makromolekuly jsou obři atomového světa. Předpona „makro -“ znamená “ velmi velké měřítko.“Makromolekuly skutečně trpaslí jiné molekuly zapojené do chemie života, jako je stolní sůl (NaCl) nebo voda (H2O). Makromolekuly se obvykle skládají z nejméně 1000 atomů, s opakovanými strukturami menších složek. Proces polymerace spojuje menší složky (monomery). Je to rozsah opakování, který vede k velké velikosti.

je to velká velikost makromolekul, která diktuje jejich význam v živých systémech. Jsou základem komplexního buněčného života. Makromolekuly nejsou vnitřně stabilní. Nejsou vytvořeny v nepřítomnosti života, ani nemohou přetrvávat dlouho mimo živé systémy.

makromolekula je v podstatě jediná molekula, která se skládá z mnoha kovalentně Spojených molekul podjednotky. Polymer je jediná molekula složená z podobných monomerů. Ve fyziologii jsou čtyři hlavní makromolekuly:

1. nukleové kyseliny-vyrobené z nukleotidových podjednotek Spojených jejich fosfátovou páteří.
2. proteiny-vyrobené z podjednotek aminokyselin spojených mezi uhlíkem a dusíkem.
3. lipidy-typicky velké molekuly složené z nepolárních vazeb, což je činí hydrofobními. Některé lipidy obsahují kovalentně připojené polární skupiny, které mohou působit jako připojovací body pro více hydrofobních lipidových molekul.
4. sacharidy – mají kovalentně Spojené skupiny cukru.

Dosud jsme diskutovali o hlavních prvcích a typech vazeb, které jsou důležité pro fungování buňky. Společně tyto prvky a vazby definují hlavní vlastnosti čtyř druhů makromolekul, které tvoří buňky: sacharidy, bílkoviny, lipidy a nukleové kyseliny. V tomto modulu prozkoumáme tyto makromolekuly.

sacharidy, bílkoviny a nukleové kyseliny jsou všechny příklady polymerů. Polymery jsou velmi velké molekuly složené z menších jednotek Spojených kovalentními vazbami za použití společné sady chemických reakcí. Proteiny jsou lineární polymery aminokyselin, které jsou spojeny peptidovými vazbami. Polysacharidy jsou sacharidy Spojené glykosidickými vazbami v někdy poměrně složitých rozvětvených strukturách. DNA a RNA jsou polymery nukleových kyselin spojených fosfodiesterovými vazbami. Tento modul obsahuje diskusi o strukturách těchto organických makromolekul.

sacharidy

sacharidy

nejjednodušší z makromolekul jsou sacharidy, také nazývané sacharidy. Název je popisný pro charakter této třídy molekul, protože všechny mají obecný vzorec hydratovaného uhlíku.

(C(H2O))n

Toto představuje poměr 2:1 vodíku na atomy kyslíku(jako ve vodě), ale v tomto případě, jsou připojeny na uhlík páteř. základní atomy uhlohydrátů mohou být konfigurovány prakticky v nekonečných konfiguracích, takže molekuly uhlohydrátů přicházejí v mnoha různých tvarech a velikostech.

monosacharidy jsou nejzákladnějšími jednotkami sacharidů. Jedná se o jednoduché cukry, včetně glukózy, fruktózy a dalších. Obsahují tři až sedm atomů uhlíku, mají sladkou chuť a tělo je používá k energii.

polysacharidy jsou dlouhé polymery monosacharidových cukrů, které jsou kovalentně spojeny dohromady. Polysacharidy se často používají k ukládání energie monosacharidu. Patří sem škrob (v rostlinách) a glykogen (u lidí a zvířat). Polysacharidy mohou být také použity pro strukturu v rostlinách a jiných nižších organismech. Například celulóza je velký polysacharid, který se nachází ve stěnách rostlinných buněk. Lidé nemohou trávit celulózu na monosacharidy, ale v naší stravě je důležitá jako „vláknina“ nebo „nerozpustná vláknina“.“Sacharidy jsou také kritickými složkami v páteři DNA, přičemž v každém nukleotidu se nachází jeden monosacharid. S 3 miliardami DNA nukleotidů na buňku, to je hodně monosacharidů v těle.

