Biyomoleküller canlılarda üretilen moleküllerdir. "Bio" ön eki hayat anlamına gelir; bu nedenle, bir biyomolekül canlı bir varlık tarafından üretilen bir moleküldür. Canlılar, yaşam için gerekli çeşitli işlevleri yerine getiren farklı molekül türlerinden oluşur.
Doğada, etkileşime giren ve bazı durumlarda eleman alışverişi yapan biyotik (canlı) ve abiyotik (canlı olmayan) sistemler vardır. Tüm canlıların ortak bir özelliği, organik olmalarıdır, yani kurucu moleküllerinin karbon atomları tarafından oluşturulduğu anlamına gelir.
Biyomoleküller ayrıca karbon dışında ortak diğer atomlara sahiptir. Bu atomlar esas olarak hidrojen, oksijen, azot, fosfor ve kükürt içerir. Bu elementlere biyolojik elementler de denir, çünkü bunlar biyolojik moleküllerin ana bileşenidir.
Bununla birlikte, bazı biyomoleküllerde daha küçük miktarlarda olmasına rağmen, mevcut olan başka atomlar da vardır. Bunlar genellikle diğerleri arasında potasyum, sodyum, demir ve magnezyum gibi metal iyonlarıdır. Buna göre, biyomoleküller iki tipte olabilir: organik veya inorganik.
Böylece, organizmalar karbona dayanan birçok molekül türünden oluşur, örneğin: şekerler, yağlar, proteinler ve nükleik asitler. Bununla birlikte, aynı zamanda karbon bazlı olan ve biyomoleküllerin bir parçası olmayan başka bileşikler de vardır.
Karbon içeren ancak biyolojik sistemlerde bulunmayan bu moleküller yer kabuğunda, göllerde, denizlerde ve okyanuslarda ve atmosferde bulunabilir. Bu elementlerin doğada hareketi, biyojeokimyasal döngü olarak bilinen şeyde tanımlanmaktadır.
Doğada bulunan bu basit organik moleküllerin, yaşam için temel yapının bir parçası olan en karmaşık biyomoleküllere neden olan hücreler olduğu düşünülmektedir: hücre. Yukarıdaki, abiyotik sentez teorisi olarak bilinen şeydir.
Biyomoleküllerin sınıflandırılması ve fonksiyonları
Biyomoleküller, boyut ve yapı bakımından çeşitlidir; bu, yaşam için gerekli olan çeşitli fonksiyonların performansı için benzersiz özellikler sunar. Bu nedenle, biyomoleküller, diğerlerinin yanı sıra bilgi depolama, enerji kaynağı, destek, hücresel metabolizma görevi görür.
Biyomoleküller, karbon atomlarının varlığına veya yokluğuna bağlı olarak iki büyük gruba ayrılabilir.
İnorganik biyomoleküller
Hepsi canlılarda var olan ve moleküler yapılarında karbon içermeyen moleküllerdir. İnorganik moleküller ayrıca diğer (canlı olmayan) doğa sistemlerinde bulunabilir.
İnorganik biyomolekül tipleri aşağıdaki gibidir:
su
Canlıların temel ve temel bileşenidir, iki hidrojen atomuna bağlı bir oksijen atomunun oluşturduğu bir moleküldür. Su, yaşamın varlığı için gereklidir ve en yaygın biyomoleküldür.
Herhangi bir canlı ağırlığının% 50 ila 95'i sudır, çünkü ısıl düzenleme ve maddelerin taşınması gibi birçok önemli işlevi yerine getirmek gereklidir.
Mineral tuzları
Suda tamamen ayrılan zıt yük ile atomların oluşturduğu basit moleküllerdir. Örneğin: bir klorin atomu (negatif yüklü) ve bir sodyum atomu (pozitif yüklü) ile oluşan sodyum klorür.
