Một số lượng lớn các hợp chất có bản chất hóa học khác nhau được con người tổng hợp trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, tất cả đều giống nhau, các chất tự nhiên đã, đang và sẽ vẫn quan trọng và có ý nghĩa nhất đối với sự sống của tất cả các hệ thống sống. Đó là, những phân tử tham gia vào hàng nghìn phản ứng sinh hóa bên trong các sinh vật và chịu trách nhiệm cho hoạt động bình thường của chúng.
Đại đa số chúng thuộc nhóm được gọi là "polyme sinh học".
Khái niệm chung về chất tạo màng sinh học
Trước hết, cần phải nói rằng tất cả các hợp chất này đều là chất cao phân tử, có khối lượng lên tới hàng triệu D alton. Những chất này là polyme của động vật và thực vật, đóng vai trò quyết định trong việc xây dựng tế bào và cấu trúc của chúng, đảm bảo quá trình trao đổi chất, quang hợp, hô hấp, dinh dưỡng và tất cả các chức năng quan trọng khác của bất kỳ cơ thể sống nào.
Rất khó để đánh giá quá cao tầm quan trọng của các hợp chất như vậy. Biopolyme là các chất tự nhiên có nguồn gốc tự nhiên hình thành trong các cơ thể sống và là cơ sở của tất cả sự sống trên hành tinh của chúng ta. Các mối liên hệ cụ thể với chúng là gìthuộc về?
Chất tạo màng sinh học tế bào
Có rất nhiều trong số chúng. Vì vậy, các chất tạo màng sinh học chính như sau:
- protein;
- polysaccharid;
- axit nucleic (DNA và RNA).
Ngoài chúng, điều này cũng bao gồm nhiều polyme hỗn hợp được hình thành từ sự kết hợp của những loại đã được liệt kê. Ví dụ: lipoprotein, lipopolysaccharides, glycoprotein và những loại khác.
Thuộc tính chung
Có một số tính năng vốn có trong tất cả các phân tử được coi là. Ví dụ, các đặc tính chung sau đây của chất tạo màng sinh học:
- trọng lượng phân tử lớn do sự hình thành của các macrochains khổng lồ với các nhánh trong cấu trúc hóa học;
- loại liên kết trong đại phân tử (hydro, tương tác ion, lực hút tĩnh điện, cầu nối disulfua, liên kết peptit và những loại khác);
- đơn vị cấu trúc của mỗi chuỗi là một mắt xích đơn phân;
- tính lập thể hoặc sự vắng mặt của nó trong cấu trúc của chuỗi.
Nhưng nhìn chung, tất cả các chất tạo màng sinh học vẫn có nhiều điểm khác biệt về cấu trúc và chức năng hơn là những điểm tương đồng.
Protein
Phân tử protein có tầm quan trọng lớn trong cuộc sống của bất kỳ sinh vật nào. Những chất tạo màng sinh học như vậy là cơ sở của tất cả sinh khối. Thật vậy, ngay cả theo lý thuyết Oparin-Haldane, sự sống trên Trái đất bắt nguồn từ một giọt coacervate, là một protein.
Cấu trúc của các chất này tuân theo thứ tự nghiêm ngặt trong cấu trúc. Mỗi protein được tạo thành từ các gốc axit amin màcó thể kết nối với nhau theo chiều dài chuỗi không giới hạn. Điều này xảy ra thông qua sự hình thành các liên kết đặc biệt - liên kết peptit. Một liên kết như vậy được hình thành giữa bốn nguyên tố: cacbon, oxy, nitơ và hydro.
Một phân tử protein có thể chứa nhiều gốc axit amin, giống nhau và khác nhau (vài chục nghìn hoặc nhiều hơn). Tổng cộng, có 20 loại axit amin được tìm thấy trong các hợp chất này. Tuy nhiên, sự kết hợp đa dạng của chúng cho phép protein phát triển mạnh về số lượng và chủng loại.
