Makromolekuly: Liji Thomas, MD Voda, organické molekuly a anorganické ionty jsou součástí buněk: polysacharidy, bílkoviny a nukleové kyseliny

Podle Josepha Constance, MAReviewed by Dr. Liji Thomas, MD

Voda, organické molekuly a anorganické ionty jsou součástí buněk. Voda tvoří největší část z těchto tří látek, představuje téměř tři čtvrtiny celkové hmotnosti buňky. Vzájemné působení mezi různými složkami buňky a obsahem vody je klíčové pro biologickou chemii.

Sodík, draslík, hořčík, vápník, fosfát a chlorid patří mezi hlavní anorganické ionty buňky a představují nejvýše 1 % hmotnosti buňky. Organické molekuly jsou však skutečně novými složkami buňky. Většina takových organických sloučenin patří do jedné z následujících tříd molekul:

• Sacharidy
• Lipidy
• Nukleové kyseliny
• Proteiny

V jednotlivých buňkách existují tisíce různých typů makromolekul neboli organických sloučenin. Ty se budou lišit, a to i mezi buňkami téhož člověka. Mezi různými lidmi jsou rozdíly rozsáhlejší. Makromolekuly – bílkoviny, nukleové kyseliny a polysacharidy – vznikají polymerací stovek svých nízkomolekulárních prekurzorů – aminokyselin, nukleotidů a jednoduchých cukrů.

Rozmanitost mezi makromolekulami se vyvíjí z obrovského potenciálu tvořit různé kombinace přibližně 50 běžných monomerů, které tvoří makromolekulu. Tyto makromolekuly mohou tvořit až 90 % suché hmotnosti buňky. Pochopit základní chemické složení buňky je možné na základě pochopení funkcí a struktur čtyř hlavních typů organických sloučenin neboli makromolekul.

Sacharidy

Sacharidy jsou základními stavebními látkami a živinami těla. Tuto skupinu tvoří jednoduché cukry a polysacharidy. Příkladem jednoduchého cukru, který je důležitou buněčnou živinou, je glukóza. Rozklad jednoduchých cukrů chemickou reakcí vytváří buněčnou energii a také iniciuje syntézu dalších složek buňky. Polysacharidy neboli složené sacharidy představují formu, kterou cukr nabývá při skladování. Polysacharidy jsou strukturními složkami buňky. Kromě toho mohou polysacharidy a další cukry fungovat jako markery pro určité rozpoznávací procesy v buňce, včetně vnitrobuněčného pohybu proteinů.

Lipidy

Lipidy jsou hydrofobní molekuly. Představují vysoce účinnou formu skladování energie a jsou hlavní složkou buněčné membrány. Jsou důležité v buněčné signalizaci, fungují jako výchozí bod pro různé biosyntetické procesy, jako je syntéza estrogenu a testosteronu. Některé lipidy jsou schopny přenášet signály z povrchových buněčných receptorů k cílům ve stejných nebo jiných buňkách. Fosfolipidy obsahují dvě mastné kyseliny spojené polární hlavovou skupinou. Kromě fosfolipidů mají buňky glykolipidy a cholesterol.

Nukleové kyseliny

Nukleové kyseliny uchovávají a přenášejí dědičné údaje. DNA a RNA představují informační molekuly buňky. DNA hraje klíčovou roli jako genetický materiál člověka a mnoha dalších druhů. RNA se podílí na různých buněčných činnostech. Poselská RNA (mRNA) přenáší informace z DNA do ribozomů, kde se podílí na syntéze bílkovin. Kromě toho se na syntéze bílkovin podílí ribozomální RNA a transferová RNA. Další molekuly RNA zpracovávají a přesouvají bílkoviny i RNA. RNA může také katalyzovat chemické reakce, například ty, které zahrnují syntézu proteinů a zpracování RNA.

Proteiny

Proteiny hrají důležitou roli ve většině úkolů, které organismus vykonává. Bílkoviny vykonávají práci buňky řízenou genetickou informací nesenou nukleovými kyselinami. V buňce se nachází mnoho tisíc bílkovin, které fungují jako strukturální prvky buňky, uchovávají a přenášejí malé molekuly, přenášejí data mezi buňkami a brání tělo před vznikem infekcí. Proteiny však fungují také jako enzymy, které urychlují většinu chemických reakcí. Tímto způsobem proteiny řídí většinu buněčných činností.

Struktura a funkce

Kovalentní vazby, polarita, teplota, struktura a chemická reaktivita patří mezi chemické faktory, které řídí strukturu a funkci makromolekul. Struktura makromolekul určuje jejich fungování a regulaci úkolů. Trojrozměrná struktura proteinů a nukleových kyselin je řízena nekovalentními a kovalentními vazbami, které jim propůjčují funkci. Mezitím je možné měnit strukturu a funkci proteinů a nukleových kyselin použitím alternativního sestřihu, změnou sekvence nukleotidů nebo chemickou modifikací. Nakonec se struktura a funkce makromolekul může v průběhu času měnit a vytvářet tak různé biologické aktivity.

Z hlediska funkce využívají makromolekuly nekovalentní interakce, když interreagují s jinými molekulami. Většina biologických funkcí závisí na specifičnosti a afinitě těchto interakcí. Struktura makromolekul je různá a v průběhu času se mění. To je pro biologickou funkčnost velmi důležité. Může být možné, aby se malé molekuly dostaly do nitra makromolekuly. Struktura makromolekul může ovlivňovat stabilní rovnováhu biochemických a molekulárně biologických procesů.

Další zdroje

• Spuštění nové generace Optima AUC posouvá výzkum proteinů a charakterizaci makromolekul
• Nová metoda manipulace s makromolekulami
• Výzkumníci využívají velkoplošnépočítačové modelování, aby ukázali účinky omezení na buněčné makromolekuly
• Vědci používají techniku PCT k pochopení fyzikálních účinků komprese na makromolekuly
• Transparentní gel by se mohl brzy stát první a nejlepší volbou pro utěsnění rohovkových řezů

• https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9879/
• https://www.asbmb.org/education/teachingstrategies/foundationalconcepts/MacromolecularStructureFunction/
• http://www.course-notes.org/biology/outlines/chapter_5_the_structure_and_function_of_macromolecules

Další čtení

• Všechen obsah lipidů
• Co jsou to lipidy?
• Biologické funkce lipidů
• Metabolismus lipidů
• Zdraví a výživa lipidů

Napsal

Joseph Constance

Joseph Constance píše o výzkumu, vývoji a trzích ve zdravotnictví a souvisejících oborech. Je autorem řady článků a obchodních analýz/zpráv o průzkumu trhu v oblasti zdravotnických prostředků, klinické diagnostiky a léčiv. Joseph získal magisterský titul na New York University v oboru komunikace. Rád tráví čas se svou ženou, jezdí na kole, cestuje a poznává různé kultury.

Citace

.