BIOMOLECULES: PAG-UURI AT PANGUNAHING MGA PAG-ANDAR - BIOLOGY - 2025

Ang biomolecules ay mga molekula na nabuo sa mga nabubuhay na nilalang. Ang prefix na "bio" ay nangangahulugang buhay; samakatuwid, ang isang biomolecule ay isang molekula na gawa ng isang buhay na nilalang. Ang mga nabubuhay na nilalang ay binubuo ng iba't ibang uri ng mga molekula na nagsasagawa ng iba't ibang mga pag-andar na kinakailangan para sa buhay.

Sa likas na katangian, mayroong mga biotic (pamumuhay) at abiotic (non-living) system na nakikipag-ugnay at, sa ilang mga kaso, mga elemento ng palitan. Isang katangian na magkakapareho ang lahat ng mga nabubuhay na bagay ay ang mga ito ay mga organikong, na nangangahulugang ang kanilang mga bumubuo ng mga molekula ay binubuo ng mga carbon atoms.

Ang mga biomolecules ay mayroon ding iba pang mga atom na karaniwan bukod sa carbon. Kasama sa mga atom na ito ang hydrogen, oxygen, nitrogen, posporus at asupre, pangunahin. Ang mga elementong ito ay tinatawag ding mga bioelement dahil sila ang pangunahing sangkap ng biological molecules.

Gayunpaman, mayroong iba pang mga atomo na naroroon din sa ilang mga biomolecules, bagaman sa mas maliit na dami. Kadalasan ito ay mga metal ion tulad ng potassium, sodium, iron, at magnesium, bukod sa iba pa. Dahil dito, ang mga biomolecules ay maaaring maging ng dalawang uri: organic o hindi organikong.

Sa gayon, ang mga organismo ay binubuo ng maraming uri ng mga molekulang batay sa carbon, halimbawa: mga asukal, taba, protina at mga nucleic acid. Gayunpaman, mayroong iba pang mga compound na batay sa carbon at hindi bahagi ng biomolecules.

Ang mga molekulang naglalaman ng carbon na ito ay hindi matatagpuan sa mga biological system ay matatagpuan sa crust ng lupa, sa mga lawa, dagat at karagatan, at sa kapaligiran. Ang paggalaw ng mga elementong ito sa kalikasan ay inilarawan sa kung ano ang kilala bilang mga biogeochemical cycle.

Naisip na ang mga simpleng organikong molekulang ito na natagpuan sa kalikasan ay yaong nagbigay ng pagtaas sa pinaka kumplikadong biomolecules na bahagi ng pangunahing istruktura para sa buhay: ang cell. Ito ang kilala bilang teorya ng abiotic synthesis.

Pag-uuri at pag-andar ng biomolecules

Ang mga biomolecule ay magkakaiba sa laki at istraktura, na nagbibigay sa kanila ng mga natatanging katangian para sa pagganap ng iba't ibang mga pag-andar na kinakailangan para sa buhay. Kaya, ang mga biomolecules ay kumikilos bilang imbakan ng impormasyon, mapagkukunan ng enerhiya, suporta, cellular metabolism, bukod sa iba pa.

Ang mga biomolecules ay maaaring maiuri sa dalawang malalaking pangkat, batay sa pagkakaroon o kawalan ng mga carbon atoms.

Mga tulagay na biomolecules

Lahat sila ng mga molekula na naroroon sa mga nabubuhay na nilalang at hindi naglalaman ng carbon sa kanilang molekular na istraktura. Ang mga di-organikong molekula ay maaari ding matagpuan sa iba pang (hindi nabubuhay) na mga sistema sa kalikasan.

Ang mga uri ng mga tulagay na biomolecules ay ang mga sumusunod:

Tubig

Ito ang pangunahing at pangunahing sangkap ng mga nabubuhay na nilalang, ito ay isang molekula na nabuo ng isang atom na oxygen na naka-link sa dalawang mga atom ng hydrogen. Ang tubig ay mahalaga para sa pagkakaroon ng buhay at ang pinaka-karaniwang biomolecule.

