Makromolekyler er giganter i atomverdenen. Prefikset «makro» betyr » veldig stor skala.»Faktisk dverger makromolekyler andre molekyler involvert i livets kjemi, som bordsalt (NaCl) eller vann (H2O). Makromolekyler består vanligvis av minst 1000 atomer, med gjentatte strukturer av mindre komponenter. Polymerisasjonsprosessen knytter sammen de mindre komponentene (monomerer). Det er omfanget av repetisjon som fører til stor størrelse.

det er den store størrelsen på makromolekyler som dikterer deres betydning i levende systemer. De er grunnlaget for komplisert cellulært liv. Makromolekyler er ikke iboende stabile. De er ikke skapt i fravær av liv, og de kan heller ikke fortsette lenge utenfor levende systemer.I Hovedsak er et makromolekyl et enkelt molekyl som består av mange kovalent koblede subenhetsmolekyler. En polymer er et enkelt molekyl sammensatt av lignende monomerer. I fysiologi er de fire store makromolekylene:

1. nukleinsyrer-laget av nukleotidunderenheter koblet gjennom deres fosfatbunn.
2. proteiner-laget av aminosyre underenheter knyttet mellom karbon og nitrogen.lipider-vanligvis store molekyler som består av ikke-polare bindinger, noe som gjør dem hydrofobe. Noen lipider inneholder kovalent festede polare grupper, som kan fungere som festepunkter for flere hydrofobe lipidmolekyler.
3. karbohydrater – har kovalent knyttet sukker grupper.

Så langt har Vi diskutert de viktigste elementene og typer obligasjoner som er viktige i cellens funksjon. Sammen definerer disse elementene og bindingene de viktigste egenskapene til de fire klassene av makromolekyler som utgjør en celle: karbohydrater, proteiner, lipider og nukleinsyrer. I denne modulen vil vi utforske disse makromolekylene.Karbohydrater, proteiner og nukleinsyrer er alle eksempler på polymerer. Polymerer er svært store molekyler som består av mindre enheter forbundet med kovalente bindinger ved hjelp av et felles sett med kjemiske reaksjoner. Proteiner er lineære polymerer av aminosyrer som alle er forbundet med peptidbindinger. Polysakkarider er karbohydrater forbundet gjennom glykosidbindinger i noen ganger ganske komplekse forgrenede strukturer. DNA og RNA er polymerer av nukleinsyrer forbundet med fosfodiesterbindinger. Denne modulen inneholder en diskusjon av strukturer av disse organiske makromolekylene.

Karbohydrater

Karbohydrater

den enkleste av makromolekylene er karbohydrater, også kalt sakkarider. Navnet er beskrivende for karakteren av denne klassen av molekyler, siden de alle har den generelle formelen av et hydrert karbon.

(C(H2O))n

dette representerer et 2:1 forhold mellom hydrogen og oksygenatomer(som i vann), men i dette tilfellet er de festet til en karbon ryggrad. de bestanddelene av karbohydrater kan konfigureres i nesten uendelige konfigurasjoner, slik at karbohydratmolekyler kommer i en rekke forskjellige former og størrelser.Monosakkarider Er de mest grunnleggende enhetene av karbohydrater. Disse er enkle sukkerarter, inkludert glukose, fruktose og andre. De inneholder mellom tre og syv karbonatomer, har en søt smak og brukes av kroppen til energi.Polysakkarider Er lange polymerer av monosakkaridsukker som er kovalent bundet sammen. Polysakkarider brukes ofte til å lagre energien til monosakkaridet. Disse inkluderer stivelse (i planter) og glykogen (hos mennesker og dyr). Polysakkarider kan også brukes til struktur i planter og andre lavere organismer. For eksempel er cellulose et stort polysakkarid som finnes i plantecellevegger. Folk kan ikke fordøye cellulose i monosakkarider, men det er viktig i våre dietter som «grovfoder» eller «uoppløselig fiber.»Karbohydrater er også kritiske komponenter I ryggraden I DNA, med ett monosakkarid funnet i hvert nukleotid. Med 3 milliarder dna nukleotider per celle, er det mange monosakkarider i kroppen.

