Makromolekyler:

av Joseph Constance, MARReviewed by Dr. Liji Thomas, MD

Vatten, organiska molekyler och oorganiska joner är beståndsdelar i celler. Vatten utgör den största delen av de tre och utgör nästan tre fjärdedelar av en cells totala massa. Samspelet mellan de olika komponenterna i en cell och dess vatteninnehåll är nyckeln till biologisk kemi.

Natrium, kalium, magnesium, kalcium, fosfat och klorid är bland de viktigaste oorganiska jonerna i en cell och utgör inte mer än 1 % av cellmassan. Men de organiska molekylerna är de verkligt nya komponenterna i en cell. De flesta sådana organiska föreningar tillhör någon av följande molekylklasser:

• Kolhydrater
• Lipider
• Nukleinsyror
• Proteiner

Inom enskilda celler finns det tusentals olika typer av makromolekyler, eller organiska föreningar. Dessa kommer att vara olika, även bland cellerna hos samma person. Variationerna är mer omfattande bland olika människor. Makromolekyler – proteiner, nukleinsyror och polysackarider – bildas genom polymerisering av hundratals av deras prekursorer med låg molekylvikt – aminosyror, nukleotider och enkla sockerarter.

Mångfalden bland makromolekylerna utvecklas från den enorma potentialen att bilda olika kombinationer av det 50-tal vanliga monomerer som utgör en makromolekyl. Dessa makromolekyler kan utgöra upp till 90 % av en cells torrvikt. Det är möjligt att förstå den grundläggande kemin i en cells uppbyggnad genom att förstå funktionerna och strukturerna hos de fyra största typerna av organiska föreningar, eller makromolekyler.

Kolhydrater

Kolhydrater är kroppens grundläggande byggmaterial och näringsämnen. Enkla sockerarter och polysackarider utgör denna grupp. Glukos är ett exempel på ett enkelt socker som är ett viktigt cellnäringsämne. Nedbrytning av enkla sockerarter genom kemisk reaktion genererar cellenergi samt initierar syntesen av andra beståndsdelar i en cell. Polysackariderna, eller komplexa kolhydrater, representerar den form som sockret antar när det lagras. Polysackariderna är cellens strukturella beståndsdelar. Dessutom kan polysackarider och andra sockerarter fungera som markörer för vissa cellulära igenkänningsprocesser, inklusive proteiners intracellulära rörelse.

Lipider

Lipider är hydrofoba molekyler. De är en mycket effektiv form av energilagring och är viktiga beståndsdelar i cellmembranen. De är viktiga för cellsignalering, fungerar som utgångspunkt för olika biosyntetiska processer som t.ex. syntesen av östrogen och testosteron. Vissa lipider kan förmedla signaler från receptorer på cellytan till mål i samma eller andra celler. Fosfolipider innehåller två fettsyror som är förenade med en polär huvudgrupp. Förutom fosfolipiderna har cellerna glykolipider och kolesterol.

Nukleinsyror

Nukleinsyror lagrar och överför arvsdata. DNA och RNA utgör cellens informationsmolekyler. DNA spelar en avgörande roll som det genetiska materialet hos människan och många andra arter. RNA deltar i olika cellaktiviteter. Messenger RNA (mRNA) transporterar information från DNA till ribosomerna, där de deltar i syntesen av proteiner. Dessutom är ribosomalt RNA och transfer-RNA involverade i proteinsyntesen. Andra RNA-molekyler bearbetar och förflyttar både proteiner och RNA. RNA kan också katalysera kemiska reaktioner, till exempel sådana som involverar syntesen av proteiner och bearbetningen av RNA.

Proteiner

Proteiner spelar en viktig roll i de flesta av de uppgifter som en organism utför. Proteiner utför cellens arbete som styrs av den genetiska information som bärs av nukleinsyrorna. En cell rymmer många tusen proteiner som fungerar som cellens strukturella element, lagrar och transporterar små molekyler, överför data mellan celler och försvarar kroppen mot uppkomsten av infektioner. Men proteiner fungerar också som enzymer som påskyndar de flesta kemiska reaktioner. På detta sätt styr proteiner de flesta cellaktiviteter.

Struktur och funktion

Kovalenta bindningar, polaritet, temperatur, struktur och kemisk reaktivitet är några av de kemiska faktorer som styr makromolekylers struktur och funktion. Makromolekylernas struktur bestämmer hur de fungerar och reglerar uppgifter. Proteiner och nukleinsyrors 3D-struktur styrs av icke-kovalenta och kovalenta bindningar som ger dem funktion. Samtidigt är det möjligt att ändra strukturen och funktionen hos proteiner och nukleinsyror genom att tillämpa alternativ splicing, ändra nukleotidsekvensen eller genom kemisk modifiering. Slutligen kan makromolekylers struktur och funktion förändras med tiden för att skapa olika biologisk aktivitet.

För funktionens skull utnyttjar makromolekyler icke-kovalenta interaktioner när de interagerar med andra molekyler. Den största delen av den biologiska funktionaliteten beror på specificiteten och affiniteten hos sådana interaktioner. Makromolekylers struktur varierar och förändras över tiden. Detta är mycket viktigt för den biologiska funktionaliteten. Det kan vara möjligt för små molekyler att nå en makromolekyls inre. Makromolekylers struktur kan påverka den stabila jämvikten i biokemiska och molekylärbiologiska processer.

Tilläggsresurser

• Lanseringen av nästa generations Optima AUC främjar proteinforskning och karaktärisering av makromolekyler
• En ny metod för att manipulera makromolekyler
• Forskare använder stora-datormodellering i stor skala för att visa effekterna av inneslutning på cellmakromolekyler
• Forskare använder PCT-teknik för att förstå de fysiska effekterna av kompression på makromolekyler
• Transparent gel kan snart bli en det första och bästa valet för att försegla snitt i hornhinnan

• 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

Fortsatt läsning

• Allt innehåll av lipider
• Vad är lipider?
• Lipiders biologiska funktioner
• Lipidmetabolism
• Lipidhälsa och näring

Skrivet av

Joseph Constance

Joseph Constance har skrivit om forskning, utveckling och marknader inom hälsovård och närliggande områden. Han har skrivit ett antal artiklar och affärsanalyser/marknadsundersökningsrapporter inom områdena medicinsk utrustning, klinisk diagnostik och läkemedel. Joseph har en magisterexamen i kommunikation från New York University. Han gillar att tillbringa tid med sin fru, cykla, resa och lära sig om olika kulturer.

Citat

.