Phân loại sinh khối và chức năng chính

các phân tử sinh học chúng là những phân tử được tạo ra trong cơ thể sống. Tiền tố "sinh học" có nghĩa là cuộc sống; do đó, một phân tử sinh học là một phân tử được tạo ra bởi một sinh vật sống. Sinh vật được hình thành bởi các loại phân tử khác nhau thực hiện các chức năng khác nhau cần thiết cho sự sống.

Trong tự nhiên, có các hệ thống sinh học (sống) và phi sinh học (không sống) tương tác và, trong một số trường hợp, các yếu tố trao đổi. Một đặc điểm mà tất cả các sinh vật có điểm chung là chúng là hữu cơ, có nghĩa là các phân tử cấu thành của chúng được hình thành bởi các nguyên tử carbon.

Biomolecules cũng có những nguyên tử khác ngoài carbon. Những nguyên tử này bao gồm hydro, oxy, nitơ, phốt pho và lưu huỳnh, chủ yếu. Những yếu tố này còn được gọi là bioelements vì chúng là thành phần chính của các phân tử sinh học.

Tuy nhiên, có những nguyên tử khác cũng có mặt trong một số phân tử sinh học, mặc dù với số lượng nhỏ hơn. Đây thường là các ion kim loại như kali, natri, sắt và magiê, trong số những loại khác. Do đó, phân tử sinh học có thể có hai loại: hữu cơ hoặc vô cơ.

Do đó, các sinh vật được tạo thành từ nhiều loại phân tử dựa trên carbon, ví dụ: đường, chất béo, protein và axit nucleic. Tuy nhiên, có những hợp chất khác cũng dựa trên carbon và đó không phải là một phần của các phân tử sinh học.

Những phân tử có chứa carbon nhưng không được tìm thấy trong các hệ thống sinh học có thể được tìm thấy trong lớp vỏ trái đất, trong hồ, biển và đại dương và trong khí quyển. Sự chuyển động của các nguyên tố này trong tự nhiên được mô tả trong cái được gọi là chu trình hóa sinh.

Người ta cho rằng những phân tử hữu cơ đơn giản được tìm thấy trong tự nhiên là những phân tử đã tạo ra các phân tử sinh học phức tạp nhất, là một phần của cấu trúc cơ bản cho sự sống: tế bào. Trên đây là những gì được gọi là lý thuyết tổng hợp phi sinh học.

Chỉ số

• 1 Phân loại và chức năng của phân tử sinh học
  • 1.1 Phân tử sinh học vô cơ 
  • 1.2 Phân tử sinh học hữu cơ
• 2 Tài liệu tham khảo

Phân loại và chức năng của phân tử sinh học

Biomolecules rất đa dạng về kích thước và cấu trúc, mang lại cho chúng những đặc điểm độc đáo để thực hiện các chức năng khác nhau cần thiết cho cuộc sống. Do đó, các phân tử sinh học hoạt động như lưu trữ thông tin, nguồn năng lượng, hỗ trợ, chuyển hóa tế bào, trong số những người khác.

Biomolecules có thể được phân thành hai nhóm lớn, dựa trên sự hiện diện hoặc vắng mặt của các nguyên tử carbon.

Các phân tử sinh học vô cơ 

Chúng là tất cả những phân tử có trong cơ thể sống và không chứa carbon trong cấu trúc phân tử của chúng. Các phân tử vô cơ cũng có thể được tìm thấy trong các hệ thống tự nhiên (không sống) khác.

Các loại phân tử sinh học vô cơ như sau:

Nước

Nó là thành phần chính và cơ bản của sinh vật sống, nó là một phân tử được hình thành bởi một nguyên tử oxy liên kết với hai nguyên tử hydro. Nước rất cần thiết cho sự tồn tại của sự sống và là phân tử sinh học phổ biến nhất.

Từ 50 đến 95% trọng lượng của bất kỳ sinh vật nào là nước, vì cần phải thực hiện một số chức năng quan trọng, chẳng hạn như điều chỉnh nhiệt và vận chuyển các chất.

Muối khoáng

Chúng là những phân tử đơn giản được hình thành bởi các nguyên tử có điện tích trái dấu tách biệt hoàn toàn trong nước. Ví dụ: natri clorua, được hình thành bởi một nguyên tử clo (tích điện âm) và một nguyên tử natri (tích điện dương).