Polysakkarider kan konjugeres med andre makromolekyler. For eksempel kan komplekse karbohydrater knyttes til proteiner eller lipider for å danne henholdsvis glykoproteiner og glykolipider. Svært forskjellige strukturer kan gjøres fra noen få monosakkarider arrangert i forskjellige mønstre og med forskjellig binding. Denne fleksibiliteten i struktur kan derfor brukes til identifisering av individuelle celletyper, siden strukturen til hver celletype er unik. Mer enn halvparten av proteinene i kroppen, som vi vil diskutere senere i denne modulen, har glykosyleringer eller karbohydratmodifikasjoner. Utsiden av cellene er dekket av karbohydrater fra modifikasjoner av lipider som utgjør membranen; vi vil dekke lipider i siste kapittel i denne delen.

Karbohydrater er best kjent som energilagringsmolekyler. Deres primære funksjon er som en kilde til energi. Celler konverterer lett karbohydrater til brukbar energi. Du vil huske at molekyler er en samling atomer forbundet med kovalente bindinger. Generelt kan enkle kovalente bindinger representeres som å ha omtrent 100 kcal / mol energi forbundet med kraften som holder de to atomene sammen. Bordsukker, eller sukrose, er det mest kjente karbohydratet. Det vanligste karbohydratet i naturen er glukose, som har den generelle formelen

(C (H2O))6

og som er en vanlig energikilde for mange levende organismer. Hvis en mol glukose er fullstendig metabolisert («brent») for sin energi i en celle, har den følgende kjemiske reaksjon:

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

mens den samlede reaksjonen representerer en koblet oksidasjon/reduksjonsprosess, på balanse innebærer denne prosessen brudd på fem karbon-til-karbonbindinger per glukosemolekyl, med frigjøring av 673 kcal/MOL ENERGI.

kroppen trenger imidlertid ikke diettkarbohydrater for energi. Proteiner og fett kan møte kroppens behov, og kroppen kan konvertere molekyler til karbohydrater som trengs for energi og andre cellulære funksjoner. Men karbohydrater krever minimal behandling for bruk som energi. For eksempel omdanner en enkel enzymatisk reaksjon sukrose til blodsukker, som kan brukes direkte som en kilde til cellulær energi. Trikset for cellen er å konvertere 673 kcal/mol energi til en nyttig form slik at den kan fungere for cellen eller organismen. Karbohydratets metabolske skjebne vil bli diskutert senere i kurset.

en annen funksjon utført av karbohydrater er struktur. For eksempel er cellulose en lineær polymer av glukose som interagerer med andre cellulosepolymerer for å danne fibre som interagerer for å danne den grunnleggende strukturen av celleveggen av planter. Disse cellulosepolymerer er ufordøyelige og utgjør grovfoder.

en tredje funksjon av karbohydrater er cellegjenkjenning og signalering. Dette skjer vanligvis med karbohydrater konjugert til andre molekyler, som de som finnes i glykoproteiner (karbohydrater knyttet til proteiner) og glykolipider (karbohydrater knyttet til lipider). Fordi et meget stort antall strukturer kan fremstilles av noen få monosakkarider( enkle karbohydrater), kan et meget stort antall forskjellige strukturer også bli laget av noen få enkle karbohydrater, som det vil bli sett senere. Dette store antallet forskjellige strukturer kan derfor brukes til identifisering av individuelle celletyper.

Karbohydratmodifikasjoner (kalt glykosylasjoner) er tilstede på lipidmembraner og proteiner for spesialisert funksjon og anerkjennelse. Unike karbohydratformasjoner tillater enda mer spesifisitet til et protein, utover bare aminosyrekoden. Den ytre membranen til cellen er prikket med karbohydratkjeder, som varierer i henhold til celletype. Disse karbohydratglykosylasjonene gir en» signatur » av cellen og kan også fungere som et signal. Dermed er glykosyleringer viktige i immunrespons og generell celle-til-celle-kommunikasjon.

