ماکرومولکول ها : مروری بر انواع و عملکرد درشت مولکول ها در بدن
در تمام اشکال حیات روی زمین، از کوچکترین باکتری گرفته تا نهنگ غول پیکر، چهار دسته اصلی از ماکرومولکول های آلی وجود دارد که برای زندگی ضروری هستند. این‌ها کربوهیدرات ها، لیپیدها (یا چربی‌ها)، پروتئین‌ها و اسیدهای نوکلئیک هستند. ماکرومولکول ها در واقع پلیمرهای بزرگی هستند که از زیرواحدهای مونومر کوچک تکرار شونده تشکیل می‌شوند.
در این مطلب مقدمه‌ای در رابطه با ساختار و عملکرد ماکرومولکول بیان خواهیم کرد. همانطور که از نامشان پیداست، ماکرومولکول‌ها، مولکول‌های بزرگی هستند که حاوی اتم‌های زیادی هستند. ماکرومولکول‌ها گاهی از زنجیره‌های بلندی از واحدهای تکراری اتم تشکیل می‌شوند و به عنوان پلیمر شناخته می‌شوند. اما همه ماکرومولکول‌ها پلیمر نیستند.
انواع ماکرومولکول
ماکرومولکول ها از مولکول‌های آلی کوچکتر ساخته شده‌اند و درشت مولکول‌های بیولوژیکی نیز نامیده می‌شوند. چهار کلاس عمده درشت مولکول‌های بیولوژیکی وجود دارد:
کربوهیدرات‌ها، لیپیدها، پروتئین‌ها و اسیدهای نوکلئیک.
این مولکول‌ها، با هم، اکثریت جرم یک سلول را تشکیل می‌دهند. ماکرومولکول‌های بیولوژیکی آلی هستند، زیرا حاوی کربن هستند. علاوه بر این، ممکن است حاوی هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن، فسفر، گوگرد و عناصر جزئی اضافی باشند.
کربوهیدرات‌ها
کربوهیدرات‌ها، ماکرومولکول های بیولوژیکی هستند که از کربن، هیدروژن و اکسیژن با نسبت تقریباً یک اتم کربن به یک مولکول آب تشکیل شده‌اند. مونوساکاریدها (قندها) و پلیمرهای آن‌ها ساختار کربوهیدرات را تشکیل می‌دهند.
مونوساکاریدها به یکدیگر متصل می‌شوند و پلی ساکاریدها را تشکیل می‌دهند. رایج ترین مونوساکارید گلوکز است که یکی از با ارزش‌ترین قندها برای همه حیوانات و گیاهان است. عملکرد کربوهیدرات ها این است که به عنوان منبع انرژی برای ذخیره سازی و ساختار برای همه موجودات زنده عمل کنند. به عنوان مثال برای گیاهان، نشاسته منبع اصلی انرژی است و سلولز چیزی است که ساختار و پشتیبانی را فراهم می‌کند. برای حیوانات، گلیکوژن انرژی را تامین می‌کند و کیتین ساختار و پشتیبانی را فراهم می‌کند.
کربوهیدرات های مهم بیولوژیکی را می‌توان به سه دسته تقسیم کرد:
- مونوساکارید: نام خود را از «مونو» به معنای «یک» و «ساچار» به معنای «شکر» گرفته است. بنابراین، می‌توان آن را «شکر ساده» نامید. رایج‌ترین مثال آن گلوکز است.
- دی ساکاریدها: نام خود را از “Di” به معنای “دو” گرفته است. زمانی که دو مونوساکارید تحت واکنش کم آبی قرار می‌گیرند، دی ساکارید تولید می‌شود.
- پلی ساکاریدها: پلی به معنای بسیار است. یک زنجیره طولانی از مونوساکاریدها که با پیوندهای گلیکوزیدی به هم متصل شده‌اند، پلی ساکارید نامیده می‌شود.
ماکرومولکول های لیپیدی
لیپیدها به سه شکل وجود دارند. چربی، استروئید و فسفولیپید. چربی‌ها به دو صورت اشباع یا غیراشباع وجود دارند و نامحلول هستند. چربی‌های اشباع شده در حیوانات یافت می‌شوند و در دمای اتاق جامد هستند. چربی‌های غیر اشباع در گیاهان یافت می‌شوند و در دمای اتاق مایع یا روغن هستند. لیپیدها به شکل فسفولیپیدها نیز از عناصر مهم در غشاها هستند.
لیپیدها عملکردهای بیولوژیکی اولیه زیر را در بدن انجام می دهند:
الف) به عنوان اجزای ساختاری غشای سلولی عمل می‌کنند.
