ลักษณะโมเลกุลประเภทฟังก์ชันและตัวอย่าง - ชีววิทยา - 2025

โมเลกุลเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ - โดยทั่วไปกว่า 1,000 อะตอม - เกิดขึ้นจากการรวมกันของ estructurares โมโนเมอร์หรือบล็อกที่มีขนาดเล็ก ในสิ่งมีชีวิตเราพบโมเลกุลขนาดใหญ่ 4 ประเภท ได้แก่ กรดนิวคลีอิกลิพิดคาร์โบไฮเดรตและโปรตีน นอกจากนี้ยังมีแหล่งกำเนิดสังเคราะห์อื่น ๆ เช่นพลาสติก

โมเลกุลขนาดใหญ่ทางชีวภาพแต่ละประเภทประกอบด้วยโมโนเมอร์เฉพาะ ได้แก่ กรดนิวคลีอิกโดยนิวคลีโอไทด์คาร์โบไฮเดรตโดยโมโนแซคคาไรด์โปรตีนจากกรดอะมิโนและไขมันโดยไฮโดรคาร์บอนที่มีความยาวผันแปรได้

ที่มา: pixabay.com

เกี่ยวกับการทำงานของพวกมันคาร์โบไฮเดรตและไขมันจะกักเก็บพลังงานไว้เพื่อให้เซลล์ทำปฏิกิริยาทางเคมีและยังใช้เป็นส่วนประกอบโครงสร้างอีกด้วย

โปรตีนยังมีหน้าที่โครงสร้างนอกเหนือจากการเป็นโมเลกุลที่มีการเร่งปฏิกิริยาและความสามารถในการขนส่ง สุดท้ายกรดนิวคลีอิกเก็บข้อมูลทางพันธุกรรมและมีส่วนร่วมในการสังเคราะห์โปรตีน

โมเลกุลขนาดใหญ่สังเคราะห์มีโครงสร้างเช่นเดียวกับสารชีวภาพ: โมโนเมอร์จำนวนมากเชื่อมโยงกันเพื่อสร้างโพลีเมอร์ ตัวอย่างเช่นโพลีเอทิลีนและไนลอน โพลีเมอร์สังเคราะห์ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมสำหรับการผลิตผ้าพลาสติกฉนวนกันความร้อน ฯลฯ

ลักษณะเฉพาะ

ขนาด

ตามความหมายของชื่อลักษณะเด่นอย่างหนึ่งของโมเลกุลขนาดใหญ่คือขนาดที่ใหญ่ ประกอบด้วยอะตอมอย่างน้อย 1,000 อะตอมเชื่อมโยงกันด้วยพันธะโควาเลนต์ ในพันธะประเภทนี้อะตอมที่เกี่ยวข้องกับพันธะจะแบ่งอิเล็กตรอนในระดับสุดท้าย

รัฐธรรมนูญ

อีกคำที่ใช้เรียกโมเลกุลขนาดใหญ่คือพอลิเมอร์ ("หลายส่วน") ซึ่งประกอบด้วยหน่วยที่ทำซ้ำเรียกว่าโมโนเมอร์ ("ส่วนเดียว") หน่วยโครงสร้างเหล่านี้เป็นหน่วยโครงสร้างของโมเลกุลขนาดใหญ่และอาจเหมือนกันหรือแตกต่างกันก็ได้ขึ้นอยู่กับกรณี

เราสามารถใช้การเปรียบเทียบของเกมเลโก้สำหรับเด็ก แต่ละชิ้นเป็นตัวแทนของโมโนเมอร์และเมื่อเรารวมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างโครงสร้างที่แตกต่างกันเราจะได้พอลิเมอร์

ถ้าโมโนเมอร์เหมือนกันโพลิเมอร์จะเป็นโฮโมพอลิเมอร์ และถ้าต่างกันมันจะเป็นเฮเทอโรพอลิเมอร์