Proteiner

etter nukleinsyrer er proteiner de viktigste makromolekylene. Strukturelt er proteiner de mest komplekse makromolekylene. Et protein er et lineært molekyl som består av aminosyrer. Tjue forskjellige aminosyrer finnes i proteiner. Sekvensen av et proteins aminosyrer bestemmes av sekvensen av baser I DNA som koder for syntesen av dette proteinet. Et enkelt proteinmolekyl kan bestå av hundrevis av aminosyrer. Denne sekvensen av aminosyrer er et proteins primære struktur. Proteinets størrelse, form og reaktive egenskaper avhenger av antall, type og sekvens av aminosyrer. Aminosyrekjeden kan forbli i sin primære lineære struktur, men ofte bretter den seg opp og inn i seg selv for å danne en form. Denne sekundære strukturen dannes fra lokaliserte interaksjoner (hydrogenbinding) av aminosyre sidekjeder. Disse inkluderer alpha helix og beta ark strukturer. Alfa-helixen er dominerende i hemoglobin, noe som letter transport av oksygen i blod. Sekundære strukturer er integrert sammen med vendinger og kinks i et tredimensjonalt protein. Denne funksjonelle formen kalles proteinets tertiære struktur. Et ekstra nivå av organisasjon resulterer når flere separate proteiner kombineres for å danne et proteinkompleks – kalt kvaternær struktur.

Proteiner utfører mange viktige funksjoner i cellen. Mange proteiner tjener som enzymer, som styrer frekvensen av kjemiske reaksjoner, og dermed responsen til celler til ytre stimuli. Et enzym kan spole fremover en reaksjon som vil ta millioner av år under normale forhold og få det til å skje på bare noen få millisekunder. Enzymer er viktige I DNA replikasjon, transkripsjon og reparasjon. Fordøyelsesprosesser blir også i stor grad tilrettelagt av enzymer, som bryter ned molekyler som ellers ville være for store til å bli absorbert av tarmene. Enzymatiske proteiner spiller også en rolle i muskelkontraksjoner.

Andre proteiner er viktige i cellesignalering og cellegjenkjenning. Reseptorproteiner gjenkjenner stoffer som fremmede og initierer en immunrespons. Gjennom cellesignalering formidler proteiner cellevekst og differensiering under utvikling. Flere viktige proteiner gir mekanisk støtte til cellen, stillas som hjelper cellen til å opprettholde sin form. Andre proteiner utgjør mye av kroppens bindevev og strukturer som hår og negler.

for proteinproduksjon i celler trenger kroppen aminosyrer, som vi inntar. Det virker litt ineffektivt, men vi spiser proteiner, bryter dem ned i aminosyrer, fordeler aminosyrene inne i kroppen og bygger deretter opp nye proteiner. Våre celler kan syntetisere noen aminosyrer fra lignende, men essensielle aminosyrer må hentes fra dietten, siden de ikke kan syntetiseres. Mangler av protein i kostholdet resulterer i underernæring sykdommer som kwashiorkor, som er vanlig i utviklingsland. I tilfeller av kwashiorkor forårsaker proteinmangel ødem (hevelse) som fører til en oppblåst mage. Proteiner metaboliseres til slutt til ammoniakk og urea, som utskilles av nyrene. Nyresykdom kan føre til at disse avfallsstoffene akkumuleres i kroppen, forårsaker noen til å bli svært syk, til slutt fører til døden. Et lavt protein diett kan hjelpe dem hvis nyrer har lavt funksjonsnivå.

I Motsetning til nukleinsyrer, som må forbli uendret i kroppen for organismenes liv, er proteiner ment å være forbigående-de produseres—gjør sine funksjoner og resirkuleres deretter. Proteiner er også lett denaturert (utfolding av sekundære og tertiære strukturer) ved ekstremer av varme Eller pH. når du koke et egg, stiver eggeplommen og hvitt og skifter farge. Når du lager kjøtt, endrer kjøttet farge og blir fast. Disse endringene oppstår fordi de bestanddelene proteiner denaturerer, endrer egenskapene til vevet.