تمكن عدد كبير من المركبات المختلفة ذات الطبيعة الكيميائية المختلفة من تخليق الأشخاص في المختبر. ومع ذلك ، على الرغم من ذلك ، فإن المواد الطبيعية كانت وستظل أهم وأهم لحياة جميع النظم الحية. أي تلك الجزيئات التي تشارك في الآلاف من التفاعلات الكيميائية الحيوية داخل الكائنات الحية والمسؤولة عن عملها الطبيعي.
تنتمي الغالبية العظمى منهم إلى المجموعة المسماة "البوليمرات البيولوجية".
المفهوم العام للبوليمرات الحيوية
بادئ ذي بدء ، يجب أن يقال أن كل هذه المركبات جزيئية عالية ، ولها كتلة تصل إلى ملايين الدالتون. هذه المواد عبارة عن بوليمرات حيوانية ونباتية تلعب دورًا حاسمًا في بناء الخلايا وهياكلها ، مما يضمن التمثيل الغذائي والتركيب الضوئي والتنفس والتغذية وجميع الوظائف الحيوية الأخرى لأي كائن حي.
من الصعب المبالغة في تقدير أهمية هذه المركبات. البوليمرات الحيوية هي مواد طبيعية ذات أصل طبيعي تتشكل في الكائنات الحية وهي أساس كل أشكال الحياة على كوكبنا. ما هي الروابط المحددة لهمتنتمي؟
البوليمرات الحيوية الخلية
هناك الكثير منهم. لذلك ، البوليمرات الحيوية الرئيسية هي كما يلي:
- بروتينات
- السكريات ؛
- أحماض نووية (DNA و RNA).
بالإضافة إلى ذلك ، يتضمن هذا أيضًا العديد من البوليمرات المختلطة المكونة من توليفات من تلك المدرجة بالفعل. على سبيل المثال ، البروتينات الدهنية والسكريات الدهنية والبروتينات السكرية وغيرها.
خصائص عامة
هناك العديد من الميزات المتأصلة في جميع الجزيئات المدروسة. على سبيل المثال ، الخصائص العامة التالية للبوليمرات الحيوية:
- وزن جزيئي كبير بسبب تكوين سلاسل كبيرة ذات فروع في التركيب الكيميائي ؛
- أنواع الروابط في الجزيئات الكبيرة (الهيدروجين ، التفاعلات الأيونية ، الجذب الكهروستاتيكي ، جسور ثاني كبريتيد ، روابط الببتيد وغيرها) ؛
- الوحدة الهيكلية لكل سلسلة عبارة عن رابط أحادي ؛
- التنظيم الفراغي أو غيابه في هيكل السلسلة
لكن بشكل عام ، لا يزال لدى جميع البوليمرات الحيوية اختلافات في الهيكل والوظيفة أكثر من أوجه التشابه.
بروتينات
جزيئات البروتين لها أهمية كبيرة في حياة أي كائن حي. هذه البوليمرات الحيوية هي أساس كل الكتلة الحيوية. في الواقع ، حتى وفقًا لنظرية Oparin-Haldane ، نشأت الحياة على الأرض من قطيرة متقاربة ، والتي كانت عبارة عن بروتين.
تخضع بنية هذه المواد لترتيب صارم في الهيكل. يتكون كل بروتين من بقايا الأحماض الأمينيةقادرة على الاتصال ببعضها البعض بأطوال سلاسل غير محدودة. يحدث هذا من خلال تكوين روابط خاصة - روابط الببتيد. تتكون هذه الرابطة من أربعة عناصر: الكربون والأكسجين والنيتروجين والهيدروجين.
يمكن أن يحتوي جزيء البروتين على الكثير من بقايا الأحماض الأمينية ، سواء كانت متشابهة ومختلفة (عدة عشرات الآلاف أو أكثر). في المجموع ، هناك 20 نوعًا من الأحماض الأمينية الموجودة في هذه المركبات. ومع ذلك ، فإن تركيبتها المتنوعة تسمح للبروتينات بالازدهار من الناحية الكمية والأنواع.
البوليمرات الحيوية البروتينية لها تشكيلات مكانية مختلفة. وبالتالي ، يمكن أن يوجد كل ممثل كهيكل أولي أو ثانوي أو ثالث أو رباعي.
