Részletek

Áttekintés

Fizikában és kémiában, a molekula elektromosan semleges, atomok olyan csoportja, amely képes egyedül, szabad állapotban létezni, miközben jellegzetes tulajdonságai megmaradnak. A molekulát alkotó atomok lehetnek azonos fajtájúak (mint a két oxigénatomból álló oxigénmolekula) vagy különböző fajtájúak (mint az oxigénből és hidrogénből álló vízmolekula). A biológiában, különösen a biokémiában a molekula kevésbé szigorúan használt kifejezés, hogy utalhat bármilyen apró részecskére is, mint például a töltött szerves molekulákra, vagy az élő szervezetekben természetes úton keletkező és előforduló anyagokra (úgynevezett biomolekulákra), mint például a fehérjék, szénhidrátok, DNS stb.

A biomolekulák fajtái

A biomolekula olyan molekulára utal, amelyet élő szervezetek termelnek. Mint ilyenek, a legtöbbjük szerves molekula. A biomolekulák négy fő csoportja a poliszacharidok, az aminosavak és fehérjék, a nukleinsavak (DNS és RNS), valamint az élő szervezetekben található és azok által termelt lipidek. A biomolekulák közül tehát sokan polimerek. A polimer több ismétlődő egységből (monomer) vagy protomerből álló, polimerizációval előállított vegyület. E biomolekulák többsége szerves vegyület. Mivel “szerves”, ez azt jelenti, hogy általában más atomokhoz kovalensen kötött szénatomokat tartalmaznak, különösen szén-szén (C-C) és szén-hidrogén (C-H) atomokat. A négy fő elem alkotóeleme a szén, a hidrogén, az oxigén és a nitrogén.

A biomolekulák típusai

A nukleinsav a nukleotidok monomer egységeiből álló biomolekula. Minden nukleotid viszont foszforsavból, cukorból (5 szénatomos) és nitrogén bázisból áll. A nukleinsav nukleotidláncai 3′, 5′ foszfodiészterkötésekkel kapcsolódnak egymáshoz. A nukleinsavak lehetnek DNS- vagy RNS-molekulák, amelyek az összes sejtfunkció és az öröklődés szempontjából fontos genetikai információt tartalmazzák. Ezzel szemben a nukleozid olyan biomolekula, amely akkor keletkezik, amikor egy nukleobázis egy ribózhoz vagy egy dezoxiribózhoz kapcsolódik. Ilyen például a citidin, az uridin, az adenozin, a guanozin és a timidin. A foszforilált nukleozidok nukleotidokká alakulnak. A nukleotidok a nukleinsavak szerkezeti egységein kívül kémiai energiaforrásként is szolgálhatnak (pl. adenozin-trifoszfát vagy ATP). A nukleotidok egyes enzimatikus reakciók kofaktoraiként is működhetnek (pl. flavin-adenin-dinukleotid vagy FAD, nikotinamid-adenin-dinukleotid-foszfát vagy NADP).
A DNS vagy dezoxiribonukleinsav az élőlények genetikai információit tartalmazó kettős szálú nukleinsav. Két szálból áll, amelyek egymásba csavarodva spirált alkotnak. Mindkét szál foszfát és pentózcukor (2-deoxiribóz) váltakozásából áll, a cukorhoz pedig egy nitrogén bázis kapcsolódik, amely lehet adenin, timin, guanin vagy citozin. A DNS nélkülözhetetlen a sejtek növekedéséhez, osztódásához és a szervezet működéséhez.
Az RNS vagy ribonukleinsav olyan nukleinsav, amely általában egyszálú, és a ribózcukorból, egy foszfátcsoportból és egy nitrogénbázisból álló, ismétlődő nukleotidegységekből áll. Nukleotidok hosszú, lineáris láncából áll, ahol minden nukleotid egy cukorból, foszfátcsoportból és egy nitrogénbázisból áll. Abban különbözik a DNS-molekulától, hogy a cukorgerinc ribóz (a DNS-ben dezoxiribóz), a bázisok pedig adenin, guanin, citozin és uracil.
A DNS és az RNS is mononukleotidok ismétlődő egységeiből álló biopolimer, és lényegében szénből, hidrogénből, oxigénből, nitrogénből és foszforból áll.

