Macromoleculen: Polysacchariden, Eiwitten en Nucleïnezuren

Door Joseph Constance, MAReviewed by Dr. Liji Thomas, MD

Water, organische moleculen, en anorganische ionen zijn de bestanddelen van cellen. Water vormt de grootste fractie van de drie, goed voor bijna driekwart van de totale massa van een cel. De wisselwerking tussen de verschillende bestanddelen van een cel en zijn watergehalte is de sleutel tot de biologische scheikunde.

Natrium, kalium, magnesium, calcium, fosfaat en chloride behoren tot de belangrijkste anorganische ionen van een cel, en maken niet meer dan 1% van de celmassa uit. Maar de organische moleculen zijn de werkelijk nieuwe bestanddelen van een cel. De meeste van deze organische verbindingen behoren tot een van de volgende molecuulklassen:

• Koolhydraten
• Lipiden
• Nucleïnezuren
• Proteïnen

In afzonderlijke cellen bestaan er duizenden verschillende soorten macromoleculen, of organische verbindingen. Deze zullen verschillend zijn, zelfs tussen de cellen van dezelfde persoon. De variaties zijn groter bij verschillende mensen. Macromoleculen – proteïnen, nucleïnezuren, en polysacchariden – worden gevormd door de polymerisatie van honderden van hun precursors met een laag moleculair gewicht – aminozuren, nucleotiden, en eenvoudige suikers.

De verscheidenheid onder macromoleculen komt voort uit het enorme potentieel om verschillende combinaties te vormen van de ongeveer 50 gemeenschappelijke monomeren waaruit een macromolecuul is opgebouwd. Deze macromoleculen kunnen tot 90% van het drooggewicht van een cel uitmaken. Het is mogelijk de basischemie van een cel te begrijpen door de functies en structuren van de vier belangrijkste soorten organische verbindingen, of macromoleculen, te begrijpen.

Koolhydraten

Koolhydraten zijn de elementaire bouwstoffen en voedingsstoffen van het lichaam. Eenvoudige suikers en polysacchariden vormen deze groep. Glucose is een voorbeeld van een enkelvoudige suiker die een belangrijke cellulaire voedingsstof is. Afbraak van de enkelvoudige suikers door een chemische reactie genereert celenergie en initieert de synthese van andere bestanddelen van een cel. De polysacchariden, of complexe koolhydraten, vertegenwoordigen de vorm die de suiker aanneemt wanneer hij wordt opgeslagen. Polysacchariden zijn de structurele bestanddelen van een cel. Bovendien kunnen polysacchariden en andere suikers fungeren als markers voor bepaalde cellulaire herkenningsprocessen, waaronder de intracellulaire beweging van eiwitten.

Lipiden

Lipiden zijn hydrofobe moleculen. Zij zijn een zeer efficiënte vorm van energieopslag, en zijn belangrijke bestanddelen van het celmembraan. Zij zijn belangrijk bij celsignalering en fungeren als uitgangspunt voor diverse biosyntheseprocessen, zoals de synthese van oestrogeen en testosteron. Sommige lipiden zijn in staat signalen over te brengen van receptoren op de celoppervlakte naar doelwitten in dezelfde of andere cellen. Fosfolipiden bevatten twee vetzuren die verbonden zijn met een polaire hoofdgroep. Naast de fosfolipiden hebben cellen glycolipiden en cholesterol.

Nucleïnezuren

Nucleïnezuren slaan erfelijke gegevens op en geven ze door. DNA en RNA zijn de informatiemoleculen van een cel. DNA speelt een cruciale rol als het genetisch materiaal van de mens en vele andere soorten. RNA neemt deel aan diverse cellulaire activiteiten. Boodschapper-RNA (mRNA) transporteert informatie van het DNA naar de ribosomen, waar zij betrokken zijn bij de synthese van eiwitten. Daarnaast zijn ribosomaal RNA en transfer-RNA betrokken bij de eiwitsynthese. Andere RNA-moleculen verwerken en verplaatsen zowel eiwitten als RNA. RNA kan ook chemische reacties katalyseren, zoals die waarbij de synthese van eiwitten en de verwerking van RNA betrokken zijn.

Proteïnen

Proteïnen spelen een belangrijke rol bij de meeste taken die een organisme uitvoert. Eiwitten voeren het werk van een cel uit, gestuurd door de genetische informatie die door de nucleïnezuren wordt gedragen. Een cel bevat vele duizenden eiwitten, die fungeren als de structurele elementen van een cel, kleine moleculen opslaan en transporteren, gegevens tussen cellen overbrengen en het lichaam verdedigen tegen het begin van infecties. Maar eiwitten fungeren ook als enzymen die de meeste chemische reacties versnellen. Op deze wijze sturen eiwitten de meeste cellulaire activiteiten.

Structuur en functie

Covalente bindingen, polariteit, temperatuur, structuur en chemische reactiviteit behoren tot de chemische factoren die de structuur en functie van macromoleculen bepalen. De structuur van macromoleculen bepaalt hoe zij functioneren en hun taken regelen. De 3D-structuur van proteïnen en nucleïnezuren wordt gecontroleerd door niet-covalente en covalente bindingen, waardoor zij een functie krijgen. Intussen is het mogelijk de structuur en functie van eiwitten en nucleïnezuren te veranderen door toepassing van alternatieve splitsing, wijziging van de nucleotidenvolgorde, of door chemische modificatie. Uiteindelijk kunnen de structuur en functie van macromoleculen in de loop van de tijd veranderen om verschillende biologische activiteit te creëren.

In termen van functie, maken macromoleculen gebruik van niet-covalente interacties wanneer zij interageren met andere moleculen. De meeste biologische functionaliteit hangt af van de specificiteit en affiniteit van dergelijke interacties. De structuur van macromoleculen varieert en verandert in de loop van de tijd. Dit is van groot belang voor de biologische functionaliteit. Het is mogelijk dat kleine moleculen het inwendige van een macromolecuul bereiken. De structuur van macromoleculen kan het stabiele evenwicht van biochemische en moleculair-biologische processen beïnvloeden.

Aanvullende bronnen

• Lancering van volgende-generatie Optima AUC bevordert eiwitonderzoek en macromolecuulkarakterisering
• Een nieuwe methode voor het manipuleren van macromoleculen
• Onderzoekers gebruiken groot-schaal computermodellering om effecten van opsluiting op celmacromoleculen te tonen
• Wetenschappers gebruiken PCT-techniek om fysische effecten van compressie op macromoleculen te begrijpen
• Transparante gel zou binnenkort de eerste en beste keuze voor het afdichten van hoornvliesincisies

• 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

Verder lezen

• Alle inhoud van Lipiden
• Wat zijn Lipiden?
• Lipide Biologische Functies
• Lipide Metabolisme
• Lipide Gezondheid en Voeding

>

Citaties