ĐẠI PHÂN TỬ: ĐẶC ĐIỂM, LOẠI, CHỨC NĂNG VÀ VÍ DỤ - SINH HỌC - 2025

Các đại phân tử là những phân tử lớn - thường trên 1.000 nguyên tử - được hình thành bởi sự liên kết của các este đơn phân hoặc các khối nhỏ hơn. Trong cơ thể sống, chúng ta tìm thấy bốn loại đại phân tử chính: axit nucleic, lipid, carbohydrate và protein. Ngoài ra còn có những loại khác có nguồn gốc tổng hợp, chẳng hạn như nhựa.

Mỗi loại đại phân tử sinh học được cấu tạo bởi một đơn phân cụ thể, đó là: axit nucleic bằng nucleotit, cacbon hydrat bằng monosaccarit, protein bằng axit amin và lipid bằng hydrocacbon có độ dài thay đổi.

Nguồn: pixabay.com

Về chức năng của chúng, carbohydrate và lipid dự trữ năng lượng cho tế bào để thực hiện các phản ứng hóa học, và chúng cũng được sử dụng làm thành phần cấu trúc.

Protein cũng có chức năng cấu trúc, ngoài chức năng là phân tử có khả năng xúc tác và vận chuyển. Cuối cùng, axit nucleic lưu trữ thông tin di truyền và tham gia vào quá trình tổng hợp protein.

Các đại phân tử tổng hợp tuân theo cấu trúc giống như cấu trúc sinh học: nhiều đơn phân liên kết với nhau để tạo thành polyme. Ví dụ về điều này là polyethylene và nylon. Polyme tổng hợp được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp để sản xuất vải, chất dẻo, vật liệu cách nhiệt, v.v.

nét đặc trưng

Kích thước

Như tên của nó, một trong những đặc điểm phân biệt của các đại phân tử là kích thước lớn của chúng. Chúng được tạo thành từ ít nhất 1.000 nguyên tử, liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị. Trong loại liên kết này, các nguyên tử tham gia vào liên kết chia sẻ các electron của mức cuối cùng.

Tổ chức

Một thuật ngữ khác được sử dụng để chỉ các đại phân tử là polyme ("nhiều phần"), được tạo thành từ các đơn vị lặp lại được gọi là monome ("một phần"). Đây là những đơn vị cấu trúc của các đại phân tử và có thể giống hoặc khác nhau, tùy trường hợp.

Chúng ta có thể sử dụng sự tương tự của trò chơi Lego dành cho trẻ em. Mỗi mảnh đại diện cho các monome, và khi chúng ta nối chúng để tạo thành các cấu trúc khác nhau, chúng ta thu được polyme.

Nếu các monome giống nhau thì polyme đó là homopolyme; và nếu chúng khác nhau thì nó sẽ là một chất dị trùng hợp.

Ngoài ra còn có một danh pháp để chỉ định polyme tùy thuộc vào độ dài của nó. Nếu phân tử được tạo thành từ một vài đơn vị con thì nó được gọi là oligomer. Ví dụ, khi chúng ta muốn đề cập đến một axit nucleic nhỏ, chúng ta gọi nó là oligonucleotide.

Kết cấu

Với sự đa dạng đáng kinh ngạc của các đại phân tử, rất khó để thiết lập một cấu trúc chung. "Bộ xương" của các phân tử này được hình thành bởi các đơn phân tương ứng của chúng (đường, axit amin, nucleotit, v.v.), và chúng có thể được nhóm lại theo cách tuyến tính, phân nhánh hoặc có các dạng phức tạp hơn.

Như chúng ta sẽ thấy ở phần sau, các đại phân tử có thể có nguồn gốc sinh học hoặc tổng hợp. Loại trước có vô số chức năng trong cơ thể sống, và loại sau được xã hội sử dụng rộng rãi - ví dụ như nhựa.

Các đại phân tử sinh học: chức năng, cấu trúc và ví dụ

Trong các sinh vật hữu cơ, chúng ta tìm thấy bốn loại đại phân tử cơ bản, thực hiện vô số chức năng, cho phép phát triển và duy trì sự sống. Đây là protein, carbohydrate, lipid và axit nucleic. Chúng tôi sẽ mô tả các đặc điểm phù hợp nhất của nó dưới đây.