Các muối khoáng tham gia vào sự hình thành các cấu trúc cứng nhắc, chẳng hạn như xương của động vật có xương sống hoặc xương động vật không xương sống. Những phân tử sinh học vô cơ này cũng cần thiết để thực hiện nhiều chức năng quan trọng của tế bào.

Khí

Chúng là các phân tử ở dạng khí. Chúng là cơ sở cho sự hô hấp của động vật và quang hợp ở thực vật.

Ví dụ về các khí này là: oxy phân tử, được hình thành bởi hai nguyên tử oxy liên kết với nhau; và carbon dioxide, được hình thành bởi một nguyên tử carbon gắn liền với hai nguyên tử oxy. Cả hai phân tử sinh học tham gia vào quá trình trao đổi khí mà sinh vật sống tạo ra với môi trường của chúng.

Sinh khối hữu cơ

Các phân tử sinh học hữu cơ là những phân tử có chứa các nguyên tử carbon trong cấu trúc của chúng. Các phân tử hữu cơ cũng có thể được tìm thấy phân phối trong tự nhiên như là một phần của hệ thống không sống và tạo thành cái được gọi là sinh khối.

Các loại phân tử sinh học hữu cơ như sau:

Carbohydrate

Carbonhydrate có lẽ là chất hữu cơ phổ biến và phổ biến nhất trong tự nhiên, và là thành phần thiết yếu của mọi sinh vật.

Carbonhydrate được sản xuất bởi cây xanh từ carbon dioxide và nước trong quá trình quang hợp.

Các phân tử sinh học này chủ yếu bao gồm các nguyên tử carbon, hydro và oxy. Chúng còn được gọi là carbohydrate hoặc sacarit, và chúng hoạt động như nguồn năng lượng và là thành phần cấu trúc của sinh vật.

- Monosacarit

Monosacarit là carbohydrate đơn giản nhất và thường được gọi là đường đơn giản. Chúng là các khối xây dựng cơ bản mà từ đó tất cả các carbohydrate lớn nhất được hình thành.

Monosacarit có công thức phân tử chung (CH 2O) n, trong đó n có thể là 3, 5 hoặc 6. Do đó, monosacarit có thể được phân loại theo số lượng nguyên tử carbon có trong phân tử:

Nếu n = 3, phân tử là một bộ ba. Ví dụ: glyceraldehyd.

Nếu n = 5, phân tử là một pentose. Ví dụ: ribose và deoxyribose.

Nếu n = 6, phân tử là hexose. Ví dụ: fructose, glucose và galactose.

Pentoses và hexoses có thể tồn tại ở hai dạng: chu kỳ và không tuần hoàn. Ở dạng không tuần hoàn, cấu trúc phân tử của chúng cho thấy hai nhóm chức: nhóm aldehyd hoặc nhóm ketone.

Các monosacarit có chứa nhóm aldehyd được gọi là aldoses và những chất có nhóm ketone được gọi là ketoses. Aldoses là đường khử, trong khi ketoses là đường không khử.

Tuy nhiên, trong nước, các pentose và hexose tồn tại chủ yếu ở dạng tuần hoàn, và ở dạng này, chúng kết hợp với nhau để tạo thành các phân tử sacarit lớn hơn.

- Disacarit

Hầu hết các loại đường được tìm thấy trong tự nhiên là disacarit. Chúng được hình thành do sự hình thành liên kết glycosid giữa hai monosacarit, thông qua phản ứng ngưng tụ giải phóng nước. Quá trình hình thành liên kết này đòi hỏi năng lượng để giữ hai đơn vị monosacarit lại với nhau.

Ba disacarit quan trọng nhất là sucrose, lactose và maltose. Chúng được hình thành từ sự ngưng tụ của các monosacarit thích hợp. Sucrose là một loại đường không khử, trong khi đường sữa và đường maltose làm giảm đường.

Các disacarit hòa tan trong nước, nhưng chúng là các phân tử sinh học rất lớn để xuyên qua màng tế bào bằng cách khuếch tán. Vì lý do này, chúng bị phá vỡ trong ruột non trong quá trình tiêu hóa để các thành phần cơ bản của chúng (tức là monosacarit) đi vào máu và vào các tế bào khác.