ب) به عنوان ذخیره انرژی عمل می‌کند.
ج) تنظیم هورمون ها را بر عهده دارند.
پروتئین ها
یکی دیگر از انواع ماکرومولکول ها، پروتئین‌ها هستند. انسان‌ها هزاران پروتئین دارند که هر کدام از نظر عملکرد و ساختار منحصر به فرد یا خاص هستند. پروتئین‌ها از نظر ساختاری پیچیده‌ترین ماکرومولکول به شمار می‌روند.
هر سلول در بدن انسان حاوی پروتئین است و بیشتر مایعات بدن نیز حاوی پروتئین هستند. پروتئین‌ها بخش بزرگی از پوست، اندام‌ها، ماهیچه‌ها و غدد انسان را تشکیل می‌دهند. پروتئین‌ها به بدن در ترمیم سلولها و ساخت سلول‌های جدید کمک می‌کنند و یک نیاز غذایی و انرژی مهم به‌ویژه برای نوجوانان در حال رشد و مادران باردار هستند.
پروتئین‌ها چهار ساختار دارند:
ساختار اولیه: توسط توالی خطی اسیدهای آمینه در یک پپتید یا پروتئین تشکیل می‌شود.
ساختار ثانویه: الگوی پیوند هیدروژنی ساختار ثانویه پروتئین‌ها را تعیین می‌کند. رایج ترین انواع ساختارهای ثانویه عبارتند از مارپیچ α و چین دار β.
ساختار سوم: فعل و انفعالات بین گروه‌های R اسیدهای آمینه منجر به آرایش سه بعدی زنجیره پلی‌پپتیدی در فضا می‌شود.
ساختار کواترنری: تعداد و آرایش چندین زنجیره پروتئینی یا زیر واحد در یک آرایش بسته بندی شده این ساختار را تشکیل می‌دهد.
اسیدهای نوکلئیک
اسیدهای نوکلئیک شامل DNA و RNA هستند.
DNA طرحی برای توسعه ژنتیکی در تمامی موجودات است. اطلاعات لازم برای سنتز پروتئین را در خود دارد.
RNA حامل این اطلاعات به محل واقعی تولید پروتئین است.
بدن از صدها هزار پروتئین تشکیل شده است و هر کدام باید به روشی خاص عمل کنند تا به درستی کار کنند. اسیدهای نوکلئیک حاوی اطلاعات لازم برای توسعه و عملکرد این پروتئین‌ها هستند.
وظایف اصلی اسیدهای نوکلئیک عبارتند از:
- ذخیره و بیان اطلاعات ژنتیکی
- عمل به عنوان واسطه‌های سیگنالینگ فیزیولوژیکی
- پیام رسان‌های ثانویه
- منابع انرژی – به شکل ATP
سوالات متداول در مورد ماکرومولکول ها
1- ساختار و عملکرد ماکرومولکول ها چیست؟ خواص ماکرومولکول‌های بیولوژیکی چیست؟
ساختار یک ماکرومولکول، یک مولکول منفرد است که از بسیاری از مولکول‌های زیرواحد با پیوند کووالانسی تشکیل شده است. یک پلیمر یک مولکول منفرد است که از بسیاری از مونومرهای مشابه تشکیل شده است.
چهار ماکرومولکول اصلی، پروتئین‌ها، کربوهیدرات ها، لیپیدها و اسیدهای نوکلئیک هستند. عملکرد ماکرومولکول‌ها عبارتند از:
- ارائه پشتیبانی ساختاری
- منبع سوخت ذخیره شده
- ذخیره و بازیابی اطلاعات ژنتیکی
- سرعت بخشیدن به واکنش های بیوشیمیایی
2- ساختار ماکرومولکول های بیولوژیکی چگونه خواص و عملکرد آن‌ها را تعیین می‌کند؟
ساختار سه بعدی ماکرومولکول‌های بیولوژیکی عملکرد آن‌ها را تعیین می کند. شکل سه بعدی در پروتئین‌ها و اسیدهای نوکلئیک باعث فعالیت‌های بیولوژیکی آن‌ها است.
سخن پایانی
بیشتر مواد مغذی بیولوژیکی درشت مولکول هایی هستند که برای انجام فعالیت‌های مختلف زندگی ضروری هستند.
پروتئین ها، کربوهیدرات ها، لیپیدها و اسیدهای نوکلئیک چهار ماکرومولکول اصلی هستند.
آن‌ها عملکردهای مهمی از جمله ارائه پشتیبانی ساختاری، منبع سوخت ذخیره شده، ذخیره و بازیابی اطلاعات ژنتیکی و سرعت بخشیدن به واکنش‌های بیوشیمیایی را انجام می دهند.
