ลักษณะของสารชีวโมเลกุลอินทรีย์หน้าที่และตัวอย่าง - ชีววิทยา - 2026

สารชีวโมเลกุลอินทรีย์ที่พบในสิ่งมีชีวิตทั้งหมดและมีลักษณะโครงสร้างที่อยู่บนพื้นฐานของอะตอมคาร์บอน ถ้าเราเปรียบเทียบกับโมเลกุลอนินทรีย์สารอินทรีย์มีความซับซ้อนกว่ามากในแง่ของโครงสร้าง นอกจากนี้ยังมีความหลากหลายมากขึ้น

พวกมันถูกแบ่งออกเป็นโปรตีนคาร์โบไฮเดรตไขมันและกรดนิวคลีอิก ฟังก์ชั่นมันหลากหลายมาก โปรตีนมีส่วนร่วมเป็นองค์ประกอบโครงสร้างหน้าที่และตัวเร่งปฏิกิริยา คาร์โบไฮเดรตยังมีหน้าที่โครงสร้างและเป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับสิ่งมีชีวิตอินทรีย์

ที่มา: pixabay.com

ไขมันเป็นส่วนประกอบสำคัญของเยื่อชีวภาพและสารอื่น ๆ เช่นฮอร์โมน นอกจากนี้ยังทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบกักเก็บพลังงาน ในที่สุดกรดนิวคลีอิก - DNA และ RNA - มีข้อมูลทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการพัฒนาและการบำรุงรักษาสิ่งมีชีวิต

ลักษณะทั่วไป

ลักษณะที่เกี่ยวข้องมากที่สุดอย่างหนึ่งของชีวโมเลกุลอินทรีย์คือความเก่งกาจในการขึ้นรูปโครงสร้าง ความหลากหลายของสายพันธุ์อินทรีย์ที่มีอยู่อย่างมหาศาลนี้เกิดจากสถานการณ์ที่ได้รับสิทธิพิเศษที่อะตอมของคาร์บอนก่อให้เกิดในช่วงกลางของช่วงเวลาที่สอง

อะตอมของคาร์บอนมีอิเล็กตรอน 4 ตัวในระดับพลังงานสุดท้าย ด้วยค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีขนาดกลางทำให้สามารถสร้างพันธะกับอะตอมของคาร์บอนอื่น ๆ สร้างโซ่ที่มีรูปร่างและความยาวต่างกันเปิดหรือปิดโดยมีพันธะเดี่ยวคู่หรือสามอยู่ภายใน

ในทำนองเดียวกันค่าอิเล็กโตรเนกาติวิตีโดยเฉลี่ยของอะตอมของคาร์บอนช่วยให้สามารถสร้างพันธะกับอะตอมอื่นที่แตกต่างจากคาร์บอนเช่นอิเล็กโตรโพซิทีฟ (ไฮโดรเจน) หรืออิเล็กโทรเนกาติวิตี (ออกซิเจนไนโตรเจนกำมะถันและอื่น ๆ )

คุณสมบัติของพันธะนี้อนุญาตให้สร้างการจำแนกประเภทสำหรับคาร์บอนในระดับประถมมัธยมทุติยภูมิหรือควอเทอร์นารีขึ้นอยู่กับจำนวนคาร์บอนที่เชื่อมโยง ระบบการจัดหมวดหมู่นี้ไม่ขึ้นอยู่กับจำนวนวาเลนซ์ที่เกี่ยวข้องในลิงค์

การจำแนกประเภทและหน้าที่

โมเลกุลอินทรีย์แบ่งออกเป็น 4 กลุ่มใหญ่ ๆ ได้แก่ โปรตีนคาร์โบไฮเดรตลิพิดและกรดนิวคลีอิก เราจะอธิบายรายละเอียดด้านล่าง:

