โพลิเมอร์ชีวภาพคืออะไร?

สารหลักที่ประกอบเป็นเซลล์ของสิ่งมีชีวิตเรียกว่าสารชีวโมเลกุล สิ่งเหล่านี้ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนเป็นส่วนใหญ่ ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่สามารถสร้างพันธะหลายพันธะและก่อตัวร่วมกับอะตอมอื่นๆ เป็นสายโซ่ที่แข็งแรงและมั่นคง สารชีวโมเลกุลถือเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ โมเลกุลขนาดใหญ่ที่ก่อตัวเป็นโพลิเมอร์นั่นคือ สารที่ประกอบขึ้นจากการทำซ้ำของสารประกอบที่ง่ายกว่า เรียกว่าโมโนเมอร์

โพลิเมอร์ชีวภาพที่มีมากที่สุด ได้แก่ ลิพิด โปรตีน คาร์โบไฮเดรต และกรดนิวคลีอิก

ไขมัน

ลิพิด ส่วนประกอบของไขมัน น้ำมัน ไข และโคเลสเตอรอล มีลักษณะเด่นคือไม่ละลายน้ำและกักเก็บพลังงานไว้ ประกอบด้วย โมโนเมอร์ กลีเซอรอลที่จับกับ โมโนเมอร์ ของกรดไขมัน สามตัว ภาคของลิพิดที่ประกอบขึ้นด้วยกลีเซอรอลมีแนวโน้มที่จะมีความสัมพันธ์กับน้ำ ในขณะที่ไขมันที่มีกรดไขมันจะขับไล่มันออกไป

ในบรรดาไขมันนั้นฟอสโฟลิพิด โดดเด่น ซึ่งให้โครงสร้างแก่เยื่อหุ้มเซลล์และไกลโคลิปิดซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเยื่อหุ้มเซลล์และมีส่วนร่วมในการรับรู้สิ่งเร้าและสารโดยเซลล์

ลิพิดเกิดปฏิกิริยาดังต่อไปนี้

• Lipogenesisซึ่งกรดไขมันเกิดขึ้นเมื่อบุคคลต้องการ
• การสลายไขมันหรือเบต้าออกซิเดชันซึ่งไขมันจะเปลี่ยนเป็นกรดไขมัน

โปรตีน

โปรตีนมีลักษณะเฉพาะโดยการได้มาซึ่งรูป แบบต่างๆ ตามวิธีการจัดโมโนเมอร์ที่เรียกว่ากรดอะมิโน ลำดับกรดอะมิโนเชื่อมโยงผ่านจุดเชื่อมต่อที่เรียกว่าพันธะเพปไทด์ ขึ้นอยู่กับจำนวนของกรดอะมิโนที่มีอยู่ในโมเลกุล ไดเปปไทด์(กรดอะมิโน 2 ชนิด) โพลีเปปไทด์ (กรดอะมิโนมากกว่า 10 ชนิด) หรือโปรตีนเช่นนี้ (เมื่อสายโซ่ของกรดอะมิโนมีขนาดใหญ่และเสถียรเพียงพอ) สามารถเกิดขึ้นได้ ขึ้นอยู่กับจำนวนของกรดอะมิโนที่มีอยู่ในโมเลกุล

โพลิเมอร์ชีวภาพเหล่านี้ประกอบขึ้นเป็นสัดส่วนใหญ่ของมวลสิ่งมีชีวิต ก่อตัวเป็นเนื้อเยื่อของพวกมัน นอกจากนี้ยังทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (สารที่เร่งปฏิกิริยาเคมี) เป็นฮอร์โมน (สารที่กระตุ้นหรือควบคุมการทำงานของเนื้อเยื่อหรืออวัยวะอื่น) และเป็นส่วนหนึ่งของเยื่อหุ้มเซลล์

โปรตีนเกิดขึ้นระหว่างกระบวนการที่ไรโบโซมหรือออร์แกเนลล์ของเซลล์ มีส่วนร่วมในการรวมกันของกรดอะมิโน เมื่อโปรตีนถูกสลาย ส่วนประกอบของกรดอะมิโนจะถูกสลาย หนึ่งในส่วนประกอบเหล่านั้นที่เรียกว่าหมู่อะมิโนสามารถกำจัดออกได้ในรูปของสารต่างๆ ที่เรียกว่าของเสียจากไนโตรเจน ของเสียดังกล่าวจะถูกขับออกจากร่างกายทางสารต่างๆ เช่น ปัสสาวะ

คาร์โบไฮเดรต

คาร์โบไฮเดรต เรียกอีกอย่างว่าคาร์โบไฮเดรต คาร์โบไฮเดรต หรือน้ำตาล มีลักษณะเด่นคือความจริงที่ว่าการเชื่อมโยงของพวกมันเก็บพลังงานไว้ในปริมาณมาก โมโนเมอร์ของคาร์โบไฮเดรตคือโมโนแซ็กคาไรด์ซึ่งที่รู้จักกันดีที่สุดคือกลูโคส โมโนแซ็กคาไรด์สามารถสร้างไดแซ็กคาไรด์เช่น ซูโครส น้ำตาลจากพืช และโพลีแซ็กคาไรด์ซึ่งเป็นโมโนแซ็กคาไรด์โมเลกุลขนาดใหญ่