polysacharidy mohou být konjugovány s jinými makromolekuly. Například komplexní sacharidy mohou být spojeny s proteiny nebo lipidy za vzniku glykoproteinů a glykolipidů. Velmi odlišné struktury mohou být vyrobeny z několika monosacharidů uspořádaných v různých vzorcích as různými vazbami. Tato flexibilita struktury může být proto použita pro identifikaci jednotlivých typů buněk, protože struktura každého typu buňky je jedinečná. Více než polovina proteinů v těle, o kterých budeme diskutovat později v tomto modulu, má glykosylace nebo modifikace uhlohydrátů. Vnější strana buněk je pokryta uhlohydráty z modifikací lipidů, které tvoří membránu; lipidy pokryjeme v poslední kapitole této části.

sacharidy jsou nejlépe známé jako molekuly pro ukládání energie. Jejich primární funkcí je zdroj energie. Buňky snadno přeměňují uhlohydráty na využitelnou energii. Vzpomínáte si, že molekuly jsou sbírkou atomů Spojených kovalentními vazbami. Obecně lze jednotlivé kovalentní vazby reprezentovat tak, že mají přibližně 100 kcal/mol energie spojené se silou, která drží oba atomy pohromadě. Stolní cukr nebo sacharóza je nejznámějším uhlohydrátem. Nejčastější sacharidů v přírodě je glukóza, která má obecný vzorec

(C(H2O))6.

a což je častým zdrojem energie pro mnoho živých organismů. Pokud je mol glukózy zcela metabolizován („spálen“) pro svou energii v buňce, má následující chemickou reakci:

(C(H2O))6 + 6 O2 <> 6 CO2 + 6 H2O + 673 kcal (energie)

Zatímco celková reakce představuje spolu oxidace/redukce, na rovnováhu tento proces zahrnuje lámání pět uhlíku-uhlík se váže na molekuly glukózy, s vydáním 673 kcal/mol energie.

tělo však nepotřebuje dietní sacharidy pro energii. Bílkoviny a tuky mohou uspokojit potřeby těla a tělo může přeměnit molekuly na sacharidy potřebné pro energii a další buněčné funkce. Sacharidy však vyžadují minimální zpracování pro použití jako energie. Například jednoduchá enzymatická reakce přeměňuje sacharózu na hladinu cukru v krvi, která může být použita přímo jako zdroj buněčné energie. Trik pro buňku spočívá v přeměně energie 673 kcal / mol na užitečnou formu, aby mohla pracovat pro buňku nebo organismus. Metabolický osud sacharidů bude diskutován později v kurzu.

druhou funkcí vykonávanou sacharidy je struktura. Například celulóza je lineární polymer glukózy, který interaguje s jinými polymery celulózy za vzniku vláken, která interagují za vzniku základní struktury buněčné stěny rostlin. Tyto celulózové polymery jsou nestrávitelné a tvoří surovinu.

třetí funkcí sacharidů je rozpoznávání a signalizace buněk. K tomu obvykle dochází s sacharidů konjugované s jinými molekulami, jako jsou ty, nalezené v glykoproteiny (sacharidy spojeny s proteiny) a glykolipidy (sacharidy spojené s lipidy). Protože z několika monosacharidů (jednoduchých uhlohydrátů) lze vyrobit velmi velké množství různých struktur, lze také vyrobit z několika jednoduchých uhlohydrátů, jak bude vidět později. Tento velký počet různých struktur lze proto použít pro identifikaci jednotlivých typů buněk.

modifikace sacharidů (nazývané glykosylace) jsou přítomny na lipidových membránách a proteinech pro specializovanou funkci a rozpoznávání. Unikátní sacharidové formace umožňují ještě větší specificitu proteinu, kromě kódu aminokyselin. Vnější membrána buňky je posetá sacharidovými řetězci, které se liší podle typu buňky. Tyto sacharidové glykosylace poskytují“ podpis “ buňky a mohou také působit jako signál. Glykosylace jsou tedy důležité v imunitní odpovědi a obecné komunikaci mezi buňkami.

