معرفی مولکول های زیستی، انواع آن ها و ساختار هریک

ارگانیسم ها و موجودات زنده برای حیات به مولکول های زیستی وابسته هستند؛ زیرا این مولکول ها در تقسیمات سلولی و فرآیندهای زیستی حضور بسیار موثری دارند.

بدون وجود زیست مولکول ها عملکرد سایر سلول های بدن تمام موجودات زنده با اختلال رو به رو خواهد شد.

در این مقاله انواع مولکول های زیستی اصلی و عملکردهایی که در بدن ما دارند را معرفی می کنیم، با ما همراه باشید.

1# مولکول زیستی چیست؟ (Biomolecules)

حدودا 30 تریلیون سلول بدن انسان را تشکیل داده اند که به طور کلی عملکردهای ضروری زندگی را انجام می دهند.

سلول ها می توانند این وظایف پایدار را با کمک چندین مولکول آلی انجام دهند.

به این مولکول های آلی “مولکول های زیستی” یا “زیست مولکول” می گویند.

مولکول های زیستی دارای طیف وسیعی از اندازه ها و ساختارها هستند.

بیش از 25 عنصر طبیعی در ساختار آن ها وجود دارند که اصلی ترین آن ها عبارتند از کربن، هیدروژن، اکسیژن، فسفر و گوگرد.

ترکیبات کربنی در شکل گیری مولکول های زیستی نقش عمده ای دارند.

آن ها به صورت کووالانسی به عناصر دیگر متصل می شوند و چندین ترکیب دیگر را تشکیل می دهند.

در زیر لیستی از مولکول های زیستی کوچک و ماکرومولکول هایی که پس از پلیمریزاسیون این واحدهای کوچک مونومر ایجاد می شوند، آورده ایم:

* پلیمریزاسیون واکنشی است که طی آن مولکول های کوچک و ساده با یکدیگر پیوند برقرار می کنند و به مولکول های بزرگ تر تبدیل می شوند.

• مولکول های زیستی کوچک
• مولکول های ماکرو
• قندها
• کربوهیدرات ها
• اسیدهای چرب
• چربی ها
• آمینواسید
• پروتئین ها
• نوکلئوتیدها
• اسیدهای نوکلئیک

2# انواع اصلی مولکول های زیستی

تقریباً 10000 مولکول در یک سلول برای تنظیم عملکرد بدن وجود دارد؛ اما چهار نوع اصلی مولکول های زیستی شامل موارد زیر می باشند:

• کربوهیدرات ها (Carbohydrates)
• لیپیدها (Lipids)
• اسیدهای نوکلئیک (Nucleic Acids)
• پروتئین ها (Proteins)

بیشتر ترکیبات دیگر مشتقات این 4 نوع مولکول اصلی هستند.

هر مولکول زیستی ویژگی های خود را دارد که برای انجام برخی از عملکردهای زندگی ضروری است.

در ادامه به توضیح این 4 مولکول اصلی می پردازیم.

1-2# کربوهیدرات ها (Carbohydrates)

کربوهیدرات ها بخش مهمی از رژیم غذایی سالم هستند.

آن ها انرژی مورد نیاز بدن را فراهم می کنند؛ مانند برنج، ماکارونی، نان و موارد دیگر.

کربوهیدرات ها فراوان ترین مولکول های زیستی روی زمین هستند.

از آنجا که قند اساسی ترین جزء همه انواع کربوهیدرات ها است به آن ها ساکارید (saccharide) نیز می گویند.

فتوسنتز منبع اصلی کربوهیدرات ها است.

تقریبا 80 درصد وزن خشک گیاه به دلیل داشتن کربوهیدرات در بدن آن است.

بسته به تعداد محصولات تشکیل شده پس از هیدرولیز (واکنشی که طی آن پیوندهای شیمیایی به واسطه اضافه کردن مولکول آب از یکدیگر جدا می شوند) کربوهیدرات ها را به سه گروه طبقه بندی می کنند که در ادامه به آن ها می پردازیم.

1) مونوساکاریدها (Monosaccharide)

نوعی از مولکول های زیستی هستند که نمی توان آن ها را به مولکول های کربوهیدرات ساده تری (single sugar) تجزیه کرد.