Mineral tuzlar, omurgalıların kemikleri veya omurgasızların dış iskeleti gibi sert yapıların oluşumuna katılır. Bu inorganik biyomoleküller ayrıca birçok önemli hücresel işlevi yerine getirmek için de gereklidir.
gazlar
Bunlar gaz şeklinde olan moleküllerdir. Hayvanlarda solunum ve bitkilerde fotosentez için esastırlar.
Bu gazların örnekleri şunlardır: birbirine bağlanmış iki oksijen atomundan oluşan moleküler oksijen; ve iki oksijen atomuna bağlı bir karbon atomundan oluşan karbon dioksit. Her iki biyomolekül de canlıların çevreleri ile yaptıkları gaz alışverişine katılır.
Organik biyomoleküller
Organik biyomoleküller, yapılarında karbon atomu içeren moleküllerdir. Organik moleküller, canlı olmayan sistemlerin bir parçası olarak doğada dağılmış olarak bulunabilir ve biyokütle olarak bilinen şeyi oluşturur.
Organik biyomolekül tipleri aşağıdaki gibidir:
karbonhidratlar
Karbonhidratlar muhtemelen doğadaki en bol ve en yaygın organik maddelerdir ve tüm canlıların temel bileşenleridir.
Karbonhidratlar, fotosentez işlemi sırasında yeşil bitkiler tarafından karbondioksit ve sudan üretilir.
Bu biyomoleküller esas olarak karbon, hidrojen ve oksijen atomları tarafından oluşturulur. Ayrıca karbonhidratlar veya sakaritler olarak da bilinirler ve enerji kaynakları ve organizmaların yapısal bileşenleri olarak işlev görürler.
- Monosakaritler
Monosakaritler en basit karbonhidratlardır ve genellikle basit şekerler olarak adlandırılırlar. Bunlar en büyük karbonhidratların oluştuğu temel yapı taşlarıdır.
Monosakaritler, n'nin 3, 5 veya 6 olduğu genel moleküler formüle (CH20) n sahiptir. Böylece monosakaritler, molekülde mevcut olan karbon atomlarının sayısına göre sınıflandırılabilir:
N = 3 ise, molekül bir üçlüdür. Örneğin: gliseraldehit.
N = 5 ise, molekül bir pentozdur. Örneğin: riboz ve deoksiriboz.
N = 6 ise, molekül bir heksozdur. Örneğin: fruktoz, glukoz ve galaktoz.
Pentozlar ve heksozlar iki şekilde bulunabilir: siklik ve siklik olmayan. Döngüsel olmayan formda moleküler yapıları iki fonksiyonel grup gösterir: bir aldehit grubu veya bir keton grubu.
Aldehit grubu içeren monosakaritler aldozlar ve keton grubu olanlara ketozlar denir. Aldozlar şekeri azaltırken ketozlar indirgeyici olmayan şekerlerdir.
Bununla birlikte, suda pentozlar ve heksozlar çoğunlukla siklik formda bulunur ve bu formda daha büyük sakarit molekülleri oluşturmak için birleşirler.
- Disakkaritler
Doğada bulunan şekerlerin çoğu disakaritlerdir. Bunlar, iki monosakarit arasında glikosidik bir bağ oluşumu, su salınan bir yoğunlaşma reaksiyonu yoluyla oluşur. Bu bağ oluşum süreci, iki monosakarit ünitesini bir arada tutmak için enerji gerektirir.
En önemli üç disakkarit sukroz, laktoz ve maltozdur. Uygun monosakaritlerin yoğunlaşmasından oluşurlar. Sukroz indirgeyici olmayan bir şekerdir, laktoz ve maltoz ise şekeri azaltır.
Disakaritler suda çözünebilir, ancak hücre zarını difüzyonla geçmek için çok büyük biyomoleküllerdir. Bu nedenle, sindirim sırasında ince bağırsakta parçalanırlar, böylece temel bileşenleri (yani monosakaritler) kana ve diğer hücrelere geçer.