proteiny

po nukleových kyselinách jsou proteiny nejdůležitějšími makromolekuly. Strukturálně jsou proteiny nejsložitějšími makromolekuly. Protein je lineární molekula složená z aminokyselin. V proteinech se nachází dvacet různých aminokyselin. Sekvence aminokyselin proteinu je určena sekvencí bází v DNA kódující syntézu tohoto proteinu. Jedna molekula proteinu může být složena ze stovek aminokyselin. Tato sekvence aminokyselin je primární strukturou proteinu. Velikost, tvar a reaktivní vlastnosti proteinu závisí na počtu, typu a sekvenci aminokyselin. Aminokyselinový řetězec může zůstat ve své primární lineární struktuře, ale často se složí a sám o sobě vytvoří tvar. Tato sekundární struktura se tvoří z lokalizovaných interakcí (vodíkové vazby) postranních řetězců aminokyselin. Patří mezi ně alfa šroubovice a beta deskové struktury. Alfa šroubovice je dominantní v hemoglobinu, což usnadňuje transport kyslíku v krvi. Sekundární struktury jsou integrovány spolu se zákrutami a zalomeními do trojrozměrného proteinu. Tato funkční forma se nazývá terciární struktura proteinu. Další úroveň organizace vede k tomu, že se několik samostatných proteinů spojí a vytvoří proteinový komplex-zvaný kvartérní struktura.

proteiny plní v buňce řadu základních funkcí. Mnoho proteinů slouží jako enzymy, které řídí rychlost chemických reakcí a tím i citlivost buněk na vnější podněty. Enzym může urychlit reakci, která by za normálních podmínek trvala miliony let a uskutečnila by se během několika milisekund. Enzymy jsou důležité při replikaci DNA, transkripci a opravě. Trávicí procesy jsou také do značné míry usnadněny enzymy, které rozkládají molekuly, které by jinak byly příliš velké na to, aby byly absorbovány střevem. Enzymatické proteiny také hrají roli ve svalových kontrakcích.

jiné proteiny jsou důležité v buněčné signalizaci a rozpoznávání buněk. Receptorové proteiny rozpoznávají látky jako cizí a iniciují imunitní odpověď. Prostřednictvím buněčné signalizace proteiny zprostředkovávají buněčný růst a diferenciaci během vývoje. Několik důležitých proteinů poskytuje mechanickou podporu buňce, lešení, které pomáhá buňce udržovat její tvar. Jiné proteiny obsahují většinu pojivové tkáně a struktur těla, jako jsou vlasy a nehty.

pro produkci bílkovin v buňkách tělo potřebuje aminokyseliny, které přijímáme. Zdá se, že trochu neefektivní, ale jíme bílkoviny, je rozložit na aminokyseliny, distribuovat aminokyselin uvnitř těla a pak vybudovat nové proteiny. Naše buňky mohou syntetizovat některé aminokyseliny z podobných, ale esenciální aminokyseliny musí být získány ze stravy, protože je nelze syntetizovat. Nedostatek bílkovin ve stravě vede k podvýživě, jako je kwashiorkor, což je běžné v rozvojových zemích. V případě kwashiorkoru způsobuje nedostatek bílkovin edém (otok), který vede k rozšíření břicha. Proteiny jsou nakonec metabolizovány na amoniak a močovinu, které se vylučují ledvinami. Onemocnění ledvin může způsobit, že se tyto odpadní produkty hromadí v těle, což způsobí, že někdo bude velmi nemocný, což nakonec povede k smrti. Dieta s nízkým obsahem bílkovin může pomoci těm, jejichž ledviny mají nízkou úroveň funkce.

na Rozdíl od nukleových kyselin, které musí zůstat beze změny v těle pro život organismu, proteiny jsou chtěl být přechodné—jsou vyráběny, jejich funkce a pak jsou recyklovány. Proteiny jsou také snadno denaturovány (rozkládání sekundárních a terciárních struktur) extrémními teplotami nebo pH. když vaříte vejce, žloutek a bílá ztuhnou a změní barvu. Když vaříte maso, maso změní barvu a stane se pevným. Tyto změny vznikají, protože základní proteiny denaturují, mění vlastnosti tkání.