Chất đạm

Protein là đại phân tử có đơn vị cấu trúc là axit amin. Trong tự nhiên, chúng ta tìm thấy 20 loại axit amin.

Kết cấu

Các monome này bao gồm một nguyên tử cacbon trung tâm (được gọi là cacbon alpha) được liên kết cộng hóa trị với bốn nhóm khác nhau: nguyên tử hydro, nhóm amino (NH ₂ ), nhóm cacboxyl (COOH) và nhóm R.

20 loại axit amin chỉ khác nhau ở điểm nhận dạng của nhóm R. Nhóm này khác nhau về bản chất hóa học, có thể tìm thấy các axit amin cơ bản, axit, trung tính, với chuỗi dài, ngắn và thơm, trong số những loại khác.

Các gốc axit amin được liên kết với nhau bằng liên kết peptit. Bản chất của các axit amin sẽ quyết định bản chất và đặc điểm của protein tạo thành.

Trình tự axit amin tuyến tính đại diện cho cấu trúc chính của protein. Sau đó, chúng được gấp lại và nhóm lại theo các mẫu khác nhau, tạo thành cấu trúc bậc hai, bậc ba và bậc bốn.

Chức năng

Protein phục vụ các chức năng khác nhau. Một số đóng vai trò như chất xúc tác sinh học và được gọi là enzym; một số là protein cấu trúc, chẳng hạn như keratin có trong tóc, móng tay, v.v.; và những người khác thực hiện các chức năng vận chuyển, chẳng hạn như hemoglobin trong các tế bào hồng cầu của chúng ta.

Axit nucleic: DNA và RNA

Loại polyme thứ hai là một phần của sinh vật sống là axit nucleic. Trong trường hợp này, các đơn vị cấu trúc không phải là axit amin như trong protein, mà là các đơn phân được gọi là nucleotit.

Kết cấu

Nucleotide được tạo thành từ một nhóm phốt phát, một đường năm cacbon (thành phần trung tâm của phân tử) và một bazơ nitơ.

Có hai loại nucleotide: ribonucleotide và deoxyribonucleotide, chúng khác nhau về đường lõi. Đầu tiên là các thành phần cấu trúc của axit ribonucleic hoặc RNA, và thành phần sau là các thành phần của axit deoxyribonucleic hoặc DNA.

Trong cả hai phân tử, nucleotide được giữ với nhau bằng liên kết phosphodiester - tương đương với liên kết peptide giữ các protein lại với nhau.

Các thành phần cấu trúc của DNA và RNA là giống nhau và khác nhau về cấu trúc của chúng, vì RNA được tìm thấy ở dạng dải đơn và DNA ở dạng dải kép.

Chức năng

RNA và DNA là hai loại axit nucleic mà chúng ta tìm thấy trong cơ thể sống. RNA là một phân tử đa chức năng, động, xuất hiện trong các dạng cấu trúc khác nhau và tham gia vào quá trình tổng hợp protein và điều hòa sự biểu hiện gen.

DNA là đại phân tử chịu trách nhiệm lưu trữ tất cả thông tin di truyền của một sinh vật, cần thiết cho sự phát triển của nó. Tất cả các tế bào của chúng ta (ngoại trừ các tế bào hồng cầu trưởng thành) đều có vật chất di truyền được lưu trữ trong nhân của chúng, một cách rất nhỏ gọn và có tổ chức.

Carbohydrate

Carbohydrate, còn được gọi là carbohydrate hoặc đơn giản là đường, là các đại phân tử được tạo thành từ các khối xây dựng được gọi là monosaccharide (nghĩa đen là "đường").

Kết cấu

Công thức phân tử của cacbohydrat là (CH ₂ O) _n . Giá trị của n có thể thay đổi từ 3, đối với đường đơn giản nhất, đến hàng nghìn đối với cacbohydrat phức tạp nhất, khá thay đổi về độ dài.

Các monome này có khả năng trùng hợp với nhau thông qua phản ứng liên quan đến hai nhóm hydroxyl, dẫn đến hình thành liên kết cộng hóa trị gọi là liên kết glycosidic.

Liên kết này giữ các đơn phân carbohydrate lại với nhau giống như cách mà liên kết peptit và liên kết photphodiester giữ protein và axit nucleic tương ứng.

Tuy nhiên, liên kết peptit và phosphodiester xảy ra trong các khu vực cụ thể của các monome cấu thành của chúng, trong khi liên kết glycosidic có thể được hình thành với bất kỳ nhóm hydroxyl nào.

