Biyomolekül - Biomolecule

Şeritlerle gösterilen alfa sarmallarını gösteren miyoglobinin 3B yapısının bir temsili. Bu protein yapısı çözülmesi için ilk oldu Röntgen kristalografisi tarafından Max Perutz ve Sir John Cowdery Kendrew onlar aldığı için, 1958 yılında Nobel Kimya Ödülünü

Bir biyomolekül veya biyolojik molekül , hücre bölünmesi , morfojenez veya gelişme gibi bir veya daha fazla tipik biyolojik işlem için gerekli olan organizmalarda bulunan moleküller için gevşek bir şekilde kullanılan bir terimdir . Biyomoleküller, proteinler , karbonhidratlar , lipitler ve nükleik asitler gibi büyük makromolekülleri (veya polianyonları) ve ayrıca birincil metabolitler , ikincil metabolitler ve doğal ürünler gibi küçük molekülleri içerir . Bu sınıf malzeme için daha genel bir isim biyolojik malzemelerdir. Biyomoleküller, canlı organizmaların önemli bir unsurudur, bu biyomoleküller genellikle endojendir , organizma içinde üretilir, ancak organizmalar hayatta kalmak için genellikle eksojen biyomoleküllere, örneğin belirli besinlere ihtiyaç duyar .

Biyoloji ve biyokimya ve moleküler biyolojinin alt alanları, biyomolekülleri ve reaksiyonlarını inceler . Çoğu biyomolekül organik bileşiklerdir ve sadece dört element - oksijen , karbon , hidrojen ve nitrojen - insan vücudunun kütlesinin % 96'sını oluşturur . Ancak çeşitli biyometaller gibi diğer birçok unsur da küçük miktarlarda mevcuttur.

Hem belirli molekül türlerinin (biyomoleküller) hem de belirli metabolik yolların tekdüzeliği , çok çeşitli yaşam formları arasında değişmeyen özelliklerdir; bu nedenle bu biyomoleküller ve metabolik yolaklar, hücre teorisi ve evrim teorisi ile birlikte biyolojide birleştirici bir kavram olan "biyokimyasal evrenseller" veya "canlıların maddi birliği teorisi" olarak adlandırılır .

Biyomolekül türleri

Aşağıdakileri içeren çok çeşitli biyomoleküller mevcuttur:

Biyomonomerler Bio-oligo Biyopolimerler Polimerizasyon süreci Monomerler arasındaki kovalent bağ adı
Amino asitler Oligopeptidler Polipeptitler , proteinler ( hemoglobin ...) Polikondensasyon Peptit bağı
Monosakkaritler Oligosakkaritler Polisakkaritler ( selüloz ...) Polikondensasyon Glikozidik bağ
İzopren Terpenler Politerpenler: cis-1,4-poliizopren doğal kauçuk ve trans-1,4-poliizopren güta-perka Polyaddition
Nükleotidler Oligonükleotidler Polinükleotidler , nükleik asitler ( DNA , RNA ) Fosfodiester bağı

Nükleositler ve nükleotidler

Nükleositler , bir nükleobazın bir riboz veya deoksiriboz halkasına bağlanmasıyla oluşturulan moleküllerdir . Bunların örnekleri arasında sitidin (C), üridin (U), adenosin (A), guanozin (G) ve timidin (T) bulunur.

Nükleosidler , hücrede nükleotidler üreten spesifik kinazlar tarafından fosforile edilebilir . Hem DNA ve RNA bulunmaktadır polimerler ile monte molekül, doğrusal, uzun oluşan polimeraz mononükleotitlere bölgesinin yapısal birimleri, veya monomerler tekrar enzimleri. DNA deoksinükleotidler C, G, A ve T'yi kullanırken, RNA ribonükleotidleri (pentoz halkasında ekstra bir hidroksil (OH) grubuna sahip olan) C, G, A ve U kullanır. baz halkasında metil grupları ile), ribozomal RNA veya transfer RNA'larında olduğu gibi veya replikasyondan sonra yeniyi eski DNA ipliklerinden ayırmak için.

