Uniformnost oba specifična tipa molekula (biomolekula) i određenihmetaboličkih puteva su nepromenljive osobine među širokom raznolikošću životnih oblika; stoga se ovi biomolekuli i metabolički putevi nazivaju „biohemijskim univerzalima“[6] ili „teorijom materijalnog jedinstva živih bića“, objedinjujućim konceptom u biologiji, zajedno sateorijom ćelija iteorijom evolucije.[7]
Od svih hemijskih elemenata koji se nalaze u prirodi, samo 27 ulazi u sastav hemijskih jedinjenja koja čine živi svet. Ovi elementi se nazivaju biogenim ili biomolekulskim. Najzastupljeniji bioelementi u građi organskih molekula su: C (ugljenik), H (vodonik), O (kiseonik), N (azot), P (fosfor) i S (sumpor).
Drugu grupu elemenata koja ulazi u sastav živih bića čine: Ca (kalcijum), Mg (magnezijum), Na (natrijum), K (kalijum) i Cl (hlor). Ovi elementi se u telesnim tečnostima nalaze u obliku jona, te se nazivajuelektroliti.
Tipični biomolekuli, kao što su proteini, nukleinske kiseline, masti iugljeni hidrati, su građeni od specifičnih gradivnih delova. Funkcija svakog biomolekula je zasebna, ali slina u svim organizmima. Gradivni delovi mogu biti promenjeni u različitim biomolekulama, kako bi doprineli njihovoj osnovnoj funkciji.
Proteini su veliki molekuli 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 (koji se nazivaju α-aminokiseline), već unapred određenegenetičkim kodom. Različite kombinacije aminokiselina omogućavaju proteinima da budu najraznovrsniji i najrasprostranjeniji biomolekuli u organizmu.
Aminokiseline su osnovni gradivni delovi proteina. Po hemijskom sastavu imaju jednu amino grupu, karboksilnu grupu, vodonikov atom i različitu R grupu koja je vezana za α-ugljenikov atom i funkcionalnu grupu (reaktivni deo molekula). Struktura proteina je podeljena na više nivoa:
Primarna struktura: Različita kombinacija20 α-aminokiselina utiče 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 vodonikovom vezom. Tu postoje dve strukture: α-zavojnica i β-nabrana ploča, koje su međusobno povezanevodoničnim vezama.
Tercijarna struktura: To je 3D struktura proteina koja se javlja sklapanjem α i β struktura. Na osnovu ove strukture, proteini se dele nafibrilarne iglobularne.
Kvaternarna struktura: Kombinacijom jednostavnih proteina i različitih ili istih polipeptidnih lanaca, se stvaraju kompleksniji proteini.
Jedna od bitnih karakteristika proteina jedenaturacija, do koje dolazi raskidanjem vodoničnih veza. Vodonične veze su jako slabe i osetljive i lako pucaju pri najmanjoj promeni temperature ilipH vrednosti okoline. Proteini se uglavnom vezuju u složenije molekule sa lipidima, ugljenim hidratima, nukleinskim kiselinama ihem grupom. Imaju različitefunkcije u organizmu: 75% ćelijske mase je izgrađeno od proteina, a imaju veliku ulogu i kao gradivne jedinicećelijske plazme iorganela. Takođe deluju kao biohemijski katalizatori-enzimi. Neki od najpoznatijihhormona su proteini (insulin,glukagon). Učestvuju u rastu i obnavljanjutkiva.
Lipidi su velika grupa masti iulja karakteristični po nerastvorljivosti u vodi i rastvorljivosti u organskim rastvaračima (kao što suaceton,eter,ugljen tetrahlorid). Kao i ugljeni hidrati, 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 delovi 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 podeljeni u tri grupe:
Jednostavni lipidi: U jednostavne lipide se ubrajajuesteri, koji se mogu podeliti u dve grupe. 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 različiti 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 lako podleže hidrogenizaciji, što utiče na stvaranje zasićenihtriglicerida ili masti. Nerastvorne su u vodi.Voskovi su esteri masnih kiselina sa dugim lancima monohidroksidnihalkohola sa 26-34 C atoma. Rašireni su u prirodi u raznim jedinjenjima. Često su deo zaštitnih slojeva na površinama životinja i biljaka, a nekiinsekti i luče vosak (kaopčele).Trigliceridi podležu procesusaponifikacije i imaju veliku primenu ukozmetičkoj industriji.
Složeni lipidi: Složeni lipidi su esteri masnih kiselina i alkohola, sa različitim primesama proteina, fosfornih kiselina, šećera itd. Postoji više grupa ovih lipida, a najpoznatiji sufosfolipidi iglikolipidi. Složeni lipidi u svojoj hemijskoj strukturi imaju polarni i nepolarni deo. Najvažniju funkciju imaju uizgradnjibioloških membrana.
Dobijeni lipidi:Steroidi su posebna grupa lipida koji se stvaraju u telu tokommetabolizma. Ne ubrajaju se u grupu estera.Holesterol je jedan od najpoznatijih steroida u ljudskom i životinjskom tkivu.
Osnovnafunkcija lipida je učestvovanje u izgradnji svihćelijskih membrana, kao i rezerva hranjivih sastojaka (utrigliceridima) za energetske potrebe organizma.
