Macromolecule: Polizaharidele, proteinele și acizii nucleici

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

Apă, molecule organice și ioni anorganici sunt constituenții celulelor. Apa constituie cea mai mare fracțiune dintre cei trei, reprezentând aproape trei sferturi din masa totală a unei celule. Interacțiunile dintre diferitele componente ale unei celule și conținutul său de apă sunt esențiale pentru chimia biologică.

Sodul, potasiul, magneziul, calciul, fosfatul și clorura, se numără printre principalii ioni anorganici ai unei celule și nu reprezintă mai mult de 1% din masa celulei. Dar moleculele organice sunt componentele cu adevărat noi ale unei celule. Majoritatea acestor compuși organici aparțin uneia dintre următoarele clase de molecule:

• Carbohidrați
• Lipide
• Acizi nucleici
• Proteine

În cadrul celulelor individuale, există mii de tipuri diferite de macromolecule sau compuși organici. Aceștia vor fi diferiți, chiar și între celulele aceleiași persoane. Variațiile sunt mai extinse între persoane diferite. Macromoleculele – proteinele, acizii nucleici și polizaharidele – sunt formate prin polimerizarea a sute de precursori ai acestora cu greutate moleculară mică – aminoacizi, nucleotide și zaharuri simple.

Diversitatea dintre macromolecule evoluează din potențialul vast de a forma diferite combinații ale celor aproximativ 50 de monomeri comuni care alcătuiesc o macromoleculă. Aceste macromolecule pot constitui până la 90% din greutatea uscată a unei celule. Este posibil să se înțeleagă chimia de bază a compoziției unei celule prin înțelegerea funcțiilor și structurilor celor patru tipuri majore de compuși organici, sau macromolecule.

Carbohidrați

Carbohidrații sunt materialele de construcție și nutrienții de bază ai organismului. Zaharidele simple și polizaharidele compun acest grup. Glucoza este un exemplu de zahăr simplu care este un nutrient celular important. Descompunerea zaharurilor simple prin reacție chimică generează energie celulară, precum și inițierea sintezei altor constituenți ai unei celule. Polizaharidele, sau carbohidrații complecși, reprezintă forma pe care o ia zahărul atunci când este depozitat. Polizaharidele sunt componentele structurale ale unei celule. Mai mult, polizaharidele și alte zaharuri pot funcționa ca markeri pentru anumite procese de recunoaștere celulară, inclusiv pentru mișcarea intracelulară a proteinelor.

Lipidele

Lipidele sunt molecule hidrofobe. Ele reprezintă o formă foarte eficientă de stocare a energiei și sunt constituenți majori ai membranei celulare. Ele sunt importante în semnalizarea celulară, funcționează ca punct de plecare pentru diverse procese de biosinteză, cum ar fi sinteza estrogenului și a testosteronului. Unele lipide sunt capabile să transmită semnale de la receptorii de la suprafața celulară la ținte din aceeași celulă sau din alte celule. Fosfolipidele conțin doi acizi grași uniți cu un grup polar de căpătâi. În afară de fosfolipide, celulele au glicolipide și colesterol.

Acizi nucleici

Acizii nucleici stochează și transmit date ereditare. ADN și ARN reprezintă moleculele informaționale ale unei celule. ADN-ul joacă un rol crucial ca material genetic al oamenilor și al multor alte specii. ARN-ul participă la diverse activități celulare. ARN-ul mesager (ARNm) transportă informațiile de la ADN la ribozomi, unde aceștia sunt implicați în sintetizarea proteinelor. În plus, ARN ribozomal și ARN de transfer sunt implicate în sinteza proteinelor. Alte molecule de ARN procesează și deplasează atât proteinele, cât și ARN-ul. ARN-ul poate, de asemenea, să catalizeze reacții chimice, cum ar fi cele care implică sinteza proteinelor și procesarea ARN-ului.

Proteinele

Proteinele joacă un rol important în majoritatea sarcinilor pe care le îndeplinește un organism. Proteinele realizează activitatea unei celule, dirijate de informația genetică transportată de acizii nucleici. O celulă deține multe mii de proteine, care funcționează ca elemente structurale ale celulei, stochează și transportă molecule mici, transmit date între celule și apără organismul împotriva apariției infecțiilor. Dar proteinele funcționează, de asemenea, ca enzime care accelerează majoritatea reacțiilor chimice. În acest fel, proteinele ghidează majoritatea activităților celulare.

Structura și funcția

Legăturile covalente, polaritatea, temperatura, structura și reactivitatea chimică se numără printre factorii chimici care guvernează structura și funcția macromoleculelor. Structura macromoleculelor determină modul în care acestea funcționează și reglează sarcinile. Structura tridimensională a proteinelor și a acizilor nucleici este controlată de legături non-covalente și covalente, conferindu-le funcții. Între timp, este posibil să se schimbe structura și funcția proteinelor și a acizilor nucleici prin aplicarea splicingului alternativ, alterarea secvenței de nucleotide sau prin modificare chimică. În cele din urmă, structura și funcția macromoleculelor se pot schimba în timp pentru a crea o activitate biologică diferită.

În ceea ce privește funcția, macromoleculele valorifică interacțiuni necovalente atunci când inter-reacționează cu alte molecule. Cea mai mare parte a funcționalității biologice depinde de specificitatea și afinitatea unor astfel de interacțiuni. Structura macromoleculelor variază și se modifică în timp. Acest lucru este foarte important pentru funcționalitatea biologică. Poate fi posibil ca moleculele mici să ajungă în interiorul unei macromolecule. Structura macromoleculelor poate influența echilibrul stabil al proceselor biochimice și biologice moleculare.

Resurse suplimentare

• Lansarea următoarei generații de Optima AUC face să avanseze cercetarea proteinelor și caracterizarea macromoleculelor
• O nouă metodă de manipulare a macromoleculelor
• Cercetătorii folosesc macromoleculele de mari dimensiuni pentru a lemodelare computerizată la scară mare pentru a arăta efectele confinării asupra macromoleculelor celulare
• Cercetătorii folosesc tehnica PCT pentru a înțelege efectele fizice ale compresiei asupra macromoleculelor
• Gelul transparent ar putea deveni în curând prima și cea mai bună alegere pentru sigilarea inciziilor corneene

• 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

Lecturi suplimentare

• Tot conținutul de lipide
• Ce sunt lipidele?
• Funcțiile biologice ale lipidelor
• Metabolismul lipidelor
• Sănătatea și nutriția lipidelor

Scris de

Joseph Constance

Joseph Constance a scris despre cercetare, dezvoltare și piețe în domeniul sănătății și în domenii conexe. Este autorul mai multor articole și rapoarte de analiză de afaceri/cercetare de piață în domeniul dispozitivelor medicale, al diagnosticelor clinice și al produselor farmaceutice. Joseph deține o diplomă de master în comunicare de la Universitatea din New York. Îi place să petreacă timpul cu soția sa, să meargă cu bicicleta, să călătorească și să învețe despre diferite culturi.

Citate

.