Her nükleotid, asiklik bir nitrojenli baz , bir pentoz ve bir ila üç fosfat grubundan oluşur . Karbon, nitrojen, oksijen, hidrojen ve fosfor içerirler. Bunlar kimyasal enerji kaynakları (olarak hizmet adenozin trifosfat ve guanosin trifosfat , katılma) hücresel sinyal ( siklik guanozin monofosfat ve siklik adenosin monofosfat ) ve önemli bir enzimatik reaksiyonların kofaktörler (dahil edilen koenzim A , flavin adenin dinükleotid , flavin mononükleotid ve nikotinamid adenin dinükleotid fosfat ).

DNA ve RNA yapısı

DNA yapısına, Watson-Crick'in C ile G ve A'nın T ile baz eşleşmesi tarafından oluşturulan iyi bilinen çift ​​sarmal hakimdir . Bu, B-form DNA olarak bilinir ve ezici bir şekilde DNA'nın en uygun ve yaygın halidir; son derece spesifik ve kararlı baz eşleşmesi, güvenilir genetik bilgi depolamanın temelidir. DNA bazen tek sarmallar halinde (genellikle tek sarmallı bağlayıcı proteinler tarafından stabilize edilmesi gerekir) veya A-biçimi veya Z-biçimli sarmallar halinde ve bazen de DNA replikasyonu sırasında Holliday bağlantılarındaki çapraz geçiş gibi daha karmaşık 3D yapılarda ortaya çıkabilir .

Grup I intron ribozimin stereo 3D görüntüsü (PDB dosyası 1Y0Q); gri çizgiler baz çiftlerini gösterir; şerit oklar çift sarmal bölgeleri gösterir, maviden kırmızıya 5 'ila 3' uçtan; beyaz şerit bir RNA ürünüdür.

RNA, tersine, proteinleri andıran büyük ve karmaşık 3 boyutlu üçüncül yapıların yanı sıra haberci RNA moleküllerini oluşturan yerel olarak katlanmış bölgelere sahip gevşek tek sarmallar oluşturur . Bu RNA yapıları, tek sarmallı döngüler, çıkıntılar ve bağlantılarla belirli 3B düzenlemelere bağlanan birçok A-biçimli çift sarmal uzantısı içerir. Örnekler tRNA, ribozomlar, ribozimler ve riboswitchlerdir . Bu karmaşık yapılar, RNA omurgasının DNA'dan daha az yerel esnekliğe sahip olması, ancak görünüşe göre fazladan OH'nin riboz üzerindeki hem pozitif hem de negatif etkileşimlerinden dolayı geniş bir dizi farklı konformasyona sahip olması gerçeğiyle kolaylaştırılmıştır. Yapılandırılmış RNA molekülleri, diğer moleküllerin oldukça spesifik bağlanmasını yapabilir ve kendileri spesifik olarak tanınabilir; ek olarak, enzimatik kataliz yapabilirler ( başlangıçta Tom Cech ve arkadaşları tarafından keşfedildiği üzere " ribozimler " olarak bilindiklerinde ).

Sakkaritler

Monosakkaritler , yalnızca bir basit şeker içeren en basit karbonhidrat şeklidir . Yapılarında esasen bir aldehit veya keton grubu içerirler . Bir monosakkaritte bir aldehit grubunun varlığı aldo- ön eki ile gösterilir . Benzer şekilde, bir keton grubu, keto- öneki ile gösterilir . Monosakaritlerin örnekleri, heksozlar , glukoz , fruktoz , triozlar , tetrozlar , Heptoses , galaktoz , pentozlar , riboz ve deoksiriboz. Tüketilen fruktoz ve glikoz , farklı mide boşalma oranlarına sahiptir, farklı şekilde emilir ve farklı metabolik kaderlere sahiptir, bu da 2 farklı sakkaridin gıda alımını farklı şekilde etkilemesi için birden fazla fırsat sağlar. Çoğu sakarit, sonunda hücresel solunum için yakıt sağlar.

Disakkaritler , iki monosakkarit veya iki tek basit şeker, suyun uzaklaştırılmasıyla bir bağ oluşturduğunda oluşur. Seyreltik asitle kaynatılarak veya uygun enzimlerle reaksiyona sokularak sakarin yapı taşlarını vermek üzere hidrolize edilebilirler. Disakkarit örnekleri arasında sukroz , maltoz ve laktoz bulunur .

