Биомолекулы

Биомолекулы — это органические вещества, которые синтезируются живыми организмами. В состав биомолекул включают белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, а также более мелкие компоненты обмена веществ. Биомолекулы состоят из атомов углерода, водорода, азота, кислорода, а также фосфора и серы. Другие атомы входят в состав биологически значимых веществ значительно реже.

Классификация

Среди биомолекул выделяют:

• Малые молекулы:
  • Липиды (жиры), фосфолипиды, гликолипиды, стеролы, глицеролипиды
  • Витамины
  • Гормоны, нейромедиаторы
  • Метаболиты

• Мономеры, олигомеры и полимеры

Мономеры	Олигомеры	Биополимеры
Аминокислоты	Олигопептиды	Полипептиды, белки
Моносахариды	Олигосахариды	Полисахариды (крахмал, целлюлоза)
Нуклеотиды	Олигонуклеотиды	Полинуклеотиды, (ДНК, РНК)

Нуклеозиды и нуклеотиды

Основные статьи: Нуклеозиды, нуклеотиды

Нуклеозиды образуются при присоединении азотистого основания к сахару рибозе, примерами нуклеозидов являются цитидин, уридин, аденозин, гуанозин, тимидин и инозин.

Нуклеозиды в клетках могут быть фосфорилированы киназами, при этом образуются нуклеотиды. ДНК и РНК являются линейными полимерами, состоящими из относительно низкомолекулярных мономеров — нуклеотидов, соединенных между собой фосфодиэфирными связями.^[1]

Нуклеотиды могут быть источниками энергии, запасенной в химических связях (АТР), принимать участие в передаче сигнала внутри клетки (cGMP, cAMP), являться компонентами кофакторов ферментов (кофермент А, FAD, NAD).^[2]

Сахара

Основная статья: Углеводы

Моносахариды — простейшие углеводы, обычно содержат альдегидную или кето-группу.^[3] Наличие в структуре альдегидной группы обозначается приставкой "альдо-", а кето-группы - "кето-".^[1] Примерами моносахаридов являются гексозы — глюкоза, фруктоза, галактоза и пентозы — рибоза и дезоксирибоза.^[3]

Дисахариды образуются при соединении двух молекул простых сахаров, при этом отщепляется одна молекула воды. Дисахариды могут быть гидролизованы до соответствующих моносахаридов разбавленными растворами кислот или соответствующими ферментами.^[1] Представителями дисахаридов являются сахароза, мальтоза и лактоза.

Полисахариды являются сложными сахарами, полимерами моносахаридов. Представителями полисахаридов является крахмал, целлюлоза и гликоген. Молекулы полисахаридов обычно имеют разветвленную структуру. Как правило, полисахариды нерастворимы или малорастворимы в воде, однако может происходить гидратация их гидроксильных групп, в таком случае при нагревании в водной среде полисахарид образует коллоид.^[1] Более короткие полисахариды, состоящие из 2-10 мономеров, называют олигосахаридами.^[4]

Лигнин

Лигнин — это нерегулярный биополимер, состоящий из ароматических колец, соединенных короткими (от одного до трех атомов углерода) углеродными цепями. Лигнин является вторым по значению биополимером после целлюлозы, и является одним из структурных компонентов растений.^[5] Лигнин является рацематом, то есть не обладает оптической активностью, не поляризует свет. Эта особенность лигнина вызвана тем, что его полимеризация происходит по свободно-радикальному механизму.

Липиды

Основная статья: Липиды

Липиды в основном представлены сложными эфирами жирных кислот и являются важными компонентами клеточных мембран. Также липиды выполняют функцию запаса энергии, например, триглицериды. Большинство молекул липидов состоит из гидрофильной головки и от одного до трех гидрофобных хвостов жирных кислот, поэтому липиды являются амфифильными веществами.

В клеточных мембранах представлены следующие классы липидов:

• Гликолипиды — содержат олигосахариды
• Фосфолипиды — головка которых содержит положительно заряженую группу, связанную с гидрофобным хвостом через отрицательно заряженный фосфат
• Стеролы — головка содержит плоское стероидное кольцо, например, холестерин

Также к липидам относят простагландины и лейкотриены, 20-углеродные молекулы, синтезируемые из арахидоновой кислоты.

Аминокислоты

Основная статья: Аминокислоты

Аминокислоты содержат амино- и карбоксильную группу и являются цвиттер-ионами. Биологически значимые аминокислоты представлены только α-аминокислотами, в которых функциональные группы соединены с одним атомом углерода, а также пролином, который является иминокислотой.

Аминокислоты являются мономерами пептидов (2-10 остатков аминокислот), полипептидов и белков. Белки выполняют различные функции в клетке.

Биологически значимы только 20 аминокислот, они закодированы в генетическом коде, всего известно более пятисот природных аминокислот. Известны как минимум две аминокислоты, которые также встраиваются в полипептиды в ходе трансляции у некоторых организмов:

• селеноцистеин — закодирован стоп-кодоном UGA
• пирролизин — включается по кодону UAG, например, у некоторых метаногенов

Другие биологически значимые аминокислоты представлены в том числе карнитином, орнитином, гамма-аминомасляной кислотой и таурином.

Витамины

Основная статья: Витамины

Витамины — вещества, которые организм не способен синтезировать самостоятельно, но необходимые для жизнедеятельности. Витаминами являются, например, многие коферменты. Витамины должны поступать в организм постоянно, обычно в очень малых количествах.

Примечания

1. ↑ ^{1 2 3 4} Slabaugh, Michael R., and Seager, Spencer L. Organic and Biochemistry for Today. — 6th. — Pacific Grove: Brooks Cole, 2007. — ISBN 0-495-11280-1
2. ↑ Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K & Wlater P Molecular biology of the cell. — 4th. — New York: Garland Science, 2002. — P. 120–1. — ISBN 0-8153-3218-1
3. ↑ ^{1 2} Peng, Bo, and Yu Qin (June 2009). «Fructose and Satiety». Journal of Nutrition: 6137–42.
4. ↑ Pigman W. The Carbohydrates. — San Diego: Academic Press. — Vol. 1A. — P. 3. — ISBN 68-26647
5. ↑ K. Freudenberg & A.C. Nash (eds) Constitution and Biosynthesis of Lignin. — Berlin: Springer-Verlag, 1968.