Biomolekula

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.

Několik způsobů zobrazení prostorové struktury biomolekuly bílkoviny.

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