Biokemi

De fire vigtigste klasser af molekyler i biokemi (ofte kaldet biomolekyler) er kulhydrater, lipider, proteiner og nukleinsyrer. Mange biologiske molekyler er polymerer: i denne terminologi er monomerer relativt små makromolekyler, der er bundet sammen for at skabe store makromolekyler kendt som polymerer. Når monomerer er bundet sammen for at syntetisere en biologisk polymer, gennemgår de en proces kaldet dehydreringssyntese. Forskellige makromolekyler kan samles i større komplekser, der ofte er nødvendige for biologisk aktivitet.,

CarbohydratesEdit

Two of the main functions of carbohydrates are energy storage and providing structure., Et af de almindelige sukkerarter kendt som glukose er kulhydrat, men ikke alle kulhydrater er sukkerarter. Der er flere kulhydrater på jorden end nogen anden kendt type biomolekyle; de bruges til at lagre energi og genetisk information, samt spille vigtige roller i celle til celle interaktioner og kommunikation.

Den enkleste form for kulhydrat er et monosakkarid, der blandt andre ejendomme indeholder kulstof, brint og ilt, for det meste i forholdet 1:2:1 (generel formel CnH2nOn, hvor n er mindst 3)., Glukose (C6H12O6) er en af de vigtigste kulhydrater; Andre inkluderer fructose (C6H12O6), sukkeret, der ofte er forbundet med den søde smag af frugter, og DEO .yribose (c5h10o4), en komponent af DNA. Et monosaccharid kan skifte mellem acyklisk (åben kæde) form og en cyklisk form. Den åbne kædeform kan omdannes til en ring af carbonatomer broet af et O .ygenatom skabt af carbonylgruppen i den ene ende og hydro .ylgruppen i en anden. Det ringformede molekyle har en hemiacetal eller hemiketal gruppe, afhængigt af, om den lineære form var en aldose eller en ketose.,

i disse cykliske former har ringen normalt 5 eller 6 atomer. Disse former kaldes furanoses og pyranoses, henholdsvis—analogt med furan og pyran, den enkleste forbindelser med samme kulstof -, ilt-ring (selv om de mangler carbon-carbon dobbelt obligationer af disse to molekyler). For eksempel, aldohexose glucose kan danne en hemiacetal kobling mellem hydroxyl på carbon 1 og ilt kulstof 4, hvilket giver et molekyle med en 5-leddet ring, kaldet glucofuranose., Den samme reaktion kan finde sted mellem kulstofatomer 1 og 5 for at danne et molekyle med en 6-leddet ring, kaldet glucopyranose. Cykliske former med en 7-atom ring kaldet heptoser er sjældne.

to monosaccharider kan sammenføjes af en glycosidbinding eller etherbinding til et disaccharid gennem en dehydreringsreaktion, hvor et vandmolekyle frigives. Den omvendte reaktion, hvori den glycosidbinding af et disaccharid brydes i to monosaccharider, betegnes hydrolyse., Det bedst kendte disaccharid er saccharose eller almindeligt sukker, der består af et glukosemolekyle og et fructosemolekyle, der er sammenføjet. Et andet vigtigt disaccharid er lactose, der findes i mælk, der består af et glukosemolekyle og et galactosemolekyle. Lactose kan hydrolyseres ved lactase, og mangel på dette en .ym resulterer i laktoseintolerans.

Når nogle få (omkring tre til seks) monosaccharider er forbundet, kaldes det et oligosaccharid (oligo – hvilket betyder “Få”). Disse molekyler har tendens til at blive brugt som markører og signaler, samt at have nogle andre anvendelser., Mange monosaccharider sammenføjet danner et polysaccharid. De kan sammenføjes i en lang lineær kæde, eller de kan være forgrenede. To af de mest almindelige polysaccharider er cellulose og glykogen, begge bestående af gentagne glukosemonomerer. Cellulose er en vigtig strukturel komponent i plantens cellevægge, og glykogen bruges som en form for energilagring hos dyr.