Sa pagitan ng 50 at 95% ng bigat ng anumang buhay na nilalang ay tubig, dahil kinakailangan upang magsagawa ng maraming mahahalagang pag-andar, tulad ng thermal regulation at ang transportasyon ng mga sangkap.

Mga asing-gamot sa mineral

Ang mga ito ay mga simpleng molekula na binubuo ng mga walang tigil na sisingilin na mga atom na lubos na naghihiwalay sa tubig. Halimbawa: sodium chloride, na binubuo ng isang klorin na atom (negatibong sisingilin) ​​at isang sodium atom (positibong sisingilin).

Ang mga asing-gamot sa mineral ay nakikilahok sa pagbuo ng mga mahigpit na istruktura, tulad ng mga buto ng vertebrates o exoskeleton ng mga invertebrates. Ang mga hindi tulagay na biomolecules ay kinakailangan din upang maisagawa ang maraming mahahalagang pag-andar ng cellular.

Mga gas

Ang mga ito ay mga molekula na nasa anyo ng gas. Mahalaga ang mga ito para sa paghinga ng mga hayop at fotosintesis sa mga halaman.

Ang mga halimbawa ng mga gas na ito ay: molekular na oxygen, na binubuo ng dalawang mga atomo ng oxygen na magkasama; at carbon dioxide, na binubuo ng isang carbon atom na nakagapos sa dalawang atomo ng oxygen. Ang parehong biomolecules ay nakikilahok sa palitan ng gas na isinasagawa ng mga nabubuhay na nilalang kasama ang kanilang kapaligiran.

Mga organikong biomolecules

Ang mga organikong biomolecules ay ang mga molekula na naglalaman ng mga carbon atoms sa kanilang istraktura. Ang mga organikong molekula ay maaari ding matagpuan na ipinamamahagi sa kalikasan bilang bahagi ng mga hindi nabubuhay na mga sistema, at sila ang bumubuo sa kung ano ang kilala bilang biomass.

Ang mga uri ng mga organikong biomolecules ay ang mga sumusunod:

Karbohidrat

Ang mga karbohidrat ay marahil ang pinaka-sagana at laganap na mga organikong sangkap sa likas na katangian, at ang mga ito ay mahahalagang sangkap ng lahat ng mga nabubuhay na bagay.

Ang mga karbohidrat ay ginawa ng mga berdeng halaman mula sa carbon dioxide at tubig sa panahon ng proseso ng fotosintesis.

Ang mga biomolecules na ito ay binubuo pangunahin ng mga carbon, hydrogen at oxygen atoms. Kilala rin sila bilang mga karbohidrat o saccharides, at gumagana sila bilang mga mapagkukunan ng enerhiya at bilang mga istrukturang sangkap ng mga organismo.

- Monosaccharides

Ang mga monosaccharides ay ang pinakasimpleng mga karbohidrat at madalas na tinatawag na mga simpleng asukal. Ang mga ito ang mga elemental na mga bloke ng gusali kung saan nabuo ang lahat ng pinakamalaking karbohidrat.

Ang Monosaccharides ay may pangkalahatang molekular na formula (CH2O) n, kung saan ang n ay maaaring maging 3, 5 o 6. Sa gayon, ang mga monosakarida ay maaaring maiuri ayon sa bilang ng mga carbon atoms na naroroon sa molekula.

Kung n = 3, ang molekula ay isang pagsubok. Halimbawa: glyceraldehyde.

Kung n = 5, ang molekula ay isang pentose. Halimbawa: ribose at deoxyribose.

Kung n = 6, ang molekula ay isang hexose. Halimbawa: fructose, glucose, at galactose.

Ang mga pentoses at hexoses ay maaaring umiiral sa dalawang anyo: siklik at di-cyclic. Sa di-paikot na anyo, ang mga istrukturang molekular nito ay nagpapakita ng dalawang functional na grupo: isang pangkat ng aldehyde o isang pangkat ng ketone.

Ang mga monosaccharides na naglalaman ng pangkat ng aldehyde ay tinatawag na aldoses, at ang mga may pangkat na ketone ay tinatawag na ketose. Nagbabawas ng mga asukal ang mga Aldoses, habang ang mga ketoses ay hindi nakakabawas ng asukal.