นอกจากนี้ยังมีระบบการตั้งชื่อเพื่อกำหนดโพลีเมอร์ขึ้นอยู่กับความยาว ถ้าโมเลกุลประกอบด้วยหน่วยย่อยสองสามหน่วยจะเรียกว่าโอลิโกเมอร์ ตัวอย่างเช่นเมื่อเราต้องการอ้างถึงกรดนิวคลีอิกขนาดเล็กเราเรียกว่าโอลิโกนิวคลีโอไทด์

โครงสร้าง

ด้วยความหลากหลายที่น่าทึ่งของโมเลกุลขนาดใหญ่จึงเป็นเรื่องยากที่จะสร้างโครงสร้างทั่วไป "โครงกระดูก" ของโมเลกุลเหล่านี้เกิดจากโมโนเมอร์ที่สอดคล้องกัน (น้ำตาลกรดอะมิโนนิวคลีโอไทด์ ฯลฯ ) และสามารถจัดกลุ่มในลักษณะเชิงเส้นแตกแขนงหรืออยู่ในรูปแบบที่ซับซ้อนมากขึ้น

ดังที่เราจะเห็นในภายหลังโมเลกุลขนาดใหญ่อาจมีแหล่งกำเนิดทางชีววิทยาหรือสังเคราะห์ ในอดีตมีฟังก์ชั่นที่ไม่สิ้นสุดในสิ่งมีชีวิตและสังคมใช้กันอย่างแพร่หลายเช่นพลาสติก

โมเลกุลโมเลกุลทางชีวภาพ: หน้าที่โครงสร้างและตัวอย่าง

ในสิ่งมีชีวิตอินทรีย์เราพบโมเลกุลขนาดใหญ่ 4 ประเภทซึ่งทำหน้าที่จำนวนมหาศาลทำให้สามารถพัฒนาและดำรงชีวิตได้ เหล่านี้คือโปรตีนคาร์โบไฮเดรตลิพิดและกรดนิวคลีอิก เราจะอธิบายลักษณะที่เกี่ยวข้องมากที่สุดด้านล่าง

โปรตีน

โปรตีนเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ที่มีหน่วยโครงสร้างเป็นกรดอะมิโน ในธรรมชาติเราพบกรดอะมิโน 20 ชนิด

โครงสร้าง

โมโนเมอร์เหล่านี้ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนกลาง (เรียกว่าแอลฟาคาร์บอน) ที่เชื่อมโยงกันด้วยพันธะโควาเลนต์กับกลุ่มต่างๆ 4 กลุ่ม ได้แก่ อะตอมของไฮโดรเจนหมู่อะมิโน (NH ₂ ) หมู่คาร์บอกซิล (COOH) และกลุ่ม R

กรดอะมิโน 20 ชนิดแตกต่างกันเฉพาะในเอกลักษณ์ของกลุ่ม R เท่านั้นกลุ่มนี้แตกต่างกันไปในแง่ของลักษณะทางเคมีความสามารถในการหากรดอะมิโนพื้นฐานที่เป็นกรดเป็นกลางโดยมีสายโซ่ยาวสั้นและอะโรมาติก

สารตกค้างของกรดอะมิโนจะจับกันด้วยพันธะเปปไทด์ ธรรมชาติของกรดอะมิโนจะกำหนดลักษณะและลักษณะของโปรตีนที่เกิด

ลำดับกรดอะมิโนเชิงเส้นแสดงถึงโครงสร้างหลักของโปรตีน จากนั้นจะพับและจัดกลุ่มในรูปแบบที่แตกต่างกันสร้างโครงสร้างทุติยภูมิตติยภูมิและควอเทอร์นารี

ฟังก์ชัน

โปรตีนทำหน้าที่ต่างๆ บางชนิดทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพและเรียกว่าเอนไซม์ บางชนิดเป็นโปรตีนที่มีโครงสร้างเช่นเคราตินที่มีอยู่ในเส้นผมเล็บ ฯลฯ และอื่น ๆ ทำหน้าที่ขนส่งเช่นฮีโมโกลบินภายในเซลล์เม็ดเลือดแดงของเรา

