If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ha webszűrőt használsz, győződj meg róla, hogy a *.kastatic.org és a *.kasandbox.org nincsenek blokkolva.

Fő tartalom

Ismerkedés a makromolekulákkal

A nagyméretű biológiai molekulák típusai. Monomerek, polimerek, vízkilépéssel járó szintézis és hidrolízis.

Bevezetés

Emlékezz csak vissza, mit ettél ebédre. Volt bármelyik étel csomagolásnak hátulján tápérték táblázat? Amennyiben a válaszod igen, és vetettél rá egy pillantást, láthattad az étel fehérje-, szénhidrát- vagy zsírtartalmát, így nem kizárt, hogy a következőkben tárgyalt nagyméretű biológiai molekulák közül több is ismerős lesz számodra. Ha most azon tűnődsz, hogy olyan furcsán hangzó dolog, mint a „nagyméretű biológiai molekula” mit keres az ételedben, a válasz nem más, mint hogy ezek biztosítják azokat az építőelemeket, amelyekre szükséged van a tested karbantartásához – ugyanis a tested ugyanúgy nagyméretű biológiai molekulákból épül fel!
Ahogy tekinthetünk téged atomok sokaságának vagy sétáló, beszélő, vízzel teli zsáknak, úgy lehetsz a nagyméretű molekulák négy fő típusának: a szénhidrátok (mint a cukrok), a lipidek (mint a zsírok), a fehérjék, és a nukleinsavak (mint a DNS és RNS) gyűjteménye is. Bizonyára mondanunk sem kell, hogy nem csak ezek a molekulák találhatóak a testedben, de a legfontosabb nagyméretű molekuláid ezekbe a csoportokra sorolhatóak. Ezen nagyméretű biológiai molekulák négy csoportja együtt adja a sejt száraz tömegének többségét. (A víz – mely kisméretű molekula – teszi ki a nedves tömeg túlnyomó részét.)
A nagyméretű biológiai molekulák a szervezetben sokféle feladatot látnak el. A szénhidrátok egy része a későbbi energiaigények kielégítéséhez üzemanyagot tárol, egyes lipidek pedig a sejtmembránok legfontosabb szerkezeti összetevői. A nukleinsavak tárolják és átadják az öröklődési információt, mely nagy része útmutatást ad a fehérjék előállításához. Talán maguk a fehérjék rendelkeznek a legszélesebb körű funkciókkal: néhányuk vázalkotó, de akad sok olyan is, amelyek mintegy piciny gépezetként speciális feladatokat látnak el a sejtben, katalizálják az anyagcsere-folyamatokat, vagy a jelek vételében és továbbításában vesznek részt.
A későbbi tanagyagokban részletesebben is megvizsgáljuk a szénhidrátokat, lipideket, nukleinsavakat és fehérjéket. Most azokba a legfontosabb kémiai reakciókba tekintünk be mélyebben, amelyek során ezek a molekulák felépülnek, illetve lebontódnak.

Monomerek és polimerek

A legtöbb nagyméretű biológiai molekula polimer, hosszú lánc, amely monomernek nevezett ismétlődő molekuláris alegységekből vagy építőelemekből épül fel. Ha a monomereket gyöngynek tekintjük, akkor a polimer nyaklánc, összefűzött gyöngyök sorozata.
A szénhidrátok, nukleinsavak és fehérjék gyakran hosszú polimerekként fordulnak elő a természetben. Polimer jellegük és nagy (néha hatalmas!) méretük miatt makromolekuláknak minősülnek, tehát nagyméretű (makro-) molekuláknak, melyek kisebb alegységek kapcsolódásával épülnek fel. A lipidek általában nem polimerek, és kisebbek is, mint a másik három molekula, ezért bizonyos források szerint nem tekinthetőek makromolekuláknak.start superscript, 1, comma, 2, end superscript Sok más forrás azonban tágabb értelemben, a nagyméretű biológiai molekulák négy típusának általános neveként használja a „makromolekula” kifejezést.start superscript, 3, comma, 4, end superscript A különbség csupán az elnevezésben van, így felesleges fennakadni rajta. Jegyezd meg úgy, hogy a lipidek a nagyméretű biológiai molekulák négy fő típusa közé tartoznak, de általában nem polimerek.

