Biomolekule

**Biomolekule** (biološke molekule) su sve molekule proizvedene u živom organizmu. To su najznačajniji organski spojevi u organizmu. Biomolekule možemo podijeliti u četiri velike skupine: ugljikohidrati, proteini, masti i nukleinske kiseline. U ove molekule uključujemo velike makromolekule, kao što su proteini, polisaharidi, lipidi i nukleinske kiseline, ali i male molekule kao što su primarni metaboliti, sekundarni metaboliti i prirodni produkti.
Ove vrste biomolekula su međusobno povezane i zavisne i imaju važnu ulogu u metabolizmu.

## Struktura i funkcija
Tipične biomolekule, kao što su proteini, nukleinske kiseline, masti i karbohidarti, su građene od specifičnih gradivnih dijelova. Funkcija svake biomolekule je posebna, ali ista u svim organizmima. Gradivni dijelovi mogu biti promijenjeni u različitim biomolekulama, kako bi doprinijeli njihovoj osnovnoj funkciji.

Na primjer, gradivni dijelovi proteina su aminokiseline, nukleinskih kiselina - nukleotidi,  masti - glicerol i više masne kiseline, a šećera - α-D-glukoza.

#### Proteini (bjelančevine) 
**Proteini** su velike molekule složenog sastava koji čine osnovu strukture i organizacije živih sistema. To su polimeri dugih lanaca, izgrađeni od monomera aminokiselina, koji su povezani peptidnim vezama. Svaki protein sadrži kombinaciju 20 vrsta aminokiselina (koje nazivamo α- aminokiseline), već unaprijed određenu genetičkim kodom. Različite kombinacije aminokiselina omogućavaju proteinima da budu najraznovrsnije i najrasprostranjenije biomolekule u organizmu.
*Aminokiseline* su osnovni gradivni dijelovi proteina. Po hemijskom sastavu imaju jednu amino skupinu, karboksilnu skupinu, vodikov atom i različitu R skupinu koja je vezana za α- ugljikov atom i funkcionalnu grupu (reaktivno dio molekule).
Struktura proteina je podijeljena na više nivoa:
# **Primarna struktura**: Različita kombinacija 20 α-aminokiselina utječe na stvaranje velikih lanaca proteina. Primarna struktura određuje funkciju i biološke osobine proteina.
# **Sekundarna struktura**: Javlja se u polipeptidnim lancima kada se –CO i amino grupa spajaju vodikovom vezom. Tu postoje dvije strukture: α- zavojnica i β- nabrana ploča, koje su međusobno povezane vodikovom vezom.
# **Tercijarna struktura**: To je 3D struktura proteina koja se javlja sklapanjem α i β strukture. Na osnovu ove strukture, proteini se dijele na *fibrilarne* i *globularne*.
# **Kvartarna struktura**: Kombinacijom jednostavnih proteina i različitih ili istih polipeptidnih lanaca, se stvaraju kompleksniji proteini.

Jedna od bitnih karakteristika proteina je *denaturacija*, do koje dolazi raskidanjem vodikovih veza. Vodikove veze su jako slabe i osjetljive i lahko pucaju pri najmanjoj promjeni temperature ili pH vrijednosti okoline.
Proteini se uglavnom vezuju u složenije molekule sa lipidima, ugljikohidratima, nukleinskim kiselinama i hem grupom. Imaju različite **funkcije** u organizmu: 75% ćelijske mase je izgrađeno od proteina, a imaju veliku ulogu i kao gradivne jedinice ćelijske plazme i organela. Također djeluju kao biohemijski katalizatori- enzimi. Neki od najpoznatijih hormona su proteini (inzulin, glukagon). Učestvuju u rastu i obnavljanju tkiva.

### Lipidi (masti) 
**Lipidi** su velika skupina masti i ulja karakteristični po netopivosti u vodi i topivosti u organskim rastvaračima (kao što su aceton, eter, karbon tetrahlorid). Kao i ugljikohidrati, lipidi su uglavnom sastavljeni od C, H i O atoma, a složeni mogu imati i N, P i S atome.. Nastaju u reakciji masnih kiselina sa alkoholima ili aminima.