Chất tạo phân tử protein có cấu trúc không gian khác nhau. Do đó, mỗi đại diện có thể tồn tại dưới dạng cấu trúc chính, phụ, cấp ba hoặc bậc bốn.
Đơn giản và tuyến tính nhất trong số đó là cái chính. Nó chỉ đơn giản là một chuỗi các chuỗi axit amin được kết nối với nhau.
Cấu trúc thứ cấp có cấu trúc phức tạp hơn, vì chuỗi vĩ mô tổng thể của protein bắt đầu xoắn ốc, tạo thành các cuộn dây. Hai cấu trúc vĩ mô liền kề được tổ chức gần nhau do tương tác cộng hóa trị và hydro giữa các nhóm nguyên tử của chúng. Phân biệt giữa xoắn alpha và beta trong cấu trúc thứ cấp của protein.
Cấu trúc bậc ba là một đại phân tử đơn (chuỗi polypeptit) của protein cuộn thành một quả bóng. Một mạng lưới tương tác rất phức tạp bên trong quả cầu này cho phép nó khá ổn định và giữ nguyên hình dạng.
Cấu trúc bậc bốn - một vài chuỗi polypeptit, cuộn và xoắnthành một cuộn dây, đồng thời cũng tạo thành nhiều liên kết khác nhau giữa chúng. Cấu trúc hình cầu phức tạp nhất.
Chức năng của phân tử protein
- Vận tải. Nó được thực hiện bởi các tế bào protein tạo nên màng sinh chất. Chúng tạo thành các kênh ion mà qua đó các phân tử nhất định có thể đi qua. Ngoài ra, nhiều protein là một phần của các bào quan trong quá trình di chuyển của động vật nguyên sinh và vi khuẩn, do đó chúng trực tiếp tham gia vào quá trình di chuyển của chúng.
- Chức năng năng lượng được thực hiện bởi các phân tử này rất tích cực. Một gam protein trong quá trình chuyển hóa tạo thành năng lượng 17,6 kJ. Do đó, việc tiêu thụ các sản phẩm động thực vật có chứa các hợp chất này là rất quan trọng đối với các sinh vật sống.
- Chức năng xây dựng là sự tham gia của các phân tử protein vào việc xây dựng hầu hết các cấu trúc tế bào, chính tế bào, mô, cơ quan, v.v. Hầu hết mọi tế bào về cơ bản đều được xây dựng từ các phân tử này (bộ xương của tế bào chất, màng sinh chất, ribosome, ty thể và các cấu trúc khác tham gia vào việc hình thành các hợp chất protein).
- Chức năng xúc tác được thực hiện bởi các enzym, bản chất hóa học của chúng không khác gì protein. Nếu không có enzym, hầu hết các phản ứng sinh hóa trong cơ thể sẽ không thể xảy ra, vì chúng là chất xúc tác sinh học trong các hệ thống sống.
- Chức năng thụ cảm (cũng là tín hiệu) giúp các tế bào điều hướng và phản ứng chính xác với bất kỳ thay đổi nào trong môi trường, chẳng hạn nhưcơ khí và hóa học.
Nếu chúng ta xem xét các protein sâu hơn, chúng ta có thể làm nổi bật một số chức năng thứ cấp hơn. Tuy nhiên, những cái được liệt kê là những cái chính.
Axit nucleic
Những chất tạo màng sinh học như vậy là một phần quan trọng của mọi tế bào, có thể là tế bào nhân sơ hay sinh vật nhân chuẩn. Thật vậy, axit nucleic bao gồm các phân tử DNA (deoxyribonucleic acid) và RNA (ribonucleic acid), mỗi phân tử đều là một liên kết rất quan trọng đối với các sinh vật sống.
Về bản chất hóa học, DNA và RNA là chuỗi các nucleotide được nối với nhau bằng liên kết hydro và cầu nối phosphate. DNA được cấu tạo bởi các nucleotide như:
- adenine;
- thymine;
- guanine;
- cytosine;
- 5-carbon đường deoxyribose.
RNA khác ở chỗ thymine được thay thế bằng uracil và đường bằng ribose.