Ugljeni hidrati formiraju veliku grupu organskih jedinjenja, koji imaju važnu ulogu u svakodnevnom životu. Nastaju u biljkama kao produkt procesafotosinteze. Najrasprostranjeniji ugljeno hidrati suglukoza,fruktoza,saharoza,skrob iceluloza. Mnogi ugljeno hidrati su slatkastog ukusa i zato se nazivajušećerima.Svi ugljeni hidrati imaju zajedničku formuluCx(H2O)y. Osnovni gradivni delovi njihovih lanaca se nazivajumonosaharidi (jednostavni šećeri). Lanac je nerazgranat i svaki C atom nosi –OH grupu, a po jednualdehidnu iliketo grupu.
Na osnovu ponašanja prihidrolizi, ugljeni hidrati se mogu podeliti u tri grupe:
Monosaharidi su jednostavni ugljeni hidrati koji se ne mogu hidrolizom rastaviti na jednostavnije jedinice ketona. Poznato je 20 vrsta monosaharida koji se nalaze u prirodi. Oni su dalje podeljeni na osnovu broja C atoma ifunkcionalne grupe. Ako sadrže aldehidnu grupu, nazivaju sealdozama, a ako sadrže keto grupu -ketozama. Svi imaju belu boju i rastvorni su u vodi. Imaju slatkast ukus.
Oligosaharidi su ugljeni hidrati koji sadrže 2-10 monosaharidnih jedinica dobijenih hidrolizom. Oni se mogu dalje podeliti nadisaharide,trisaharide,tetrasaharide, itd. Monosaharidne jedinice od kojih su sastavljeni kompleksniji ugljeni hidrati mogu, ali i ne moraju biti iste u određenom ugljenom hidratu. Na primer, saharoza hidrolizom daje jedan molekul glukoze i jedan molekul fruktoze.
Polisaharidi su dugi lanci monosaharida, koji su najrasprostranjeniji ugljeni hidrati u prirodi. Služe kao rezerva hrane kod životinja (glikogen) i biljaka (skrob), i kao gradivni materijal (uglavnom kod biljaka).
Monosaharidi uglavnom imaju cikličnu strukturu, jer aldehidna i keto grupa nisu potpuno slobodne, što je dokazanoHavortovim eksperimentom.
Ugljeni hidrati 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 jedinjenja koja imaju važnu funkciju u organizmu (kaoglikolipidi iglikoproteini).
Nukleinske kiseline su biološki molekuli, esencijalni za sve oblike živih organizama. To sulinearni polimeri, koji se sastoje od različitih nukleotida, poredanih u genetski predodređenom redosledu.Nukleotidi su osnovne gradivne jedinice (monomeri) nukleinskih kiselina i međusobno su povezani prekofosfatne grupe.Kondenzacijom hidroksilnih grupa, dolazi do uspostavljanja 3'- 5' fosfodiesterske veze. Svaki nukleotid se sastoji od baze, petougljeničnog šećera (pentoze) ifosfatne grupe.
Na osnovu različite strukture nukleotida, dolazi do stvaranja polimera sa različitom građom i funkcijom, pri čemu razlikuju dva osnovna tipa:
DNK - dezoksiribonukleinska kiselina, koja sadrži petougljenični šećerdezoksiribozu. Nosilac je genetičke informacije ujedru ikoda za sintezu specifičnih proteina. Sadrži i do 250 miliona nukleotidnih parova.
RNK - ribonukleinska kiselina, sadrži petougljenični šećerribozu (koja ima jednu više –OH grupu na petougljeničnom šećeru). Učestvuje utranskripciji itranslaciji genetičke informacije tokomsinteze proteina. Sadrži nekoliko hiljada nukleotida. Postoje tri tipa RNK molekula:iRNK (informaciona RNK - učestvuje u transkripciji genetičkog koda u jedru),rRNK (ribozomska RNK - saribozomskim 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 Votson i Krik otkriliheliksnu strukturu DNK - utvrđeno je da je to dvostruka zavojnica dva polunukleotidna lanca, čije se baze na suprotnim lancima uparaju uvek kaoadenin (A) satiminom (T) iguanin (G) sacitozinom (C), koji su međusobno povezani slabimvodoničnim vezama.
Osnovnafunkcija DNK je čuvanje informacije o genetičkom materijalu. Pri deljenju ćelije, sa osnovnog molekula DNK dolazi do prepisivanja genetičkog koda (replikacija DNK), pri čemu se stvaraju novi lanci sa identičnim genetičkim kodom. DNK je smešten u posebno organizovanim strukturama koje se nazivajuhromozomi.
^Gayon, J. (1998). „La philosophie et la biologie”. Ур.: Mattéi, J. F.Encyclopédie philosophique universelle. vol. IV, Le Discours philosophique. Presses Universitaires de France. стр. 2152—2171.ISBN9782130448631 — преко Google Books.
Evert RF, Eichhorn SE (2006).Esau's Plant Anatomy: Meristems, Cells, and Tissues of the Plant Body: Their Structure, Function, and Development. John Wiley & Sons.ISBN9780471738435.
Marsh, Mark (2001).Endocytosis. Oxford University Press. стр. vii.ISBN978-0-19-963851-2.
Schoener, Thomas W (2009). „§I.1 Ecological niche”. Ур.: Levin, Simon A.; Carpenter, Stephen R.; H. Charles J. Godfray; Kinzig, Ann P.; Loreau, Michel; Losos, Jonathan B.; Walker, Brian; Wilcove, David S.The Princeton Guide to Ecology. Princeton University Press. стр. 3.ISBN9781400833023.
Society for Biomolecular Sciences provider of a forum for education and information exchange among professionals within drug discovery and related disciplines.