Gayunpaman, sa mga pentoses ng tubig at hexoses ay umiiral nang una sa cyclic form, at ito ay sa form na ito na pinagsama nila upang makabuo ng mas malaking mga molekulang saccharide.

- Disaccharides

Karamihan sa mga asukal na matatagpuan sa likas na katangian ay mga disaccharides. Ang mga ito ay nabuo sa pamamagitan ng pagbuo ng isang glycosidic bond sa pagitan ng dalawang monosaccharides, sa pamamagitan ng isang reaksyon ng paghalay na nagpapalaya sa tubig. Ang proseso ng pagbubuo ng bono na ito ay nangangailangan ng enerhiya upang hawakan ang dalawang yunit ng monosaccharide.

Ang tatlong pinakamahalagang disaccharides ay sucrose, lactose, at maltose. Ang mga ito ay nabuo mula sa paghalay ng naaangkop na monosaccharides. Ang Sucrose ay isang hindi pagbabawas ng asukal, habang ang lactose at maltose ay binabawasan ang mga asukal.

Ang mga disaccharides ay natutunaw sa tubig, ngunit ang mga biomolecules na napakalaki upang ma-cross ang lamad ng cell sa pamamagitan ng pagsasabog. Para sa kadahilanang ito, sila ay nasira sa maliit na bituka sa panahon ng panunaw upang ang kanilang mga mahahalagang sangkap (ie monosaccharides) ay pumasa sa dugo at iba pang mga cell.

Ang mga monosaccharides ay ginagamit nang napakabilis ng mga cell. Gayunpaman, kung ang isang cell ay hindi nangangailangan ng enerhiya maaari itong maiimbak kaagad ito sa anyo ng mas kumplikadong mga polimer. Sa gayon, ang mga monosaccharides ay nai-convert sa mga disaccharides sa pamamagitan ng mga reaksyon ng paghalay na nangyayari sa cell.

- Oligosaccharides

Ang Oligosaccharides ay mga intermediate na molekula na binubuo ng tatlo hanggang siyam na simpleng yunit ng asukal (monosaccharides). Ang mga ito ay nabuo sa pamamagitan ng bahagyang pagpabagsak ng mas kumplikadong mga karbohidrat (polysaccharides).

Karamihan sa mga natural na nagaganap na oligosaccharides ay matatagpuan sa mga halaman at, maliban sa maltotriose, ay hindi matutuklasan ng mga tao dahil ang katawan ng tao ay kulang sa kinakailangang mga enzymes sa maliit na bituka upang masira ito.

Sa malaking bituka, ang mga kapaki-pakinabang na bakterya ay maaaring masira ang oligosaccharides sa pamamagitan ng pagbuburo; sa gayon ito ay nababago sa mga nakukuha na sustansya na nagbibigay ng kaunting enerhiya. Ang ilang mga produkto ng pagkasira ng oligosaccharides ay maaaring magkaroon ng isang kapaki-pakinabang na epekto sa lining ng malaking bituka.

Ang mga halimbawa ng oligosaccharides ay kinabibilangan ng raffinose, isang trisaccharide mula sa mga legume, at ilang mga cereal na binubuo ng glucose, fructose, at galactose. Ang Maltotriose, isang glucose trisaccharide, ay nangyayari sa ilang mga halaman at sa dugo ng ilang mga arthropod.

- Polysaccharides

Ang Monosaccharides ay maaaring sumailalim sa isang serye ng mga reaksyon ng paghalay, pagdaragdag ng isang yunit pagkatapos ng isa pa sa kadena hanggang sa napakaraming mga molekula. Ito ang mga polysaccharides.

Ang mga katangian ng polysaccharides ay nakasalalay sa ilang mga kadahilanan ng kanilang istraktura ng molekular: haba, mga lateral branch, folds at kung ang chain ay "tuwid" o "coiled". Mayroong ilang mga halimbawa ng polysaccharides sa kalikasan.

Ang almirol ay madalas na ginawa sa mga halaman bilang isang paraan upang mag-imbak ng enerhiya, at binubuo ito ng mga polymer ng α-glucose. Kung ang polymer ay branched ito ay tinatawag na amylopectin, at kung hindi branched ito ay tinatawag na amylose.

