Речовини, що мають скелети з ковалентно зв’язаних атомів Карбону і синтезуються клітинами організмів

• біомолекули належать до органічних сполук;

• вивчають біохімія та молекулярна біологія;

• вміст біомолекул у клітинах становить близько 30 %

Причини різноманітності біомолекул

• здатність атомів сполучатись між собою з утворенням карбонових скелетів;

• завдяки ковалентним зв’язкам біомолекули достатньо міцні, стійкі до нагрівання, дії світла, впливу агресивного хімічного середовища;

• карбоновий каркас є рухливим, і тому ланцюги здатні вигинатися, скручуватися, можуть бути відкритими (лінійна форма) і замикатися в кільця (циклічна форма)

Хімічні зв’язки між молекулами

Ковалентні

Нековалентні

• міцні;

• слабкі;

• наприклад, дисульфідний, пептидний

• наприклад, водневий, йонний

• зв’язки визначають існування біомолекул та їх короткочасну взаємодію між собою;

• завдяки енергії своїх зв’язків біомолекули мають високу енергоємкість і здатність до окиснення з виділенням великої кількості теплоти;

• кінцевими продуктами цього окиснення є СО₂, Н₂О, NH₃, що видаляються з клітин

• хімічна активність біомолекул може змінюватись в різних умовах. На активність молекул у клітинах впливають йони металів (наприклад, йони Mg, Fe), деякі неорганічні сполуки (наприклад, О₂, СО₂), біологічно активні речовини (вітаміни, гормони та ін.)

Основні особливості біомолекул

• наявність міцних ковалентних зв'язків, що зумовлюють тривале існування молекул

• наявність слабких нековалентних зв'язків, що визначають структуру і взаємодію молекул

• висока енергоємкість

• змінна активність

Біомолекули мають відносно велику молекулярну масу

• молекулярна маса вимірюється в дальтонах (1 дальтон дорівнює 1/12 атомної маси Карбону)

• у деяких нуклеїнових кислот вона досягає кількох мільярдів

За молекулярною масою біомолекули умовно поділяють на:

Малі біомолекули

Макробіомолекули

• жирні кислоти, моносахариди, амінокислоти

• білки, полісахариди, нуклеїнові кислоти

Амінокислота

Моносахарид рибоза С₅Н₁₀О₅

Білок гемоглобіну

Нуклеїнова кислота ДНК

молекули з відносно невеликою молекулярною масою від 100 до 1000 а. о. м, що містять до 30 атомів Карбону

• на частку малих молекул припадає до 5 % від маси клітини;

• містяться характеристичні (функціональні) групи (наприклад, СООН, ОН, NH₂, СН₃), властивості яких і визначають їхню поведінку

• наприклад, аміногрупа NH₂ визначає лужні властивості амінокислот, а карбоксильна група СООН – кислотні;

• до малих біомолекул належать жирні кислоти, мономерні біомолекули (моносахариди, амінокислоти й нуклеотиди), біорегуляторні молекули (гормони, нейромедіатори, вітаміни, алкалоїди), енергетичні біомолекули (АТФ, ГТФ)

СН₃ ─ СН ─ СООН

│

NH₂

Функції малих біомолекул

Регуляторна

• наприклад, гормони здійснюють гуморальну регуляцію процесів, нейромедіатори - передають інформацію між нейронами;

Будівельна

• малі біомолекули досить часто виконують роль простих сполук, з яких утворюються складні, тобто є мономерами;
• з амінокислот утворюються білки, з моносахаридів - полісахариди, а з нуклеотидів - нуклеїнові кислоти

Енергетична

• малі біомолекули можуть розпадатися з вивільненням енергії;
• під час розщеплення 1 г глюкози вивільняється 17,6 кДж, а під час гідролізу 1 моль АТФ до АДФ - близько 40 кДж

Інформаційна

• міжлітинна передача інформації

Малі біомолекули містяться у вільному стані в цитоплазмі клітини і завдяки дифузії можуть швидко переміщуватися, що робить їх незамінними в процесах передачі інформації та саморегуляції клітин й організму

Функції біополімерів

Будівельна: є будівельним метаріалом для хромосом, клітинних стінок рослин, грибів й прокаріотів, рибосом тощо;

Енергетична функція: розпад макромолекул внаслідок руйнування ковалентних зв’язків під час реакцій гідролізу відбувається з виділенням великої кількості енергії;

Захисна: білкові комплекси антиген/антитіло є основою гуморального імунітету;

Регуляторна: комплекси фермент/субстрат забезпечують клітинну регуляцію процесів життя (регуляторна функція);

Запаслива: розгалуженість структури, велика кількість мономерів, інертність молекул сприяє тому, що полісахаридні макромолекули відкладаються в клітинах про запас (наприклад, крохмаль у рослин, глікоген - у тварин, грибів, архей);

Інформаційна: комплементарність нуклеотидів у побудові ДНК забезпечує їхню унікальну здатність до самоподвоєння й передачі спадкової інформації наступному поколінню

Біополімери (від грец. біос - життя, полі - численний, мерос - частина) мають велику молекулярну масу (зазвичай від 10 000 до 1 млн), тому розташовуються в ядрі чи цитоплазмі у прикріпленому стані або переміщуються дуже повільно