مونوساکاریدها جامدات بی رنگ، بلوری و محلول در آب هستند.

آن ها در تولید انرژی برای بدن نقش دارند؛ مانند گلوکز (Glucose)، فروکتوز (Fructose) و گالاکتوز (Galactose) اشاره کرد.

2) دی ساکاریدها (Disaccharide)

از انواع مولکول های زیستی است که ساختار آن ها تنها دو واحد قند (Two Sugar Molecules Linked) دارد؛ مانند ساکارز (Sucrose)، لاکتوز (Lactose) و مالتوز (Maltose).

3) پلی ساکارید ها (Polysaccharide)

از انواع مولکول های زیستی هستند که ساختارشان بیش از دو واحد قند (Many Sugar Molecules Linked) دارد و وزن مولکولی آن بالاتر است.

پلی ساکاریدها دو نوع هستند:

• هموپلی ساکارید (Homopolysaccharide):

تنها یک نوع واحد قند در ساختار آن ها وجود دارد.

هموپلی ساکارید ها را براساس عملکرد به دو گروه طبقه بندی می کنند:

1. پلی ساکارید های ساختاری: پایداری مکانیکی را برای سلول ها، اندام ها و ارگانیسم ها ایجاد می کنند.
   به عنوان مثال می توان به کیتین (Chitin) و سلولز (Cellulose) اشاره کرد.
   کیتین در ساخت دیواره سلولی قارچ نقش دارد؛ درحالی که سلولز جزء مهم رژیم غذایی نشخوارکنندگان است.
2. پلی ساکارید های ذخیره ای: آن ها به عنوان ذخایر کربوهیدرات ها عمل و در صورت نیاز بدن مونومرهای قند را آزاد می کنند.
   به عنوان مثال می توان به نشاسته (Starch) و گلیکوژن (Glycogen) اشاره کرد.
   نشاسته انرژی مورد نیاز گیاهان را ذخیره می کند.

• هتروپلی ساکارید ها (Heteropolysaccharides):

حاوی دو یا چند نوع واحد قند هستند.

این پلی ساکارید ها عملکردهای متنوعی دارند.

به عنوان مثال بعضی از آن ها ضدانعقاد یا روان کننده هستند.

2-2# پروتئین ها یکی از مهمترین زیست مولکول ها (Proteins)

پروتئین ها از مولکول های زیستی ضروری موجودات زنده هستند.

تقریباً در هر فرآیند درون سلولی شرکت می کنند.

پروتئین ها پلیمرهای بدون شاخه هستند که از اتصال آمینواسیدها (Amino Acid) به یکدیگر توسط پیوند پپتیدی (Peptide Bond) به وجود می آیند.

حدود 22 آمینواسید وجود دارند که براساس موقعیت و عملکرد پروتئین ها در سنتز آنها نقش دارند.

پروتئین ها به دلیل تغییر در اسیدآمینه ساختارهای زیستی متفاوتی دارند.

در زیر گروه هایی از پروتئین ها را نام می بریم که بر اساس ویژگی های عملکردی آن ها را طبقه بندی کرده اند:

• پروتئین های ساختاری:

جزء پروتئین های فیبری سخت و نامحلول در آب هستند.

در ساختار استخوان ها، تاندون ها، غضروف ها، ناخن ها و موها وجود دارند.

نمونه هایی از پروتئین های ساختاری عبارتند از کلاژن و کراتین.

• آنزیم ها:

از پروتئین های کروی شکل و جزء کاتالیزورهای بیولوژیکی هستند.

آنها با کاهش انرژی فعال سازی که سرعت واکنش را افزایش می دهد،
واکنش های متابولیکی را کاتالیز می کنند.

• هورمون ها: 

این پروتئین ها نقش مهمی در تنظیم فرآیندهای فیزیولوژیکی بدن، ازجمله تولیدمثل، رشد، نمو و موارد دیگر، ایفا می کنند.

• رنگدانه های تنفسی:

این رنگدانه ها پروتئین های کروی و حلال در آب هستند.

به عنوان مثال میوگلوبین (Myoglobin) که اکسیژن را به ماهیچه های فعال می رساند و
هموگلوبین (Hemoglobin) که خون را از طریق رگ ها به تمام بافت ها و اندام ها منتقل می کند.