Monosacarit được sử dụng rất nhanh bởi các tế bào. Tuy nhiên, nếu một tế bào không cần năng lượng ngay lập tức, nó có thể lưu trữ nó dưới dạng các polyme phức tạp hơn. Do đó, monosacarit được chuyển thành disacarit bằng các phản ứng ngưng tụ xảy ra trong tế bào.

- Oligosacarit

Oligosacarit là các phân tử trung gian được hình thành từ ba đến chín đơn vị đường đơn (monosacarit). Chúng được hình thành bằng cách phân hủy một phần carbohydrate phức tạp hơn (polysacarit).

Hầu hết các oligosacarit tự nhiên được tìm thấy trong thực vật và ngoại trừ maltotriose, con người khó tiêu vì cơ thể con người thiếu các enzyme cần thiết trong ruột non để phá vỡ chúng.

Trong ruột già, vi khuẩn có lợi có thể phá vỡ các oligosacarit bằng cách lên men; do đó chúng được chuyển hóa thành các chất dinh dưỡng có thể hấp thụ cung cấp một số năng lượng. Một số sản phẩm thoái hóa của oligosacarit có thể có tác dụng có lợi trên niêm mạc ruột già.

Ví dụ về oligosacarit bao gồm raffinose, một trisacarit từ cây họ đậu và một số loại ngũ cốc bao gồm glucose, fructose và galactose. Maltotriose, một trisacarit glucose, được sản xuất trong một số thực vật và trong máu của một số động vật chân đốt.

- Polysacarit

Monosacarit có thể trải qua một loạt các phản ứng ngưng tụ, thêm đơn vị này đến đơn vị khác vào chuỗi cho đến khi các phân tử rất lớn được hình thành. Đây là những polysacarit.

Các tính chất của polysacarit phụ thuộc vào một số yếu tố cấu trúc phân tử của chúng: chiều dài, nhánh bên, nếp gấp và nếu chuỗi là "thẳng" hoặc "sôi nổi". Có một số ví dụ về polysacarit trong tự nhiên.

Tinh bột thường được sản xuất trong thực vật như một cách để lưu trữ năng lượng, và bao gồm các polyme α-glucose. Nếu polymer được phân nhánh, nó được gọi là amylopectin và nếu nó không được phân nhánh, nó được gọi là amyloza.

Glycogen là polysacarit dự trữ năng lượng ở động vật và bao gồm amylopectin. Do đó, tinh bột trong thực vật thoái hóa trong cơ thể để tạo ra glucose, đi vào tế bào và được sử dụng trong quá trình trao đổi chất. Glucose không được sử dụng trùng hợp và tạo thành glycogen, nguồn năng lượng.

Lipid

Lipid là một loại sinh khối hữu cơ khác có đặc điểm chính là chúng kỵ nước (chúng đẩy nước) và do đó, chúng không hòa tan trong nước. Tùy thuộc vào cấu trúc của chúng, lipit có thể được phân thành 4 nhóm chính:

- Triglyceride

Triglyceride được hình thành bởi một phân tử glycerol liên kết với ba chuỗi axit béo. Axit béo là một phân tử tuyến tính chứa một đầu là axit cacboxylic, tiếp theo là chuỗi hydrocarbon và nhóm methyl ở đầu kia.

Tùy thuộc vào cấu trúc của chúng, các axit béo có thể bão hòa hoặc không bão hòa. Nếu chuỗi hydrocarbon chỉ chứa các liên kết đơn thì đó là một axit béo bão hòa. Ngược lại, nếu chuỗi hydrocarbon này có một hoặc nhiều liên kết đôi, axit béo không bão hòa.

Trong danh mục này là dầu và chất béo. Những cái đầu tiên là dự trữ năng lượng của thực vật, chúng có chất không bão hòa và ở dạng lỏng ở nhiệt độ phòng. Ngược lại, chất béo là nguồn dự trữ năng lượng của động vật, chúng là các phân tử bão hòa và rắn ở nhiệt độ phòng.

Phospholipids

Phospholipids tương tự như triglyceride ở chỗ chúng có phân tử glycerol liên kết với hai axit béo. Sự khác biệt là phospholipid có nhóm phốt phát trong carbon thứ ba của glycerol, thay vì một phân tử axit béo khác.

