biomolekul organik ditemukan di semua makhluk hidup dan ditandai dengan struktur berdasarkan pada atom karbon. Jika kita membandingkannya dengan molekul anorganik, molekul organik jauh lebih kompleks dalam hal strukturnya. Selain itu, mereka jauh lebih bervariasi.
Mereka diklasifikasikan menjadi protein, karbohidrat, lipid, dan asam nukleat. Fungsinya sangat bervariasi. Protein berpartisipasi sebagai unsur struktural, fungsional dan katalitik. Karbohidrat juga memiliki fungsi struktural dan merupakan sumber energi utama bagi makhluk hidup.
Sumber: pixabay.com
Lipid adalah komponen penting dari membran biologis dan zat lain, seperti hormon. Mereka juga berfungsi sebagai unsur penyimpanan energi. Akhirnya, asam nukleat – DNA dan RNA – mengandung semua informasi yang diperlukan untuk pengembangan dan pemeliharaan makhluk hidup.
Indeks artikel
Karakteristik umum
Salah satu karakteristik biomolekul organik yang paling relevan adalah keserbagunaannya dalam hal pembentukan struktur. Keragaman besar varian organik yang mungkin ada ini disebabkan oleh situasi istimewa yang disediakan oleh atom karbon , di tengah periode kedua.
Atom karbon memiliki empat elektron pada tingkat energi terakhir. Berkat elektronegativitasnya yang menengah, ia mampu membentuk ikatan dengan atom karbon lain, membentuk rantai dengan bentuk dan panjang yang berbeda, terbuka atau tertutup, dengan ikatan tunggal, rangkap dua atau rangkap tiga di dalamnya.
Dengan cara yang sama, elektronegativitas rata-rata atom karbon memungkinkannya untuk membentuk ikatan dengan atom lain yang berbeda dari karbon, seperti elektropositif (hidrogen) atau elektronegatif (antara lain oksigen, nitrogen, belerang).
Sifat ikatan ini memungkinkan untuk membuat klasifikasi untuk karbon di primer, sekunder, tersier atau kuaterner, tergantung pada jumlah karbon yang terikat dengannya. Sistem klasifikasi ini tidak tergantung pada jumlah valensi yang terlibat dalam tautan.
Klasifikasi dan fungsi
Molekul organik diklasifikasikan menjadi empat kelompok besar: protein, karbohidrat, lipid dan asam nukleat. Kita akan menjelaskannya secara rinci di bawah ini:
-Protein
Protein adalah kelompok molekul organik yang paling baik didefinisikan dan dicirikan oleh ahli biologi. Pengetahuan yang luas ini terutama disebabkan oleh kemudahan intrinsik yang ada untuk diisolasi dan dikarakterisasi – dibandingkan dengan ketiga molekul organik lainnya.
Protein memainkan sejumlah peran biologis yang sangat luas. Mereka dapat berfungsi sebagai pembawa, struktural, dan bahkan molekul katalitik. Kelompok terakhir ini terdiri dari enzim.
Blok bangunan: asam amino
Bahan penyusun protein adalah asam amino. Di alam, kita menemukan 20 jenis asam amino , masing-masing dengan sifat fisikokimia yang jelas.
Molekul-molekul ini diklasifikasikan sebagai asam alfa-amino, karena mereka memiliki gugus amino primer dan gugus asam karboksilat sebagai substituen pada atom karbon yang sama. Satu-satunya pengecualian untuk aturan ini adalah asam amino prolin, yang diklasifikasikan sebagai asam alfa-imino karena adanya gugus amino sekunder.
Untuk membentuk protein, “blok pembangun” ini perlu berpolimerisasi, dan mereka melakukannya dengan membentuk ikatan peptida. Pembentukan rantai protein melibatkan penghilangan satu molekul air untuk setiap ikatan peptida. Ikatan ini direpresentasikan sebagai CO-NH.