Ang Glycogen ay ang enerhiya na reserbang polysaccharide sa mga hayop at binubuo ng mga amylopectins. Kaya, ang almirol ng mga halaman ay nasira sa katawan upang makabuo ng glucose, na pumapasok sa cell at ginagamit sa metabolismo. Ang glucose na hindi ginagamit polymerize at bumubuo ng glycogen, ang tindahan ng enerhiya.

Lipid

Ang mga lipid ay isa pang uri ng mga organikong biomolecules na ang pangunahing katangian ay ang mga ito ay hydrophobic (tinataboy nila ang tubig) at, dahil dito, hindi sila matutunaw sa tubig. Depende sa kanilang istraktura, ang mga lipid ay maaaring maiuri sa 4 pangunahing mga grupo:

- Triglycerides

Ang mga triglyceride ay binubuo ng isang molekula ng gliserol na nakakabit sa tatlong chain ng mga fatty acid. Ang isang mataba acid ay isang linear molekula na naglalaman ng isang carboxylic acid sa isang dulo, na sinusundan ng isang hydrocarbon chain at isang grupo ng methyl sa kabilang dulo.

Depende sa kanilang istraktura, ang mga fatty acid ay maaaring maging saturated o hindi puspos. Kung ang chain ng hydrocarbon ay naglalaman lamang ng solong mga bono, ito ay isang puspos na fatty acid. Sa kabaligtaran, kung ang chain ng hydrocarbon na ito ay may isa o higit pang dobleng mga bono, ang hindi mataba ang fatty acid.

Sa loob ng kategoryang ito ay mga langis at taba. Ang dating ay ang reserbang enerhiya ng mga halaman, mayroon silang mga unsaturation at likido sa temperatura ng silid. Sa kaibahan, ang mga taba ay ang mga tindahan ng enerhiya ng mga hayop, sila ay puspos at solidong mga molekula sa temperatura ng silid.

Phospholipids

Ang mga Phospholipids ay katulad ng mga triglyceride na mayroon silang isang molekula ng gliserol na nakakabit sa dalawang mataba na acid. Ang pagkakaiba ay ang pospolipid ay may isang pangkat na pospeyt sa ikatlong carbon ng gliserol, sa halip na isa pang molekula ng fatty acid.

Napakahalaga ng mga lipid na ito dahil sa paraan upang makihalubilo nila ang tubig. Sa pamamagitan ng pagkakaroon ng isang pangkat na pospeyt sa isang dulo, ang molekula ay nagiging hydrophilic (nakakaakit ng tubig) sa rehiyon na iyon. Gayunpaman, ito ay pa rin hydrophobic sa natitirang bahagi ng molekula.

Dahil sa kanilang istraktura, ang pospolipid ay may posibilidad na ayusin ang kanilang mga sarili sa isang paraan na ang mga pangkat na pospeyt ay magagamit upang makipag-ugnay sa may tubig na daluyan, habang ang mga chain ng hydrophobic na inayos nila sa loob ay malayo sa tubig. Kaya, ang mga phospholipids ay bahagi ng lahat ng mga biological membranes.

- Steroid

Ang mga steroid ay binubuo ng apat na fused carbon singsing, kung saan nakalakip ang iba't ibang mga functional na grupo. Ang isa sa pinakamahalaga ay ang kolesterol, dahil ito ay mahalaga para sa mga nabubuhay na nilalang. Ito ang pangunahan ng ilang mahahalagang hormones tulad ng estrogen, testosterone, at cortisone, bukod sa iba pa.

- Mga Wax

Ang mga wax ay isang maliit na pangkat ng mga lipid na may proteksiyon na function. Ang mga ito ay matatagpuan sa mga dahon ng mga puno, sa mga balahibo ng mga ibon, sa mga tainga ng ilang mga mammal at sa mga lugar na kailangang ihiwalay o protektado mula sa panlabas na kapaligiran.

