تعداد زیادی از ترکیبات مختلف با ماهیت شیمیایی مختلف توانستند افراد را در آزمایشگاه سنتز کنند. با این حال، با این حال، مواد طبیعی مهم ترین و مهم ترین برای زندگی تمام سیستم های زنده بوده، هستند و خواهند ماند. یعنی آن مولکول هایی که در هزاران واکنش بیوشیمیایی در موجودات دخیل هستند و مسئول عملکرد طبیعی آنها هستند.
اکثریت قریب به اتفاق آنها متعلق به گروهی به نام "پلیمرهای بیولوژیکی" هستند.
مفهوم کلی پلیمرهای زیستی
در ابتدا باید گفت که همه این ترکیبات دارای مولکولی بالا هستند و جرم آنها به میلیون ها دالتون می رسد. این مواد پلیمرهای حیوانی و گیاهی هستند که نقش تعیین کننده ای در ساخت سلول ها و ساختار آنها دارند و متابولیسم، فتوسنتز، تنفس، تغذیه و سایر عملکردهای حیاتی هر موجود زنده را تضمین می کنند.
بیش از حد اهمیت چنین ترکیباتی دشوار است. بیوپلیمرها مواد طبیعی با منشاء طبیعی هستند که در موجودات زنده تشکیل می شوند و اساس همه حیات در سیاره ما هستند. چه ارتباط خاصی با آنها وجود داردمتعلق؟
بیوپلیمرهای سلولی
تعداد زیادی از آنها وجود دارد. بنابراین، پلیمرهای زیستی اصلی به شرح زیر است:
- پروتئین؛
- پلی ساکارید؛
- اسیدهای نوکلئیک (DNA و RNA).
علاوه بر آنها، این شامل بسیاری از پلیمرهای مخلوط نیز می شود که از ترکیبی از موارد ذکر شده قبلاً ذکر شده است. به عنوان مثال، لیپوپروتئین ها، لیپوپلی ساکاریدها، گلیکوپروتئین ها و دیگران.
خواص عمومی
چندین ویژگی وجود دارد که در تمام مولکول های در نظر گرفته شده ذاتی هستند. به عنوان مثال، خواص کلی زیر پلیمرهای زیستی:
- وزن مولکولی بزرگ به دلیل تشکیل زنجیره های بزرگ با شاخه هایی در ساختار شیمیایی؛
- انواع پیوندها در ماکرومولکول ها (هیدروژن، برهمکنش های یونی، جاذبه الکترواستاتیکی، پل های دی سولفیدی، پیوندهای پپتیدی و غیره)؛
- واحد ساختاری هر زنجیره یک پیوند مونومر است؛
- نظم کلیشه یا عدم وجود آن در ساختار زنجیره.
اما به طور کلی، همه پلیمرهای زیستی هنوز در ساختار و عملکرد تفاوت های بیشتری نسبت به شباهت دارند.
پروتئین
مولکول های پروتئین در زندگی هر موجود زنده ای از اهمیت بالایی برخوردار است. چنین بیوپلیمرهایی اساس همه زیست توده ها هستند. در واقع، حتی بر اساس تئوری Oparin-Haldane، زندگی روی زمین از یک قطره coacervate که یک پروتئین بود سرچشمه گرفت.
ساختار این مواد تابع نظم دقیق در ساختار است. هر پروتئین از باقی مانده اسیدهای آمینه تشکیل شده است کهقادر به اتصال به یکدیگر در طول زنجیره نامحدود. این از طریق تشکیل پیوندهای ویژه - پیوندهای پپتیدی اتفاق می افتد. چنین پیوندی بین چهار عنصر تشکیل می شود: کربن، اکسیژن، نیتروژن و هیدروژن.
یک مولکول پروتئین می تواند حاوی مقدار زیادی بقایای اسید آمینه باشد، هم یکسان و هم متفاوت (چند ده هزار یا بیشتر). در مجموع، 20 نوع اسید آمینه در این ترکیبات یافت می‌شود، اما ترکیب متنوع آنها به پروتئین‌ها اجازه می‌دهد تا از نظر کمی و گونه‌ای شکوفا شوند.
بیوپلیمرهای پروتئینی ترکیبات فضایی متفاوتی دارند. بنابراین، هر نماینده می تواند به عنوان یک ساختار اولیه، ثانویه، سوم یا چهارم وجود داشته باشد.