Selain menjadi bagian dari protein, beberapa asam amino dianggap sebagai metabolit energi dan banyak di antaranya merupakan unsur nutrisi penting.
Sifat asam amino
Setiap asam amino memiliki massa dan tingkat penampilan khusus dalam protein. Selain itu, masing-masing memiliki nilai pKa asam alfa-karboksilat, alfa-amino, dan gugus gugus samping.
Nilai pKa gugus asam karboksilat sekitar 2,2; sedangkan gugus alfa-amino menyajikan nilai pKa mendekati 9,4. Karakteristik ini mengarah pada karakteristik struktural khas asam amino: pada pH fisiologis kedua kelompok berada dalam bentuk ion.
Ketika sebuah molekul membawa kelompok bermuatan polaritas yang berlawanan mereka disebut zwitterion atau zwitterion. Oleh karena itu, asam amino dapat bertindak sebagai asam atau sebagai basa.
Sebagian besar asam alfa-amino memiliki titik leleh mendekati 300 ° C. Mereka lebih mudah larut dalam lingkungan polar, dibandingkan dengan kelarutannya dalam pelarut nonpolar. Sebagian besar cukup larut dalam air.
Struktur protein
Untuk menentukan fungsi protein tertentu, perlu untuk menentukan strukturnya, yaitu hubungan tiga dimensi yang ada antara atom-atom yang membentuk protein yang bersangkutan. Untuk protein, empat tingkat organisasi strukturnya telah ditentukan:
Struktur primer : mengacu pada urutan asam amino yang membentuk protein, tidak termasuk konformasi yang mungkin diambil oleh rantai sampingnya.
Struktur sekunder : dibentuk oleh pengaturan spasial lokal dari atom-atom kerangka. Sekali lagi, konformasi rantai samping tidak diperhitungkan.
Struktur tersier : mengacu pada struktur tiga dimensi dari keseluruhan protein. Meskipun mungkin sulit untuk menarik pembagian yang jelas antara struktur tersier dan sekunder, konformasi yang ditentukan (seperti adanya heliks, lembaran terlipat, dan belokan) digunakan untuk secara eksklusif menunjuk struktur sekunder.
Struktur Kuarter : berlaku untuk protein yang terdiri dari beberapa subunit. Yaitu, oleh dua atau lebih rantai polipeptida individu. Unit-unit ini dapat berinteraksi melalui gaya kovalen, atau dengan ikatan disulfida. Susunan spasial subunit menentukan struktur kuartener.
-Karbohidrat
Karbohidrat, karbohidrat atau sakarida (dari akar kata Yunani sakcharon, yang berarti gula) adalah kelas molekul organik yang paling melimpah di seluruh planet bumi.
Strukturnya dapat disimpulkan dari namanya “karbohidrat”, karena mereka adalah molekul dengan rumus (CH 2 O) n , di mana n lebih besar dari 3.
Fungsi karbohidrat bermacam-macam. Salah satu yang utama adalah dari jenis struktural, terutama pada tanaman . Di kingdom tumbuhan , selulosa adalah bahan struktural utamanya, yang sesuai dengan 80% dari berat kering tubuh.
Fungsi lain yang relevan adalah peran energiknya. polisakarida , seperti pati dan glikogen, merupakan sumber penting dari nutrisi cadangan.
Klasifikasi
Unit dasar karbohidrat adalah monosakarida atau gula sederhana. Ini berasal dari aldehida atau keton rantai lurus dan alkohol polihidrat.
Mereka diklasifikasikan menurut sifat kimia gugus karbonilnya menjadi alsin dan ketosa. Mereka juga diklasifikasikan berdasarkan jumlah karbon.
Monosakarida berkelompok bersama untuk membentuk oligosakarida, yang sering ditemukan dalam hubungan dengan jenis molekul organik lain seperti protein dan lipid. Ini diklasifikasikan sebagai homopolisakarida atau heteropolisakarida, tergantung pada apakah mereka terdiri dari monosakarida yang sama (kasus pertama) atau berbeda.