-Proteins

โปรตีนเป็นกลุ่มของโมเลกุลอินทรีย์ที่นักชีววิทยากำหนดและจำแนกได้ดีที่สุด ความรู้ที่กว้างขวางนี้ส่วนใหญ่เกิดจากความง่ายภายในที่สามารถแยกออกได้และมีลักษณะเฉพาะเมื่อเทียบกับโมเลกุลอินทรีย์ที่เหลือทั้งสาม

โปรตีนมีบทบาททางชีววิทยามากมาย พวกเขาสามารถทำหน้าที่เป็นตัวพาโมเลกุลโครงสร้างและแม้แต่ตัวเร่งปฏิกิริยา กลุ่มสุดท้ายนี้ประกอบด้วยเอนไซม์

หน่วยการสร้าง: กรดอะมิโน

ส่วนประกอบของโปรตีนคือกรดอะมิโน ในธรรมชาติเราพบกรดอะมิโน 20 ชนิดแต่ละชนิดมีคุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน

โมเลกุลเหล่านี้จัดเป็นกรดอัลฟาอะมิโนเนื่องจากมีหมู่อะมิโนหลักและกลุ่มกรดคาร์บอกซิลิกเป็นสารทดแทนในอะตอมของคาร์บอนเดียวกัน ข้อยกเว้นเดียวของกฎนี้คือกรดอะมิโนโปรลีนซึ่งจัดเป็นกรดอัลฟาอิมิโนเนื่องจากมีกลุ่มอะมิโนทุติยภูมิ

ในการสร้างโปรตีน "หน่วยการสร้าง" เหล่านี้ต้องพอลิเมอไรเซชันและทำเช่นนั้นโดยการสร้างพันธะเปปไทด์ การสร้างห่วงโซ่โปรตีนเกี่ยวข้องกับการกำจัดโมเลกุลของน้ำหนึ่งโมเลกุลสำหรับพันธะเปปไทด์แต่ละตัว พันธะนี้แสดงเป็น CO-NH

นอกเหนือจากการเป็นส่วนหนึ่งของโปรตีนแล้วกรดอะมิโนบางชนิดยังถือเป็นสารเผาผลาญพลังงานและหลายชนิดเป็นองค์ประกอบทางโภชนาการที่จำเป็น

คุณสมบัติของกรดอะมิโน

กรดอะมิโนแต่ละชนิดมีมวลและลักษณะโดยเฉลี่ยในโปรตีน นอกจากนี้ยังมีค่า pK ของกรดอัลฟาคาร์บอกซิลิกอัลฟาอะมิโนและกลุ่มข้างเคียง

ค่า pK ของกลุ่มกรดคาร์บอกซิลิกอยู่ที่ประมาณ 2.2; ในขณะที่กลุ่มอัลฟาอะมิโนมีค่า pK ใกล้เคียงกับ 9.4 ลักษณะนี้นำไปสู่ลักษณะโครงสร้างทั่วไปของกรดอะมิโน: ที่ pH ทางสรีรวิทยาทั้งสองกลุ่มอยู่ในรูปไอออน

เมื่อโมเลกุลมีกลุ่มประจุไฟฟ้าที่มีขั้วตรงข้ามกันจะเรียกว่า zwitterions หรือ zwitterions ดังนั้นกรดอะมิโนสามารถทำหน้าที่เป็นกรดหรือเป็นเบส

กรดอัลฟาอะมิโนส่วนใหญ่มีจุดหลอมเหลวใกล้เคียงกับ 300 ° C ละลายได้ง่ายกว่าในสภาพแวดล้อมที่มีขั้วเมื่อเทียบกับความสามารถในการละลายในตัวทำละลายที่ไม่มีขั้ว ส่วนใหญ่ค่อนข้างละลายในน้ำ

โครงสร้างของโปรตีน

ในการระบุหน้าที่ของโปรตีนโดยเฉพาะจำเป็นต้องกำหนดโครงสร้างนั่นคือความสัมพันธ์สามมิติที่มีอยู่ระหว่างอะตอมที่ประกอบเป็นโปรตีนที่เป็นปัญหา สำหรับโปรตีนมีการกำหนดโครงสร้างองค์กรสี่ระดับ:

