Biomolekule (biološkemolekule) su sve molekule proizvedene uživom organizmu. To su najznačajniji organski spojevi u organizmu. Biomolekule možemo podijeliti u četiri velike skupine:ugljikohidrati,proteini,masti inukleinske kiseline. U ove molekule uključujemo velikemakromolekule, kao što su proteini,polisaharidi,lipidi i nukleinske kiseline, ali i male molekule kao što suprimarni metaboliti,sekundarni metaboliti i prirodni produkti.Ove vrste biomolekula su međusobno povezane i zavisne i imaju važnu ulogu umetabolizmu.[1]
Tipične biomolekule, kao što su proteini, nukleinske kiseline, masti ikarbohidarti, su građene od specifičnih gradivnih dijelova. Funkcija svake biomolekule je posebna, ali ista u svim organizmima. Gradivni dijelovi mogu biti promijenjeni u različitim biomolekulama, kako bi doprinijeli njihovoj osnovnoj funkciji.
Na primjer, gradivni dijelovi proteina suaminokiseline, nukleinskih kiselina -nukleotidi,masti -glicerol iviše masne kiseline, ašećera - α-D-glukoza.[2]
Proteini su velike molekule složenog sastava koji čine osnovu strukture i organizacije živih sistema. To su polimeri dugih lanaca, izgrađeni od monomera aminokiselina, koji su povezani peptidnim vezama. Svaki protein sadrži kombinaciju 20 vrsta aminokiselina (koje nazivamo α- aminokiseline), već unaprijed određenugenetičkim kodom. Različite kombinacije aminokiselina omogućavaju proteinima da budu najraznovrsnije i najrasprostranjenije biomolekule u organizmu.Aminokiseline su osnovni gradivni dijelovi proteina. Po hemijskom sastavu imaju jednu amino skupinu, karboksilnu skupinu, vodikov atom i različitu R skupinu koja je vezana za α- ugljikov atom i funkcionalnu grupu (reaktivno dio molekule).Struktura proteina je podijeljena na više nivoa:
- Primarna struktura: Različita kombinacija 20 α-aminokiselina utječe na stvaranje velikih lanaca proteina. Primarna struktura određuje funkciju i biološke osobine proteina.
- Sekundarna struktura: Javlja se u polipeptidnim lancima kada se –CO i amino grupa spajaju vodikovom vezom. Tu postoje dvije strukture: α- zavojnica i β- nabrana ploča, koje su međusobno povezane vodikovom vezom.
- Tercijarna struktura: To je 3D struktura proteina koja se javlja sklapanjem α i β strukture. Na osnovu ove strukture, proteini se dijele nafibrilarne iglobularne.
- Kvartarna struktura: Kombinacijom jednostavnih proteina i različitih ili istih polipeptidnih lanaca, se stvaraju kompleksniji proteini.
Jedna od bitnih karakteristika proteina jedenaturacija, do koje dolazi raskidanjem vodikovih veza. Vodikove veze su jako slabe i osjetljive i lahko pucaju pri najmanjoj promjeni temperature ilipH vrijednosti okoline.Proteini se uglavnom vezuju u složenije molekule sa lipidima, ugljikohidratima, nukleinskim kiselinama i hem grupom. Imaju različitefunkcije u organizmu: 75%ćelijske mase je izgrađeno od proteina, a imaju veliku ulogu i kao gradivne jedinicećelijske plazme iorganela. Također djeluju kao biohemijski katalizatori-enzimi. Neki od najpoznatijihhormona su proteini (inzulin,glukagon). Učestvuju u rastu i obnavljanjutkiva.
Lipidi su velika skupina masti iulja karakteristični po netopivosti u vodi i topivosti u organskim rastvaračima (kao što suaceton,eter,karbon tetrahlorid). Kao i ugljikohidrati, lipidi su uglavnom sastavljeni od C, H i O atoma, a složeni mogu imati i N, P i S atome.. Nastaju u reakciji masnih kiselina sa alkoholima ili aminima.
Gradivni dijelovi lipida suviše masne kiseline, koje su uglavnom monokarboksilne organske kiseline sa brojem C atoma većim od četiri. Više masne kiseline mogu biti:zasićene (nerazgranate i najraširenije u prirodi) inezasićene (sa jednom ili više dvostrukih veza).
Na osnovu njihove molekularne strukture, lipidi su podijeljeni u tri skupine:
- Jednostavni lipidi: U jednostavne lipide se ubrajajuesteri, koji se mogu podijeliti u dvije skupine. Po strukturi, masti i ulja su trigliceridi, koji su esteri glicerola i masnih kiselina. Njihove karakteristike zavise od vrste i količine masnih kiselina. Dugi lanci masnih kiselina mogu imati različit broj C atoma (između 12 i 24) i dvostruke veze ukoliko su nezasićeni.Masti su trigliceridi koji su na sobnoj temperaturi u čvrstom stanju, aulja u tečnom. Dvostruka veza nezasićenih masnih kiselina lahko podliježe hidrogenizaciji, što utječe na stvaranje zasićenih triglicerida ili masti. Netopivi su u vodi.Voskovi su esteri masnih kiselina sa dugim lancima monohidroksidnihalkohola sa 26-34 C atoma. Rašireni su u prirodi u raznim spojevima. Često su dijelom zaštitnih slojeva na površinama životinja i biljaka, a nekiinsekti i luče vosak (kaopčele). Trigliceridi podliježu procesusaponifikacije i imaju veliku primjenu ukozmetičkoj industriji.
- Složeni lipidi: Složeni lipidi su esteri masnih kiselina i alkohola, sa različitim primjesama proteina, fosfornih kiselina, šećera itd. Postoji više skupina ovih lipida, a najpoznatiji su fosfolipidi i glikolipidi. Složeni lipidi u svojoj hemijskoj strukturi imaju polarni i nepolarni dio. Najvažniju funkciju imaju uizgradnji bioloških membrana.