ساده ترین و خطی ترین آنها، اولیه است. این به سادگی یک سری از توالی اسیدهای آمینه است که به یکدیگر متصل هستند.
ترکیب ثانویه ساختار پیچیده تری دارد، زیرا زنجیره کل پروتئین شروع به مارپیچی می کند و سیم پیچ ها را تشکیل می دهد. دو ساختار درشت مجاور به دلیل برهمکنش کووالانسی و هیدروژنی بین گروه‌های اتم‌هایشان در نزدیکی یکدیگر قرار دارند. بین مارپیچ های آلفا و بتا ساختار ثانویه پروتئین ها تمایز قائل شوید.
ساختار سوم یک ماکرومولکول منفرد (زنجیره پلی پپتیدی) از پروتئین است که به شکل یک توپ در آمده است. شبکه بسیار پیچیده ای از فعل و انفعالات درون این کروی به آن اجازه می دهد کاملاً پایدار باشد و شکل خود را حفظ کند.
ترکیب کواترنر - چند زنجیره پلی پپتیدی، مارپیچ و پیچ خوردهبه یک سیم پیچ، که در همان زمان همچنین پیوندهای متعددی از انواع مختلف را بین خود تشکیل می دهند. پیچیده ترین ساختار کروی.
عملکرد مولکول های پروتئین
- حمل و نقل. توسط سلول های پروتئینی که غشای پلاسما را تشکیل می دهند انجام می شود. آنها کانال های یونی را تشکیل می دهند که مولکول های خاصی می توانند از آن عبور کنند. همچنین بسیاری از پروتئین‌ها بخشی از اندامک‌های حرکت تک یاخته‌ها و باکتری‌ها هستند، بنابراین مستقیماً در حرکت آنها دخالت دارند.
- عملکرد انرژی توسط این مولکول ها بسیار فعال انجام می شود. یک گرم پروتئین در فرآیند متابولیسم 17.6 کیلوژول انرژی تشکیل می دهد. بنابراین مصرف محصولات گیاهی و حیوانی حاوی این ترکیبات برای موجودات زنده حیاتی است.
- عملکرد ساختمان مشارکت مولکول های پروتئین در ساخت اکثر ساختارهای سلولی، خود سلول ها، بافت ها، اندام ها و غیره است. تقریباً هر سلولی اساساً از این مولکول ها ساخته می شود (اسکلت سیتوپلاسم، غشای پلاسمایی، ریبوزوم، میتوکندری و سایر ساختارها در تشکیل ترکیبات پروتئینی شرکت می کنند).
- عملکرد کاتالیزوری توسط آنزیم هایی انجام می شود که به دلیل ماهیت شیمیایی خود چیزی بیش از پروتئین نیستند. بدون آنزیم ها، اکثر واکنش های بیوشیمیایی در بدن غیرممکن خواهد بود، زیرا آنها کاتالیزورهای بیولوژیکی در سیستم های زنده هستند.
- گیرنده (همچنین سیگنال دهی) به سلول ها کمک می کند تا به هر گونه تغییر در محیط، مانندمکانیکی و شیمیایی.
عملکرد
اگر پروتئین ها را عمیق تر در نظر بگیریم، می توانیم برخی از عملکردهای ثانویه بیشتری را برجسته کنیم. با این حال، موارد ذکر شده موارد اصلی هستند.
اسیدهای نوکلئیک
چنین پلیمرهای زیستی بخش مهمی از هر سلول هستند، چه پروکاریوتی و چه یوکاریوتی. در واقع، اسیدهای نوکلئیک شامل مولکول‌های DNA (اسید دی‌اکسی ریبونوکلئیک) و RNA (اسید ریبونوکلئیک) هستند که هر کدام پیوند بسیار مهمی برای موجودات زنده هستند.
بر اساس ماهیت شیمیایی خود، DNA و RNA دنباله هایی از نوکلئوتیدها هستند که توسط پیوندهای هیدروژنی و پل های فسفات به هم متصل شده اند. DNA از نوکلئوتیدهایی مانند:
تشکیل شده است
- آدنین؛
- تیمین;
- گوانین؛
- سیتوزین؛
- 5-کربن دئوکسی ریبوز.
RNA از این نظر متفاوت است که تیمین با اوراسیل و قند با ریبوز جایگزین می شود.