โครงสร้างหลัก : หมายถึงลำดับกรดอะมิโนที่ประกอบขึ้นเป็นโปรตีนโดยไม่รวมโครงสร้างใด ๆ ที่โซ่ด้านข้างอาจใช้

โครงสร้างทุติยภูมิ : เกิดจากการจัดเรียงเชิงพื้นที่ของอะตอมของโครงร่าง อีกครั้งไม่ได้คำนึงถึงรูปแบบของโซ่ด้านข้าง

โครงสร้างตติยภูมิ : หมายถึงโครงสร้างสามมิติของโปรตีนทั้งหมด แม้ว่าจะเป็นการยากที่จะสร้างการแบ่งที่ชัดเจนระหว่างโครงสร้างระดับตติยภูมิและโครงสร้างทุติยภูมิ แต่รูปแบบที่กำหนดไว้ (เช่นการมีเกลียวแผ่นพับและการบิด) จะใช้เพื่อกำหนดโครงสร้างรองโดยเฉพาะ

โครงสร้างควอเทอร์นารี : ใช้กับโปรตีนที่ประกอบด้วยหน่วยย่อยหลายหน่วย นั่นคือโดยโซ่โพลีเปปไทด์สองสายหรือมากกว่านั้น หน่วยเหล่านี้สามารถโต้ตอบผ่านกองกำลังโควาเลนต์หรือผ่านพันธะไดซัลไฟด์ การจัดเรียงเชิงพื้นที่ของหน่วยย่อยกำหนดโครงสร้างควอเทอร์นารี

-Carbohydrates

คาร์โบไฮเดรตคาร์โบไฮเดรตหรือแซคคาไรด์ (มาจากรากศัพท์ภาษากรีกsakcharónซึ่งหมายถึงน้ำตาล) เป็นโมเลกุลอินทรีย์ที่มีอยู่มากที่สุดในโลกทั้งใบ

โครงสร้างของมันสามารถอนุมานได้จากชื่อ "คาร์โบไฮเดรต" เนื่องจากเป็นโมเลกุลที่มีสูตร (CH ₂ O) _nโดยที่ n มีค่ามากกว่า 3

หน้าที่ของคาร์โบไฮเดรตมีหลากหลาย หนึ่งในประเภทหลักคือประเภทโครงสร้างโดยเฉพาะในพืช ในอาณาจักรพืชเซลลูโลสเป็นวัสดุโครงสร้างหลักซึ่งสอดคล้องกับ 80% ของน้ำหนักแห้งของร่างกาย

อีกหน้าที่ที่เกี่ยวข้องคือบทบาทที่มีพลัง โพลีแซ็กคาไรด์เช่นแป้งและไกลโคเจนเป็นแหล่งที่มาที่สำคัญของร้านค้าทางโภชนาการ

การจัดหมวดหมู่

หน่วยพื้นฐานของคาร์โบไฮเดรตคือโมโนแซ็กคาไรด์หรือน้ำตาลธรรมดา สิ่งเหล่านี้ได้มาจากอัลดีไฮด์แบบโซ่ตรงหรือคีโตนและโพลีไฮดริกแอลกอฮอล์

พวกเขาถูกจัดประเภทตามลักษณะทางเคมีของกลุ่มคาร์บอนิลเป็นอัลโดสและคีโตส นอกจากนี้ยังจำแนกตามจำนวนคาร์บอน

โมโนแซ็กคาไรด์รวมกลุ่มกันเพื่อสร้างโอลิโกแซ็กคาไรด์ซึ่งมักพบร่วมกับโมเลกุลอินทรีย์ประเภทอื่น ๆ เช่นโปรตีนและไขมัน สิ่งเหล่านี้จัดเป็น homopolysaccharides หรือ heteropolysaccharides ขึ้นอยู่กับว่าประกอบด้วย monosaccharides เดียวกันหรือไม่ (กรณีแรก) หรือแตกต่างกัน