Selain itu, mereka juga diklasifikasikan menurut sifat monosakarida yang menyusunnya. Polimer glukosa disebut glukan, yang terbuat dari galaktosa disebut galaktan, dan seterusnya.
Polisakarida memiliki kekhasan membentuk rantai lurus dan bercabang, karena ikatan glikosidik dapat dibentuk dengan salah satu gugus hidroksil yang ditemukan dalam monosakarida.
Ketika lebih banyak unit monosakarida dikaitkan, kita berbicara tentang polisakarida.
-Lemak
Lipid (dari bahasa Yunani lipos, yang berarti lemak) adalah molekul organik yang tidak larut dalam air dan larut dalam pelarut anorganik, seperti kloroform. Ini membuat lemak, minyak, vitamin, hormon, dan membran biologis.
Klasifikasi
Asam lemak : mereka adalah asam karboksilat dengan rantai yang dibentuk oleh hidrokarbon yang cukup panjang. Secara fisiologis, jarang ditemukan bebas, karena dalam kebanyakan kasus mereka diesterifikasi.
Pada hewan dan tumbuhan kita sering menemukan mereka dalam bentuk tak jenuh (membentuk ikatan rangkap antara karbon), dan tak jenuh ganda (dengan dua atau lebih ikatan rangkap).
Triasilgliserol : juga disebut trigliserida atau lemak netral, mereka merupakan mayoritas lemak dan minyak yang ada pada hewan dan tumbuhan. Fungsi utamanya adalah untuk menyimpan energi pada hewan. Ini memiliki sel khusus untuk penyimpanan.
Mereka diklasifikasikan menurut identitas dan posisi residu asam lemak. Umumnya, minyak nabati berbentuk cair pada suhu kamar dan lebih kaya akan residu asam lemak dengan ikatan rangkap dan rangkap tiga di antara karbonnya.
Sebaliknya, lemak hewani berbentuk padat pada suhu kamar dan jumlah karbon tak jenuhnya rendah.
Gliserofosfolipid : juga dikenal sebagai fosfogliserida, mereka adalah komponen utama membran lipid.
Gliserofosfolipid memiliki “ekor” dengan karakteristik apolar atau hidrofobik, dan “kepala” polar atau hidrofilik. Struktur ini dikelompokkan dalam bilayer, dengan ekor mengarah ke dalam, untuk membentuk membran. Di dalamnya, serangkaian protein tertanam.
Sphingolipids : mereka adalah lipid yang ditemukan dalam jumlah yang sangat rendah. Mereka juga merupakan bagian dari membran dan diturunkan dari sphingosine, dihydrosphingosine dan homolognya.
Kolesterol : pada hewan merupakan komponen utama membran, yang mengubah sifat-sifatnya, seperti fluiditasnya. Itu juga terletak di membran organel sel. Ini adalah prekursor penting dari hormon steroid, terkait dengan perkembangan seksual.
-Asam nukleat
Asam nukleat adalah DNA dan berbagai jenis RNA yang ada. DNA bertanggung jawab atas penyimpanan semua informasi genetik, yang memungkinkan perkembangan, pertumbuhan, dan pemeliharaan organisme hidup.
RNA, pada bagiannya, berpartisipasi dalam perjalanan informasi genetik yang dikodekan dalam DNA ke molekul protein. Secara klasik, tiga jenis RNA dibedakan: messenger, transfer, dan ribosom . Namun, ada sejumlah RNA kecil yang memiliki fungsi pengaturan.
Blok penyusun: nukleotida
Bahan penyusun asam nukleat, DNA dan RNA, adalah nukleotida. Secara kimia, mereka adalah ester fosfat dari pentosa, di mana basa nitrogen melekat pada karbon pertama. Kita dapat membedakan antara ribonukleotida dan deoksiribonukleotida.
