CÁC PHÂN TỬ SINH HỌC HỮU CƠ: ĐẶC ĐIỂM, CHỨC NĂNG VÀ VÍ DỤ - SINH HỌC - 2026

Các phân tử sinh học hữu cơ được tìm thấy trong mọi sinh vật và được đặc trưng bởi cấu trúc dựa trên nguyên tử cacbon. Nếu chúng ta so sánh chúng với các phân tử vô cơ, các phân tử hữu cơ phức tạp hơn nhiều về cấu trúc của chúng. Ngoài ra, chúng còn đa dạng hơn nhiều.

Chúng được phân loại thành protein, carbohydrate, lipid và axit nucleic. Chức năng của nó rất đa dạng. Protein tham gia với tư cách là yếu tố cấu trúc, chức năng và xúc tác. Carbohydrate cũng có chức năng cấu trúc và là nguồn năng lượng chính cho các sinh vật hữu cơ.

Nguồn: pixabay.com

Lipid là thành phần quan trọng của màng sinh học và các chất khác, chẳng hạn như hormone. Chúng cũng hoạt động như các yếu tố lưu trữ năng lượng. Cuối cùng, các axit nucleic - DNA và RNA - chứa tất cả các thông tin cần thiết cho sự phát triển và duy trì của chúng sinh.

Đặc điểm chung

Một trong những đặc điểm có liên quan nhất của các phân tử sinh học hữu cơ là tính linh hoạt của chúng khi tạo thành cấu trúc. Sự đa dạng khổng lồ của các biến thể hữu cơ có thể tồn tại là do tình huống đặc biệt mà nguyên tử cacbon đóng góp, vào giữa thời kỳ thứ hai.

Nguyên tử cacbon có 4 electron ở mức năng lượng cuối cùng. Nhờ độ âm điện trung bình, nó có khả năng tạo liên kết với các nguyên tử cacbon khác, tạo thành các chuỗi có hình dạng và độ dài khác nhau, mở hoặc đóng, với các liên kết đơn, đôi hoặc ba bên trong.

Tương tự như vậy, độ âm điện trung bình của nguyên tử cacbon cho phép nó tạo liên kết với các nguyên tử khác với cacbon, chẳng hạn như điện dương (hydro) hoặc âm điện (oxy, nitơ, lưu huỳnh, trong số những nguyên tử khác).

Tính chất này của liên kết cho phép thiết lập sự phân loại cho các nguyên tử ở nguyên tố chính, thứ cấp, bậc ba hoặc bậc bốn, tùy thuộc vào số lượng cacbon mà nó được liên kết. Hệ thống phân loại này không phụ thuộc vào số lượng các hóa trị tham gia vào liên kết.

Phân loại và chức năng

Các phân tử hữu cơ được phân thành bốn nhóm lớn: protein, carbohydrate, lipid và axit nucleic. Chúng tôi sẽ mô tả chi tiết chúng dưới đây:

-Protein

Protein là nhóm các phân tử hữu cơ được các nhà sinh học xác định và đặc trưng tốt nhất. Kiến thức sâu rộng này chủ yếu là do sự dễ dàng bên trong tồn tại để cô lập và đặc trưng - so với phần còn lại của ba phân tử hữu cơ.

Protein đóng một số vai trò sinh học cực kỳ rộng rãi. Chúng có thể đóng vai trò là chất mang, cấu trúc và thậm chí là các phân tử xúc tác. Nhóm cuối cùng này được tạo thành từ các enzym.

Khối xây dựng: axit amin

Các khối cấu tạo của protein là các axit amin. Trong tự nhiên, chúng ta tìm thấy 20 loại axit amin, mỗi loại đều có những đặc tính lý hóa được xác định rõ ràng.

Các phân tử này được phân loại là axit alpha-amino, vì chúng có nhóm amino chính và nhóm axit cacboxylic là nhóm thế trên cùng một nguyên tử cacbon. Ngoại lệ duy nhất của quy tắc này là axit amin proline, được phân loại là axit alpha-imino do sự hiện diện của nhóm amin thứ cấp.

Để tạo thành protein, những “khối xây dựng” này phải trùng hợp và chúng làm như vậy bằng cách hình thành liên kết peptit. Sự hình thành chuỗi protein liên quan đến việc loại bỏ một phân tử nước cho mỗi liên kết peptit. Liên kết này được biểu diễn dưới dạng CO-NH.