- Dobijeni lipidi:Steroidi su posebna grupa lipida koji se stvaraju u tijelu tokom metabolizma. Ne ubrajaju se u grupu estera.Holesterol je jedan od najpoznatijih steroida u ljudskom i životinjskom tkivu.
Osnovnafunkcija lipida je učestvovanje u izgradnji svih ćelijskih membrana, kao i rezerva hranjivih sastojaka (utrigliceridima) za energetske potrebe organizma.
Ugljikohidrati formiraju veliku skupinu organskih jedinjenja, koji imaju važnu ulogu u svakodnevnom životu. Nastaju u biljkama kao produkt procesafotosinteze. Najrasprostranjeniji ugljikohidrati suglukoza,fruktoza,saharoza,škrob iceluloza. Mnogi ugljikohidrati su slatkastog okusa i zato se nazivajušećerima.Svi ugljikohidrati imaju zajedničku formuluCx(H2O)y. Osnovni gradivni dijelovi njihovih lanaca se nazivajumonosaharidi (jednostavni šećeri). Lanac je nerazgranat i svaki C atom nosi –OH grupu, a po jedan aldehidnu ili keto skupinu.
Na osnovu ponašanja pri hidrolizi, ugljikohidrati se mogu podijeliti u tri skupine:
- Monosaharidi su jednostavni ugljikohidrati koji se ne mogu hidrolizom rastaviti na jednostavnije jedinice ketona. Poznato je 20 vrsta monosaharida koji se nalaze u prirodi. Oni su dalje podijeljeni na osnovu broja C atoma i funkcionalne grupe. Ako sadrže aldehidnu grupu, nazivaju se aldozama, a ako sadrže keto grupu- ketozama. Svi imaju bijelu boju i topivi su u vodi. Imaju slatkast okus.
- Oligosaharidi su ugljikohidrati koji sadrže 2- 10 monosaharidnih jedinica dobivenih hidrolizom. Oni se mogu dalje podijeliti na disaharide, trisaharide, tetrasaharide, itd. Monosaharidne jedinice od kojih su sastavljeni kompleksniji ugljikohidrati mogu, ali i ne moraju biti iste u određenom ugljikohidratu. Na primjer, saharoza hidrolizom daje jednu molekulu glukoze i jednu molekulu fruktoze.
- Polisaharidi su dugi lanci monosaharida, koji su najrasprostranjeniji ugljikohidrati u prirodi. Služe kao rezerva hrane kod životinja (glikogen) i biljaka (škrob) i kao gradivni materijal (uglavnom kod biljaka).
Monosaharidi uglavnom imaju cikličnu strukturu, jer aldehidna i keto skupina nisu potpuno slobodne, što je dokazanoHaworth-ovim eksperimentom.
Ugljikohidrati imaju višefunkcija od kojih su najpoznatije da služi kao gradivni materijal (celuloza) za izgradnju ćelijskih zidovabakterija i biljaka, te da su povezani sa mnogim lipidima i proteinima i grade spojeve koji imaju važnu funkciju u organizmu (kao glikolipidi i glikoproteini).
Nukleinske kiseline su biološke molekule, esencijalne za sve oblike živih organizama. To sulinearni polimeri, koji se sastoje od različitih nukleotida, poredanih u genetski predodređenom slijedu.Nukleotidi su osnovne gradivne jedinice (monomeri) nukleinskih kiselina i međusobno su povezani prekofosfatne grupe.Kondenzacijom hidroksilnih skupina, dolazi do uspostavljanja 3'- 5' fosfodiesterske veze. Svaki nukleotid se sastoji od baze, petougljičnog šećera (pentoze) i fosfatne grupe.
Na osnovu različite strukture nukleotida, dolazi do stvaranja polimera sa različitom građom i funkcijom, pri čemu razlikujemo dva osnovna tipa:
- DNK - deoksiribonukleinska kiselina- koja sadrži petougljični šećer deoksiribozu. Nosilac je genetičke informacije u jedru i koda za sintezu specifičnih proteina. Sadrži i do 250 miliona nukleotidnih parova.
- RNK - ribonukleinska kiselina- sadrži petougljični šećer ribozu (koja ima jednu više –OH grupu na petougljičnom šećeru). Učestvuje u transkripciji i translaciji genetičke informacije tokom sinteze proteina. Sadrži nekoliko hiljada nukleotida. Postoje tri tipa RNK molekule:iRNK (informaciona RNK- učestvuje u transkripciji genetičkog koda u jedru),rRNK (ribosomska RNK- sa ribosomskim proteinima predstavlja gradivne komponente ribosoma) itRNK (transportna RNK- prenosi aminokiseline do ribosoma).
Različita struktura nukleotida je uzrokovana različitimbazama, kojih postoje 4 vrste:adenin,guanin,citozin itimin (kod RNKuracil).
Nakon što su Watson i Crick otkriliHeliks strukturu DNK- utvrđeno je da je to dvostruka zavojnica dva polunukleotidna lanca, čije se baze na suprotnim lancima uparaju uvijek kaoadenin (A) satiminom (T) iguanin (G) sacitozinom (C), koji su međusobno povezani slabimvodikovim vezama.
Osnovnafunkcija DNK je čuvanje informacije o genetičkom materijalu. Pri dijeljenju ćelije, sa osnovne molekule DNK dolazi do prepisivanja genetičkog koda (replikacija DNK), pri čemu se stvaraju novi lanci sa identičnim genetičkim kodom. DNK je smještena u posebno organizovanim strukturama koje se nazivajuhromosomi.