นอกจากนี้ยังจำแนกตามลักษณะของโมโนแซ็กคาไรด์ที่ประกอบขึ้นด้วย พอลิเมอร์กลูโคสเรียกว่ากลูแคนซึ่งทำจากกาแลคโตสเรียกว่ากาแลคตานเป็นต้น

โพลีแซ็กคาไรด์มีลักษณะเฉพาะในการสร้างโซ่แบบตรงและแบบแยกแขนงเนื่องจากพันธะไกลโคซิดิกสามารถเกิดขึ้นได้กับหมู่ไฮดรอกซิลใด ๆ ที่พบในโมโนแซคคาไรด์

เมื่อมีหน่วยโมโนแซคคาไรด์จำนวนมากขึ้นเราจะพูดถึงโพลีแซ็กคาไรด์

-Lipids

ลิปิด (จากภาษากรีกไลโปแปลว่าไขมัน) เป็นโมเลกุลอินทรีย์ที่ไม่ละลายในน้ำและละลายได้ในตัวทำละลายอนินทรีย์เช่นคลอโรฟอร์ม สิ่งเหล่านี้ประกอบขึ้นเป็นไขมันน้ำมันวิตามินฮอร์โมนและเยื่อชีวภาพ

การจัดหมวดหมู่

กรดไขมัน : เป็นกรดคาร์บอกซิลิกที่มีโซ่ที่เกิดจากไฮโดรคาร์บอนที่มีความยาวมาก ในทางสรีรวิทยาเป็นเรื่องยากที่จะพบพวกมันฟรีเนื่องจากในกรณีส่วนใหญ่พวกมันถูกทำลาย

ในสัตว์และพืชเรามักพบพวกมันในรูปแบบไม่อิ่มตัว (สร้างพันธะคู่ระหว่างคาร์บอน) และไม่อิ่มตัวเชิงซ้อน (มีพันธะคู่สองพันธะหรือมากกว่า)

Triacylglycerols : เรียกอีกอย่างว่าไตรกลีเซอไรด์หรือไขมันที่เป็นกลางซึ่งประกอบด้วยไขมันและน้ำมันส่วนใหญ่ที่มีอยู่ในสัตว์และพืช หน้าที่หลักคือกักเก็บพลังงานในสัตว์ เหล่านี้มีเซลล์เฉพาะสำหรับจัดเก็บ

จำแนกตามเอกลักษณ์และตำแหน่งของกรดไขมันตกค้าง โดยทั่วไปน้ำมันพืชจะเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องและมีกรดไขมันตกค้างมากขึ้นโดยมีพันธะสองและสามระหว่างคาร์บอน

ในทางตรงกันข้ามไขมันสัตว์จะแข็งตัวที่อุณหภูมิห้องและมีคาร์บอนไม่อิ่มตัวอยู่ในระดับต่ำ

Glycerophospholipids : หรือที่เรียกว่า phosphoglycerides ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของเยื่อหุ้มไขมัน

กลีเซอโรฟอสโฟลิปิดมี "หาง" ที่มีลักษณะ apolar หรือไม่ชอบน้ำและมี "หัว" ที่มีขั้วหรือไม่ชอบน้ำ โครงสร้างเหล่านี้ถูกจัดกลุ่มใน bilayer โดยให้หางชี้เข้าด้านในเพื่อสร้างเมมเบรน ในสิ่งเหล่านี้โปรตีนจะถูกฝังอยู่

Sphingolipids : เป็นไขมันที่พบได้ในปริมาณที่ต่ำมาก พวกเขายังเป็นส่วนหนึ่งของเยื่อหุ้มเซลล์และได้มาจาก sphingosine, dihydrosphingosine และ homologues

คอเลสเตอรอล : ในสัตว์เป็นส่วนประกอบที่โดดเด่นของเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งจะปรับเปลี่ยนคุณสมบัติของมันเช่นความลื่นไหล นอกจากนี้ยังอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ของออร์แกเนลล์ เป็นสารตั้งต้นสำคัญของฮอร์โมนสเตียรอยด์ที่เกี่ยวข้องกับพัฒนาการทางเพศ

-กรดนิวคลีอิก

กรดนิวคลีอิกคือ DNA และ RNA ประเภทต่างๆที่มีอยู่ DNA มีหน้าที่ในการจัดเก็บข้อมูลทางพันธุกรรมทั้งหมดซึ่งช่วยในการพัฒนาเติบโตและบำรุงรักษาสิ่งมีชีวิต

RNA ในส่วนของมันมีส่วนร่วมในการถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุกรรมที่เข้ารหัสใน DNA ไปยังโมเลกุลของโปรตีน ในคลาสสิกมีความแตกต่างของ RNA สามประเภท: ผู้ส่งสารการถ่ายโอนและไรโบโซม อย่างไรก็ตามมี RNA ขนาดเล็กจำนวนมากที่มีหน้าที่ควบคุม

หน่วยการสร้าง: นิวคลีโอไทด์

ส่วนประกอบของกรดนิวคลีอิก DNA และ RNA คือนิวคลีโอไทด์ ในทางเคมีพวกมันคือฟอสเฟตเอสเทอร์ของเพนโทสซึ่งฐานไนโตรเจนจะติดอยู่กับคาร์บอนตัวแรก เราสามารถแยกความแตกต่างระหว่างไรโบนิวคลีโอไทด์และดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์

โมเลกุลเหล่านี้แบนอะโรมาติกและเฮเทอโรไซคลิก เมื่อไม่มีหมู่ฟอสเฟตนิวคลีโอไทด์จะเปลี่ยนชื่อเป็นนิวคลีโอไซด์

นอกเหนือจากบทบาทของพวกมันในฐานะโมโนเมอร์ในกรดนิวคลีอิกโมเลกุลเหล่านี้ยังมีอยู่ทั่วไปทางชีวภาพและมีส่วนร่วมในกระบวนการต่างๆมากมาย

นิวคลีโอไซด์ไตรฟอสเฟตเป็นผลิตภัณฑ์ที่อุดมไปด้วยพลังงานเช่นเดียวกับ ATP และใช้เป็นสกุลเงินของปฏิกิริยาของเซลล์ พวกมันเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของโคเอนไซม์ NAD ⁺ , NADP ⁺ , FMN, FAD และโคเอนไซม์ A ในที่สุดก็เป็นองค์ประกอบควบคุมของเส้นทางการเผาผลาญที่แตกต่างกัน

ตัวอย่าง

มีตัวอย่างของโมเลกุลอินทรีย์มากมายนับไม่ถ้วน นักชีวเคมีที่โดดเด่นที่สุดและได้รับการศึกษาจะกล่าวถึงด้านล่าง:

เฮโมโกลบิน

เฮโมโกลบินซึ่งเป็นเม็ดสีแดงในเลือดเป็นหนึ่งในตัวอย่างคลาสสิกของโปรตีน ด้วยการแพร่กระจายที่กว้างและการแยกตัวได้ง่ายจึงเป็นโปรตีนที่ศึกษามาตั้งแต่สมัยโบราณ

เป็นโปรตีนที่ประกอบด้วยหน่วยย่อย 4 หน่วยซึ่งเป็นสาเหตุว่าทำไมจึงอยู่ภายใต้การจำแนกประเภทเตตราเมอริกโดยมีอัลฟ่าสองหน่วยและเบต้าสองหน่วย หน่วยย่อยของเฮโมโกลบินเกี่ยวข้องกับโปรตีนขนาดเล็กที่รับผิดชอบในการดูดซึมออกซิเจนในกล้ามเนื้อ: ไมโอโกลบิน

กลุ่มฮีมเป็นอนุพันธ์ของพอร์ไฟริน ลักษณะนี้เป็นลักษณะของฮีโมโกลบินและเป็นกลุ่มเดียวกับที่พบในไซโตโครเมส กลุ่มฮีมรับผิดชอบลักษณะสีแดงของเลือดและเป็นบริเวณทางกายภาพที่โมโนเมอร์ของโกลบินแต่ละตัวจับกับออกซิเจน

หน้าที่หลักของโปรตีนนี้คือการขนส่งออกซิเจนจากอวัยวะที่รับผิดชอบในการแลกเปลี่ยนก๊าซ - เรียกว่าปอดเหงือกหรือผิวหนังไปยังเส้นเลือดฝอยเพื่อใช้ในการหายใจ

เซลลูโลส

เซลลูโลสเป็นพอลิเมอร์เชิงเส้นที่ประกอบด้วยหน่วยย่อย D-glucose ซึ่งเชื่อมโยงกันด้วยพันธะประเภทเบต้า 1,4 เช่นเดียวกับโพลีแซ็กคาไรด์ส่วนใหญ่ไม่มีขนาดสูงสุดที่ จำกัด อย่างไรก็ตามโดยเฉลี่ยแล้วพวกมันมีกลูโคสตกค้างอยู่ประมาณ 15,000

เป็นส่วนประกอบของผนังเซลล์ของพืช เนื่องจากเซลลูโลสมีความแข็งและทนต่อความเครียดจากออสโมติก ในทำนองเดียวกันในพืชขนาดใหญ่เช่นต้นไม้เซลลูโลสให้การสนับสนุนและความมั่นคง

แม้ว่ามันจะเกี่ยวข้องกับผักเป็นส่วนใหญ่ แต่สัตว์บางชนิดที่เรียกว่าทูนิเกตก็มีเซลลูโลสอยู่ในโครงสร้างของมัน

คาดว่าเซลลูโลสเฉลี่ย 10 ¹⁵กิโลกรัมถูกสังเคราะห์และย่อยสลาย - ต่อปี

เยื่อชีวภาพ

เยื่อชีวภาพส่วนใหญ่ประกอบด้วยสารชีวโมเลกุลสองชนิดคือไขมันและโปรตีน โครงสร้างเชิงพื้นที่ของลิพิดอยู่ในรูปของบิลิชั้นโดยที่หางที่ไม่ชอบน้ำจะชี้เข้าด้านในและส่วนหัวที่ชอบน้ำจะชี้ออกไปด้านนอก

เมมเบรนเป็นเอนทิตีแบบไดนามิกและส่วนประกอบมีการเคลื่อนไหวบ่อยครั้ง

อ้างอิง

1. Aracil, CB, Rodríguez, MP, Magraner, JP, & Pérez, RS (2011) พื้นฐานทางชีวเคมี มหาวิทยาลัยวาเลนเซีย.
2. แบททาเนอร์เรียส, E. (2014). บทสรุปของเอนไซม์วิทยา. Salamanca University Editions.
3. Berg, JM, Stryer, L. , และ Tymoczko, JL (2007) ชีวเคมี. ฉันย้อนกลับ
4. Devlin, TM (2004) ชีวเคมี: ตำราที่มีการใช้งานทางคลินิก ฉันย้อนกลับ
5. Díaz, AP, & Pena, A. (1988). ชีวเคมี. กองบรรณาธิการ Limusa
6. Macarulla, JM และGoñi, FM (1994) ชีวเคมีของมนุษย์: หลักสูตรพื้นฐาน ฉันย้อนกลับ
7. Müller - Esterl, W. (2008). ชีวเคมี. พื้นฐานด้านการแพทย์และวิทยาศาสตร์ชีวภาพ ฉันย้อนกลับ
8. Teijón, JM (2549). พื้นฐานของชีวเคมีโครงสร้าง บรรณาธิการTébar