Ngoài việc là một phần của protein, một số axit amin được coi là chất chuyển hóa năng lượng và nhiều trong số chúng là các nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu.

Tính chất của axit amin

Mỗi axit amin có khối lượng và diện tích trung bình của nó trong protein. Ngoài ra, mỗi loại có một giá trị pK của axit alpha-cacboxylic, alpha-amino và nhóm phụ.

Giá trị pK của các nhóm axit cacboxylic là khoảng 2,2; trong khi các nhóm alpha-amino có giá trị pK gần bằng 9,4. Đặc điểm này dẫn đến đặc điểm cấu trúc điển hình của axit amin: ở pH sinh lý cả hai nhóm đều ở dạng ion.

Khi một phân tử mang các nhóm tích điện trái dấu phân cực, chúng được gọi là zwitterions hoặc zwitterions. Do đó, một axit amin có thể hoạt động như một axit hoặc như một bazơ.

Hầu hết các axit amin alpha có nhiệt độ nóng chảy gần 300 ° C. Chúng hòa tan dễ dàng hơn trong môi trường phân cực, so với khả năng hòa tan trong dung môi không phân cực. Hầu hết là khá hòa tan trong nước.

Cấu trúc của protein

Để xác định chức năng của một protein cụ thể, cần phải xác định cấu trúc của nó, nghĩa là, mối quan hệ ba chiều tồn tại giữa các nguyên tử tạo nên protein được đề cập. Đối với protein, bốn cấp độ tổ chức cấu trúc của chúng đã được xác định:

Cấu trúc chính : đề cập đến trình tự axit amin tạo nên protein, không bao gồm bất kỳ cấu trúc nào mà chuỗi bên của nó có thể thực hiện.

Cấu trúc thứ cấp : nó được hình thành do sự sắp xếp không gian cục bộ của các nguyên tử bộ xương. Một lần nữa, cấu trúc của các chuỗi bên không được tính đến.

Cấu trúc bậc ba : đề cập đến cấu trúc ba chiều của toàn bộ protein. Mặc dù có thể khó thiết lập sự phân chia rõ ràng giữa cấu trúc bậc ba và cấu trúc thứ cấp, các cấu trúc đã xác định (chẳng hạn như sự hiện diện của các đường xoắn, các tấm gấp và xoắn) được sử dụng để chỉ định riêng các cấu trúc thứ cấp.

Cấu trúc bậc bốn : áp dụng cho những protein được tạo thành từ một số tiểu đơn vị. Đó là, bởi hai hoặc nhiều chuỗi polypeptit riêng lẻ. Các đơn vị này có thể tương tác thông qua lực cộng hóa trị hoặc thông qua liên kết disulfua. Sự sắp xếp không gian của các tiểu đơn vị quyết định cấu trúc bậc bốn.

-Cacbohydrat

Carbohydrate, carbohydrate hoặc saccharide (từ gốc Hy Lạp sakcharón, có nghĩa là đường) là loại phân tử hữu cơ phong phú nhất trên toàn bộ hành tinh trái đất.

Cấu trúc của chúng có thể được suy ra từ tên gọi của chúng là "cacbohydrat", vì chúng là những phân tử có công thức (CH ₂ O) _n , trong đó n lớn hơn 3.

Các chức năng của carbohydrate rất đa dạng. Một trong những cái chính thuộc loại cấu trúc, đặc biệt là ở thực vật. Trong giới thực vật, xenlulo là vật liệu cấu tạo chính, chiếm 80% trọng lượng khô của cơ thể.

Một chức năng liên quan khác là vai trò năng lượng của nó. Polysaccharide, như tinh bột và glycogen, đại diện cho các nguồn dự trữ dinh dưỡng quan trọng.

Phân loại

Các đơn vị cơ bản của carbohydrate là monosaccharide hoặc đường đơn. Chúng có nguồn gốc từ aldehyde hoặc xeton mạch thẳng và rượu polyhydric.

Chúng được phân loại theo bản chất hóa học của nhóm cacbonyl của chúng thành aldoses và ketoses. Chúng cũng được phân loại dựa trên số lượng nguyên tử cacbon.

Các monosaccharid nhóm lại với nhau để tạo thành oligosaccharid, thường được tìm thấy trong mối liên kết với các loại phân tử hữu cơ khác như protein và lipid. Chúng được phân loại là homopolysaccharid hoặc dị polysaccharid, tùy thuộc vào việc chúng được cấu tạo từ các monosaccharid giống nhau (trường hợp đầu tiên) hay khác nhau.