sukker kan karakteriseres ved at have reducerende eller ikke-reducerende ender. En reducerende ende af et kulhydrat er et carbonatom, der kan være i ligevægt med åbenkædet aldehyd (aldose) eller ketoform (ketose)., Hvis sammenføjningen af monomerer finder sted ved et sådant carbonatom, udveksles den frie hydro .ygruppe af pyranose-eller furanoseformen med en OH-sidekæde af et andet sukker, hvilket giver en fuld acetal. Dette forhindrer åbning af kæden til aldehyd-eller ketoformen og gør den modificerede rest ikke-reducerende. Lactose indeholder en reducerende ende ved dets glukosedel, mens galactosedelen danner en fuld acetal med C4-OH-gruppen af glucose. Saccharose har ikke en reducerende ende på grund af fuld acetaldannelse mellem aldehydcarbonet af glucose (C1) og ketokulbonet af fructose (C2).,

LipidsEdit

Lipider består af en bred vifte af molekyler, og til en vis grad er et opfang for relativt vand-uopløselige eller upolære forbindelser af biologisk oprindelse, herunder voks, fede syrer, fedtsyrer-syre afledte fosfolipider, sphingolipids, glycolipids, og terpenoider (fx, retinoider og steroider). Nogle lipider er lineære, åbenkædede alifatiske molekyler, mens andre har ringstrukturer. Nogle er aromatiske (med en cyklisk og plan struktur), mens andre ikke er. Nogle er fleksible, mens andre er stive.,

lipider fremstilles sædvanligvis af et molekyle glycerol kombineret med andre molekyler. I triglycerider, den vigtigste gruppe af bulklipider, er der et molekyle glycerol og tre fedtsyrer. Fedtsyrer betragtes som monomer i dette tilfælde og kan være mættede (ingen dobbeltbindinger i carbonkæden) eller umættede (en eller flere dobbeltbindinger i carbonkæden).de fleste lipider har en vis polær karakter ud over at være stort set ikke-polære., Generelt er hovedparten af deres struktur ikke-polær eller hydrofob (“vandfrygtig”), hvilket betyder, at den ikke interagerer godt med polære opløsningsmidler som vand. En anden del af deres struktur er polær eller hydrofil (“vandelskende”) og vil have en tendens til at forbinde med polære opløsningsmidler som vand. Dette gør dem til amfifile molekyler (med både hydrofobe og hydrofile dele). I tilfælde af kolesterol er den polære Gruppe En simpel-OH (hydro .yl eller alkohol). I tilfælde af phospholipider er de polære grupper betydeligt større og mere polære som beskrevet nedenfor.,

lipider er en integreret del af vores daglige kost. De fleste olier og mejeriprodukter, som vi bruger til madlavning og spisning som smør, ost, ghee osv., er sammensat af fedtstoffer. Vegetabilske olier er rige på forskellige flerumættede fedtsyrer (PUFA). Lipidholdige fødevarer undergår fordøjelse i kroppen og er opdelt i fedtsyrer og glycerol, som er de endelige nedbrydningsprodukter af fedtstoffer og lipider. Lipider, især phospholipider, anvendes også i forskellige farmaceutiske produkter, enten som co-solubilisatorer (f or I parenterale infusioner) eller andet som lægemiddelbærerkomponenter (f (,, i et liposom eller overførselnogle).

ProteinsEdit

proteiner er meget store molekyler—Makro-biopolymerer—fremstillet af monomerer kaldet aminosyrer., En aminosyre består af en alpha-carbon-atom, der er knyttet til en amino gruppe, –NH2, en carboxylsyre-gruppe, –COOH (selvom disse findes som –NH3+ og –COO− under fysiologiske betingelser), en simpel hydrogen atom, og en sidekæde, der almindeligvis betegnes som “–R”. Sidekæden” R ” er forskellig for hver aminosyre, hvoraf der er 20 standard. Det er denne” R ” -gruppe, der gjorde hver aminosyre anderledes, Og egenskaberne af sidekæderne påvirker i høj grad den samlede tredimensionelle konformation af et protein., Nogle aminosyrer har funktioner i sig selv eller i en modificeret form; for eksempel fungerer glutamat som en vigtig neurotransmitter. Aminosyrer kan forbindes via en peptidbinding. I denne dehydreringssyntese fjernes et vandmolekyle, og peptidbindingen forbinder nitrogenet fra en aminosyres aminogruppe med carbon fra den andens Carbo .ylsyregruppe. Det resulterende molekyle kaldes et dipeptid, og korte strækninger af aminosyrer (normalt mindre end tredive) kaldes peptider eller polypeptider. Længere strækninger fortjener titlen proteiner., Som et eksempel indeholder det vigtige blodserumproteinalbumin 585 aminosyrerester.

