Macromoleculele biologice, moleculele mari necesare vieții, includ carbohidrați, lipide, acizi nucleici și proteine.

obiective de invatare

Identificați cele patru clase majore de macromolecule biologice

Chei de luat masa

Puncte cheie

  • Macromoleculele biologice sunt componente celulare importante și îndeplinesc o gamă largă de funcții necesare pentru supraviețuirea și creșterea organismelor vii.
  • Cele patru clase majore de macromolecule biologice sunt glucidele, lipidele, proteinele și acizii nucleici.

Termeni cheie

  • polimer: O moleculă relativ mare constând dintr-un lanț sau rețea de mulți monomeri identici sau similari legați chimic între ei.
  • monomer: O moleculă relativ mică care poate forma legături covalente cu alte molecule de acest tip pentru a forma un polimer.

Nutrienții sunt moleculele pe care organismele vii le necesită pentru supraviețuire și creștere, dar pe care animalele și plantele nu le pot sintetiza singure. Animalele obțin substanțe nutritive consumând alimente, în timp ce plantele extrag substanțe nutritive din sol.

fără

Surse de macromolecule biologice: Alimentele precum pâinea, fructele și brânza sunt surse bogate de macromolecule biologice.

Mulți nutrienți critici sunt macromoleculele biologice. Termenul „macromoleculă” a fost inventat pentru prima dată în anii 1920 de către laureatul Nobel Hermann Staudinger. Staudinger a fost primul care a propus că multe molecule biologice mari sunt construite prin legarea covalentă a moleculelor biologice mai mici.

Organismele vii sunt formate din blocuri chimice: Toate organismele sunt compuse dintr-o varietate de aceste macromolecule biologice.

Monomeri și polimeri

Macromoleculele biologice joacă un rol critic în structura și funcția celulelor. Majoritatea (dar nu toate) macromoleculele biologice sunt polimeri, care sunt orice molecule construite prin legarea între ele a mai multor molecule mai mici, numite monomeri. În mod tipic, toți monomerii dintr-un polimer tind să fie aceiași sau cel puțin foarte asemănători între ei, legați iar și iar pentru a construi macromolecula mai mare. Acești monomeri simpli pot fi legați în mai multe combinații diferite pentru a produce polimeri biologici complexi, la fel cum câteva tipuri de blocuri Lego pot construi orice, de la o casă la o mașină.

Monomeri și polimeri: Multe subunități mici de monomeri se combină pentru a forma acest polimer carbohidrat.

Exemple de monomeri și polimeri pot fi găsite în zahărul pe care l-ați putea pune în cafea sau ceai. Zaharul de masă obișnuit este zaharoza dizaharidică (un polimer), care este compusă din monozaharide fructoză și glucoză (care sunt monomeri). Dacă ar fi să înșirăm mulți monomeri carbohidrați, am putea face o polizaharidă ca amidonul. Prefixele „mono-” (unul), „di-” (doi) și „poli-” (mulți) vă vor spune câți monomeri au fost uniți într-o moleculă.

Molecula zaharoză (zahăr de masă comun): Monozaharidele glucidice (fructoza și glucoza) sunt unite pentru a produce zaharoza zaharoză.

Macromoleculele biologice conțin toate carbonul sub formă de inel sau lanț, ceea ce înseamnă că sunt clasificate ca molecule organice. De obicei, conțin hidrogen și oxigen, precum și azot și elemente minore suplimentare.

Patru clase de macromolecule biologice

Există patru clase majore de macromolecule biologice:

  1. glucide
  2. lipide
  3. proteine
  4. acizi nucleici

Fiecare dintre aceste tipuri de macromolecule îndeplinește o gamă largă de funcții importante în interiorul celulei; o celulă nu își poate îndeplini rolul în interiorul corpului fără multe tipuri diferite de molecule cruciale. În combinație, aceste macromolecule biologice reprezintă majoritatea masei uscate a unei celule. (Moleculele de apă reprezintă majoritatea masei totale a unei celule.) Toate moleculele, atât în ​​interiorul, cât și în exteriorul celulelor, sunt situate într-un mediu pe bază de apă (adică apos) și toate reacțiile sistemelor biologice au loc în același mediu.

Interactiv: monomeri și polimeri: Carbohidrații, proteinele și acizii nucleici sunt construiți din unități moleculare mici care sunt conectate între ele prin legături covalente puternice. Unitățile moleculare mici sunt numite monomeri (mono înseamnă unul sau unic) și sunt legate între ele în lanțuri lungi numite polimeri (poli înseamnă mulți sau multipli). Fiecare tip diferit de macromoleculă, cu excepția lipidelor, este construit dintr-un set diferit de monomeri care seamănă între ei prin compoziție și dimensiune. Lipidele nu sunt polimeri, deoarece nu sunt construiți din monomeri (unități cu compoziție similară).