أبسطها وخطيها هو الأساسي. إنها ببساطة سلسلة من متواليات الأحماض الأمينية مرتبطة ببعضها البعض.
يحتوي التشكل الثانوي على هيكل أكثر تعقيدًا ، حيث يبدأ الماكروشين الكلي للبروتين في الدوران ، مكونًا لفائف. يتم الاحتفاظ ببنيتين كبيرتين متجاورتين بالقرب من بعضهما البعض بسبب التفاعلات التساهمية والهيدروجينية بين مجموعات ذراتهما. التمييز بين حلزونات ألفا وبيتا للبنية الثانوية للبروتينات
البنية الثلاثية هي جزيء ضخم واحد (سلسلة متعددة الببتيد) من بروتين ملفوف في كرة. شبكة معقدة للغاية من التفاعلات داخل هذه الكرة الأرضية تسمح لها بأن تكون مستقرة تمامًا وتحافظ على شكلها.
التشكل الرباعي عبارة عن عدد قليل من سلاسل بولي ببتيد ، ملفوفة وملفوفةفي ملف ، والذي في نفس الوقت يشكل أيضًا روابط متعددة من أنواع مختلفة فيما بينها. التركيب الكروي الأكثر تعقيدًا.
وظائف جزيئات البروتين
- النقل. يتم تنفيذه بواسطة الخلايا البروتينية التي يتكون منها غشاء البلازما. إنها تشكل قنوات أيونية يمكن لجزيئات معينة أن تمر من خلالها. أيضا ، العديد من البروتينات هي جزء من عضيات حركة الأوليات والبكتيريا ، لذلك فهي تشارك بشكل مباشر في حركتها.
- يتم تنفيذ وظيفة الطاقة بواسطة هذه الجزيئات بنشاط كبير. يشكل غرام واحد من البروتين في عملية التمثيل الغذائي 17.6 كيلو جول من الطاقة. لذلك فإن استهلاك المنتجات النباتية والحيوانية التي تحتوي على هذه المركبات أمر حيوي للكائنات الحية.
- وظيفة البناء هي مشاركة جزيئات البروتين في بناء معظم الهياكل الخلوية ، والخلايا نفسها ، والأنسجة ، والأعضاء ، وما إلى ذلك. يتم بناء أي خلية تقريبًا بشكل أساسي من هذه الجزيئات (الهيكل الخلوي للسيتوبلازم وغشاء البلازما والريبوسوم والميتوكوندريا وغيرها من الهياكل تشارك في تكوين مركبات البروتين).
- يتم تنفيذ الوظيفة التحفيزية بواسطة إنزيمات ، والتي بحكم طبيعتها الكيميائية ليست أكثر من بروتينات. بدون الإنزيمات ، ستكون معظم التفاعلات الكيميائية الحيوية في الجسم مستحيلة ، لأنها محفزات بيولوجية في الأنظمة الحية.
- وظيفة المستقبل (الإشارة أيضًا) تساعد الخلايا على التنقل والاستجابة بشكل صحيح لأي تغييرات في البيئة ، مثلالميكانيكية والكيميائية.
إذا نظرنا إلى البروتينات بمزيد من العمق ، فيمكننا إبراز بعض الوظائف الثانوية. ومع ذلك ، فإن العناصر المدرجة هي الرئيسية.
الأحماض النووية
تعد البوليمرات الحيوية هذه جزءًا مهمًا من كل خلية ، سواء كانت بدائية النواة أو حقيقية النواة. بعد كل شيء ، تشتمل الأحماض النووية على جزيئات الحمض النووي (حمض الديوكسي ريبونوكلييك) وجزيئات الحمض النووي الريبي (الحمض النووي الريبي) ، وكل منها رابط مهم جدًا للكائنات الحية.
بحكم طبيعتها الكيميائية ، فإن الحمض النووي والحمض النووي الريبي عبارة عن سلاسل من النيوكليوتيدات متصلة بواسطة روابط هيدروجينية وجسور الفوسفات. يتكون الحمض النووي من نيوكليوتيدات مثل:
- أدينين
- الثايمين
- جوانين ؛
- سيتوزين ؛
- 5-كربون سكر ديوكسيريبوز.