Monosakaritler, hücreler tarafından çok hızlı bir şekilde kullanılır. Bununla birlikte, eğer bir hücre derhal enerjiye ihtiyaç duymuyorsa, onu daha karmaşık polimerler halinde depolayabilir. Böylece, monosakaritler, hücrede meydana gelen yoğuşma reaksiyonları ile disakaritlere dönüştürülür.
- Oligosakaritler
Oligosakaritler, üç ila dokuz birim basit şekerden (monosakaritler) oluşan ara moleküllerdir. Bunlar daha karmaşık karbonhidratların (polisakkaritler) kısmen ayrıştırılmasıyla oluşurlar.
Pek çok doğal oligosakarit, bitkilerde bulunur ve maltotrioz hariç, insanlar tarafından sindirilebilir çünkü insan vücudu, bunları ince bağırsakta gerekli enzimlerden yoksun bırakmaktadır.
Kalın bağırsakta faydalı bakteriler, oligosakaritleri fermantasyon yoluyla parçalayabilir; Böylece bir miktar enerji sağlayan emilebilir besinlere dönüşürler. Oligosakaritlerin bazı bozunma ürünlerinin, kalın bağırsağın astarı üzerinde yararlı bir etkisi olabilir.
Oligosakaritlerin örnekleri arasında rafinoz, baklagillerden bir trisakarit ve glukoz, fruktoz ve galaktozdan oluşan bazı tahıllar bulunur. Bazı bitkilerde ve belirli eklembacaklıların kanında bir glukoz trisakarit olan maltotrioz üretilir.
- Polisakkaritler
Monosakaritler, çok büyük moleküller oluşana kadar zincire arka arkaya bir ünite ekleyerek bir dizi yoğunlaşma reaksiyonuna maruz kalabilir. Bunlar polisakkaritler.
Polisakaritlerin özellikleri, moleküler yapılarının çeşitli faktörlerine bağlıdır: uzunluk, yan dallar, katlanma ve zincirin "düz" veya "korkak" olması. Doğada birkaç polisakarit örneği vardır.
Nişasta, genellikle bitkilerde enerji depolamanın bir yolu olarak üretilir ve a-glukoz polimerlerinden oluşur. Polimer dallanmışsa amilopektin, dallanmış değilse amiloz denir.
Glikojen, hayvanlarda enerji rezervi polisakkarittir ve amilopektinlerden oluşur. Bu nedenle bitkilerde bulunan nişasta, hücreye giren ve metabolizmada kullanılan glikoz üretmek için vücutta parçalanır. Kullanılmayan glikoz, enerji birikimi olan glikojeni polimerize eder ve oluşturur.
lipidleri
Lipitler, temel özelliği hidrofobik olmaları (suyu itmeleri) ve sonuç olarak suda çözünmez olmaları olan bir başka organik biyomolekül türüdür. Yapılarına bağlı olarak lipitler 4 ana gruba ayrılabilir:
- Trigliseritler
Trigliseritler, üç yağ asidi zincirine bağlı bir gliserol molekülü tarafından oluşturulur. Bir yağ asidi, bir ucunda bir karboksilik asit, ardından bir hidrokarbon zinciri ve diğer ucunda bir metil grubu içeren doğrusal bir moleküldür.
Yapılarına bağlı olarak, yağ asitleri doymuş veya doymamış olabilir. Hidrokarbon zinciri sadece tek bağlar içeriyorsa, doymuş bir yağ asididir. Tersine, eğer bu hidrokarbon zinciri bir veya daha fazla çift bağa sahipse, yağ asidi doymamış demektir.
Bu kategoride yağlar ve katı yağlar bulunur. Bunlardan birincisi, bitkilerin enerji rezervi, doygunlukları var ve oda sıcaklığında sıvı. Buna karşılık, yağlar hayvanların enerji rezervleridir, oda sıcaklığında doymuş ve katı moleküllerdir.
fosfolipidler
Fosfolipitler, iki yağ asidine bağlı bir gliserol molekülüne sahip olmalarından dolayı trigliseritlere benzer. Fark, fosfolipidlerin, başka bir yağ asidi molekülü yerine, üçüncü gliserol karbonunda bir fosfat grubuna sahip olmasıdır.