Như chúng ta đã đề cập trong phần trước, các đại phân tử nhỏ được chỉ định với tiền tố oligo. Trong trường hợp cacbohydrat nhỏ, thuật ngữ oligosaccharid được sử dụng, nếu chúng chỉ là hai monome liên kết thì nó là disaccharid, và nếu chúng lớn hơn, là polysaccharid.

Chức năng

Đường là đại phân tử cơ bản cho sự sống, vì chúng thực hiện các chức năng cấu trúc và năng lượng. Chúng cung cấp năng lượng hóa học cần thiết để thúc đẩy một số phản ứng đáng kể bên trong tế bào và được sử dụng làm "nhiên liệu" cho các sinh vật sống.

Các loại carbohydrate khác, chẳng hạn như glycogen, phục vụ cho việc dự trữ năng lượng, để tế bào có thể sử dụng nó khi cần thiết.

Chúng cũng có chức năng cấu trúc: chúng là một phần của các phân tử khác, chẳng hạn như axit nucleic, thành tế bào của một số sinh vật và bộ xương ngoài của côn trùng.

Ví dụ, ở thực vật và một số sinh vật nguyên sinh, chúng ta tìm thấy một loại carbohydrate phức tạp gọi là cellulose, chỉ được tạo thành từ các đơn vị glucose. Phân tử này vô cùng phong phú trên trái đất, vì nó có trong thành tế bào của những sinh vật này và trong các cấu trúc hỗ trợ khác.

Lipid

"Lipid" là một thuật ngữ được sử dụng để bao gồm một số lượng lớn các phân tử không phân cực hoặc kỵ nước (có ám ảnh hoặc lực đẩy nước) được tạo thành từ các chuỗi carbon. Không giống như ba phân tử được đề cập, protein, axit nucleic và carbohydrate, không có đơn phân nào cho lipid.

Kết cấu

Từ quan điểm cấu trúc, lipid có thể tự thể hiện theo nhiều cách. Vì chúng được tạo ra từ các hydrocacbon (CH), các liên kết không tích điện một phần, vì vậy chúng không hòa tan trong các dung môi phân cực như nước. Tuy nhiên, chúng có thể được hòa tan trong các loại dung môi không phân cực khác như benzen.

Một axit béo bao gồm các chuỗi hiđrocacbon đã đề cập và một nhóm cacboxyl (COOH) là một nhóm chức. Nói chung, một axit béo chứa từ 12 đến 20 nguyên tử cacbon.

Các chuỗi axit béo có thể là bão hòa, khi tất cả các nguyên tử liên kết với nhau bằng liên kết đơn, hoặc không bão hòa, khi có nhiều hơn một liên kết đôi trong cấu trúc. Nếu nó chứa nhiều liên kết đôi, nó là một axit không bão hòa đa.

Các loại lipid theo cấu trúc của chúng

Có ba loại lipid trong tế bào: steroid, chất béo và phospholipid. Steroid được đặc trưng bởi cấu trúc bốn vòng cồng kềnh. Cholesterol được biết đến nhiều nhất và là một thành phần quan trọng của màng, vì nó kiểm soát tính lưu động của chúng.

Chất béo được tạo thành từ ba axit béo liên kết thông qua một liên kết este với một phân tử gọi là glycerol.

Cuối cùng, phospholipid được tạo thành từ một phân tử glycerol gắn với một nhóm phosphate và hai chuỗi axit béo hoặc isoprenoids.

Chức năng

Giống như carbohydrate, lipid cũng hoạt động như một nguồn năng lượng cho tế bào và là thành phần của một số cấu trúc.

Lipid có một chức năng thiết yếu đối với tất cả các dạng sống: chúng là một thành phần thiết yếu của màng sinh chất. Những thứ này tạo thành ranh giới quan trọng giữa sống và không sống, đóng vai trò như một rào cản chọn lọc quyết định cái gì xâm nhập vào tế bào và cái gì không, nhờ đặc tính bán thấm của nó.

Ngoài lipid, màng còn được tạo thành từ nhiều loại protein khác nhau, có chức năng vận chuyển chọn lọc.

Một số hormone (như hormone sinh dục) có bản chất là lipid và rất cần thiết cho sự phát triển của cơ thể.