Ngoài ra, chúng cũng được phân loại theo bản chất của monosaccharide tạo nên chúng. Các polyme glucoza được gọi là glucan, những polyme được tạo ra từ galactoza được gọi là galactan, v.v.

Polysaccharide có đặc điểm đặc biệt là tạo thành chuỗi thẳng và nhánh, vì các liên kết glycosidic có thể được hình thành với bất kỳ nhóm hydroxyl nào được tìm thấy trong monosaccharide.

Khi một số lượng lớn hơn các đơn vị monosaccharide được liên kết, chúng ta nói đến polysaccharide.

-Lipids

Lipid (từ tiếng Hy Lạp lipos, nghĩa là chất béo) là các phân tử hữu cơ không hòa tan trong nước và hòa tan trong các dung môi vô cơ, chẳng hạn như chloroform. Những chất này tạo nên chất béo, dầu, vitamin, hormone và màng sinh học.

Phân loại

Axit béo : chúng là axit cacboxylic có chuỗi được tạo thành bởi các hydrocacbon có chiều dài đáng kể. Về mặt sinh lý, hiếm khi tìm thấy chúng tự do, vì trong hầu hết các trường hợp, chúng đã được ester hóa.

Ở động vật và thực vật, chúng ta thường tìm thấy chúng ở dạng không bão hòa (hình thành liên kết đôi giữa các nguyên tử cacbon) và không bão hòa đa (có hai hoặc nhiều liên kết đôi).

Triacylglycerols : còn được gọi là chất béo trung tính hoặc chất béo trung tính, chúng tạo nên phần lớn chất béo và dầu có trong động vật và thực vật. Chức năng chính của nó là dự trữ năng lượng ở động vật. Chúng có các ô chuyên biệt để lưu trữ.

Chúng được phân loại theo danh tính và vị trí của dư lượng axit béo. Nói chung, dầu thực vật là chất lỏng ở nhiệt độ phòng và có nhiều dư lượng axit béo hơn với các liên kết đôi và ba giữa các nguyên tử cacbon của chúng.

Ngược lại, mỡ động vật ở trạng thái rắn ở nhiệt độ phòng và số lượng nguyên tử cacbon không bão hòa thấp.

Glycerophospholipid : còn được gọi là phosphoglycerid, chúng là thành phần chính của màng lipid.

Glycerophospholipid có "đuôi" với các đặc điểm cực hoặc kỵ nước, và "đầu" phân cực hoặc ưa nước. Các cấu trúc này được nhóm lại thành một lớp kép, với các đuôi hướng vào trong, để tạo thành các màng. Trong đó, một loạt các protein được nhúng vào.

Sphingolipid : chúng là những lipid được tìm thấy với số lượng rất thấp. Chúng cũng là một phần của màng và có nguồn gốc từ sphingosine, dihydrosphingosine và các chất tương đồng của chúng.

Cholesterol : ở động vật, nó là thành phần chủ yếu của màng, có tác dụng điều chỉnh các đặc tính của chúng, chẳng hạn như tính lưu động của chúng. Nó cũng nằm trong màng của các bào quan tế bào. Nó là một tiền chất quan trọng của hormone steroid, liên quan đến sự phát triển tình dục.

-Các axit nucleic

Axit nucleic là DNA và các loại RNA khác nhau tồn tại. DNA chịu trách nhiệm lưu trữ tất cả thông tin di truyền, cho phép phát triển, tăng trưởng và duy trì các sinh vật sống.

Về phần mình, RNA tham gia vào quá trình truyền thông tin di truyền được mã hóa trong DNA đến các phân tử protein. Theo cổ điển, ba loại RNA được phân biệt: chất truyền tin, chất chuyển và ribosome. Tuy nhiên, có một số RNA nhỏ có chức năng điều hòa.

Khối xây dựng: nucleotide

Các khối cấu tạo của axit nucleic, DNA và RNA, là các nucleotide. Về mặt hóa học, chúng là các este photphat của pentoza, trong đó một bazơ nitơ được gắn vào cacbon đầu tiên. Chúng ta có thể phân biệt giữa ribonucleotide và deoxyribonucleotide.