يختلف الحمض النووي الريبي في أن الثايمين يتم استبداله باليوراسيل ، والسكر بالريبوز.
بسبب التنظيم الهيكلي الخاص لجزيئات الحمض النووي قادرة على أداء عدد من الوظائف الحيوية. يلعب الحمض النووي الريبي أيضًا دورًا كبيرًا في الخلية.
وظائف هذه الأحماض
الأحماض النووية عبارة عن بوليمرات حيوية مسؤولة عن الوظائف التالية:
- DNA هو مخزن ونقل المعلومات الوراثية في خلايا الكائنات الحية. في بدائيات النوى ، يتم توزيع هذا الجزيء في السيتوبلازم. في خلية حقيقية النواة ، تقع داخل النواة ، مفصولة عن طريق كاريوليما.
- ينقسم جزيء DNA مزدوج الشريطة إلى أقسام - الجينات التي تشكل بنية الكروموسوم. جينات الجميعتشكل الكائنات رمزًا وراثيًا خاصًا يتم فيه تشفير جميع علامات الكائن الحي.
- يتكون الحمض النووي الريبي من ثلاثة أنواع - القالب والريبوزوم والنقل. يشارك الريبوسوم في تخليق وتجميع جزيئات البروتين على الهياكل المقابلة. مصفوفة ونقل معلومات النقل المقروءة من الحمض النووي وفك تشفير معناها البيولوجي.
السكريات
هذه المركبات هي في الغالب بوليمرات نباتية ، أي أنها توجد على وجه التحديد في خلايا ممثلي النباتات. جدارها الخلوي ، الذي يحتوي على السليلوز ، غني بشكل خاص بالسكريات.
بحكم طبيعتها الكيميائية ، فإن السكريات عبارة عن جزيئات كربوهيدرات معقدة. يمكن أن تكون مطابقة خطية ، متعددة الطبقات ، متصالبة. المونمرات عبارة عن سكريات بسيطة مكونة من خمسة أو ستة كربون - الريبوز والجلوكوز والفركتوز. إنها ذات أهمية كبيرة للكائنات الحية ، لأنها جزء من الخلايا ، فهي عنصر غذائي احتياطي للنباتات ، وتتفكك مع إطلاق كمية كبيرة من الطاقة.
معنى مختلف الممثلين
البوليمرات البيولوجية مثل النشا ، السليلوز ، الأنسولين ، الجليكوجين ، الكيتين وغيرها مهمة للغاية. هم مصادر الطاقة الهامة في الكائنات الحية.
إذن ، السليلوز هو عنصر أساسي في جدار الخلية للنباتات ، وبعض البكتيريا. يعطي قوة وشكل معين. في الصناعة ، يستخدم الإنسان في الحصول على الورق ، وألياف الأسيتات القيمة.
النشا هو مغذٍ نباتي احتياطي ،وهو أيضًا منتج غذائي قيم للإنسان والحيوان.
الجليكوجين ، أو الدهون الحيوانية ، هو عنصر غذائي احتياطي للحيوانات والبشر. يقوم بوظائف العزل الحراري ، مصدر الطاقة ، الحماية الميكانيكية.
البوليمرات الحيوية المختلطة في الكائنات الحية
بالإضافة إلى تلك التي أخذناها في الاعتبار ، هناك مجموعات مختلفة من المركبات الجزيئية. هذه البوليمرات الحيوية عبارة عن هياكل مختلطة معقدة من البروتينات والدهون (البروتينات الدهنية) أو السكريات والبروتينات (البروتينات السكرية). مزيج من الدهون والسكريات (عديدات السكاريد الدهنية) ممكن أيضًا.
يحتوي كل من هذه البوليمرات الحيوية على العديد من الأصناف التي تؤدي عددًا من الوظائف المهمة في الكائنات الحية: النقل ، والإشارات ، والمستقبلات ، والتنظيمية ، والإنزيمية ، والبناء وغيرها الكثير. هيكلها معقد كيميائيًا للغاية وبعيدًا عن فك رموز جميع الممثلين ، وبالتالي ، لم يتم تحديد الوظائف بشكل كامل. اليوم ، لا يُعرف سوى الأكثر شيوعًا ، لكن يبقى جزءًا مهمًا خارج حدود المعرفة البشرية.