Polisakkaritler , polimerize monosakkaritler veya kompleks karbonhidratlardır. Birden çok basit şekerleri var. Örnekler, nişasta , selüloz ve glikojendir . Genellikle büyüktürler ve genellikle karmaşık, dallanmış bir bağlantıya sahiptirler. Boyutlarından dolayı polisakkaritler suda çözünür değildir, ancak birçok hidroksi grubu suya maruz kaldıklarında tek tek hidratlanır ve bazı polisakkaritler suda ısıtıldığında kalın koloidal dispersiyonlar oluşturur. 3-10 monomerli daha kısa polisakkaritlere oligosakkaritler denir . Sakkaritleri ayırt etmek için bir floresan gösterge yer değiştirmeli moleküler baskı sensörü geliştirildi. Üç marka portakal suyu içeceğini başarıyla ayırt etti. Ortaya çıkan algılama filmlerinin floresan yoğunluğundaki değişiklik, doğrudan sakarit konsantrasyonu ile ilgilidir.

Lignin

Lignin , esas olarak beta-O4-aril bağlarından oluşan karmaşık bir polifenolik makromoleküldür. Selülozdan sonra, lignin en çok bulunan ikinci biyopolimerdir ve çoğu bitkinin birincil yapısal bileşenlerinden biridir. Bu elde edilen alt birimin ihtiva etmektedir s -coumaryl alkol , koniferil alkol ve sinapil alkol ve olmasıyla moleküller arasında sıradışı rasemik . Optik aktivite eksikliği , bir kiral merkezde her iki konfigürasyonun da tercih edilmediği serbest radikal birleştirme reaksiyonları yoluyla meydana gelen ligninin polimerizasyonundan kaynaklanmaktadır .

Lipid

Lipitler (yağlı) esas olarak yağ asidi esterleridir ve biyolojik zarların temel yapı taşlarıdır . Diğer bir biyolojik rol, enerji depolamadır (örneğin, trigliseridler ). Çoğu lipit, bir polar veya hidrofilik kafa (tipik olarak gliserol) ve bir ila üç polar olmayan veya hidrofobik yağ asidi kuyruğundan oluşur ve bu nedenle amfifiliktir . Yağ asitleri, tek başına tek bağlarla ( doymuş yağ asitleri) veya hem tek hem de çift ​​bağlarla ( doymamış yağ asitleri) bağlanan dallanmamış karbon atomu zincirlerinden oluşur . Zincirler genellikle 14-24 karbon grubu uzunluğundadır, ancak her zaman çift sayıdır.

Biyolojik zarlarda bulunan lipitler için, hidrofilik kafa üç sınıftan biridir:

Diğer lipidler arasında , araşidonik asitten sentezlenen 20 karbonlu yağlı asil birimleri olan prostaglandinler ve lökotrienler yer alır . Yağ asitleri olarak da bilinirler

Amino asitler

Amino asitler, her ikisini de içerir amino ve karboksilik asit işlevsel grupları . ( Biyokimyada , amino asit terimi, amino ve karboksilat işlevselliklerinin aynı karbona eklendiği amino asitlere artı gerçekte bir amino asit olmayan proline atıfta bulunurken kullanılır ).

Modifiye edilmiş amino asitler bazen proteinlerde gözlenir; Bu genellikle sonra enzimatik modifikasyonu sonucu için ( protein sentezi ). Örneğin, serinin kinazlarla fosforilasyonu ve fosfatazlarla defosforilasyon , hücre döngüsünde önemli bir kontrol mekanizmasıdır . Bazı organizmalarda çeviri sırasında standart yirmi dışında yalnızca iki amino asidin proteinlere dahil edildiği bilinmektedir:

Protein sentezinde kullanılanların yanı sıra , biyolojik olarak önemli diğer amino asitler arasında karnitin (bir hücre içinde lipit taşınmasında kullanılır), ornitin , GABA ve taurin bulunur .

Protein yapısı

Bir proteini oluşturan belirli amino asit dizisi, o proteinin birincil yapısı olarak bilinir . Bu sıra, bireyin genetik yapısı tarafından belirlenir. Doğrusal polipeptit "omurgası" boyunca yan zincir gruplarının sırasını belirtir.