Bu lipitler, su ile etkileşime girebilmeleri nedeniyle çok önemlidir. Bir ucunda bir fosfat grubuna sahip olarak molekül, o bölgede hidrofilik hale gelir (su çeker). Bununla birlikte, molekülün geri kalanında hidrofobik kalır.
Yapıları nedeniyle, fosfolipidler, fosfat gruplarının sulu ortamla etkileşime girebilecek şekilde organize olma eğilimindeyken, içlerinde düzenledikleri hidrofobik zincirler sudan uzaktır. Dolayısıyla, fosfolipitler tüm biyolojik zarların bir parçasıdır.
- Steroidler
Steroidler, farklı fonksiyonel gruplar tarafından birleştirilen dört kaynaşık karbon halkasından oluşur. En önemlilerinden biri kolesterol, canlılar için esastır. Diğerleri arasında östrojen, testosteron ve kortizon gibi bazı önemli hormonların öncüsüdür.
- Mumlar
Mumlar, koruyucu işlevi olan küçük bir lipid grubudur. Ağaçların yapraklarında, kuşların tüylerinde, bazı memelilerin kulaklarında ve dış ortamdan izole edilmesi veya korunması gereken yerlerde bulunurlar.
Nükleik asitler
Nükleik asitler, canlılardaki genetik bilginin ana taşıma molekülleridir. Başlıca işlevi, her bir canlıın kalıtsal özelliklerini belirleyen protein sentezi sürecini yönlendirmektir. Karbon, hidrojen, oksijen, azot ve fosfor atomlarından oluşur.
Nükleik asitler, nükleotitler denilen monomerlerin tekrarları tarafından oluşturulan polimerlerdir. Her bir nükleotid, bir fosfat grubuna eklenen bir pentoz şekere (beş karbon) bağlı azot içeren bir aromatik bazdan oluşur.
İki ana nükleik asit sınıfı deoksiribonükleik asit (DNA) ve ribonükleik asittir (RNA). DNA, bir türün tüm bilgilerini içeren moleküldür, bu yüzden tüm canlılarda ve çoğu virüslerde bulunur.
RNA, belirli virüslerin genetik materyalidir, fakat aynı zamanda tüm canlı hücrelerde bulunur. Orada protein üretimi gibi belirli süreçlerde önemli roller oynar.
Her bir nükleik asit, azot içeren beş olası bazdan dördünü içerir: adenin (A), guanin (G), sitozin (C), timin (T) ve uracil (U). DNA baz adenin, guanin, sitozin ve timin içerirken, RNA, RNA'daki uracil ile değiştirilen timin hariç aynıdır.
- Deoksiribonükleik asit (DNA)
DNA molekülü, fosfodiester bağları olarak adlandırılan bağlarla bağlanmış iki nükleotit zincirinden oluşur. Her zincir, helis biçiminde bir yapıya sahiptir. İki helis, çift sarmal vermek üzere iç içe geçmektedir. Bazlar helis içerisinde, fosfat grupları ise dışarıdadır.
DNA, bir fosfata bağlı dört ana baz deoksiriboz zincirinden ve dört azotlu bazdan oluşur: adenin, guanin, sitozin ve timin. Baz çiftleri çift sarmallı DNA'da oluşur: adenin her zaman timine (AT) ve guanini sitozin (GC) ile bağlar.
İki helis, nükleotitlerin bazlarını hidrojen bağları ile eşleştirerek bir arada tutulur. Yapı, bazen şeker ve fosfat zincirlerinin yan ve baz-baz bağlarının basamak olduğu bir merdiven olarak tanımlanmaktadır.