Gradivni dijelovi lipida su *više masne kiseline*, koje su uglavnom monokarboksilne organske kiseline sa brojem C atoma većim od četiri. Više masne kiseline mogu biti: *zasićene* (nerazgranate i najraširenije u prirodi) i *nezasićene* (sa jednom ili više dvostrukih veza).

Na osnovu njihove molekularne strukture, lipidi su podijeljeni u tri skupine: 
# **Jednostavni lipidi**: U jednostavne lipide se ubrajaju *esteri*, koji se mogu podijeliti u dvije skupine. Po strukturi, masti i ulja su trigliceridi, koji su esteri glicerola i masnih kiselina. Njihove karakteristike zavise od vrste i količine masnih kiselina. Dugi lanci masnih kiselina mogu imati različit broj C atoma (između 12 i 24) i dvostruke veze ukoliko su nezasićeni. **Masti** su trigliceridi koji su na sobnoj temperaturi u čvrstom stanju, a **ulja** u tečnom. Dvostruka veza nezasićenih masnih kiselina lahko podliježe hidrogenizaciji, što utječe na stvaranje zasićenih triglicerida ili masti. Netopivi su u vodi. **Voskovi** su esteri masnih kiselina sa dugim lancima monohidroksidnih alkohola sa 26-34 C atoma. Rašireni su u prirodi u raznim spojevima. Često su dijelom zaštitnih slojeva na površinama životinja i biljaka, a neki insekti i luče vosak (kao pčele). Trigliceridi podliježu procesu *saponifikacije* i imaju veliku primjenu u kozmetičkoj industriji.
# **Složeni lipidi**: Složeni lipidi su esteri masnih kiselina i alkohola, sa različitim primjesama proteina, fosfornih kiselina, šećera itd. Postoji više skupina ovih lipida, a najpoznatiji su fosfolipidi i glikolipidi. Složeni lipidi u svojoj hemijskoj strukturi imaju polarni i nepolarni dio. Najvažniju funkciju imaju u *izgradnji bioloških membrana*.
# **Dobijeni lipidi**: *Steroidi* su posebna grupa lipida koji se stvaraju u tijelu tokom metabolizma. Ne ubrajaju se u grupu estera. Holesterol je jedan od najpoznatijih steroida u ljudskom i životinjskom tkivu.

Osnovna **funkcija** lipida je učestvovanje u izgradnji svih ćelijskih membrana, kao i rezerva hranjivih sastojaka (u trigliceridima) za energetske potrebe organizma.

### Ugljikohidrati
**Ugljikohidrati** formiraju veliku skupinu organskih jedinjenja, koji imaju važnu ulogu u svakodnevnom životu. Nastaju u biljkama kao produkt procesa *fotosinteze.* Najrasprostranjeniji ugljikohidrati su glukoza, fruktoza, saharoza, škrob i celuloza.  Mnogi ugljikohidrati su slatkastog okusa i zato se nazivaju **šećerima**.
Svi ugljikohidrati imaju zajedničku formulu **Cx(H2O)y**. Osnovni gradivni dijelovi njihovih lanaca se nazivaju **monosaharidi** (jednostavni šećeri). Lanac je nerazgranat i svaki C atom nosi –OH grupu, a po jedan aldehidnu ili keto skupinu.