Mga acid acid

Ang mga nuklear acid ay ang pangunahing mga transportasyon na molekula ng genetic na impormasyon sa mga nabubuhay na nilalang. Ang pangunahing pagpapaandar nito ay upang idirekta ang proseso ng protina synthesis, na natutukoy ang mga minana na katangian ng bawat buhay na nilalang. Ang mga ito ay binubuo ng mga atomo ng carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen, at posporus.

Ang mga acid acid ay mga polimer na binubuo ng mga pag-uulit ng mga monomer, na tinatawag na mga nucleotide. Ang bawat nucleotide ay binubuo ng isang base na aromatic na naglalaman ng nitrogen na nakakabit sa isang asukal sa pentose (limang karbola), na naman ay nakakabit sa isang pangkat na pospeyt.

Ang dalawang pangunahing klase ng mga nucleic acid ay deoxyribonucleic acid (DNA) at ribonucleic acid (RNA). Ang DNA ay ang molekula na naglalaman ng lahat ng impormasyon ng isang species, na ang dahilan kung bakit ito naroroon sa lahat ng mga nilalang na buhay at sa karamihan ng mga virus.

Ang RNA ay ang genetic material ng ilang mga virus, ngunit natagpuan din ito sa lahat ng mga buhay na selula. Doon ay gumaganap ng mga mahahalagang pag-andar sa ilang mga proseso, tulad ng paggawa ng mga protina.

Ang bawat nucleic acid ay naglalaman ng apat sa limang posibleng mga base na naglalaman ng nitrogen: adenine (A), guanine (G), cytosine (C), thymine (T), at uracil (U). Ang DNA ay may mga batayang adenine, guanine, cytosine, at thymine, habang ang RNA ay may parehong mga batayan maliban sa thymine, na kung saan ay nahalili sa uracil sa RNA.

- Deoxyribonucleic acid (DNA)

Ang molekula ng DNA ay binubuo ng dalawang kadena ng mga nucleotide na sinamahan ng mga bono na tinatawag na mga bono ng phosphodiester. Ang bawat chain ay may istraktura na may helix. Ang dalawang helixes ay namamagitan upang magbigay ng isang dobleng helix. Ang mga base ay nasa loob ng helix at nasa labas ang mga pangkat na pospeyt.

Ang DNA ay binubuo ng isang asukal sa likod ng asukal na deoxyribose na asukal at ang apat na mga nitrogenous na batayan: adenine, guanine, cytosine, at thymine. Ang mga pares ng base ay nabuo sa dobleng stranded DNA: ang adenine ay laging nagbubuklod sa thymine (AT) at guanine sa cytosine (GC).

Ang dalawang helice ay gaganapin nang magkasama sa pamamagitan ng pagpapares ng mga nucleotide base sa pamamagitan ng hydrogen bonding. Ang istraktura ay kung minsan ay inilarawan bilang isang hagdan kung saan ang mga kadena ng asukal at pospeyt ay ang mga panig at ang mga bono ng base-base ay ang mga rungs.

Ang istraktura na ito, kasama ang katatagan ng kemikal ng molekula, ay ginagawang DNA ang mainam na materyal para sa pagpapadala ng impormasyon sa genetic. Kapag nahahati ang isang cell, kinokopya ang DNA at ipinapasa mula sa isang henerasyon ng mga cell hanggang sa susunod na henerasyon.

- Ribonucleic acid (RNA)

Ang RNA ay isang nucleic acid polimer na ang istraktura ay binubuo ng isang solong chain ng nucleotide: adenine, cytosine, guanine, at uracil. Tulad ng sa DNA, ang cytosine ay laging nagbubuklod sa guanine (CG) ngunit ang adenine ay nagbubuklod sa uracil (AU).

Ito ang unang tagapamagitan sa paglipat ng impormasyon sa genetic sa mga cell. Mahalaga ang RNA para sa synthesis ng protina, yamang ang impormasyong nilalaman sa genetic code ay karaniwang ipinadala mula sa DNA hanggang RNA, at mula sa mga protina.