Sinteza deshidratării

În sinteza deshidratării, monomerii se combină între ei prin legături covalente pentru a forma polimeri.

obiective de invatare

Explicați reacțiile de deshidratare (sau condens)

Chei de luat masa

Puncte cheie

  • În timpul sintezei de deshidratare, fie hidrogenul unui monomer se combină cu gruparea hidroxil a unui alt monomer eliberând o moleculă de apă, fie doi hidrogeni dintr-un monomer se combină cu un oxigen din celălalt monomer eliberând o moleculă de apă.
  • Monomerii care sunt uniți prin reacții de sinteză de deshidratare împart electroni și formează legături covalente între ele.
  • Pe măsură ce monomerii suplimentari se unesc prin mai multe reacții de sinteză de deshidratare, acest lanț de monomeri care se repetă începe să formeze un polimer.
  • Glucidele complexe, acizii nucleici și proteinele sunt toate exemple de polimeri care se formează prin sinteza deshidratării.
  • Monomerii precum glucoza se pot uni împreună în diferite moduri și pot produce o varietate de polimeri. Monomerii precum mononucleotidele și aminoacizii se unesc în diferite secvențe pentru a produce o varietate de polimeri.

Termeni cheie

  • legătură covalentă: Un tip de legătură chimică în care doi atomi sunt conectați între ei prin partajarea a doi sau mai mulți electroni.
  • monomer: O moleculă relativ mică care poate fi legată covalent de alți monomeri pentru a forma un polimer.

Sinteza deshidratării

Majoritatea macromoleculelor sunt realizate din subunități unice, sau blocuri de construcție, numite monomeri. Monomerii se combină între ei prin legături covalente pentru a forma molecule mai mari cunoscute sub numele de polimeri. Procedând astfel, monomerii eliberează molecule de apă ca subproduse. Acest tip de reacție este cunoscut sub numele de sinteză de deshidratare, ceea ce înseamnă „a se uni împreună în timp ce pierdeți apă. ”Este, de asemenea, considerat a fi o reacție de condensare, deoarece două molecule sunt condensate într-o moleculă mai mare cu pierderea unei molecule mai mici (apa).

Într-o reacție de sinteză de deshidratare între doi monomeri neionizați, cum ar fi zaharurile monozaharidice, hidrogenul unui monomer se combină cu gruparea hidroxil a altui monomer, eliberând o moleculă de apă în proces. Îndepărtarea unui hidrogen dintr-un monomer și îndepărtarea unei grupări hidroxil din celălalt monomer permite monomerilor să împartă electroni și să formeze o legătură covalentă. Astfel, monomerii care sunt uniți sunt deshidratați pentru a permite sinteza unei molecule mai mari.

O reacție de sinteză de deshidratare care implică moneri neionizați.: În reacția de sinteză a deshidratării dintre două molecule de glucoză, o grupare hidroxil din prima glucoză este combinată cu un hidrogen din a doua glucoză, creând o legătură covalentă care leagă cele două zaharuri monomerice (monozaharide) împreună pentru a forma maltoza disacharidică. În acest proces, se formează o moleculă de apă.

Când monomerii sunt ionizați, cum este cazul aminoacizilor într-un mediu apos precum citoplasma, doi hidrogeni de la capătul încărcat pozitiv al unui monomer sunt combinați cu un oxigen de la capătul încărcat negativ al unui alt monomer, formând din nou apă, care este eliberat ca produs secundar și care unește din nou cei doi monomeri cu o legătură covalentă.

O reacție de sinteză de deshidratare care implică monomeri ionizați.: În reacția de sinteză de deshidratare dintre doi aminoacizi, cu sunt ionizați în medii apoase precum celula, un oxigen din primul aminoacid este combinat cu doi hidrogeni din al doilea aminoacid, creând o legătură covalentă care leagă cei doi monomeri împreună cu formează o dipeptidă. În acest proces se formează o moleculă de apă.

Pe măsură ce monomerii suplimentari se unesc prin mai multe reacții de sinteză de deshidratare, lanțul de monomeri care se repetă începe să formeze un polimer. Diferite tipuri de monomeri se pot combina în multe configurații, dând naștere unui grup divers de macromolecule. Trei dintre cele patru clase majore de macromolecule biologice (carbohidrați complecși, acizi nucleici și proteine) sunt compuse din monomeri care se unesc prin reacții de sinteză de deshidratare. Glucidele complexe sunt formate din monozaharide, acizii nucleici sunt formați din mononucleotide, iar proteinele sunt formate din aminoacizi.

Există o mare diversitate în modul în care monomerii se pot combina pentru a forma polimeri. De exemplu, monomerii glucozei sunt constituenții amidonului, glicogenului și celulozei. Aceste trei sunt polizaharide, clasificate drept carbohidrați, care s-au format ca urmare a reacțiilor multiple de sinteză de deshidratare între monomerii glucozei. Cu toate acestea, modul prin care monomerii glucozei se unesc, în special locațiile legăturilor covalente dintre monomerii conectați și orientarea (stereochimia) legăturilor covalente, are ca rezultat aceste trei polizaharide diferite cu proprietăți și funcții diferite. În acizii și proteinele nucleice, localizarea și stereochimia legăturilor covalente care leagă monomerii nu variază de la moleculă la moleculă, ci în schimb multiplele tipuri de monomeri (cinci monomeri diferiți în acizi nucleici, A, G, C, T și U mononucleotide; 21 monomeri aminoacizi diferiți în proteine) sunt combinate într-o mare varietate de secvențe. Fiecare proteină sau acid nucleic cu o secvență diferită este o moleculă diferită cu proprietăți diferite.

Hidroliză

Reacțiile de hidroliză duc la descompunerea polimerilor în monomeri prin utilizarea unei molecule de apă și a unui catalizator enzimatic.