Proteinler , omurga boyunca belirli bir hidrojen bağları örüntüsüyle tanımlanan, iyi sınıflandırılmış, sık sık meydana gelen yerel yapı elemanlarına sahiptir : alfa sarmal ve beta levha . Sayıları ve düzenlemeleri, proteinin ikincil yapısı olarak adlandırılır . Alfa sarmalları, bir amino asit kalıntısının omurga CO grubu ( karbonil ) ile i + 4 kalıntısının omurga NH grubu ( amit ) arasındaki hidrojen bağları ile stabilize edilmiş düzenli spirallerdir . Spiral, tur başına yaklaşık 3.6 amino aside sahiptir ve amino asit yan zincirleri, sarmalın silindirinden dışarı çıkar. Beta kıvrımlı tabakalar, her biri "uzatılmış" veya tamamen uzatılmış bir konformasyonda olan ayrı ayrı beta şeritleri arasındaki omurga hidrojen bağları tarafından oluşturulur. İpler birbirine paralel veya antiparalel olabilir ve yan zincir yönü, tabakanın üstünde ve altında dönüşümlü olarak yer alır. Hemoglobin yalnızca sarmallar içerir, doğal ipek beta kıvrımlı tabakalardan oluşur ve birçok enzim, değişen sarmallar ve beta şeritlerden oluşan bir modele sahiptir. İkincil yapı elemanları, bazen oldukça hareketli veya düzensiz olan, ancak genellikle iyi tanımlanmış, kararlı bir düzenlemeyi benimseyen, tekrar etmeyen konformasyonun "döngü" veya "bobin" bölgeleri ile bağlanır.

Bir proteinin genel, kompakt, 3 boyutlu yapısı, bunun üçüncül yapısı veya "katlanması" olarak adlandırılır . Hidrojen bağı , disülfür köprüleri , hidrofobik etkileşimler , hidrofilik etkileşimler, van der Waals kuvveti vb. Gibi çeşitli çekici kuvvetlerin sonucu olarak oluşur .

İki veya daha fazla polipeptit zinciri (aynı veya farklı dizide) bir protein oluşturmak üzere kümelendiğinde, proteinin dörtlü yapısı oluşur. Kuaterner yapı, iki "alfa" ve iki "beta" polipeptit zincirinden oluşan hemoglobin gibi polimerik (aynı sıralı zincirler) veya heteromerik (farklı sıralı zincirler) proteinlerin bir özelliğidir.

Apoenzimler

Bir apoenzim (veya genellikle bir apoprotein), herhangi bir küçük moleküllü kofaktör, substrat veya inhibitör bağlanmamış proteindir. Genellikle bir proteinin aktif olmayan bir şekilde depolanması, taşınması veya salgılanması açısından önemlidir. Bu, örneğin salgı hücresini bu proteinin aktivitesinden korumak için gereklidir. Apoenzimler, bir kofaktör ilavesiyle aktif enzimler haline gelir . Kofaktörler, inorganik (ör., Metal iyonları ve demir-kükürt kümeleri ) veya organik bileşikler (ör., [Flavin grubu | flavin] ve hem ) olabilir. Organik kofaktörler, bir enzime sıkıca bağlanan prostetik gruplar veya reaksiyon sırasında enzimin aktif bölgesinden salınan koenzimler olabilir .

İzoenzimler

İzoenzimler veya izozimler, bir enzimin çok az farklı protein dizisine sahip ve çok benzer fakat genellikle özdeş işlevlere sahip olmayan çoklu formlarıdır . Ya farklı genlerin ürünleri ya da alternatif eklemenin farklı ürünleri . Aynı işlevi yerine getirmek için farklı organlarda veya hücre tiplerinde üretilebilirler veya değişen gelişme veya çevre ihtiyaçlarına uyacak şekilde farklı düzenleme altında aynı hücre tipinde birkaç izoenzim üretilebilir. LDH ( laktat dehidrojenaz ) çoklu izoenzimlere sahipken, fetal hemoglobin , enzimatik olmayan bir proteinin gelişimsel olarak düzenlenmiş izoformunun bir örneğidir. Kandaki izoenzimlerin nispi seviyeleri, salgı organındaki problemleri teşhis etmek için kullanılabilir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar