Biokjemi

De fire viktigste klasser av molekyler i biokjemi (ofte kalt biomolecules) er karbohydrater, lipider, proteiner og nukleinsyrer. Mange biologiske molekyler er polymerer: i denne terminologien, monomers er relativt små makromolekyler som er koblet sammen for å skape store makromolekyler kjent som polymerer. Når monomers er koblet sammen for å produsere en biologisk polymer, de gjennomgå en prosess som kalles dehydrering syntese. Ulike makromolekyler kan montere i større komplekser, ofte behov for biologisk aktivitet.,

CarbohydratesEdit

Two of the main functions of carbohydrates are energy storage and providing structure., En av de vanligste sukker kjent som glukose er karbohydrater, men ikke alle karbohydrater er sukker. Det er mer karbohydrater på Jorden enn noen annen kjent type biomolecule, men brukes til å lagre energi og genetisk informasjon, så vel som å spille viktige roller i celle til celle interaksjoner og kommunikasjon.

Den enkleste type karbohydrat er en monosaccharide, som blant andre egenskaper inneholder karbon, hydrogen og oksygen, for det meste i forholdet 1:2:1 (generalisert formel CnH2nOn, der n er minst 3)., Glukose (C6H12O6) er en av de viktigste karbohydrater, mens andre inkluderer fruktose (C6H12O6), sukker ofte forbundet med søt smak av frukt, og deoxyribose (C5H10O4), en komponent av DNA. En monosaccharide kan veksle mellom acyclic (åpne-kjeden) form og et syklisk form. Den åpne-kjeden form kan bli omgjort til en ring av karbon atomer forbundet av et oksygen atom opprettet fra karbonyl gruppe i den ene enden og hydroksyl gruppe til en annen. Den sykliske molekyl har en hemiacetal eller hemiketal gruppe, avhengig av om den lineære formen var en aldose eller en ketose.,

I disse sykliske former, ringen har vanligvis 5 eller 6 atomer. Disse formene kalles furanoses og pyranoses, henholdsvis ved analogi med furan og pyran, den enkleste forbindelser med samme karbon og oksygen-ring (selv om de mangler karbon-karbon dobbeltbindinger av disse to molekyler). For eksempel, den aldohexose glukose kan danne en hemiacetal sammenhengen mellom hydroksyl på karbon 1 og oksygen på karbon 4, som gir et molekyl med en 5-husket ringen, kalt glucofuranose., Samme reaksjon som kan finne sted mellom karbonatomer 1 og 5 for å danne et molekyl med en 6-husket ringen, kalt glucopyranose. Syklisk former med en 7-atom-ring som kalles heptoses er sjeldne.

To monosakkarider kan være sammen med en glycosidic eller ether bond i en disaccharide gjennom en dehydrering reaksjon hvor et molekyl vann er utgitt. Omvendt reaksjon som glycosidic bond av en disaccharide er delt inn i to monosakkarider kalles hydrolyse., Den mest kjente disaccharide er sukrose eller vanlig sukker, som består av et molekyl glukose og fruktose molekyl er satt sammen. En annen viktig disaccharide er laktose finnes i melk, som består av et molekyl glukose og galaktose-molekylet. Laktose kan være hydrolysed av laktase, og mangel på dette enzymet resultater i laktose intoleranse.

Når noen (rundt tre til seks) monosakkarider er koblet til, kan det kalles en oligosaccharide (oligo – som betyr «noen»). Disse molekylene har en tendens til å bli brukt som markører og signaler, samt å ha noen andre bruker., Mange monosakkarider sluttet seg sammen for å danne et polysakkarid. De kan være knyttet sammen i en lang lineær kjede, eller de kan være forgrenet. To av de vanligste polysakkarider er cellulose og glykogen, både som består av gjentatte glukose monomers. Cellulose er en viktig strukturell komponent av plantens celle vegger og glykogen er brukt som en form for energilagring i dyr.

Sukker kan være preget av å måtte redusere eller ikke-å redusere ender. En reduksjon slutten av et karbohydrat er et karbonatom som kan være i likevekt med åpen kjede aldehyd (aldose) eller keto form (ketose)., Hvis skjøting av monomers foregår på en slik karbonatom, gratis hydroxy gruppen av pyranose eller furanose form er utvekslet med en OH-side-chain-annet sukker, noe som gir en full acetal. Dette hindrer åpning av kjeden til aldehyd eller keto form og gjør den modifiserte rester ikke å redusere. Laktose inneholder et redusere slutten på sin glukose fraksjonen, mens galaktose fraksjonen utgjør en full acetal med C4-OH gruppe av glukose. Saccharose ikke har en å redusere slutten på grunn av full acetal dannelse mellom aldehyd karbon av glukose (C1) og keto karbon av fruktose (C2).,

LipidsEdit

Lipider utgjør en mangfoldig utvalg av molekyler og til en viss grad er en catchall for relativt vann-kan ikke løses opp eller upolare stoffer av biologisk opprinnelse, herunder voks, fettsyrer, fatty acid avledet fosfolipider, sphingolipids, glycolipids, og terpenoids (f.eks., retinoider og steroider). Noen lipider er lineær, åpen kjede alifatiske molekyler, mens andre har ringen strukturer. Noen er aromatiske (med en syklisk og plan struktur), mens andre ikke. Noen er fleksible, mens andre er stiv.,

Lipider er vanligvis laget av ett molekyl glyserol kombinert med andre molekyler. I triglyserider, den største gruppen av bulk lipider, det er ett molekyl glyserol og tre fettsyrer. Fettsyrer er regnet som monomer i saken, og kan være mettet (ingen dobbeltbindinger i carbon kjede) eller umettede (én eller flere dobbeltbindinger i carbon-kjeden).

de Fleste lipider har noen polar karakter i tillegg til å være stor grad upolare., Generelt, er hoveddelen av deres struktur er upolare eller hydrofobe («vann-i frykt»), noe som betyr at det ikke samhandler godt med polare løsemidler som vann. En annen del av deres struktur er polar eller hydrofile (vann-elskende) og har en tendens til å assosiere med polare løsemidler som vann. Dette gjør dem amfifile molekyler (som har både hydrofobe og hydrofile deler). I tilfelle av kolesterol, polar-gruppen er en ren –OH (hydroksyl eller alkohol). I tilfelle av fosfolipider, den polare grupper er betydelig større og mer polar, som beskrevet nedenfor.,

Lipider er en integrert del av vårt daglige kosthold. De fleste oljer og melk produkter som vi bruker til matlaging og spising som smør, ost, ghee etc. er sammensatt av fett. Vegetabilske oljer er rike på ulike flerumettede fettsyrer (PUFA). Lipid-holdige matvarer gjennomgå fordøyelsen i kroppen og er delt inn fettsyrer og glyserol, som er den siste nedbrytning produkter av fett og lipider. Lipider, spesielt fosfolipider, er også brukt i ulike farmasøytiske produkter, enten som co-solubilisers (f.eks., i parenteral infusjoner) eller annet som narkotika transportøren komponenter (f.eks., i en liposome eller transfersome).

ProteinsEdit

Proteiner er store molekyler—makro-biopolymers—laget fra monomers som heter amino syrer., En aminosyre som består av en alfa karbonatom som er festet til en amino-gruppe, –NH2, en karboksylsyre gruppe, –COOH (selv om disse eksisterer som –NH3+ og –COO− under fysiologiske forhold), en enkel hydrogenatom, og en side kjede ofte betegnet som «–R». Siden kjeden «R» er forskjellig for hver aminosyre som det er 20 vanlige. Det er denne «R» – gruppe som er laget hver aminosyre forskjellige, og egenskapene til side-kjedene i stor grad påvirke den samlede tre-dimensjonale konformasjon av et protein., Noen aminosyrer har funksjoner av seg selv eller i en modifisert form, for eksempel glutamat fungerer som en viktig nevrotransmitter. Aminosyrer kan være koblet via et peptid bond. I denne dehydrering syntese, et molekyl vann er fjernet og peptid bond forbinder nitrogen av en aminosyre er amino gruppen til carbon av de andre er karboksylsyre gruppe. Den resulterende molekyl kalles en dipeptide, og korte strekninger av aminosyrer (vanligvis mindre enn tretti) kalles peptider eller polypeptides. Lenger strekker seg fortjent til tittelen proteiner., Som et eksempel, er det viktig at blodet serum protein, albumin inneholder 585 aminosyre rester.

Proteiner kan ha strukturelle og/eller funksjonelle roller., For eksempel, bevegelser av proteiner actin og myosin til syvende og sist er ansvarlig for kontraksjon av skjelettmuskulatur. En eiendel mange proteiner har, er at de er spesielt binde seg til en bestemt molekyl eller klasse av molekyler—de kan være svært selektive i hva de binder. Antistoffer er et eksempel på proteiner, som festes til en bestemt type molekyl. Antistoffer er sammensatt av tunge og lette kjeder. To tunge kjeder, ville være knyttet til to lette kjeder gjennom disulfide forbindelser mellom deres aminosyrer., Antistoffer er bestemt gjennom variasjon basert på forskjeller i N-terminal domene.

Den enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), som bruker antistoffer, er en av de mest følsomme tester moderne medisin brukes til å oppdage ulike biomolecules. Sannsynligvis den mest viktige proteiner, men er enzymer. Nesten hver reaksjon i en levende celle krever et enzym for å redusere aktivering energi av reaksjonen. Disse molekylene gjenkjenne bestemte reaktant molekyler som kalles underlag; de katalysere en reaksjon mellom dem., Ved å senke aktivisering energi, enzymet hastigheter opp som reaksjon ved en hastighet på 1011 eller mer; en reaksjon som vanligvis ville ta over 3000 år å fullføre spontant kan ta mindre enn et sekund med et enzym. Enzymet i seg selv er ikke brukt opp i prosessen, og er gratis å katalysere samme reaksjon med et nytt sett av underlag. Ved hjelp av ulike modifikatorer, aktiviteten av enzymet kan være regulert, aktivere kontroll av biokjemi av cellen som en helhet.

strukturen av proteiner er tradisjonelt beskrevet i et hierarki av fire nivåer., Den primære strukturen til et protein består av en lineær sekvens av aminosyrer, for eksempel, «alanin-glycine-tryptofan-serin-glutamat-asparagine-glycine-lysin-…». Sekundær struktur er opptatt med lokale morfologi (morfologi blir studiet av struktur). Noen kombinasjoner av aminosyrer har en tendens til å krølle seg opp i en spiral som kalles en α-helix eller i et ark som kalles en β-sheet; noen α-helixes kan sees i hemoglobin skjematisk ovenfor. Tertiær struktur er hele tre-dimensjonal form av protein. Denne formen er bestemt av rekkefølgen av aminosyrer., Faktisk, en enkelt endring kan endre hele strukturen. Alfa kjede av hemoglobin inneholder 146 aminosyre rester; substitusjon av glutamat rester i posisjon 6 med en valin rester endrer atferden til hemoglobin så mye at det resulterer i sickle-cell sykdom. Til slutt, kvartær struktur er opptatt med oppbyggingen av et protein med flere peptid underenhetene, som hemoglobin med sine fire underenhetene. Ikke alle proteiner har mer enn én subunit.,

– >

Inntatt proteiner er vanligvis delt opp i enkelt-aminosyrer eller dipeptides i tynntarmen og deretter absorbert. De kan deretter settes sammen for å danne nye proteiner., Middels produkter av glykolysen, sitronsyre syklus, og pentose fosfat veien kan brukes til å danne alle tjue aminosyrene, og de fleste bakterier og planter har alle de nødvendige enzymer til å syntetisere dem. Mennesker og andre pattedyr, men kan syntetisere kun halvparten av dem. De kan ikke syntetisere isoleucin, leucin, lysin, metionin, fenylalanin, threonine, tryptofan og valin. Fordi de må være inntatt, disse er de essensielle aminosyrer., Pattedyr har enzymer til å syntetisere alanin, asparagine, aspartat, cystein, glutamat, glutamin, glysin, proline, serin, og tyrosin, ikke-essensielle aminosyrer. Mens de som kan produsere arginin og histidin, de kan ikke produsere det i tilstrekkelige mengder for unge, voksende dyr, og slik at disse blir ofte sett på som essensielle aminosyrer.