Vận chuyển

Trong các hệ thống sinh học, các đại phân tử được vận chuyển giữa bên trong và bên ngoài tế bào bằng các quá trình được gọi là endo và exocytosis (liên quan đến sự hình thành các túi) hoặc bằng cách vận chuyển tích cực.

Quá trình nội bào bao gồm tất cả các cơ chế mà tế bào sử dụng để đạt được sự xâm nhập của các phần tử lớn và được phân loại là: sự thực bào, khi phần tử được nuốt vào là một hạt rắn; pinocytosis, khi dịch ngoại bào đi vào; và endocytosis, qua trung gian của các thụ thể.

Hầu hết các phân tử được tiêu hóa theo cách này sẽ kết thúc trong một cơ quan phụ trách tiêu hóa: lysosome. Những người khác kết thúc trong các phagosome - có đặc tính hợp nhất với lysosome và tạo thành một cấu trúc gọi là phagolysosome.

Bằng cách này, pin enzym có trong lysosome kết thúc quá trình phân hủy các đại phân tử đi vào ban đầu. Các đơn phân hình thành chúng (monosaccarit, nucleotit, axit amin) được vận chuyển trở lại tế bào chất, nơi chúng được sử dụng để hình thành các đại phân tử mới.

Trong suốt ruột có các tế bào có các chất vận chuyển cụ thể để hấp thụ từng đại phân tử đã được tiêu thụ trong chế độ ăn uống. Ví dụ, chất vận chuyển PEP1 và PEP2 được sử dụng cho protein và SGLT cho glucose.

Đại phân tử tổng hợp

Trong các đại phân tử tổng hợp, chúng ta cũng tìm thấy mô hình cấu trúc tương tự được mô tả cho các đại phân tử có nguồn gốc sinh học: đơn phân hoặc tiểu đơn vị nhỏ được nối với nhau bằng liên kết để tạo thành polyme.

Có nhiều loại polyme tổng hợp khác nhau, đơn giản nhất là polyetylen. Đây là một loại nhựa trơ có công thức hóa học CH ₂ -CH ₂ (liên kết bằng một nối đôi) khá phổ biến trong công nghiệp, do giá thành rẻ và dễ sản xuất.

Có thể thấy, cấu trúc của loại nhựa này là tuyến tính và không có bất kỳ sự phân nhánh nào.

Polyurethane là một loại polymer khác được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp để sản xuất bọt và chất cách điện. Chúng tôi chắc chắn sẽ có một miếng bọt biển bằng vật liệu này trong nhà bếp của chúng tôi. Vật liệu này thu được bằng cách ngưng tụ các gốc hydroxyl trộn với các nguyên tố được gọi là diisocyanat.

Có những loại polyme tổng hợp khác có độ phức tạp cao hơn, chẳng hạn như nylon (hoặc nylon). Trong số các đặc điểm của nó là có khả năng chống chịu rất tốt, với độ đàn hồi đáng kể. Ngành công nghiệp dệt tận dụng những đặc điểm này để sản xuất vải, lông, dây chuyền, v.v. Nó cũng được sử dụng bởi các bác sĩ để thực hiện khâu.

Người giới thiệu

1. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Hóa sinh. Tôi đã đảo ngược.
2. Campbell, MK và Farrell, SO (2011). Hóa sinh. Thomson. Brooks / Cole.
3. Devlin, TM (2011). Giáo trình hóa sinh. John Wiley và các con trai.
4. Freeman, S. (2017). Khoa học sinh học. Giáo dục Pearson.
5. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Hóa sinh: văn bản và tập bản đồ. Panamerican Medical Ed.
6. Moldoveanu, SC (2005). Phân tích nhiệt phân polyme hữu cơ tổng hợp (Tập 25). Elsevier.
7. Moore, JT & Langley, RH (2010). Hóa sinh cho hình nộm. John Wiley và các con trai.
8. Mougios, V. (2006). Bài tập hóa sinh. Động học con người.
9. Müller-Esterl, W. (2008). Hóa sinh. Cơ bản về y học và khoa học đời sống. Tôi đã đảo ngược.
10. Poortmans, JR (2004). Nguyên lý bài tập hóa sinh. ^Lần 3 , tái bản sửa đổi. Karger.
11. Voet, D., & Voet, JG (2006). Hóa sinh. Panamerican Medical Ed.