กรดนิวคลีอิก: DNA และ RNA

พอลิเมอร์ประเภทที่สองที่เป็นส่วนหนึ่งของสิ่งมีชีวิตคือกรดนิวคลีอิก ในกรณีนี้หน่วยโครงสร้างไม่ใช่กรดอะมิโนเช่นเดียวกับโปรตีน แต่เป็นโมโนเมอร์ที่เรียกว่านิวคลีโอไทด์

โครงสร้าง

นิวคลีโอไทด์ประกอบด้วยหมู่ฟอสเฟตน้ำตาลห้าคาร์บอน (ส่วนประกอบกลางของโมเลกุล) และฐานไนโตรเจน

นิวคลีโอไทด์มี 2 ประเภทคือไรโบนิวคลีโอไทด์และดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์ซึ่งแตกต่างกันไปในแง่ของน้ำตาลแกนกลาง ก่อนหน้านี้เป็นส่วนประกอบโครงสร้างของกรดไรโบนิวคลีอิกหรืออาร์เอ็นเอส่วนหลังคือกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกหรือดีเอ็นเอ

ในโมเลกุลทั้งสองนิวคลีโอไทด์จะถูกยึดเข้าด้วยกันโดยพันธะฟอสโฟดิสเตอร์ซึ่งเทียบเท่ากับพันธะเปปไทด์ที่ยึดโปรตีนไว้ด้วยกัน

ส่วนประกอบโครงสร้างของ DNA และ RNA มีความคล้ายคลึงกันและมีโครงสร้างที่แตกต่างกันเนื่องจาก RNA พบในรูปแบบของแถบเดียวและ DNA ในแถบคู่

ฟังก์ชัน

RNA และ DNA เป็นกรดนิวคลีอิกสองประเภทที่เราพบในสิ่งมีชีวิต RNA เป็นโมเลกุลไดนามิกแบบมัลติฟังก์ชั่นที่ปรากฏในโครงสร้างต่างๆและมีส่วนร่วมในการสังเคราะห์โปรตีนและในการควบคุมการแสดงออกของยีน

DNA เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ทำหน้าที่จัดเก็บข้อมูลทางพันธุกรรมทั้งหมดของสิ่งมีชีวิตซึ่งจำเป็นต่อการพัฒนา เซลล์ทั้งหมดของเรา (ยกเว้นเซลล์เม็ดเลือดแดงที่โตเต็มที่) มีสารพันธุกรรมที่เก็บไว้ในนิวเคลียสในลักษณะที่กะทัดรัดและเป็นระเบียบ

คาร์โบไฮเดรต

คาร์โบไฮเดรตหรือที่เรียกว่าคาร์โบไฮเดรตหรือน้ำตาลเป็นสารโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยส่วนประกอบของสารที่เรียกว่าโมโนแซคคาไรด์ (ตัวอักษร "a sugar")

โครงสร้าง

สูตรโมเลกุลของคาร์โบไฮเดรตคือ (CH _{2 O)} n ค่าของ n อาจแตกต่างกันไปตั้งแต่ 3 สำหรับน้ำตาลที่ง่ายที่สุดไปจนถึงหลายพันสำหรับคาร์โบไฮเดรตเชิงซ้อนที่สุดซึ่งค่อนข้างแปรผันตามความยาว

โมโนเมอร์เหล่านี้มีความสามารถในการพอลิเมอไรเซชันซึ่งกันและกันผ่านปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับหมู่ไฮดรอกซิลสองกลุ่มทำให้เกิดพันธะโควาเลนต์ที่เรียกว่าพันธะไกลโคซิดิก

พันธะนี้ถือโมโนเมอร์ของคาร์โบไฮเดรตไว้ด้วยกันในลักษณะเดียวกับพันธะเปปไทด์และพันธะฟอสโฟดิสเตอร์จับโปรตีนและกรดนิวคลีอิกตามลำดับ

อย่างไรก็ตามพันธะเพปไทด์และฟอสโฟดิสเตอร์เกิดขึ้นในพื้นที่เฉพาะของโมโนเมอร์ที่เป็นส่วนประกอบในขณะที่พันธะไกลโคซิดิกสามารถเกิดขึ้นได้กับกลุ่มไฮดรอกซิลใด ๆ