Bu yapı, molekülün kimyasal kararlılığı ile birlikte DNA'yı genetik bilgi iletimi için ideal bir materyal haline getirir. Bir hücre bölündüğünde, DNA'sı kopyalanır ve bir hücre nesnesinden bir sonraki nesile geçer.
- Ribonükleik asit (RNA)
RNA, yapısı tek bir nükleotit zinciri ile oluşturulmuş bir nükleik asit polimeridir: adenin, sitozin, guanin ve uracil. DNA'da olduğu gibi, sitozin her zaman guanine (CG) bağlanır, ancak adenin uracil'e (AU) bağlanır.
Hücrelerde genetik bilginin aktarılmasında ilk aracıdır. Genetik kodda yer alan bilgiler genellikle DNA'dan RNA'ya ve ondan proteinlere iletildiğinden, proteinlerin sentezi için RNA esastır.
Bazı RNA'ların ayrıca hücresel metabolizmada doğrudan fonksiyonları vardır. RNA, bir gen olarak adlandırılan bir DNA parçasının baz dizisinin bir tek sarmallı nükleik asit kısmına kopyalanmasıyla elde edilir. Transkripsiyon adı verilen bu işlem, RNA polimeraz adı verilen bir enzim tarafından katalize edilir.
Çoğunlukla üç farklı RNA türü vardır: İlki, doğrudan DNA'dan transkripsiyon ile kopyalanan, haberci RNA'dır. İkinci tip, proteinlerin sentezi için doğru amino asitleri transfer eden transfer RNA'dır.
Son olarak, diğer RNA sınıfı, bazı proteinlerle birlikte, hücrenin tüm proteinlerini sentezlemekten sorumlu hücresel organeller olan ribozomları oluşturan ribozomal RNA'dır.
protein
Proteinler, birçok önemli işlevi yerine getiren ve işlerin çoğunu hücrelerde yapan büyük, karmaşık moleküllerdir. Canlıların yapısı, işlevi ve düzenlenmesi için gereklidirler. Karbon, hidrojen, oksijen ve azot atomlarından oluşurlar.
Proteinler, amino asit adı verilen ve peptit bağlarıyla birbirine bağlanan ve uzun zincirler oluşturan daha küçük birimlerden oluşur. Amino asitler çok özel fizikokimyasal özelliklere sahip küçük organik moleküllerdir, 20 farklı tip vardır.
Amino asit dizisi, her bir proteinin kendine özgü üç boyutlu yapısını ve spesifik fonksiyonunu belirler. Aslında, tek tek proteinlerin işlevleri, karmaşık üç boyutlu yapılar üreten etkileşimleri belirleyen, benzersiz amino asit dizileri kadar değişkendir.
Çeşitli fonksiyonlar
Proteinler, yapısal ve aktin gibi hücre için hareket bileşenleri olabilir. Diğerleri, DNA'yı sentezleyen enzim olan DNA polimeraz gibi hücre içindeki biyokimyasal reaksiyonları hızlandırarak çalışır.
Görevi organizmaya önemli bir mesaj iletmek olan başka proteinler de var. Örneğin, büyüme hormonu gibi bazı hormon tipleri, farklı hücreler, dokular ve organlar arasındaki biyolojik süreçleri koordine etmek için sinyaller iletir.
Bazı proteinler hücrelerin içindeki atomları (veya küçük molekülleri) bağlar ve taşır; Bu, bazı organizmalarda demir depolamaktan sorumlu olan ferritin durumudur. Bir başka önemli protein grubu, bağışıklık sistemine ait olan ve toksinlerin ve patojenlerin tespitinden sorumlu olan antikorlardır.
Dolayısıyla, proteinler, hücresel DNA ile başlayan genetik bilginin kod çözme işleminin son ürünleridir. Bu inanılmaz çeşitlilikteki işlevler, çok çeşitli yapı kümelerini belirleyebilen şaşırtıcı derecede basit bir koddan türetilmiştir.