proteiner kan have strukturelle og / eller funktionelle roller., For eksempel er bevægelser af proteinerne actin og myosin i sidste ende ansvarlige for sammentrækningen af knoglemuskler. En egenskab mange proteiner har, er, at de specifikt binder til et bestemt molekyle eller klasse af molekyler—de kan være ekstremt selektive i, hvad de binder. Antistoffer er et eksempel på proteiner, der knytter sig til en bestemt type molekyle. Antistoffer er sammensat af tunge og lette kæder. To tunge kæder ville være forbundet med to lette kæder gennem disulfidforbindelser mellem deres aminosyrer., Antistoffer er specifikke gennem variation baseret på forskelle i det N-terminale domæne.

den en .ymbundne immunosorbentassay (ELISA), der bruger antistoffer, er en af de mest følsomme tests, som moderne medicin bruger til at detektere forskellige biomolekyler. Sandsynligvis er de vigtigste proteiner imidlertid en .ymerne. Næsten hver reaktion i en levende celle kræver et en .ym for at sænke aktiveringsenergien af reaktionen. Disse molekyler genkender specifikke reaktantmolekyler kaldet substrater; de katalyserer derefter reaktionen mellem dem., Ved at sænke aktivering energi, det enzym, hastigheder op som reaktion ved en hastighed på 1011 eller mere; en reaktion, der normalt ville tage over 3.000 år at fuldføre spontant kan tage mindre end et sekund med et enzym. En .ymet selv er ikke brugt op i processen og er fri til at katalysere den samme reaktion med et nyt sæt substrater. Ved hjælp af forskellige modifikatorer kan en .ymets aktivitet reguleres, hvilket muliggør kontrol af cellens biokemi som helhed.

strukturen af proteiner er traditionelt beskrevet i et hierarki på fire niveauer., Den primære struktur af et protein, som består af dens lineære sekvens af aminosyrer, for eksempel, “alanin-glycin-tryptophan-serin-glutamat-asparagin-glycin-lysin-…”. Sekundær struktur beskæftiger sig med lokal morfologi (morfologi er studiet af struktur). Nogle kombinationer af aminosyrer vil have en tendens til at krølle sig sammen i en spole kaldet en a-Heli.eller i et ark kaldet Et β-ark; nogle a-Heli .er kan ses i hæmoglobinskematisk ovenfor. Tertiær struktur er hele den tredimensionelle form af proteinet. Denne form bestemmes af sekvensen af aminosyrer., Faktisk kan en enkelt ændring ændre hele strukturen. Alfa-kæden af hæmoglobin indeholder 146 aminosyrerester; substitution af glutamatresten i position 6 med en valinrest ændrer hæmoglobinets opførsel så meget, at det resulterer i seglcellesygdom. Endelig er kvaternær struktur bekymret for strukturen af et protein med flere peptidunderenheder, som hæmoglobin med dets fire underenheder. Ikke alle proteiner har mere end en underenhed.,

Indtagne proteiner, der normalt er brudt op i enkelte aminosyrer eller dipeptides i tyndtarmen og derefter absorberet. De kan derefter forbindes til dannelse af nye proteiner., Mellemprodukter af glycolyse, citronsyrecyklussen og pentosephosphatvejen kan bruges til at danne alle tyve aminosyrer, og de fleste bakterier og planter har alle de nødvendige en .ymer til at syntetisere dem. Mennesker og andre pattedyr kan imidlertid kun syntetisere halvdelen af dem. De kan ikke syntetisere isoleucin, leucin, lysin, methionin, phenylalanin, threonin, tryptophan og valin. Fordi de skal indtages, er disse de essentielle aminosyrer., Pattedyr besidder enzymer til at syntetisere alanin, asparagin, aspartat, cystein, glutamat, glutaminsyre, glycin, prolin, serin og tyrosin, de væsentlige aminosyrer. Mens de kan syntetisere arginin og histidin, kan de ikke producere det i tilstrækkelige mængder til unge, voksende dyr, og derfor betragtes disse ofte som essentielle aminosyrer.