Ang ilang mga RNA ay mayroon ding direktang pag-andar sa cell metabolismo. Ang RNA ay nakuha sa pamamagitan ng pagkopya ng base na pagkakasunud-sunod ng isang segment ng DNA na tinatawag na isang gene, sa isang bahagi ng single-stranded nucleic acid. Ang prosesong ito, na tinatawag na transkripsyon, ay na-catalyzed ng isang enzyme na tinatawag na RNA polymerase.

Mayroong maraming iba't ibang mga uri ng RNA, pangunahin ang mayroong 3. Ang una ay ang messenger RNA, na kung saan ay ang isa na kinopya nang direkta mula sa DNA sa pamamagitan ng transkrip. Ang pangalawang uri ay ang paglipat ng RNA, na kung saan ay isa na naglilipat ng tamang amino acid para sa synt synthesis.

Sa wakas, ang iba pang klase ng RNA ay ribosomal RNA na, kasama ang ilang mga protina, ay bumubuo ng ribosom, mga cellular organelles na responsable para sa synthesizing ang lahat ng mga protina sa cell.

Protina

Ang mga protina ay malaki, kumplikadong mga molekula na gumaganap ng maraming mahahalagang pag-andar at ginagawa ang karamihan sa mga gawain sa mga cell. Kinakailangan ang mga ito para sa istraktura, pag-andar at regulasyon ng mga nabubuhay na nilalang. Ang mga ito ay binubuo ng carbon, hydrogen, oxygen, at nitrogen atoms.

Ang mga protina ay binubuo ng mga mas maliit na yunit na tinatawag na amino acid, na pinagsama ng mga bono ng peptide at bumubuo ng mahabang chain. Ang mga amino acid ay maliit na organikong molekula na may partikular na mga katangian ng physicochemical, mayroong 20 iba't ibang uri.

Ang pagkakasunud-sunod ng amino acid ay tumutukoy sa natatanging three-dimensional na istraktura ng bawat protina at ang tiyak na paggana nito. Sa katunayan, ang mga pag-andar ng mga indibidwal na protina ay iba-iba bilang kanilang natatanging mga pagkakasunud-sunod ng amino acid, na tinutukoy ang mga pakikipag-ugnay na bumubuo ng kumplikadong mga istrukturang three-dimensional.

Iba't ibang mga pag-andar

Ang mga protina ay maaaring mga sangkap na istruktura at kilusan para sa cell, tulad ng actin. Ang iba ay gumagana sa pamamagitan ng pagpabilis ng mga reaksyon ng biochemical sa loob ng cell, tulad ng DNA polymerase, na siyang enzyme na synthesize ang DNA.

Mayroong iba pang mga protina na ang pagpapaandar ay upang ihatid ang isang mahalagang mensahe sa katawan. Halimbawa, ang ilang mga uri ng mga hormone tulad ng paglago ng mga hormone ay nagpapadala ng mga senyas upang magkoordina sa mga biological na proseso sa pagitan ng iba't ibang mga selula, tisyu, at organo.

Ang ilang mga protina ay nagbubuklod nang sama-sama at nagdadala ng mga atomo (o maliit na molekula) sa loob ng mga cell; ganito ang kaso ng ferritin, na may pananagutan sa pag-iimbak ng bakal sa ilang mga organismo. Ang isa pang pangkat ng mga mahahalagang protina ay ang mga antibodies, na kabilang sa immune system at responsable para sa pag-alis ng mga lason at pathogens.

Kaya, ang mga protina ay ang mga produkto ng pagtatapos ng proseso ng pag-decode ng impormasyong genetic na nagsisimula sa cellular DNA. Ang hindi kapani-paniwalang iba't ibang mga pag-andar ay nagmula sa nakakagulat na simpleng code na may kakayahang tukuyin ang isang napakalaking magkakaibang hanay ng mga istraktura.

Mga Sanggunian

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Molekular na Biology ng Cell (Ika-6 na ed.). Garland Science.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biochemistry (ika-8 ed.). WH Freeman at Company.
3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biology (Ika-2 ed.) Edukasyon sa Pearson.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Molekular na Cell Biology (ika-8 ed.). WH Freeman at Company.
5. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biology (ika-7 ed.) Cengage Learning.
6. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Mga Batayan ng Biochemistry: Buhay sa Molecular Level (5th ed.). Wiley.