• پروتئین های انتقال دهنده:

از اجزای ساختاری غشای سلولی هستند.

آن ها کانال هایی را در غشای پلاسمایی ایجاد می کنند تا مولکول های انتخابی را به درون سلول منتقل کنند.

• پروتئین های حرکتی:

در انقباض و انبساط ماهیچه ها نقش دارند؛ همانند اکتین (Actin) و میوزین (Myosin).

• پروتئین های ذخیره ای:

اسیدهای آمینه و یون های فلزی را در سلول ها ذخیره می کنند.

3-2# اسید نوکلئیک ها (Nucleic Acids)

اسیدهای نوکلئیک مولکول های زیستی موجود در سلول ها و ویروس ها هستند و در ذخیره و انتقال اطلاعات ژنتیکی نقش دارند.

از نظر ماهیت، ساختار و عملکرد اسیدهای نوکلئیک را به دو گروه تقسیم می کنند:

• دئوکسی ریبونوکلئیک اسید (Deoxyribonucleic Acid یا DNA):

DNA ها مواد موروثی هستند و با ساختاری مارپیچ در داخل هسته قرار گرفته اند.

این ماده ژنتیکی تمام اطلاعات مورد نیاز برای انتقال به نسل بعدی را ذخیره می کند.

• ریبونوکلئیک اسید (Ribonucleic Acid یا RNA):

RNA در تمام سلول های زنده وجود دارد و نقش های متفاوتی را در ارگانیسم های مختلف ایفا می کند.

این ماده در برخی ویروس ها به عنوان ماده ژنتیکی عمل می کند و در سایر موجودات زنده فعالیت آنزیمی دارد.

سه نوع RNA در بین موجودات زنده وجود دارند: mRNA، rRNA، tRNA.

هر سه نقش اساسی در حفظ زندگی دارند.

اهمیت RNA و DNA قابل مقایسه نیست.

DNA حامل نمی تواند هسته را ترک کند.

به همین دلیل RNA وجود دارد که در انتقال اطلاعات ژنتیکی برای سنتز پروتئین از طریق فرآیندهای رونویسی (Transcription) و ترجمه (Translation) که خارج از هسته وجود دارند، فعالیت کند.

4-2# چربی ها متنوع ترین زیست مولکول ها (Lipids)

لیپیدها ترکیبات آلی نامحلول در آب و حل شونده در حلال های آلی هستند؛
زیرا ساختار آن ها (Lipid Bilayer) یک سر آب دوست (Hydrophilic) و یک دم آب گریز (Hydrophobic) دارد.

لیپیدها از نظر شیمیایی متنوع تر از سایر مولکول های زیستی هستند و عمدتاً در ساختار غشا و ذخیره انرژی نقش دارند.

انواع لیپیدها:

• اسیدهای چرب (Fatty Acid):

ساده ترین اشکال لیپیدها که می توانند خطی یا شاخه ای باشند.

علاوه بر این، اسیدهای چرب اجزای سازنده انواع دیگری از لیپیدها هستند.

• فسفولیپیدها (Phospholipids):

از اتصال اسیدهای چرب با فسفات و الکل تشکیل می شوند و
بخشی از غشای سلولی موجودات هستند.

• گلیکولیپیدها (Glycolipids):

از اجزای غشای سلولی هستند و در انتقال سیگنال نقش دارند.

• استروئیدها (Steroids):

به عنوان نمونه ای از آن ها می توان کلسترول را نام برد که جزء غشای سلولی است.

• موم (Wax):

این ها از زنجیره های بلند الکل ها تشکیل شده اند که توسط بسیاری از گیاهان و حیوانات سنتز می شوند.

سخن پایانی

مولکول های زیستی برای زندگی حیاتی هستند؛ زیرا به رشد، پایداری و تولیدمثل موجودات کمک می کنند.

آن ها در ایجاد موجودات زنده از سلول های منفرد تا موجودات زنده پیچیده مانند انسان نقش دارند.

همچنین تنوع در شکل و ساختار، تنوع در عملکردهای آن ها را فراهم می کند.