Eine große Anzahl verschiedener Verbindungen unterschiedlicher chemischer Natur gelang es, Menschen im Labor zu synthetisieren. Dennoch waren, sind und bleiben Naturstoffe die wichtigsten und bedeutsamsten für das Leben aller lebenden Systeme. Das sind jene Moleküle, die an Tausenden von biochemischen Reaktionen in Organismen beteiligt sind und für deren normale Funktion verantwortlich sind.
Die überwiegende Mehrheit von ihnen gehört zur Gruppe der "biologischen Polymere".
Allgemeiner Begriff der Biopolymere
Zunächst einmal sollte gesagt werden, dass alle diese Verbindungen hochmolekular sind und eine Masse haben, die Millionen von D alton erreicht. Diese Substanzen sind tierische und pflanzliche Polymere, die eine entscheidende Rolle beim Aufbau von Zellen und deren Strukturen spielen und den Stoffwechsel, die Photosynthese, die Atmung, die Ernährung und alle anderen lebenswichtigen Funktionen jedes lebenden Organismus sicherstellen.
Es ist schwierig, die Bedeutung solcher Verbindungen zu überschätzen. Biopolymere sind Naturstoffe natürlichen Ursprungs, die sich in lebenden Organismen bilden und die Grundlage allen Lebens auf unserem Planeten sind. Was sind die spezifischen Verbindungen zu ihnen?gehören?
Zellbiopolymere
Es gibt viele davon. Die wichtigsten Biopolymere sind also die folgenden:
- Proteine;
- Polysaccharide;
- Nukleinsäuren (DNA und RNA).
Außerdem gehören dazu auch viele Mischpolymere, die aus Kombinationen der bereits aufgeführten gebildet werden. Zum Beispiel Lipoproteine, Lipopolysaccharide, Glykoproteine und andere.
Allgemeine Eigenschaften
Es gibt mehrere Merkmale, die allen betrachteten Molekülen eigen sind. Beispielsweise die folgenden allgemeinen Eigenschaften von Biopolymeren:
- großes Molekulargewicht aufgrund der Bildung riesiger Makroketten mit Verzweigungen in der chemischen Struktur;
- Arten von Bindungen in Makromolekülen (Wasserstoff, ionische Wechselwirkungen, elektrostatische Anziehung, Disulfidbrücken, Peptidbindungen und andere);
- die Struktureinheit jeder Kette ist ein monomeres Glied;
- Stereoregularität oder ihre Abwesenheit in der Struktur der Kette.
Aber im Allgemeinen haben alle Biopolymere immer noch mehr Unterschiede in Struktur und Funktion als Gemeinsamkeiten.
Proteine
Eiweißmoleküle sind im Leben aller Lebewesen von großer Bedeutung. Solche Biopolymere sind die Grundlage aller Biomasse. Tatsächlich entstand sogar nach der Oparin-Haldane-Theorie das Leben auf der Erde aus einem Koazervat-Tröpfchen, das ein Protein war.
Der Aufbau dieser Stoffe unterliegt einer strengen Ordnung im Aufbau. Jedes Protein besteht aus Aminosäureresten, diekönnen in unbegrenzten Kettenlängen miteinander verbunden werden. Dies geschieht durch die Bildung spezieller Bindungen – Peptidbindungen. Eine solche Bindung wird zwischen vier Elementen gebildet: Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff.
Ein Proteinmolekül kann viele Aminosäurereste enth alten, sowohl gleiche als auch unterschiedliche (mehrere Zehntausend oder mehr). Insgesamt kommen in diesen Verbindungen 20 verschiedene Aminosäuren vor, deren vielfältige Kombination Proteine jedoch quantitativ und artgerecht gedeihen lässt.
Protein-Biopolymere haben unterschiedliche räumliche Konformationen. Somit kann jeder Repräsentant als Primär-, Sekundär-, Tertiär- oder Quartärstruktur existieren.
