide en zijn essentieel voor de ontwikkeling van het lichaam.

Vervoer

In biologische systemen worden macromoleculen tussen de binnenkant en de buitenkant van cellen getransporteerd door processen die endo en exocytose worden genoemd (waarbij blaasjes worden gevormd) of door actief transport.

Endocytose omvat alle mechanismen die de cel gebruikt om het binnendringen van grote deeltjes te bewerkstelligen en wordt geclassificeerd als: fagocytose, wanneer het door te slikken element een vast deeltje is; pinocytose, wanneer extracellulaire vloeistof binnendringt; en endocytose, gemedieerd door receptoren.

De meeste moleculen die op deze manier worden ingenomen, komen terecht in een organel dat verantwoordelijk is voor de spijsvertering: het lysosoom. Anderen komen terecht in fagosomen - die fusie-eigenschappen hebben met lysosomen en een structuur vormen die fagolysosomen wordt genoemd.

Op deze manier breekt de enzymatische batterij die in het lysosoom aanwezig is, de macromoleculen af ​​die aanvankelijk binnenkwamen. De monomeren die ze hebben gevormd (monosacchariden, nucleotiden, aminozuren) worden teruggevoerd naar het cytoplasma, waar ze worden gebruikt voor de vorming van nieuwe macromoleculen.

Door de hele darm zijn er cellen die specifieke transporteurs hebben voor de opname van elk macromolecuul dat in de voeding werd geconsumeerd. Zo worden de transporteiwitten PEP1 en PEP2 gebruikt voor eiwitten en SGLT voor glucose.

Synthetische macromoleculen

In synthetische macromoleculen vinden we ook hetzelfde structurele patroon als beschreven voor macromoleculen van biologische oorsprong: monomeren of kleine subeenheden die door bindingen zijn verbonden om een ​​polymeer te vormen.

Er zijn verschillende soorten synthetische polymeren, de eenvoudigste is polyethyleen. Dit is een inerte kunststof met de chemische formule CH _2- CH ₂ (verbonden door een dubbele binding) die vrij gebruikelijk is in de industrie, aangezien het goedkoop en gemakkelijk te produceren is.

Zoals te zien is, is de structuur van deze kunststof lineair en vertakt het niet.

Polyurethaan is een ander polymeer dat veel in de industrie wordt gebruikt voor de vervaardiging van schuimen en isolatoren. We zullen zeker een spons van dit materiaal in onze keukens hebben. Dit materiaal wordt verkregen door condensatie van hydroxylbasen gemengd met elementen die diisocyanaten worden genoemd.

Er zijn andere synthetische polymeren met een grotere complexiteit, zoals nylon (of nylon). Een van de kenmerken is dat het zeer resistent is, met een aanzienlijke elasticiteit. De textielindustrie maakt gebruik van deze eigenschappen voor de vervaardiging van weefsels, borstelharen, lijnen, enz. Het wordt ook door artsen gebruikt om hechtingen te maken.

Referenties

1. Berg, JM, Stryer, L., en Tymoczko, JL (2007). Biochemie. Ik draaide me om.
2. Campbell, MK en Farrell, SO (2011). Biochemie. Thomson. Brooks / Cole.
3. Devlin, TM (2011). Textbook of biochemistry. John Wiley & Sons.
4. Freeman, S. (2017). Biologische wetenschap. Pearson Education.
5. Koolman, J., en Röhm, KH (2005). Biochemie: tekst en atlas. Panamerican Medical Ed.
6. Moldoveanu, SC (2005). Analytische pyrolyse van synthetische organische polymeren (deel 25). Elsevier.
7. Moore, JT en Langley, RH (2010). Biochemie voor dummies. John Wiley & Sons.
8. Mougios, V. (2006). Oefen biochemie uit. Menselijke kinetiek.
9. Müller-Esterl, W. (2008). Biochemie. Fundamentals voor geneeskunde en levenswetenschappen. Ik draaide me om.
10. Poortmans, JR (2004). Principes van bewegingsbiochemie. 3 ^rd , herziene druk. Karger.
11. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biochemie. Panamerican Medical Ed.