A biomolekulák típusai

A fehérje olyan biomolekula, amely peptidkötésekkel összekapcsolt aminosavakból áll. Az aminosav olyan molekula, amely a bázikus aminocsoportból (NH2), a savas karboxilcsoportból (COOH), egy hidrogénatomból és egy szénatomhoz kapcsolódó szerves mellékcsoportból (R) áll. Ezért az alapképlete NH2CHRCOOH. Az aminosavakat aszerint osztályozzák, hogy nem esszenciálisak vagy esszenciálisak. A nem esszenciális (vagy nélkülözhető) aminosavak a szervezetben szintetizálódnak. Az esszenciális (vagy nélkülözhetetlen) aminosavakat nem lehet a szervezetben szintetizálni, és csak táplálékkal lehet hozzájutni. Körülbelül száz természetes aminosavat azonosítottak. Közülük húsz vesz részt a fehérje felépítésében. A fehérjék azért nélkülözhetetlenek, mert különböző biológiai funkciókat látnak el: szerkezeti anyagként (pl. keratin), enzimként, transzporterként (pl. hemoglobin), antitestként vagy a génexpresszió szabályozójaként.

A biomolekulák típusai

A biomolekulák fő osztályai közül a szénhidrátok (cukrok) a leggyakoribbak. A legtöbb szénhidrát az általános képletet követi: Cn (H2O) n, innen ered a nevük, ami szénhidrátokat jelent. Azonban nem minden szénhidrát követi ezt a képletet, és szerkezetük kissé eltér ettől a szabálytól. Kémiailag egyszerű szerves vegyületek, amelyek aldehidek vagy ketonok, amelyekhez sok hidroxilcsoportot adnak általában minden olyan szénatomra, amely nem része az aldehid vagy keton funkciós csoportnak.
A szacharid a szénhidrátok szerkezeti (monomer) egysége. A monomer egységek száma alapján a szénhidrátok lehetnek monoszacharidok, diszacharidok, oligoszacharidok vagy poliszacharidok. A monoszacharidok olyan szénhidrátok, amelyek csak egy egyszerű cukorból állnak. Ilyen például a glükóz, a fruktóz és a galaktóz. Ezek a szénhidrátok legalapvetőbb típusa. A diszacharidok két monoszacharid egységből álló szénhidrátok. Ilyen például a szacharóz, a maltóz és a laktóz. Az oligoszacharidok két-tíz egyszerű monoszacharid egységből állnak. Ilyen például a raffinóz, a maltotrióz és a maltotetraóz. A nagyobb számú monoszacharid egységeket poliszacharidoknak nevezzük. Ilyen például a keményítő, a cellulóz és a glikogén. Ha egy poliszacharid azonos típusú monoszacharid egységekből áll, homopoliszacharidnak (vagy homoglikánnak) nevezzük, míg ha egy poliszacharid többféle monoszacharidból áll, heteropoliszacharidnak (vagy heteroglikánnak).

A biomolekulák típusai

A lipidek olyan szerves vegyületek, amelyek nem poláris oldószerben (pl. éterben) könnyen oldódnak, de poláris oldószerben (pl. vízben) nem. Legfontosabb biológiai funkcióik közé tartozik az energiatárolás, a sejtmembrán szerkezeti összetevője és a sejtszignálok. A biológiai membránokban a lipidkomponensnek van egy hidrofil feje, amely lehet glikolipid, foszfolipid vagy szterin (pl. koleszterin), és egy hidrofób farka.

A biomolekulák típusai

A többi biomolekula a metabolitok és a természetes termékek. Metabolitnak nevezünk minden olyan anyagot, amely az anyagcsere vagy egy anyagcserefolyamat során keletkezik. Példák a metabolitokra az alkoholok, aminosavak, antioxidánsok, nukleotidok, szerves savak, vitaminok, poliok, alkaloidok, terpenoidok stb. A természetes termékek közé tartoznak a biológiailag előállított anyagok, a bioalapú anyagok és a testnedvek.

Kutatás

A molekuláris biológia és a biokémia a biológia két részterülete, amelyek a biomolekulákat és reakcióikat tanulmányozzák. A molekuláris biológia különösen az élethez nélkülözhetetlen makromolekulák szerkezetét és aktivitását tanulmányozza (különösen genetikai szerepükkel). Ez a biológia molekuláris szintű tanulmányozása, például a DNS kémiai tulajdonságainak vizsgálata. A biokémia a sejtkomponensek, például a fehérjék, szénhidrátok, lipidek, nukleinsavak és más biomolekulák szerkezetének és működésének, valamint az életfolyamatok során bekövetkező funkcióiknak és átalakulásaiknak a tanulmányozása.

Kiegészítő

Etimológia

• ógörög βίος (bíos, jelentése “élet”)
• francia molécule, az újlatin molecula (“egy molekula”)

szinonima

származtatott kifejezés

• biomolekuláris (melléknév, of, pertaining to, related to, vagy biomolekulát jellemez)

További olvasmány

Lásd még

• nukleinsav
• fehérje
• szénhidrát
• lipid
• molekula

.