Биополимерите са ... Растителни полимери

Огромен брой различни съединения с различна химическа природа е способен да синтезира човек в лабораторията. Все пак, най-важните и значими за живота на всички живи системи са, са и ще останат естествени естествени вещества. Това са молекулите, които участват в хиляди биохимични реакции в организмите и са отговорни за тяхното нормално функциониране.

По-голямата част от тях принадлежат към група, наречена "биологични полимери".

Обща концепция за биополимери

На първо място, трябва да се каже, че всички тези съединения са високо молекулярни, с маса до милиони Далтони. Тези вещества са животински и растителни полимери, които играят решаваща роля в изграждането на клетките и техните структури, като осигуряват метаболизъм, фотосинтеза, дишане, хранене и всички други жизнени функции на всеки жив организъм.

Трудно е да се надценява значението на такива съединения. Биополимерите са естествени вещества от естествен произход, формирани в живи организми и са в основата на целия живот на нашата планета. Какви са връзките с тях?

Биополимери на клетка

Има много от тях. Така че основните биополимери са следните:

• протеини;
• полизахариди;
• нуклеинови киселини (ДНК и РНК).

В допълнение към тях, тук са включени и много смесени полимери, образувани от комбинациите на вече изброените. Например, липопротеини, липополизахариди, гликопротеини и други.

Общи свойства

Ние можем да различим няколко свойства, присъщи на всички разглеждани молекули. Например, следните общи свойства на биополимери:

• голяма молекулна маса, дължаща се на образуването на огромни макро верига с разклоняване в химическата структура;
• видове връзки в макромолекули (водород, йонни взаимодействия, електростатично привличане, дисулфидни мостове, пептидни връзки и т.н.);
• структурната единица на всяка верига е мономерна единица;
• Стереорегулярност или неговото отсъствие в структурата на веригата.

Но като цяло, всички биополимери все още имат повече разлики в структурата и функциите, отколкото приликите.

протеини

Протеиновите молекули имат огромно значение в живота на всички живи същества. Такива биополимери са основата на цялата биомаса. В края на краищата, дори според теорията на Опарин-Халдън, животът на Земята произлиза от коацервено капчица, която е протеин.

Структурата на тези вещества се подчинява на стриктния ред в структурата. Основата на всеки протеин е аминокиселинни остатъци, които са способни да се свързват помежду си с неограничена дължина на веригата. Това се случва чрез образуването на специални връзки - пептидни връзки. Такава връзка се формира между четири елемента: въглерод, кислород, азот и водород.

Съставът на протеиновата молекула може да включва много аминокиселинни остатъци, едновременно и различни (няколко десетки хиляди или повече). Общият брой на откритите в тези съединения аминокиселини е 20. Въпреки това, тяхната разнообразна комбинация позволява на протеина да процъфтява по количествен и специфичен за вида начин.

Биополимерите на протеините имат различна пространствена конформация. Така всеки представител може да съществува като първична, вторична, третична или кватернерна структура.

Най-простият и линеен от тях е основният. Това е просто серия от аминокиселинни последователности, свързани една с друга.

Вторичната конформация се отличава с по-сложна структура, тъй като общата макро верига на протеина започва да се слива, образувайки намотки. Два близки макроструктури се съхраняват близо един до друг поради ковалентни и водородни взаимодействия между групите от техните атоми. Има алфа и бета-спирали на вторичната структура на протеините.

Третичната структура е навита една макромолекула (полипептидна верига) на протеин. Много сложна мрежа от взаимодействия в даден глобус му позволява да бъде достатъчно стабилна и да запази приетата форма.

Кватернерната конформация е набор от полипептидни вериги, навити и усукани в топка, които също образуват множество връзки от различни типове. Най-сложната глобуларна структура.

