Makromolekul ialah molekul yang mempunyai berat molekul yang tinggi. Strukturnya dibentangkan dalam bentuk pautan berulang kali. Pertimbangkan ciri-ciri sebatian tersebut, kepentingannya untuk kehidupan makhluk hidup.
Ciri-ciri gubahan
Makromolekul biologi terbentuk daripada ratusan ribu bahan permulaan yang kecil. Organisma hidup dicirikan oleh tiga jenis makromolekul utama: protein, polisakarida, asid nukleik.
Monomer awal bagi mereka ialah monosakarida, nukleotida, asid amino. Makromolekul adalah hampir 90 peratus daripada jisim sel. Bergantung pada jujukan sisa asid amino, molekul protein tertentu terbentuk.
Berat molekul tinggi ialah bahan yang mempunyai jisim molar lebih daripada 103 Da.
Sejarah istilah
Bilakah makromolekul muncul? Konsep ini diperkenalkan oleh Pemenang Nobel dalam Kimia Hermann Staudinger pada tahun 1922.
Bebola polimer boleh dilihat sebagai benang kusut yang terbentuk akibat tertanggal secara tidak sengajadi seluruh bilik gegelung. Gegelung ini secara sistematik mengubah konformasinya; ini adalah konfigurasi ruang makromolekul. Ia serupa dengan trajektori gerakan Brown.
Pembentukan gegelung sedemikian berlaku kerana fakta bahawa pada jarak tertentu rantai polimer "kehilangan" maklumat tentang arah. Anda boleh bercakap tentang gegelung dalam kes apabila sebatian molekul tinggi lebih panjang daripada panjang serpihan struktur.
Konfigurasi globular
Makromolekul ialah konformasi padat di mana seseorang boleh membandingkan pecahan isipadu polimer dengan unit. Keadaan globular direalisasikan dalam kes tersebut apabila, di bawah tindakan bersama unit polimer individu antara mereka dan persekitaran luaran, tarikan bersama berlaku.
Replika struktur makromolekul ialah bahagian air yang tertanam sebagai unsur struktur sedemikian. Ia ialah persekitaran penghidratan yang paling hampir bagi makromolekul.
Pencirian molekul protein
Makromolekul protein ialah bahan hidrofilik. Apabila protein kering dibubarkan dalam air, ia pada mulanya membengkak, kemudian peralihan beransur-ansur menjadi larutan diperhatikan. Semasa pembengkakan, molekul air menembusi ke dalam protein, mengikat strukturnya dengan kumpulan kutub. Ini melonggarkan pembungkusan padat rantai polipeptida. Molekul protein yang bengkak dianggap sebagai penyelesaian belakang. Dengan penyerapan seterusnya molekul air, pemisahan molekul protein daripada jumlah jisim diperhatikan, danterdapat juga proses pembubaran.
Tetapi pembengkakan molekul protein tidak dalam semua kes menyebabkan pembubaran. Contohnya, kolagen selepas penyerapan molekul air kekal dalam keadaan bengkak.
Teori hidrat
Sebatian molekul tinggi mengikut teori ini bukan sahaja menjerap, tetapi secara elektrostatik mengikat molekul air dengan serpihan polar radikal sisi asid amino yang mempunyai cas negatif, serta asid amino asas yang membawa cas positif.
Air terhidrat separa terikat oleh kumpulan peptida yang membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air.
Sebagai contoh, polipeptida yang mempunyai kumpulan sampingan bukan kutub membengkak. Apabila mengikat kepada kumpulan peptida, ia menolak rantai polipeptida. Kehadiran jambatan antara rantai tidak membenarkan molekul protein terputus sepenuhnya, masuk ke dalam bentuk penyelesaian.
Struktur makromolekul dimusnahkan apabila dipanaskan, mengakibatkan putus dan pelepasan rantai polipeptida.
Ciri gelatin
Komposisi kimia gelatin adalah sama dengan kolagen, ia membentuk cecair likat dengan air. Antara ciri ciri gelatin ialah keupayaannya untuk mengegel.
Molekul jenis ini digunakan sebagai agen hemostatik dan pengganti plasma. Keupayaan gelatin untuk membentuk gel digunakan dalam pengeluaran kapsul dalam industri farmaseutikal.
Ciri keterlarutanmakromolekul
Molekul jenis ini mempunyai keterlarutan yang berbeza dalam air. Ia ditentukan oleh komposisi asid amino. Dengan kehadiran asid amino polar dalam struktur, keupayaan untuk larut dalam air meningkat dengan ketara.
Selain itu, sifat ini dipengaruhi oleh keanehan organisasi makromolekul. Protein globular mempunyai keterlarutan yang lebih tinggi daripada makromolekul fibrillar. Dalam perjalanan banyak eksperimen, pergantungan pembubaran pada ciri-ciri pelarut yang digunakan telah ditubuhkan.
Struktur utama setiap molekul protein adalah berbeza, yang memberikan sifat individu protein. Kehadiran ikatan silang antara rantai polipeptida mengurangkan keterlarutan.
Struktur utama molekul protein terbentuk kerana ikatan peptida (amida); apabila ia dimusnahkan, denaturasi protein berlaku.
Mengasinkan
Untuk meningkatkan keterlarutan molekul protein, larutan garam neutral digunakan. Sebagai contoh, dengan cara yang sama, pemendakan terpilih protein boleh dijalankan, pecahan mereka boleh dijalankan. Bilangan molekul yang terhasil bergantung pada komposisi awal campuran.