Na osnovu ponašanja pri hidrolizi, ugljikohidrati se mogu podijeliti u tri skupine:
# **Monosaharidi** su jednostavni ugljikohidrati koji se ne mogu hidrolizom rastaviti na jednostavnije jedinice ketona. Poznato je 20 vrsta monosaharida koji se nalaze u prirodi. Oni su dalje podijeljeni na osnovu broja C atoma i funkcionalne grupe. Ako sadrže aldehidnu grupu, nazivaju se aldozama, a ako sadrže keto grupu- ketozama. Svi imaju bijelu boju i topivi su u vodi. Imaju slatkast okus.
# **Oligosaharidi** su ugljikohidrati koji sadrže 2- 10 monosaharidnih jedinica dobivenih hidrolizom. Oni se mogu dalje podijeliti na disaharide, trisaharide, tetrasaharide, itd. Monosaharidne jedinice od kojih su sastavljeni kompleksniji ugljikohidrati mogu, ali i ne moraju biti iste u određenom ugljikohidratu. Na primjer, saharoza hidrolizom daje jednu molekulu glukoze i jednu molekulu fruktoze.
# **Polisaharidi** su dugi lanci monosaharida, koji su najrasprostranjeniji ugljikohidrati u prirodi. Služe kao rezerva hrane kod životinja (glikogen) i biljaka (škrob) i kao gradivni materijal (uglavnom kod biljaka).
Monosaharidi uglavnom imaju cikličnu strukturu, jer aldehidna i keto skupina nisu potpuno slobodne, što je dokazano *Haworth-ovim eksperimentom*.

Ugljikohidrati imaju više **funkcija** od kojih su najpoznatije da služi kao gradivni materijal (celuloza) za izgradnju ćelijskih zidova bakterija i biljaka, te da su povezani sa mnogim lipidima i proteinima i grade spojeve koji imaju važnu funkciju u organizmu (kao glikolipidi i glikoproteini).

### Nukleinske kiseline 
**Nukleinske kiseline** su biološke molekule, esencijalne za sve oblike živih organizama. To su linearni polimeri, koji se sastoje od različitih nukleotida, poredanih u genetski predodređenom slijedu.
**Nukleotidi** su osnovne gradivne jedinice (monomeri) nukleinskih kiselina i međusobno su povezani preko *fosfatne grupe*. Kondenzacijom hidroksilnih skupina, dolazi do uspostavljanja 3'- 5' fosfodiesterske veze. Svaki nukleotid se sastoji od baze, petougljičnog šećera (pentoze) i fosfatne grupe.

Na osnovu različite strukture nukleotida, dolazi do stvaranja polimera sa različitom građom i funkcijom, pri čemu razlikujemo dva osnovna tipa:

# **DNK** - deoksiribonukleinska kiselina- koja sadrži petougljični šećer deoksiribozu. Nosilac je genetičke informacije u jedru i koda za sintezu specifičnih proteina. Sadrži i do 250 miliona nukleotidnih parova.
# **RNK** - ribonukleinska kiselina- sadrži petougljični šećer ribozu (koja ima jednu više –OH grupu na petougljičnom šećeru). Učestvuje u transkripciji i translaciji genetičke informacije tokom sinteze proteina. Sadrži nekoliko hiljada nukleotida. Postoje tri tipa RNK molekule: *iRNK* (informaciona RNK- učestvuje u transkripciji genetičkog koda u jedru), *rRNK* (ribosomska RNK- sa ribosomskim proteinima predstavlja gradivne komponente ribosoma) i *tRNK* (transportna RNK- prenosi aminokiseline do ribosoma).

Različita struktura nukleotida je uzrokovana različitim *bazama*, kojih postoje 4 vrste: adenin, guanin, citozin i timin (kod RNK uracil).

#### Struktura DNK i RNK
Nakon što su Watson i Crick otkrili *Heliks strukturu DNK*- utvrđeno je da je to dvostruka zavojnica dva polunukleotidna lanca, čije se baze na suprotnim lancima uparaju uvijek kao adenin (A) sa timinom (T) i guanin (G) sa citozinom (C), koji su međusobno povezani slabim vodikovim vezama.

Osnovna **funkcija** DNK je čuvanje informacije o genetičkom materijalu. Pri dijeljenju ćelije, sa osnovne molekule DNK dolazi do prepisivanja genetičkog koda (replikacija DNK), pri čemu se stvaraju novi lanci sa identičnim genetičkim kodom. DNK je smještena u posebno organizovanim strukturama koje se nazivaju *hromosomi*.

## Reference 
## Također pogledajte
*Šećer
*Lipid
*Protein
*Nukleinske kiseline

Kategorija:Biohemija
Kategorija:Biomolekule
Kategorija:Molekule
Kategorija:Organski spojevi