Функции на протеиновите молекули

1. Транспорт. Тя се осъществява от клетъчните протеини, образуващи част от плазмената мембрана. Те са тези, които образуват йонните канали, през които могат да преминават определени молекули. Също така, много протеини са част от органоидите на движението на протозои и бактерии, така че те вземат пряко участие в своето движение.
2. Енергийната функция се изпълнява много активно от тези молекули. Един грам протеин в процеса на метаболизма образува 17,6 kJ енергия. Поради това консумацията на растителни и животински продукти, съдържащи тези съединения, е жизненоважна за живите организми.
3. Функцията на сградата е участието на протеинови молекули в изграждането на повечето клетъчни структури, самите клетки, тъканите, органите и т.н. На практика всяка клетка е основно изработена от тези молекули (цитоплазма цитоскелета плазмена мембрана, рибозоми, митохондрии и други структури, които участват в образуването на протеинови съединения).
4. Каталитичната функция се осъществява от ензими, които поради своето химическо естество не са нищо повече от протеини. Без ензими би било невъзможно повечето биохимични реакции в организма, тъй като те - биологични катализатори в живите системи.
5. Функцията на рецептора (също сигнал) помага на клетките да се ориентират и да реагират правилно на всички промени в околната среда, механични и химични.

Ако разгледаме белтъците в по-голяма дълбочина, можем да определим някои вторични функции. Изброените обаче са основните.

Нуклеинови киселини

Такива биополимери са важна част от всяка клетка, независимо дали е прокариотична или еукариотна. В крайна сметка нуклеиновите киселини включват ДНК молекули (дезоксирибонуклеинова киселина) и РНК (рибонуклеинова киселина), всяка от които е много важна връзка за живите същества.

В техния химичен характер ДНК и РНК са последователности на нуклеотиди, свързани чрез водородни връзки и фосфатни мостове. Съставът на ДНК включва такива нуклеотиди като:

• аденин;
• тимин;
• гуанин;
• цитозин;
• пет въглеродна захар деоксирибоза.

РНК се различава в това, че тиминът се замества от урацил, а захарта - от рибоза.

Поради специална структурна организация молекулите на ДНК са способни да изпълняват редица жизненоважни функции. РНК също играе голяма роля в клетката.

Функциите на такива киселини

Нуклеиновите киселини са биополимери, отговорни за следните функции:

1. ДНК е попечител и предавател на генетична информация в клетките на живите организми. При прокариотите тази молекула се разпределя в цитоплазмата. В еукариотна клетка се намира вътре в ядрото, разделено от кариолема.
2. Двойно-верижната ДНК молекула се разделя на секции - гени, които съставляват структурата на хромозомата. Гените на всяко създание формират специален генетичен код, в който всички знаци на организма са кодирани.
3. РНК е от три типа - матрица, рибозома и транспорт. Ribosomal участва в синтеза и сглобяването на протеинови молекули върху съответните структури. Матрицата и транспортът носят информация, четена от ДНК, и дешифрира нейното биологично значение.

полизахариди

Тези съединения са преобладаващо растителни полимери, т.е. те се намират в клетките на представителите на флората. Особено богати на полизахариди са тяхната клетъчна стена, която съдържа целулоза.

По своята химическа същност, полизахаридите са макромолекули на сложни въглехидрати. Те могат да бъдат линейни, наслоени, омрежени конформации. Мономерите са прости пет, по-често шест въглеродни захари - рибоза, глюкоза, фруктоза. Те са от голямо значение за живите същества, тъй като те са част от клетките, те са резервна хранителна съставка на растенията, те са разделени с освобождаването на голямо количество енергия.

Значението на различните представители

Биологични полимери като нишесте, целулоза, инулин, гликоген, хитин и други са много важни. Те са важните източници на енергия в живите организми.

Така че целулозата е задължителен компонент на клетъчната стена на растенията, някои бактерии. Дава сила, определена форма. В човешката промишленост се използва за производство на хартия, ценни ацетатни влакна.

Скорбялата е резервна растителна хранителна съставка, която също е ценен хранителен продукт за хора и животни.

Гликогенът или животинската мазнина е резервно хранително вещество за животни и хора. Изпълнява функциите на топлоизолация, енергиен източник, механична защита.

Смесени биополимери в състава на живите същества

В допълнение към тези, които разгледахме, има и различни комбинации от високомолекулни съединения. Такива биополимери са сложни смесени структури от протеини и липиди (липопротеини) или от полизахариди и протеини (гликопротеини). Също така е възможна комбинация от липиди и полизахариди (липополизахариди).

Всеки от тези биополимери има много разновидности, които изпълняват в живите същества редица важни функции: транспорт, сигнал, рецептор, регулатор, ензим, строителство и много други. Тяхната структура е химически много сложна и далеч от дешифриране за всички представители, поради което функциите не са напълно определени. За днес са известни само най-често срещаните, но значителна част остава извън границите на човешкото знание.