Những lipit này rất quan trọng vì cách chúng có thể tương tác với nước. Khi có một nhóm phốt phát ở một đầu, phân tử trở nên ưa nước (thu hút nước) trong khu vực đó. Tuy nhiên, nó vẫn kỵ nước trong phần còn lại của phân tử.

Do cấu trúc của chúng, phospholipid có xu hướng được tổ chức theo cách mà các nhóm phốt phát có sẵn để tương tác với môi trường nước, trong khi các chuỗi kỵ nước mà chúng tổ chức bên trong cách xa nước. Do đó, phospholipid là một phần của tất cả các màng sinh học.

- Steroid

Steroid được tạo thành từ bốn vòng carbon hợp nhất, được tham gia bởi các nhóm chức năng khác nhau. Một trong những điều quan trọng nhất là cholesterol, nó rất cần thiết cho chúng sinh. Nó là tiền chất của một số hormone quan trọng như estrogen, testosterone và cortisone, trong số những loại khác.

- Sáp

Sáp là một nhóm nhỏ lipit có chức năng bảo vệ. Chúng được tìm thấy trong lá cây, trong lông chim, trong tai của một số động vật có vú và ở những nơi cần được cách ly hoặc bảo vệ khỏi môi trường bên ngoài..

Axit nucleic

Axit nucleic là các phân tử vận ​​chuyển chính của thông tin di truyền trong cơ thể sống. Chức năng chính của nó là chỉ đạo quá trình tổng hợp protein, quyết định các đặc điểm di truyền của mỗi sinh vật. Chúng bao gồm các nguyên tử carbon, hydro, oxy, nitơ và phốt pho.

Axit nucleic là các polyme được hình thành bởi sự lặp lại của các monome, được gọi là nucleotide. Mỗi nucleotide bao gồm một cơ sở thơm chứa nitơ gắn với một đường pentose (năm carbons), lần lượt được gắn vào một nhóm phốt phát.

Hai loại chính của axit nucleic là axit deoxyribonucleic (DNA) và axit ribonucleic (RNA). DNA là phân tử chứa tất cả thông tin của một loài, đó là lý do tại sao nó có mặt trong tất cả các sinh vật sống và trong hầu hết các loại virus.

RNA là vật liệu di truyền của một số loại virus, nhưng nó cũng được tìm thấy trong tất cả các tế bào sống. Ở đó, ông đóng vai trò quan trọng trong các quy trình nhất định, chẳng hạn như sản xuất protein.

Mỗi axit nucleic chứa bốn trong số năm bazơ có thể chứa nitơ: adenine (A), guanine (G), cytosine (C), thymine (T) và uracil (U). DNA có các bazơ adenine, guanine, cytosine và thymine, trong khi RNA có cùng ngoại trừ thymine, được thay thế bằng uracil trong RNA.

- Axit deoxyribonucleic (DNA)

Phân tử DNA bao gồm hai chuỗi nucleotide được liên kết bởi các liên kết gọi là liên kết phosphodiester. Mỗi chuỗi có cấu trúc dưới dạng một chuỗi xoắn. Hai vòng xoắn ốc đan xen nhau để cho một vòng xoắn kép. Các bazơ nằm bên trong chân vịt và các nhóm phốt phát ở bên ngoài.

DNA bao gồm một chuỗi chính của deoxyribose liên kết với một loại phốt phát và bốn bazơ nitơ: adenine, guanine, cytosine và thymine. Các cặp bazơ được hình thành trong chuỗi DNA kép: adenine luôn liên kết với thymine (A - T) và guanine với cytosine (G - C).

Hai vòng xoắn được giữ với nhau bằng cách khớp các bazơ của các nucleotide bằng liên kết hydro. Cấu trúc đôi khi được mô tả như một cái thang trong đó các chuỗi đường và phốt phát là các cạnh và các liên kết cơ sở là các nấc thang.

Cấu trúc này, cùng với sự ổn định hóa học của phân tử, làm cho DNA trở thành vật liệu lý tưởng để truyền thông tin di truyền. Khi một tế bào phân chia, DNA của nó được sao chép và truyền từ thế hệ tế bào này sang thế hệ tiếp theo.