Những phân tử này là phẳng, thơm và dị vòng. Khi không có nhóm phosphate, nucleotide được đổi tên thành nucleoside.

Ngoài vai trò là đơn phân trong axit nucleic, những phân tử này còn phổ biến về mặt sinh học và tham gia vào một số quá trình đáng kể.

Nucleoside triphosphat là sản phẩm giàu năng lượng, giống như ATP và được sử dụng làm đơn vị tiền tệ năng lượng của các phản ứng tế bào. Chúng là thành phần quan trọng của các coenzyme NAD ⁺ , NADP ⁺ , FMN, FAD và coenzyme A. Cuối cùng, chúng là các yếu tố điều hòa các con đường trao đổi chất khác nhau.

Ví dụ

Có vô số ví dụ về phân tử hữu cơ. Những điểm nổi bật nhất và được nghiên cứu bởi các nhà hóa sinh sẽ được thảo luận dưới đây:

Huyết sắc tố

Hemoglobin, sắc tố đỏ trong máu, là một trong những ví dụ điển hình về protein. Nhờ khả năng khuếch tán rộng và dễ phân lập, nó đã là một loại protein được nghiên cứu từ thời cổ đại.

Nó là một loại protein được tạo thành từ bốn đơn vị con, đó là lý do tại sao nó thuộc phân loại tetrameric, với hai đơn vị alpha và hai đơn vị beta. Tiểu đơn vị Hemoglobin liên quan đến một protein nhỏ chịu trách nhiệm hấp thụ oxy trong cơ: myoglobin.

Nhóm heme là một dẫn xuất của porphyrin. Điều này đặc trưng cho hemoglobin và là nhóm tương tự được tìm thấy trong các tế bào sắc tố. Nhóm heme chịu trách nhiệm về màu đỏ đặc trưng của máu và là vùng vật lý nơi mỗi đơn phân globin liên kết với oxy.

Chức năng chính của protein này là vận chuyển oxy từ cơ quan chịu trách nhiệm trao đổi khí - gọi là phổi, mang hoặc da - đến các mao mạch, để được sử dụng trong quá trình hô hấp.

Xenlulo

Xenlulo là một polyme mạch thẳng được tạo thành từ các tiểu đơn vị D-glucose, được liên kết bằng các liên kết loại beta 1,4. Giống như hầu hết các polysaccharide, chúng không có kích thước tối đa giới hạn. Tuy nhiên, trung bình chúng có khoảng 15.000 dư lượng glucose.

Nó là thành phần của thành tế bào thực vật. Nhờ có cellulose, chúng cứng và cho phép chịu được ứng suất thẩm thấu. Tương tự, ở những thực vật lớn hơn, chẳng hạn như cây cối, cellulose cung cấp sự hỗ trợ và ổn định.

Mặc dù chủ yếu liên quan đến rau, một số loài động vật được gọi là tunicat có cellulose trong cấu trúc của chúng.

Người ta ước tính rằng trung bình có 10 ¹⁵ kg xenlulo được tổng hợp - và phân huỷ - mỗi năm.

Màng sinh học

Màng sinh học được cấu tạo chủ yếu bởi hai phân tử sinh học là lipid và protein. Cấu trúc không gian của lipid có dạng một lớp kép, với các đuôi kỵ nước hướng vào trong và các đầu ưa nước hướng ra ngoài.

Màng là một thực thể động và các thành phần của nó trải qua các chuyển động thường xuyên.

Người giới thiệu

1. Aracil, CB, Rodríguez, MP, Magraner, JP, & Pérez, RS (2011). Các nguyên tắc cơ bản của hóa sinh. Đại học Valencia.
2. Battaner Arias, E. (2014). Tổng hợp nghiên cứu. Phiên bản Đại học Salamanca.
3. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Hóa sinh. Tôi đã đảo ngược.
4. Devlin, TM (2004). Hóa sinh: sách giáo khoa với các ứng dụng lâm sàng. Tôi đã đảo ngược.
5. Díaz, AP, & Pena, A. (1988). Hóa sinh. Biên tập Limusa.
6. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1994). Hóa sinh con người: khóa học cơ bản. Tôi đã đảo ngược.
7. Müller - Esterl, W. (2008). Hóa sinh. Cơ bản về y học và khoa học đời sống. Tôi đã đảo ngược.
8. Teijón, JM (2006). Các nguyên tắc cơ bản của hóa sinh cấu trúc. Biên tập Tébar.