Das einfachste und linearste von ihnen ist das primäre. Es ist einfach eine Reihe von Aminosäuresequenzen, die miteinander verbunden sind.
Die sekundäre Konformation hat eine komplexere Struktur, da die gesamte Makrokette des Proteins beginnt, sich spiralförmig zu winden und Spiralen zu bilden. Zwei benachbarte Makrostrukturen werden aufgrund von kovalenten und Wasserstoff-Wechselwirkungen zwischen den Gruppen ihrer Atome nahe beieinander geh alten. Unterscheiden Sie zwischen Alpha- und Beta-Helices der Sekundärstruktur von Proteinen.
Die Tertiärstruktur ist ein einzelnes Makromolekül (Polypeptidkette) eines zu einer Kugel gerollten Proteins. Ein sehr komplexes Netzwerk von Wechselwirkungen innerhalb dieses Kügelchens ermöglicht es ihm, ziemlich stabil zu sein und seine Form zu beh alten.
Quartäre Konformation - ein paar Polypeptidketten, zusammengerollt und verdrehtzu einem Knäuel, die gleichzeitig untereinander auch Mehrfachbindungen unterschiedlicher Art eingehen. Die komplexeste Kugelstruktur.
Funktionen von Eiweißmolekülen
- Transport. Es wird von den Proteinzellen durchgeführt, aus denen die Plasmamembran besteht. Sie bilden Ionenkanäle, durch die bestimmte Moleküle passieren können. Außerdem sind viele Proteine Teil der Organellen der Fortbewegung von Protozoen und Bakterien, daher sind sie direkt an deren Fortbewegung beteiligt.
- Die Energiefunktion wird von diesen Molekülen sehr aktiv ausgeführt. Ein Gramm Protein bildet im Stoffwechselprozess 17,6 kJ Energie. Daher ist der Verzehr von pflanzlichen und tierischen Produkten, die diese Verbindungen enth alten, für lebende Organismen lebenswichtig.
- Die Baufunktion ist die Beteiligung von Proteinmolekülen am Aufbau der meisten Zellstrukturen, der Zellen selbst, Gewebe, Organe und so weiter. Fast jede Zelle ist grundsätzlich aus diesen Molekülen aufgebaut (Zytoskelett des Zytoplasmas, Plasmamembran, Ribosom, Mitochondrien und andere Strukturen sind an der Bildung von Proteinverbindungen beteiligt).
- Die katalytische Funktion übernehmen Enzyme, die ihrer chemischen Natur nach nichts anderes als Proteine sind. Ohne Enzyme wären die meisten biochemischen Reaktionen im Körper unmöglich, da sie biologische Katalysatoren in lebenden Systemen sind.
- Rezeptorfunktion (auch Signalfunktion) hilft den Zellen bei der Navigation und korrekten Reaktion auf Veränderungen in der Umgebung, wie zmechanisch und chemisch.
Wenn wir Proteine genauer betrachten, können wir einige sekundäre Funktionen hervorheben. Die aufgelisteten sind jedoch die wichtigsten.
Nukleinsäuren
Solche Biopolymere sind ein wichtiger Bestandteil jeder Zelle, sei es prokaryotisch oder eukaryotisch. Tatsächlich umfassen Nukleinsäuren DNA- (Desoxyribonukleinsäure) und RNA- (Ribonukleinsäure) Moleküle, von denen jedes ein sehr wichtiges Bindeglied für Lebewesen ist.
DNA und RNA sind ihrer chemischen Natur nach Sequenzen von Nukleotiden, die durch Wasserstoffbrückenbindungen und Phosphatbrücken verbunden sind. DNA besteht aus Nukleotiden wie:
- adenin;
- thymin;
- guanin;
- Cytosin;
- 5-Kohlenstoff-Zucker-Desoxyribose.
RNA unterscheidet sich darin, dass Thymin durch Uracil und Zucker durch Ribose ersetzt wird.