Keanehan protein, yang diperoleh dengan pengasinan, ialah pengekalan ciri biologi selepas penyingkiran garam sepenuhnya.
Intipati proses ialah penyingkiran oleh anion dan kation garam kulit protein terhidrat, yang memastikan kestabilan makromolekul. Bilangan maksimum molekul protein diasinkan apabila sulfat digunakan. Kaedah ini digunakan untuk membersihkan dan mengasingkan makromolekul protein, kerana ia pada asasnyaberbeza dalam magnitud cas, parameter cangkang penghidratan. Setiap protein mempunyai zon pengasinan sendiri, iaitu, untuk itu anda perlu memilih garam kepekatan tertentu.
Asid amino
Pada masa ini, kira-kira dua ratus asid amino diketahui yang merupakan sebahagian daripada molekul protein. Bergantung pada struktur, mereka dibahagikan kepada dua kumpulan:
- proteinogenik, yang merupakan sebahagian daripada makromolekul;
- bukan proteinogenik, tidak terlibat secara aktif dalam pembentukan protein.
Para saintis telah berjaya menguraikan jujukan asid amino dalam banyak molekul protein yang berasal dari haiwan dan tumbuhan. Antara asid amino yang sering dijumpai dalam komposisi molekul protein, kami perhatikan serin, glisin, leucine, alanin. Setiap biopolimer semulajadi mempunyai komposisi asid amino sendiri. Sebagai contoh, protamin mengandungi kira-kira 85 peratus arginin, tetapi ia tidak mengandungi asid amino kitaran yang berasid. Fibroin ialah molekul protein sutera semulajadi, yang mengandungi kira-kira separuh daripada glisin. Kolagen mengandungi asid amino yang jarang ditemui seperti hydroxyproline, hydroxylysine, yang tiada dalam makromolekul protein lain.
Komposisi asid amino bukan sahaja ditentukan oleh ciri-ciri asid amino, tetapi juga oleh fungsi dan tujuan makromolekul protein. Urutan mereka ditentukan oleh kod genetik.
Tahap organisasi struktur biopolimer
Terdapat empat peringkat: primer, menengah, tertiari, dan juga kuartener. Setiap strukturterdapat ciri tersendiri.
Struktur utama molekul protein ialah rantai polipeptida linear sisa asid amino yang dihubungkan oleh ikatan peptida.
Struktur inilah yang paling stabil, kerana ia mengandungi ikatan kovalen peptida antara kumpulan karboksil satu asid amino dan kumpulan amino molekul lain.
Struktur sekunder melibatkan penyusunan rantai polipeptida dengan bantuan ikatan hidrogen dalam bentuk heliks.
Jenis biopolimer tertier diperoleh melalui pembungkusan spatial polipeptida. Mereka membahagikan bentuk lingkaran dan lipatan berlapis bagi struktur tertier.
Protein globular mempunyai bentuk elips, manakala molekul fibrillar mempunyai bentuk yang memanjang.
Jika makromolekul mengandungi hanya satu rantai polipeptida, protein hanya mempunyai struktur tertier. Sebagai contoh, ia adalah protein tisu otot (mioglobin) yang diperlukan untuk mengikat oksigen. Sesetengah biopolimer dibina daripada beberapa rantai polipeptida, setiap satunya mempunyai struktur tertier. Dalam kes ini, makromolekul mempunyai struktur kuaternari, terdiri daripada beberapa globul digabungkan menjadi struktur besar. Hemoglobin boleh dianggap sebagai satu-satunya protein kuaterner yang mengandungi kira-kira 8 peratus histidin. Dialah yang merupakan penimbal intrasel yang aktif dalam eritrosit, yang membolehkan mengekalkan nilai pH darah yang stabil.
Asid nukleik
Ia adalah sebatian makromolekul yang dibentuk oleh serpihannukleotida. RNA dan DNA terdapat dalam semua sel hidup, mereka melaksanakan fungsi menyimpan, menghantar, dan juga melaksanakan maklumat keturunan. Nukleotida bertindak sebagai monomer. Setiap daripada mereka mengandungi sisa asas nitrogen, karbohidrat, dan juga asid fosforik. Kajian telah menunjukkan bahawa prinsip saling melengkapi (complementarity) diperhatikan dalam DNA organisma hidup yang berbeza. Asid nukleik larut dalam air tetapi tidak larut dalam pelarut organik. Biopolimer ini dimusnahkan oleh peningkatan suhu, sinaran ultraungu.
Bukan kesimpulan
Selain pelbagai protein dan asid nukleik, karbohidrat ialah makromolekul. Polisakarida dalam komposisinya mempunyai ratusan monomer, yang mempunyai rasa manis yang menyenangkan. Contoh struktur hierarki makromolekul termasuk molekul besar protein dan asid nukleik dengan subunit kompleks.
Sebagai contoh, struktur spatial molekul protein globular adalah akibat daripada organisasi pelbagai peringkat hierarki asid amino. Terdapat hubungan rapat antara peringkat individu, unsur-unsur tahap yang lebih tinggi disambungkan dengan lapisan yang lebih rendah.
Semua biopolimer melaksanakan fungsi serupa yang penting. Mereka adalah bahan binaan untuk sel hidup, bertanggungjawab untuk penyimpanan dan penghantaran maklumat keturunan. Setiap makhluk hidup dicirikan oleh protein tertentu, jadi ahli biokimia menghadapi tugas yang sukar dan bertanggungjawab, menyelesaikannya yang mana mereka menyelamatkan organisma hidup daripada kematian tertentu.