พอลิแซ็กคาไรด์บางชนิด เช่น แป้งในพืชและไกลโคเจนในสัตว์เป็นรูปแบบกักเก็บน้ำตาล ส่วนอื่นๆ เช่น เซลลูโลส เป็นโมเลกุลโครงสร้างของเซลล์พืช คาร์โบไฮเดรตเกิดปฏิกิริยาดังต่อไปนี้

• Gluconeogenesisซึ่งกลูโคสเกิดจากสารต่างๆ เช่น กรดอะมิโน
• Glycogenogenesisซึ่งกลูโคสจะถูกเก็บเป็นไกลโคเจนในตับ
• ไกลโคไลซิส (Glycolysis ) ซึ่งกลูโคสจะถูกแตกออกเป็นสองโมเลกุลอย่างง่าย แต่ละโมเลกุลเรียกว่ากรดไพรูวิค
• วัฏจักรเครบส์ในระหว่างที่แต่ละโมเลกุลของกรดไพรูวิคเข้าสู่ไมโตคอนเดรีย ซึ่งจะเกิดสารประกอบที่เรียกว่า อะซิติลโคเอ กระบวนการนี้จะปล่อยพลังงานออกมาในรูปของอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP) และผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ
• Glycogenolysisซึ่งกลูโคสจะถูกปล่อยออกมาจากไกลโคเจน

กรดนิวคลีอิก

กรดนิวคลีอิกเป็นสารชีวโมเลกุลที่ประกอบด้วยหน่วยที่เรียกว่านิวคลีโอไทด์ ซึ่งในที่สุดก็ประกอบด้วยไนโตรเจนเบส คาร์โบไฮเดรต และหมู่ฟอสเฟต กรดนิวคลีอิกมีอยู่ 2 ประเภท ได้แก่ กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกหรือ DNA และกรดไรโบนิวคลีอิกหรือ RNA

• เบสไนโตรเจนคือโมเลกุลที่ประกอบด้วยไนโตรเจนและมีคุณสมบัติพื้นฐาน กล่าวคือ พวกมันมีแนวโน้มที่จะได้รับอะตอมของไฮโดรเจนที่มีประจุบวก เบสไนโตรเจนของ DNA ได้แก่ อะดีนีน กัวนีน ไซโตไคน์ และไทมีน RNA เหล่านั้น ได้แก่ อะดีนีน กัวนีน ไซโตไคน์ และยูราซิล
• คาร์โบไฮเดรต ของนิวคลีโอไทด์แต่ละชนิด ในกรดนิวคลีอิกคือเพนโทส เพนโทส เป็น น้ำตาลที่มีคาร์บอนห้าตัวในโครงสร้าง DNA pentose เรียกว่า deoxyribose แตกต่างจาก RNA pentose ที่เรียกว่า ribose
• กลุ่มฟอสเฟตเป็นไอออนที่ประกอบด้วยอะตอมของฟอสฟอรัสที่ล้อมรอบด้วยอะตอมออกซิเจนสี่อะตอม

ดีเอ็นเอ

DNA ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์สองสายประกอบกัน โซ่เหล่านี้พันกันเป็นเกลียวคู่ โมเลกุลประกอบด้วยยีน นับล้าน ส่วนของ DNA ซึ่งมีลำดับนิวคลีโอไทด์กำหนดลักษณะของสิ่งมีชีวิต: ส่วนสูง น้ำหนัก สีผิว กรุ๊ปเลือด และอื่น ๆ อีกมากมาย

อาร์เอ็นเอ

RNA ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์สายเดี่ยว RNA มีสามประเภท: ผู้ส่งสาร (RNAm), ไรโบโซม (RNAr) และการถ่ายโอน (RNAt)

• Messenger RNAสร้างจากนิวคลีโอไทด์ที่คัดลอกมาจาก DNA มันมีลำดับของนิวคลีโอไทด์สามตัวที่เรียกว่าcodonซึ่งเมื่อรวมกับลำดับเสริมที่ดำเนินการโดย tRNA จะทำให้เกิดการสร้างโปรตีน
• ไรโบโซมหรือไรโบโซม RNAเกี่ยวข้องกับไรโบโซมซึ่งมีหน้าที่สร้างโปรตีน
• ทรานสเฟอร์อาร์เอ็นเอมีลำดับของนิวคลีโอไทด์สามตัวที่เรียกว่าแอนติโคดอนซึ่งเมื่อต่อกับโคดอนแล้ว จะเพิ่มกรดอะมิโนต่างๆ ซึ่งเมื่อรวมกันแล้วจะสร้างโปรตีนใหม่

แหล่งที่มา

Curtis, H. , Barnes, N.S. , Schnek, A. , Massarini, A. ชีววิทยา พิมพ์ครั้งที่ 7 บทบรรณาธิการ Médica Panamericana., Buenos Aires, 2013

Zumdahl, S. พื้นฐานของเคมี. พิมพ์ครั้งที่ 5. McGraw-Hill Inter-American., เม็กซิโก, 2550