Aufgrund der besonderen strukturellen Organisation von DNA-Molekülen sind sie in der Lage, eine Reihe lebenswichtiger Funktionen zu erfüllen. RNA spielt auch in der Zelle eine große Rolle.
Funktionen solcher Säuren
Nukleinsäuren sind Biopolymere, die für folgende Funktionen verantwortlich sind:
- DNA ist der Speicher und Übermittler genetischer Informationen in den Zellen lebender Organismen. In Prokaryoten ist dieses Molekül im Zytoplasma verteilt. In einer eukaryotischen Zelle befindet es sich innerhalb des Zellkerns, getrennt durch ein Karyolemma.
- Doppelsträngiges DNA-Molekül ist in Abschnitte unterteilt - Gene, die die Struktur des Chromosoms bilden. Die Gene von jedemLebewesen bilden einen speziellen genetischen Code, in dem alle Zeichen des Organismus verschlüsselt sind.
- RNA besteht aus drei Typen - Template, Ribosomen und Transport. Ribosomal ist an der Synthese und dem Zusammenbau von Proteinmolekülen an den entsprechenden Strukturen beteiligt. Matrix- und Transportübertragungsinformationen aus DNA ablesen und deren biologische Bedeutung entschlüsseln.
Polysaccharide
Diese Verbindungen sind überwiegend pflanzliche Polymere, das heißt, sie kommen gerade in den Zellen von Vertretern der Flora vor. Ihre zelluloseh altige Zellwand ist besonders reich an Polysacchariden.
Polysaccharide sind ihrer chemischen Natur nach komplexe Kohlenhydrat-Makromoleküle. Sie können lineare, geschichtete, vernetzte Konformationen sein. Monomere sind einfache Fünf-, häufiger Sechs-Kohlenstoff-Zucker - Ribose, Glucose, Fructose. Sie sind von großer Bedeutung für Lebewesen, da sie Teil der Zellen sind, sie sind ein Reservenährstoff für Pflanzen, sie werden unter Freisetzung einer großen Menge an Energie abgebaut.
Bedeutung verschiedener Vertreter
Biologische Polymere wie Stärke, Zellulose, Inulin, Glykogen, Chitin und andere sind sehr wichtig. Sie sind die wichtigen Energiequellen lebender Organismen.
Zellulose ist also ein wesentlicher Bestandteil der Zellwand von Pflanzen, einigen Bakterien. Gibt Kraft, eine bestimmte Form. In der Industrie wird der Mensch verwendet, um Papier zu gewinnen, wertvolle Acetatfasern.
Stärke ist ein Reservepflanzennährstoff,das auch ein wertvolles Lebensmittel für Mensch und Tier ist.
Glykogen oder tierisches Fett ist ein Reservenährstoff für Tiere und Menschen. Führt die Funktionen Wärmedämmung, Energiequelle, mechanischer Schutz aus.
Mischbiopolymere in Lebewesen
Zusätzlich zu den von uns betrachteten gibt es verschiedene Kombinationen von makromolekularen Verbindungen. Solche Biopolymere sind komplexe Mischstrukturen aus Proteinen und Lipiden (Lipoproteine) oder Polysacchariden und Proteinen (Glykoproteine). Auch eine Kombination von Lipiden und Polysacchariden (Lipopolysacchariden) ist möglich.
Jedes dieser Biopolymere hat viele Varianten, die eine Reihe wichtiger Funktionen in Lebewesen erfüllen: Transport, Signalisierung, Rezeptor, Regulierung, Enzym, Aufbau und viele andere. Ihre Struktur ist chemisch sehr komplex und noch lange nicht für alle Vertreter entschlüsselt, daher sind die Funktionen nicht vollständig definiert. Heute sind nur die gebräuchlichsten bekannt, aber ein erheblicher Teil bleibt außerhalb der Grenzen des menschlichen Wissens.