ดังที่เราได้กล่าวไว้ในส่วนก่อนหน้านี้โมเลกุลขนาดเล็กถูกกำหนดด้วยคำนำหน้าโอลิโก ในกรณีของคาร์โบไฮเดรตขนาดเล็กจะใช้คำว่าโอลิโกแซ็กคาไรด์หากมีเพียงโมโนเมอร์สองตัวที่เชื่อมโยงกันมันคือไดแซ็กคาไรด์และหากมีขนาดใหญ่กว่าให้ใช้โพลีแซ็กคาไรด์

ฟังก์ชัน

น้ำตาลเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่พื้นฐานสำหรับการดำรงชีวิตเนื่องจากเป็นสารเติมเต็มพลังงานและหน้าที่โครงสร้าง สิ่งเหล่านี้ให้พลังงานเคมีที่จำเป็นในการขับเคลื่อนปฏิกิริยาจำนวนมากภายในเซลล์และใช้เป็น "เชื้อเพลิง" สำหรับสิ่งมีชีวิต

คาร์โบไฮเดรตอื่น ๆ เช่นไกลโคเจนทำหน้าที่กักเก็บพลังงานเพื่อให้เซลล์สามารถดึงมาใช้ได้เมื่อจำเป็น

นอกจากนี้ยังมีหน้าที่โครงสร้าง: เป็นส่วนหนึ่งของโมเลกุลอื่น ๆ เช่นกรดนิวคลีอิกผนังเซลล์ของสิ่งมีชีวิตบางชนิดและโครงกระดูกภายนอกของแมลง

ตัวอย่างเช่นในพืชและโพรทิสต์บางชนิดเราพบคาร์โบไฮเดรตเชิงซ้อนที่เรียกว่าเซลลูโลสซึ่งประกอบด้วยหน่วยกลูโคสเท่านั้น โมเลกุลนี้มีอยู่มากมายอย่างไม่น่าเชื่อบนโลกเนื่องจากมีอยู่ในผนังเซลล์ของสิ่งมีชีวิตเหล่านี้และในโครงสร้างรองรับอื่น ๆ

ไขมัน

"ลิพิด" เป็นคำที่ใช้เพื่อรวมโมเลกุลที่ไม่มีขั้วหรือไม่ชอบน้ำจำนวนมาก (ด้วยความหวาดกลัวหรือการขับไล่น้ำ) ซึ่งประกอบด้วยโซ่คาร์บอน ซึ่งแตกต่างจากโมเลกุลทั้งสามที่กล่าวถึงโปรตีนกรดนิวคลีอิกและคาร์โบไฮเดรตไม่มีโมโนเมอร์เดียวสำหรับไขมัน

โครงสร้าง

จากมุมมองเชิงโครงสร้างไขมันสามารถนำเสนอตัวเองได้หลายวิธี เนื่องจากทำจากไฮโดรคาร์บอน (CH) พันธะจึงไม่มีประจุบางส่วนดังนั้นจึงไม่ละลายในตัวทำละลายที่มีขั้วเช่นน้ำ อย่างไรก็ตามสามารถละลายได้ในตัวทำละลายที่ไม่มีขั้วประเภทอื่นเช่นเบนซิน

กรดไขมันประกอบด้วยโซ่ไฮโดรคาร์บอนที่กล่าวถึงและหมู่คาร์บอกซิล (COOH) เป็นหมู่ฟังก์ชัน โดยทั่วไปกรดไขมันประกอบด้วยคาร์บอน 12 ถึง 20 อะตอม

โซ่กรดไขมันสามารถอิ่มตัวได้เมื่อคาร์บอนทั้งหมดถูกเชื่อมเข้าด้วยกันด้วยพันธะเดี่ยวหรือไม่อิ่มตัวเมื่อมีพันธะคู่มากกว่าหนึ่งพันธะภายในโครงสร้าง หากมีพันธะคู่หลายพันธะแสดงว่าเป็นกรดไม่อิ่มตัวเชิงซ้อน