Do tổ chức cấu trúc đặc biệt của phân tử DNA có thể thực hiện một số chức năng quan trọng. RNA cũng đóng một vai trò quan trọng trong tế bào.
Chức năng của các axit đó
Axit nucleic là chất tạo màng sinh học chịu trách nhiệm cho các chức năng sau:
- DNA là nơi lưu trữ và truyền thông tin di truyền trong tế bào của cơ thể sống. Ở sinh vật nhân sơ, phân tử này được phân bố trong tế bào chất. Trong tế bào nhân thực, nó nằm bên trong nhân, được ngăn cách bởi một vi nhân sơ.
- Phân tử DNA sợi kép được chia thành các phần - các gen tạo nên cấu trúc của nhiễm sắc thể. Gen của mọi ngườicác sinh vật tạo thành một mã di truyền đặc biệt, trong đó tất cả các dấu hiệu của sinh vật đều được mã hóa.
- RNA có ba loại - khuôn mẫu, ribosome và vận chuyển. Ribosome tham gia vào quá trình tổng hợp và lắp ráp các phân tử protein trên các cấu trúc tương ứng. Ma trận và thông tin truyền vận chuyển được đọc từ DNA và giải mã ý nghĩa sinh học của nó.
Polysaccharides
Những hợp chất này chủ yếu là polyme thực vật, tức là, chúng được tìm thấy chính xác trong tế bào của các đại diện của hệ thực vật. Thành tế bào của chúng, chứa xenluloza, đặc biệt giàu polysaccharid.
Theo bản chất hóa học, polysaccharid là các đại phân tử carbohydrate phức tạp. Chúng có thể là các cấu trúc tuyến tính, nhiều lớp, liên kết chéo. Các đơn phân là đường đơn giản năm-, thường là đường sáu cacbon - ribose, glucoza, fructoza. Chúng có tầm quan trọng lớn đối với chúng sinh, vì chúng là một phần của tế bào, là chất dinh dưỡng dự trữ cho thực vật, chúng bị phân hủy khi giải phóng một lượng lớn năng lượng.
Ý nghĩa của các đại diện khác nhau
Các polyme sinh học như tinh bột, cellulose, inulin, glycogen, kitin và những chất khác rất quan trọng. Chúng là nguồn năng lượng quan trọng trong các cơ thể sống.
Vì vậy, cellulose là thành phần thiết yếu của thành tế bào thực vật, một số vi khuẩn. Cung cấp cho sức mạnh, một hình dạng nhất định. Trong công nghiệp, con người được sử dụng để lấy giấy, sợi axetat có giá trị.
Tinh bột là một chất dinh dưỡng thực vật dự trữ,mà cũng là một sản phẩm thực phẩm có giá trị cho con người và động vật.
Glycogen, hay mỡ động vật, là chất dinh dưỡng dự trữ cho động vật và con người. Thực hiện các chức năng cách nhiệt, nguồn năng lượng, bảo vệ cơ học.
Hỗn hợp tạo màng sinh học trong cơ thể sống
Ngoài những chất mà chúng tôi đã xem xét, có nhiều sự kết hợp khác nhau của các hợp chất cao phân tử. Những chất tạo màng sinh học như vậy là những cấu trúc hỗn hợp phức tạp của protein và lipid (lipoprotein) hoặc polysaccharid và protein (glycoprotein). Cũng có thể kết hợp lipid và polysaccharid (lipopolysaccharid).
Mỗi loại phân tử sinh học này có nhiều loại thực hiện một số chức năng quan trọng trong cơ thể sống: vận chuyển, tín hiệu, thụ thể, điều hòa, enzym, xây dựng và nhiều chức năng khác. Cấu trúc của chúng rất phức tạp về mặt hóa học và còn lâu mới được giải mã cho tất cả các đại diện, do đó, các chức năng không được xác định đầy đủ. Ngày nay, chỉ những thứ phổ biến nhất được biết đến, nhưng một phần đáng kể vẫn nằm ngoài ranh giới hiểu biết của con người.