Hvis amino gruppen er fjernet fra en aminosyre, det etterlater seg et karbon-skjelett kalles en α-keto-syre., Enzymer kalt transaminaser kan enkelt overføre amino gruppen fra en aminosyre (noe som gjør det til en α-keto-syre) til en annen α-keto-syre (noe som gjør det til en aminosyre). Dette er viktig i biosyntesen av aminosyrer, som for mange av veier, mellomprodukter fra andre biokjemiske trasé er konvertert til α-keto-syre skjelett, og deretter en amino gruppen er lagt til, ofte via transamination. Aminosyrer kan da være koblet sammen for å danne et protein.

En lignende prosess er brukt til å bryte ned proteiner. Det er første hydrolysert i sine enkelte aminosyrer., Fri ammoniakk (NH3), eksisterende som ammonium-ion (NH4+) i blodet, som er giftig for livsformer. En egnet metode for å skille ut det må derfor eksistere. Forskjellig taktikk har utviklet seg i forskjellige dyr, avhengig av dyrenes behov. Encellet organismer bare slipp ammoniakk i miljøet. Likeledes, beinfisk kan slippe ammoniakk i vannet der hvor det er raskt fortynnet. Generelt, pattedyr konvertere ammoniakk til urea, via urea-syklus.,

for å avgjøre om to proteiner er i slekt, eller med andre ord å avgjøre om de er homologt eller ikke, bruker forskerne sekvens-sammenligningen metoder. Metoder som sekvens linjer og strukturelle tilnærmingene er kraftig verktøy som hjelper forskere å identifisere homologies mellom beslektede molekyler. Relevansen av å finne homologies blant proteiner går utover danner et evolusjonært mønster av protein familier. Ved å finne hvor like to protein sekvenser, vi tilegne seg kunnskap om deres struktur og derfor deres funksjon.,

Nucleic acidsEdit

nukleinsyrer, så kalt på grunn av sin utbredelse i mobilnettet kjerner, er det generiske navnet av familien av biopolymers. De er komplekse, høy-molekylær-vekt biokjemiske makromolekyler som kan formidle genetisk informasjon i alle levende celler og virus., Den monomers kalles nukleotider, og hver består av tre komponenter: en nitrogenholdige heterosykliske base (enten en purin eller pyrimidin), en pentose sukker og fosfat gruppe.

– >

Den mest vanlige nukleinsyrer er deoksyribonukleinsyre (DNA) og ribonucleic acid (RNA). Fosfat gruppe og sukker til hvert nukleotid bånd med hverandre for å danne ryggraden i nukleinsyre, mens sekvens av nitrogenholdige baser lagrer informasjonen. Den vanligste nitrogenholdige baser er adenine, cytosine, guanin, innhold av tymin, og uracil. Den nitrogenholdige baser på hvert aspekt av et nukleinsyre vil danne hydrogen obligasjoner med visse andre nitrogenholdige baser i en komplementær strand av nukleinsyre (tilsvarende en glidelås)., Adenine binder med innhold av tymin og uracil, innhold av tymin bindes bare med adenine, og cytosine og guanin kan binde seg bare med en annen. Adenine og innhold av tymin & Adenine og Uracil inneholder to hydrogen Obligasjoner ,mens Hydrogen Bindinger som dannes mellom cytosine og guanin er tre i tallet.

Bortsett fra arvestoffet i cellen, nukleinsyrer ofte spille en rolle som andre budbringere, så vel som danner base-molekylet for adenosin trifosfat (ATP), primær energi-bærer molekyl som finnes i alle levende organismer., Også nitrogenholdige baser mulig i de to nukleinsyrer er forskjellige: adenine, cytosine, og guanin oppstå i både RNA og DNA, mens innhold av tymin skjer kun i DNA og uracil oppstår i RNA.