- Axit ribonucleic (RNA)

RNA là một polymer của axit nucleic có cấu trúc được hình thành bởi một chuỗi các nucleotide: adenine, cytosine, guanine và uracil. Như trong DNA, cytosine luôn liên kết với guanine (C-G) nhưng adenine liên kết với uracil (A-U).

Nó là trung gian đầu tiên trong việc chuyển thông tin di truyền trong các tế bào. RNA rất cần thiết cho quá trình tổng hợp protein, vì thông tin chứa trong mã di truyền thường được truyền từ DNA sang RNA và từ đó sang protein..

Một số RNA cũng có chức năng trực tiếp trong chuyển hóa tế bào. RNA có được bằng cách sao chép chuỗi cơ sở của đoạn DNA được gọi là gen vào phần axit nucleic đơn chuỗi. Quá trình này, được gọi là phiên mã, được xúc tác bởi một enzyme gọi là RNA polymerase.

Có một số loại RNA khác nhau, chủ yếu là ba loại đầu tiên là RNA thông tin, là loại được sao chép trực tiếp từ DNA bằng cách phiên mã. Loại thứ hai là RNA chuyển, là loại chuyển axit amin chính xác để tổng hợp protein.

Cuối cùng, lớp RNA khác là RNA ribosome, cùng với một số protein, tạo thành các ribosome, các cơ quan tế bào chịu trách nhiệm tổng hợp tất cả các protein của tế bào.

Protein

Protein là các phân tử lớn, phức tạp, thực hiện nhiều chức năng quan trọng và thực hiện hầu hết các công việc trong các tế bào. Chúng cần thiết cho cấu trúc, chức năng và quy định của chúng sinh. Chúng bao gồm các nguyên tử carbon, hydro, oxy và nitơ.

Protein được tạo thành từ các đơn vị nhỏ hơn gọi là axit amin, liên kết với nhau bằng liên kết peptide và tạo thành chuỗi dài. Axit amin là các phân tử hữu cơ nhỏ có đặc tính hóa lý rất đặc biệt, có 20 loại khác nhau.

Trình tự axit amin xác định cấu trúc ba chiều duy nhất của mỗi protein và chức năng cụ thể của nó. Trên thực tế, chức năng của các protein riêng lẻ cũng đa dạng như các chuỗi axit amin độc đáo của chúng, xác định các tương tác tạo ra cấu trúc ba chiều phức tạp.

Chức năng đa dạng

Protein có thể là thành phần cấu trúc và chuyển động cho tế bào, chẳng hạn như actin. Những người khác hoạt động bằng cách tăng tốc các phản ứng sinh hóa trong tế bào, chẳng hạn như DNA polymerase, là enzyme tổng hợp DNA.

Có những protein khác có chức năng truyền một thông điệp quan trọng đến sinh vật. Ví dụ, một số loại hormone như hormone tăng trưởng truyền tín hiệu để phối hợp các quá trình sinh học giữa các tế bào, mô và cơ quan khác nhau.

Một số protein liên kết và vận chuyển các nguyên tử (hoặc phân tử nhỏ) bên trong tế bào; Đó là trường hợp của ferritin, chịu trách nhiệm lưu trữ sắt trong một số sinh vật. Một nhóm protein quan trọng khác là các kháng thể, thuộc về hệ thống miễn dịch và chịu trách nhiệm phát hiện độc tố và mầm bệnh.

Do đó, protein là sản phẩm cuối cùng của quá trình giải mã thông tin di truyền bắt đầu bằng DNA tế bào. Sự đa dạng đáng kinh ngạc của các hàm này được lấy từ một mã đơn giản đáng ngạc nhiên có thể chỉ định một tập hợp các cấu trúc rất đa dạng.

Tài liệu tham khảo

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Sinh học phân tử của tế bào (Tái bản lần thứ 6). Khoa học vòng hoa.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Hóa sinh (Tái bản lần thứ 8). W. H. Freeman và Công ty.
3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Sinh học (Tái bản lần 2) Giáo dục Pearson.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Sinh học tế bào phân tử (Tái bản lần thứ 8). W. H. Freeman và Công ty.
5. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Sinh học (Tái bản lần thứ 7).
6. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Nguyên tắc cơ bản của hóa sinh: Cuộc sống tại Cấp độ phân tử (Tái bản lần thứ 5). Wiley.