Biomolekula

Několik způsobů zobrazení prostorové struktury biomolekuly bílkoviny.

Biomolekuly jsou molekuly chemických sloučenin, které se vyskytují v živých organismech. Skládají se především z uhlíku a vodíku, dále v nich najdeme i dusík, kyslík, fosfor a síru. Ostatní prvky (železo, zinek a kobalt) se vyskytující v biomolekulách pouze ve stopových množstvích.

Biomolekuly jsou nezbytné pro existenci všech forem života, vznikají nebo se přeměňují ve všech živých organismech. Jejich syntéza je spojena s energetickými výdaji organismu. Jejich funkce jsou rozmanité, od jednoduchého metabolismu, výroby a spotřeby energie, stavby buněčných složek až po složité kontrolní úkoly.

Biomolekuly dělíme na primární a sekundární:

Primární biomolekuly jsou všechny sloučeniny, které jsou potřebné pro organismus, pro podporu života a jeho růst. Patří mezi ně především bílkoviny, nukleové kyseliny, sacharidy a tuky. Identita každého organismu je dána charakteristickou výbavou bílkovin a nukleových kyselin.
Sekundární biomolekuly jsou rozděleny do velkých tříd terpenů, aromatických látek a alkaloidů. Jejich význam pro organismus je v současnosti předmětem bádání vědců po celém světě.

Biomolekul je mnoho druhů a mají nejrůznější velikost. V organismu jsou obsaženy nebo syntetizovány malé molekuly ale i polymerní makromolekuly s velmi složitou strukturou.

Historie

Původní termín pro biomolekuly byl přírodní produkt. Byl určen historickou definicí organické chemie, která zahrnovala všechny látky používané k chovu zvířat a rostlin.

V roce 1827 Jöns Jakob Berzelius na základě stavu znalostí a složité chemické struktury přírodních produktů předpokládal, že pro jejich výrobu musí být životní síla (vitalis).

V roce 1828 Friedrich Wöhler definoval rozdíl mezi vnitřně a externě organizovanými látkami. Syntézou močoviny prokázal, že sloučenina močoviny, definovaná jako anorganická, může být vyrobena ze sloučeniny kyanidu amonného, který byl definován jako organický.

Výzkum biomolekul se postupně vyvinul v samostatný obor, který se zabývá izolací, strukturní podobou, syntézou a vlastnostmi sloučenin nalezených v živých organismech (lidí, zvířat, rostlin a mikroorganismů).

Po roce 1945 se výzkum biomolekul začal vyvíjet mnohem rychleji s novými a velmi výkonnými analytickými a fyzikálními metodami. Například hmotnostní spektrometrie, rentgenová analýza struktury, NMR spektroskopie, elektroforézy nebo chromatografie umožnily dříve nepředstavitelné objevy v této oblasti.

Prvky v biomolekulách

Biomolekuly jsou složeny z poměrně malého množství prvků a sloučenin:

Organické sloučeniny tvoří až 95 % suché organické hmoty. Většinou to jsou makromolekulární látky s vysokou molekulovou hmotností a složitou strukturou.

Voda tvoří 60 – 95 % hmoty buněk, tkání a orgánů.
Minerální látky nebo anorganické složky tvoří méně než 5 % živých organismů. Jsou to ionty Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Cl⁻, SO₄²⁻, HPO₄²⁻. Jsou důležitými regulátory fyzikálně-chemických reakcí a prostředí v živých organismech (pH, iontové síly, osmotický tlak a další).
Stopové prvky, ionty Fe, Zn a Co, mají důležité katalytické, aktivační a inhibiční funkce.

Čtyři základní skupiny biomolekul

Bílkoviny

Bílkoviny (proteiny) jsou makromolekulární sloučeniny sestavené z aminokyselin. Bílkoviny tvoří 50 – 80 % suché hmoty organismů. Nejjednodušší bakterie obsahují přes 3 000 bílkovin, savčí buňka přes 10 000 druhů bílkovin a v celém lidském těle se nachází přes 5 milionů druhů bílkovin. Funkce bílkovin v organismech:

stavební
podpůrná
transportní
vysoce specializované (katalytické enzymy)
regulační (hormony)
obranné (protilátky)

Nukleové kyseliny

Nukleové kyseliny jsou makromolekulární sloučeniny, jejichž stavebními jednotkami jsou nukleotidy obsahující cukernou složku, dusíkatou bázi a zbytek kyseliny fosforečné (H₃PO₄). Podle složení a funkce se nukleové kyseliny dělí na deoxyribonukleové kyseliny (DNA) a ribonukleové kyseliny (RNA). Bakterie obsahují přes 1 000 druhů nukleových kyselin. Funkce nukleových kyselin:

zpracování genetické informace
skladování genetické informace
přenos genetické informace

Sacharidy

Sacharidy (cukry) se v organismech vyskytují ve formě monosacharidů, disacharidů až polysacharidů. Funkce sacharidů

zdroj energie pro buněčnou aktivitu
skladování energie (glykogen, škrob)
některé nerozpustné polysacharidy tvoří extracelulární stavební materiál (celulosa, chitin)
D-ribosa a deoxy-D-ribosa jsou součástí nukleotidů, které tvoří stavební jednotky nukleových kyselin

Lipidy

Lipidy (tuky) jsou estery vyšších mastných kyselin a alkoholů nebo jejich derivátů. Množství nepolárních struktur určuje jejich olejovou nebo pevnou podobu. Funkce lipidů:

triacylglyceroly jsou zdrojem a zásobní formou energie.
polární lipidy, které často obsahují fosfor nebo dusík, jsou stavebními složkami biomembrán.

Biomolekuly podle velikosti

Malé molekuly
- Lipidy, fosfolipidy, steroly
- Vitamíny
- Hormony, neurotransmitéry
- Cukry
Monomery
Polymery
- Peptidy
- Nukleové kyseliny, např. DNA, RNA
- Polysacharidy
Makromolekuly
- Priony
- Bílkoviny

Reference

V tomto článku byly použity překlady textů z článků Biomolecule na anglické Wikipedii a Naturstoff na německé Wikipedii.

Související články

Externí odkazy

Obrázky, zvuky či videa k tématu biomolekula na Wikimedia Commons