Vízkilépéssel járó szintézis

Hogyan épülnek fel a polimerek a monomerekből? A nagyméretű biológiai molekulák gyakran vízkilépéssel járó szintézis révén kapcsolódnak egymáshoz, melyben egy monomer kovalens kötést képez egy másik monomerrel (vagy egy növekvő monomerlánccal), miközben egy vízmolekula szabadul fel. A reakció neve alapján könnyen megjegyezheted, mi is történik: vízkilépés, vagyis a vízmolekula elvesztése, és szintézis, azaz egy új kötés kialakulása.
Két glükózmolekula között lejátszódó vízkilépéssel járó szintézis, amikor is vízmolekula felszabadulása közben maltóz jön létre.
A fent látható vízkilépéssel járó szintézis során két molekula glükóz (monomer) kapcsolódik össze a maltóz egyetlen molekulájává. A glükóz egyik molekulája egy H-atomot, a másik egy OH-csoportot veszít, és ahogy a két glükózmolekula között kialakul az új kovalens kötés, egy vízmolekula szabadul fel. Ahogy ugyanezen eljárással további monomerek csatlakoznak, a lánc egyre hosszabb és hosszabb lesz, mígnem polimerré válik.
Annak ellenére, hogy a polimerek ismétlődő monomeregységekből épülnek fel, formájukat és összetételüket tekintve is igen változatosak. A szénhidrátok, nukleinsavak és fehérjék több, különböző típusú monomert tartalmazhatnak, összetételük és szekvenciájuk pedig rendkívül fontos a funkciójuk szempontjából. A DNS-ed például négy különböző nukleotid monomerből épül fel, vagy ott vannak tested fehérjéi, melyekben húszféle aminosav-monomerrel találkozhatunk. Ugyanakkor csupán egyetlen fajta monomer is különböző tulajdonságú, változatos polimereket eredményezhet. A keményítő, a glikogén és a cellulóz például mind glükózmonomerekből felépülő szénhidrát, de a kötésmódjuk és a láncelágazásaik mintázata eltér egymástól.

Hidrolízis

Hogyan lesznek a polimerekből ismét monomerek (mondjuk, amikor a testednek újra kell hasznosítania egy molekulát, hogy egy másikat építhessen)? A polimerek monomerekre történő lebontása hidrolízis útján történik, melyben egy kötés egy vízmolekula addíciója által felhasad vagy lizál.
A hidrolízis során a több alegységből felépülő molekula kettéhasad: az egyik új molekulához hidrogénatom, míg a másikhoz hidroxilcsoport (-OH) fog kapcsolódni, melyek midegyike egy-egy vízmolekulából származik. Ez a folyamat a vízkilépéssel járó szintézis fordítottja, és olyan monomert szabadít fel, mely felhasználható új polimerek építéséhez. Például az itt látható hidrolízis során a vízmolekula két glükózmonomerre hasítja a maltózt. Ez a reakció a fentebb látható vízkilépéssel járó szintézis fordítottja.
A maltóz hidrolízise, melyben a maltóz egyik molekulája a víz egyik molekulájához kapcsolódik, ez pedig két glükózmonomer képződését eredményezi.
A dehidratációs (vagy vízkilépéssel járó) szintézis során molekulák jönnek létre, és ezek a reakciók általában energiát igényelnek, míg a hidrolízis során a molekulák lebomlanak, és így általában energia szabadul fel. A szénhidrátok, fehérjék és nukleinsavak egyaránt ilyen típusú reakciók során épülnek fel és bomlanak le, azonban a reakciókban részt vevő monomerek eltérőek. (A sejtekben található nukleinsavak valójában nem vízkilépéssel járó szintézis során polimerizálódnak; ám ezek kapcsolódását majd a Nukleinsavak című fejezetben fogjuk tanulmányozni. Vízkilépéssel járó szintézis bizonyos típusú lipideknél is előfordul, noha a lipidek valójában nem is polimerek.)cubed
Testünkben enzimek katalizálják, vagy gyorsítják a vízkilépéssel járó szintézis és a hidrolízis reakcióját is. Azok az enzimek, melyek kötések hasításában vesznek részt, gyakran -áz végű nevet kapnak: ott van például a maltózt bontó maltáz, lipideket bontó lipáz, és a fehérjéket (vagy másnéven polipeptideket, mint azt a fehérjékről szóló tananyagban látni fogjuk) bontó peptidázok. Ahogy az étel keresztülhalad az emésztőrendszerünkben – sőt, már attól a pillanattól kezdve, hogy a nyállal érintkezik –, pontosan ilyen enzimek dolgozzák fel. Az enzimek lebontják a nagyméretű biológiai molekulákat, ezáltal kisebb építőelemek szabadulnak fel, melyek könnyebben tudnak felszívódni és hasznosulni a testünkben.