Molekul-molekul ini datar, aromatik, dan heterosiklik. Ketika gugus fosfat tidak ada, nukleotida diganti namanya menjadi nukleosida.
Selain perannya sebagai monomer dalam asam nukleat, molekul-molekul ini secara biologis ada di mana-mana dan berpartisipasi dalam sejumlah besar proses.
Nukleosida trifosfat adalah produk yang kaya energi, seperti ATP dan digunakan sebagai mata uang energi untuk reaksi seluler. Mereka adalah komponen penting dari koenzim NAD + , NADP + , FMN, FAD dan koenzim A. Akhirnya, mereka adalah unsur pengatur jalur metabolisme yang berbeda.
Contoh
Ada banyak contoh molekul organik. Yang paling menonjol dan dipelajari oleh ahli biokimia akan dibahas di bawah ini:
Hemoglobin
Hemoglobin, pigmen merah dalam darah, adalah salah satu contoh klasik protein. Berkat difusinya yang luas dan isolasi yang mudah, protein ini telah dipelajari sejak zaman kuno.
Ini adalah protein yang terdiri dari empat subunit, itulah sebabnya ia termasuk dalam klasifikasi tetramerik, dengan dua unit alfa dan dua beta. Subunit hemoglobin terkait dengan protein kecil yang bertanggung jawab untuk pengambilan oksigen di otot: mioglobin.
Gugus heme merupakan turunan dari porfirin. Ini mencirikan hemoglobin dan merupakan kelompok yang sama yang ditemukan di sitokrom. Gugus heme bertanggung jawab atas karakteristik warna merah darah dan merupakan wilayah fisik di mana setiap monomer globin berikatan dengan oksigen.
Fungsi utama protein ini adalah mengangkut oksigen dari organ yang bertugas pertukaran gas – sebut saja paru-paru, insang atau kulit – ke pembuluh darah kapiler, untuk digunakan dalam respirasi.
Selulosa
Selulosa adalah polimer linier yang terdiri dari subunit D-glukosa, dihubungkan oleh ikatan tipe beta 1,4. Seperti kebanyakan polisakarida, mereka tidak memiliki ukuran maksimum yang terbatas. Namun, rata-rata mereka memiliki sekitar 15.000 residu glukosa.
Merupakan penyusun dinding sel tumbuhan. Berkat selulosa, ini kaku dan memungkinkan untuk mengatasi tekanan osmotik. Demikian pula, pada tanaman yang lebih besar, seperti pohon, selulosa memberikan dukungan dan stabilitas.
Meskipun sebagian besar terkait dengan sayuran, beberapa hewan yang disebut tunicates memiliki selulosa dalam strukturnya.
Diperkirakan rata-rata 10 15 kilogram selulosa disintesis – dan terdegradasi – per tahun.
Membran biologis
Membran biologis terutama terdiri dari dua biomolekul, lipid dan protein. Konformasi spasial lipid dalam bentuk bilayer, dengan ekor hidrofobik mengarah ke dalam, dan kepala hidrofilik mengarah ke luar.
Membran adalah entitas yang dinamis dan komponennya sering mengalami pergerakan.
Referensi
- Aracil, CB, Rodríguez, MP, Magraner, JP, & Pérez, RS (2011). Dasar-dasar biokimia . Universitas Valencia.
- Battaner Arias, E. (2014). Ringkasan enzimologi . Edisi Universitas Salamanca.
- Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biokimia . saya terbalik.
- Devlin, TM (2004). Biokimia: buku teks dengan aplikasi klinis . saya terbalik.
- Díaz, AP, & Pena, A. (1988). Biokimia . Redaksi Limusa.
- Macarulla, JM, & Goñi, FM (1994). Biokimia manusia: kursus dasar . saya terbalik.
- Muller – Esterl, W. (2008). Biokimia. Dasar-dasar kedokteran dan ilmu kehidupan . saya terbalik.
- Teijón, JM (2006). Dasar-dasar biokimia struktural . Redaksi Tebar.