Hvis aminogruppen fjernes fra en aminosyre, efterlader den et carbonskelet kaldet en a-ketosyre., En .ymer kaldet transaminaser kan let overføre aminogruppen fra en aminosyre (hvilket gør den til en a-ketosyre) til en anden A-ketosyre (hvilket gør den til en aminosyre). Dette er vigtigt i biosyntesen af aminosyrer, som for mange af de veje, mellemprodukter fra andre biokemiske veje omdannes til α-keto syre skelet, og derefter en aminogruppe tilsættes, ofte via transaminering. Aminosyrerne kan derefter forbindes sammen for at danne et protein.

en lignende proces bruges til at nedbryde proteiner. Det hydrolyseres først til dets komponent aminosyrer., Fri ammoniak (NH3), der findes som ammoniumion (NH4+) i blod, er giftig for livsformer. En passende metode til udskillelse af den skal derfor findes. Forskellige taktikker har udviklet sig i forskellige dyr, afhængigt af dyrenes behov. Unicellulære organismer frigiver simpelthen ammoniak i miljøet. Ligeledes kan benede fisk frigive ammoniak i vandet, hvor det hurtigt fortyndes. Generelt omdanner pattedyr ammoniak til urinstof via urinstofcyklussen.,

for at afgøre, om to proteiner er relaterede, eller med andre ord for at afgøre, om de er homologe eller ej, bruger forskere sekvenssammenligningsmetoder. Metoder som sekvensindstillinger og strukturelle tilpasninger er kraftfulde værktøjer, der hjælper forskere med at identificere homologier mellem beslægtede molekyler. Relevansen af at finde homologier blandt proteiner går ud over at danne et evolutionært mønster af proteinfamilier. Ved at finde ud af, hvordan lignende to proteinsekvenser er, tilegner vi os viden om deres struktur og dermed deres funktion.,

Nucleic acidsEdit

nukleinsyrer, såkaldt på grund af deres forekomst i cellulære kerner, er det generiske navn på familien af biopolymerer. De er komplekse biokemiske makromolekyler med høj molekylvægt, som kan formidle genetisk information i alle levende celler og vira., De monomerer, der er kaldet nukleotider, og hver består af tre komponenter: en kvælstofholdige heterocycliske base (enten en purin eller pyrimidin), en pentose sukker, og en fosfatgruppe.

de mest almindelige nukleinsyrer er deo .yribonukleinsyre (DNA) og ribonukleinsyre (RNA). Fosfatgruppen og sukkeret i hver nukleotidbinding med hinanden for at danne rygraden i nukleinsyren, mens sekvensen af nitrogenholdige baser lagrer Informationen. De mest almindelige nitrogenholdige baser er adenin, cytosin, guanin, thymin og uracil. De nitrogenholdige baser af hver streng af en nukleinsyre vil danne hydrogenbindinger med visse andre nitrogenholdige baser i en komplementær streng af nukleinsyre (svarende til en lynlås)., Adenin binder med thymin og uracil, thymin binder kun med adenin, og cytosin og guanin kan kun binde med hinanden. Adenin og Thymin & Adenin og Uracil indeholder to hydrogenbindinger ,mens hydrogenbindinger, der dannes mellem cytosin og guanin er tre i antal.

Bortset fra det genetiske materiale i cellen, nukleinsyrer spiller ofte en rolle som andet budbringere, samt danner grundlaget molekyle for adenosin trifosfat (ATP), den primære energi-carrier-molekyle, der findes i alle levende organismer., De nitrogenholdige baser, der er mulige i de to nukleinsyrer, er også forskellige: adenin, cytosin og guanin forekommer i både RNA og DNA, mens thymin kun forekommer i DNA, og uracil forekommer i RNA.