ประเภทของไขมันตามโครงสร้าง

ไขมันในเซลล์มีสามประเภท ได้แก่ สเตียรอยด์ไขมันและฟอสโฟลิปิด สเตียรอยด์มีลักษณะโครงสร้างสี่วงแหวนขนาดใหญ่ คอเลสเตอรอลเป็นที่รู้จักกันดีที่สุดและเป็นส่วนประกอบสำคัญของเยื่อหุ้มเนื่องจากมันควบคุมการไหลของมัน

ไขมันประกอบด้วยกรดไขมันสามชนิดที่เชื่อมโยงกันผ่านพันธะเอสเทอร์กับโมเลกุลที่เรียกว่ากลีเซอรอล

สุดท้ายฟอสโฟลิปิดประกอบด้วยโมเลกุลของกลีเซอรอลที่ติดอยู่กับกลุ่มฟอสเฟตและกรดไขมันหรือไอโซพรีนอยด์สองกลุ่ม

ฟังก์ชัน

เช่นเดียวกับคาร์โบไฮเดรตไขมันยังทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานสำหรับเซลล์และเป็นส่วนประกอบของโครงสร้างบางอย่าง

ลิปิดมีหน้าที่ที่จำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิตทุกรูปแบบ: เป็นส่วนประกอบที่สำคัญของเยื่อหุ้มพลาสมา สิ่งเหล่านี้ก่อให้เกิดขอบเขตที่สำคัญระหว่างสิ่งมีชีวิตและสิ่งไม่มีชีวิตโดยทำหน้าที่เป็นอุปสรรคในการคัดเลือกที่ตัดสินว่าสิ่งใดเข้าสู่เซลล์และสิ่งที่ไม่ได้รับจากคุณสมบัติกึ่งซึมผ่านของพวกมัน

นอกจากไขมันแล้วเมมเบรนยังประกอบไปด้วยโปรตีนหลายชนิดซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวลำเลียงแบบคัดสรร

ฮอร์โมนบางชนิด (เช่นฮอร์โมนทางเพศ) เป็นไขมันในธรรมชาติและจำเป็นต่อการพัฒนาของร่างกาย

ขนส่ง

ในระบบทางชีววิทยาโมเลกุลขนาดใหญ่จะถูกขนส่งระหว่างภายในและภายนอกของเซลล์โดยกระบวนการที่เรียกว่าเอนโดและเอ็กโซไซโตซิส (เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของถุง) หรือโดยการขนส่งที่ใช้งานอยู่

เอนโดไซโทซิสครอบคลุมกลไกทั้งหมดที่เซลล์ใช้เพื่อให้เกิดการเข้ามาของอนุภาคขนาดใหญ่และจัดเป็น: ฟาโกไซโทซิสเมื่อองค์ประกอบที่จะกลืนเข้าไปเป็นอนุภาคของแข็ง Pinocytosis เมื่อของเหลวนอกเซลล์เข้าสู่; และ endocytosis ซึ่งเป็นสื่อกลางโดยตัวรับ

โมเลกุลส่วนใหญ่ที่กินเข้าไปในลักษณะนี้จะลงเอยด้วยออร์แกเนลล์ที่รับผิดชอบการย่อยอาหาร: ไลโซโซม คนอื่น ๆ จบลงใน phagosomes ซึ่งมีคุณสมบัติในการหลอมรวมกับไลโซโซมและสร้างโครงสร้างที่เรียกว่า phagolysosomes

ด้วยวิธีนี้แบตเตอรี่ของเอนไซม์ที่มีอยู่ในไลโซโซมจะย่อยสลายโมเลกุลขนาดใหญ่ที่เข้ามาในตอนแรก โมโนเมอร์ที่ก่อตัวขึ้น (มอโนแซ็กคาไรด์นิวคลีโอไทด์กรดอะมิโน) จะถูกเคลื่อนย้ายกลับไปที่ไซโทพลาสซึมซึ่งใช้สำหรับการสร้างโมเลกุลขนาดใหญ่ใหม่

ทั่วทั้งลำไส้มีเซลล์ที่มีตัวลำเลียงเฉพาะสำหรับการดูดซึมของโมเลกุลขนาดใหญ่แต่ละตัวที่บริโภคในอาหาร ตัวอย่างเช่นตัวขนส่ง PEP1 และ PEP2 ใช้สำหรับโปรตีนและ SGLT สำหรับกลูโคส

โมเลกุลขนาดใหญ่สังเคราะห์

ในโมเลกุลขนาดใหญ่สังเคราะห์เรายังพบรูปแบบโครงสร้างเดียวกันกับที่อธิบายไว้สำหรับโมเลกุลขนาดใหญ่ของแหล่งกำเนิดทางชีววิทยา: โมโนเมอร์หรือหน่วยย่อยขนาดเล็กที่เชื่อมโยงกันด้วยพันธะเพื่อสร้างโพลีเมอร์

โพลีเมอร์สังเคราะห์มีหลายประเภทชนิดที่ง่ายที่สุดคือโพลีเอทิลีน เป็นพลาสติกเฉื่อยที่มีสูตรเคมี CH ₂ -CH ₂ (เชื่อมด้วยพันธะคู่) ซึ่งพบได้บ่อยในอุตสาหกรรมเนื่องจากมีราคาถูกและง่ายต่อการผลิต

ดังจะเห็นได้ว่าโครงสร้างของพลาสติกนี้มีลักษณะเป็นเส้นตรงและไม่มีการแตกแขนง

โพลียูรีเทนเป็นโพลีเมอร์อีกชนิดหนึ่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมสำหรับการผลิตโฟมและฉนวน เราจะมีฟองน้ำของวัสดุนี้ในครัวของเราอย่างแน่นอน สารนี้ได้จากการควบแน่นของฐานไฮดรอกซิลผสมกับธาตุที่เรียกว่าไดไอโซไซยาเนต

มีโพลีเมอร์สังเคราะห์อื่น ๆ ที่มีความซับซ้อนมากกว่าเช่นไนลอน (หรือไนลอน) ในบรรดาลักษณะของมันมีความทนทานสูงและมีความยืดหยุ่นที่เห็นได้ชัด อุตสาหกรรมสิ่งทอใช้ประโยชน์จากลักษณะเหล่านี้ในการผลิตผ้าขนแปรงเส้น ฯลฯ นอกจากนี้ยังใช้โดยแพทย์ในการเย็บแผล

อ้างอิง

1. Berg, JM, Stryer, L. , และ Tymoczko, JL (2007) ชีวเคมี. ฉันย้อนกลับ
2. แคมป์เบลล์ MK และฟาร์เรล SO (2011) ชีวเคมี. ทอมสัน บรูคส์ / โคล.
3. Devlin, TM (2011). ตำราชีวเคมี. John Wiley & Sons
4. ฟรีแมน, S. (2017). วิทยาศาสตร์ชีวภาพ. การศึกษาของเพียร์สัน.
5. Koolman, J. , & Röhm, KH (2005). ชีวเคมี: ข้อความและแผนที่ Panamerican Medical Ed.
6. มอลโดวานู, เซาท์แคโรไลนา (2548). การวิเคราะห์ไพโรไลซิสของพอลิเมอร์อินทรีย์สังเคราะห์ (ฉบับที่ 25) เอลส์
7. มัวร์เจทีแอนด์แลงลีย์ RH (2010) ชีวเคมีสำหรับหุ่น John Wiley & Sons
8. Mougios, V. (2549). การออกกำลังกายทางชีวเคมี จลนศาสตร์ของมนุษย์
9. Müller-Esterl, W. (2008). ชีวเคมี. พื้นฐานด้านการแพทย์และวิทยาศาสตร์ชีวภาพ ฉันย้อนกลับ
10. Poortmans, JR (2004). หลักการออกกำลังกายทางชีวเคมี. 3 ^ถฉบับ Karger
11. Voet, D. , & Voet, JG (2006). ชีวเคมี. Panamerican Medical Ed.