به دلیل سازماندهی ساختاری خاص مولکول های DNA قادر به انجام تعدادی از عملکردهای حیاتی هستند. RNA نیز نقش مهمی در سلول دارد.
عملکرد چنین اسیدهایی
اسیدهای نوکلئیک بیوپلیمرهایی هستند که وظایف زیر را بر عهده دارند:
- DNA ذخیره و انتقال دهنده اطلاعات ژنتیکی در سلول های موجودات زنده است. در پروکاریوت ها، این مولکول در سیتوپلاسم توزیع می شود. در یک سلول یوکاریوتی، در داخل هسته قرار دارد که توسط یک کاریولما از هم جدا شده است.
- مولکول DNA دو رشته ای به بخش هایی تقسیم می شود - ژن هایی که ساختار کروموزوم را می سازند. ژن همهموجودات کد ژنتیکی خاصی را تشکیل می‌دهند که در آن همه نشانه‌های ارگانیسم رمزگذاری شده است.
- RNA سه نوع است - قالب، ریبوزومی و انتقال. ریبوزومال در سنتز و مونتاژ مولکول های پروتئین بر روی ساختارهای مربوطه شرکت می کند. اطلاعات انتقال ماتریس و انتقال از DNA خوانده می شود و معنای بیولوژیکی آن را رمزگشایی می کند.
پلی ساکارید
این ترکیبات عمدتاً پلیمرهای گیاهی هستند، یعنی دقیقاً در سلول های نمایندگان فلور یافت می شوند. دیواره سلولی آنها که حاوی سلولز است، به ویژه از نظر پلی ساکارید غنی است.
با ماهیت شیمیایی خود، پلی ساکاریدها درشت مولکول های کربوهیدرات پیچیده هستند. آنها می توانند ترکیبات خطی، لایه ای و متقاطع باشند. مونومرها قندهای ساده پنج و اغلب شش کربنه هستند - ریبوز، گلوکز، فروکتوز. آنها برای موجودات زنده اهمیت زیادی دارند، زیرا بخشی از سلول ها هستند، یک ماده غذایی ذخیره برای گیاهان هستند، با آزاد شدن مقدار زیادی انرژی تجزیه می شوند.
معنای نمایندگان مختلف
پلیمرهای بیولوژیکی مانند نشاسته، سلولز، اینولین، گلیکوژن، کیتین و غیره بسیار مهم هستند. آنها منابع مهم انرژی در موجودات زنده هستند.
بنابراین، سلولز جزء ضروری دیواره سلولی گیاهان، برخی از باکتری ها است. قدرت، شکل خاصی می دهد. در صنعت، از انسان برای به دست آوردن کاغذ، الیاف با ارزش استات استفاده می شود.
نشاسته یک ماده مغذی ذخیره گیاه است،که همچنین یک محصول غذایی با ارزش برای انسان و حیوانات است.
گلیکوژن یا چربی حیوانی یک ماده مغذی ذخیره برای حیوانات و انسان است. عملکردهای عایق حرارتی، منبع انرژی، حفاظت مکانیکی را انجام می دهد.
بیوپلیمرهای مخلوط در موجودات زنده
علاوه بر مواردی که در نظر گرفتیم، ترکیبات مختلفی از ترکیبات درشت مولکولی وجود دارد. این بیوپلیمرها ساختارهای پیچیده ای از پروتئین ها و لیپیدها (لیپوپروتئین ها) یا پلی ساکاریدها و پروتئین ها (گلیکوپروتئین ها) هستند. ترکیبی از لیپیدها و پلی ساکاریدها (لیپوپلی ساکاریدها) نیز امکان پذیر است.
هر یک از این پلیمرهای زیستی دارای انواع مختلفی هستند که تعدادی عملکرد مهم را در موجودات زنده انجام می دهند: انتقال، سیگنال دهی، گیرنده، تنظیم کننده، آنزیمی، ساختمانی و بسیاری دیگر. ساختار آنها از نظر شیمیایی بسیار پیچیده است و به دور از رمزگشایی برای همه نمایندگان است، بنابراین، عملکردها به طور کامل تعریف نشده اند. امروزه فقط رایج ترین آنها شناخته شده است، اما بخش قابل توجهی فراتر از مرزهای دانش بشری باقی مانده است.
