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

Классификация

Среди биомолекул выделяют:

• Малые молекулы:
  • Липиды ( жиры ), фосфолипиды , гликолипиды , стеролы ,
  • Витамины
  • Гормоны , нейромедиаторы
  • Метаболиты
• Мономеры, олигомеры и полимеры

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

Нуклеозиды и 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 .

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 ) .

Сахара

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

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 . 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 . Более короткие полисахариды, состоящие из 2-10 мономеров, называют олигосахаридами .

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. 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

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

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

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