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생물학 또는 비공식적으로 생명 그 자체는 다양한 중요한 기능을 수행하기 위해 수억 년에 걸쳐 진화 한 우아한 거대 분자가 특징입니다. 이들은 종종 탄수화물 (또는 다당류), 지질, 단백질 및 핵산의 네 가지 기본 유형으로 분류됩니다. 영양에 대한 배경 지식이있는 경우, 이들 중 처음 3 개는 영양 정보 레이블에 나열된 3 가지 표준 다량 영양소 (또는식이 용어에서 "매크로")로 인식됩니다. 네 번째는 모든 생명체에서 유전 정보의 저장 및 번역의 기초가되는 두 개의 밀접하게 관련된 분자에 관한 것입니다.
이 네 가지 거대 분자 또는 생물 분자 각각은 다양한 임무를 수행합니다. 예상 한대로 각기 다른 역할은 다양한 물리적 구성 요소 및 배열과 정교하게 관련되어 있습니다.
거대 분자
에이 거대 분자 매우 큰 분자이며 보통 반복되는 소단위로 구성됩니다. 단량체"빌딩 블록"요소를 희생하지 않으면 서 더 단순한 구성 요소로 축소 될 수 없습니다. 분자가 "매크로"접두사를 얻기 위해 얼마나 클지에 대한 표준 정의는 없지만, 일반적으로 최소 수천 개의 원자를 가지고 있습니다. 당신은 자연스럽지 않은 세상에서 이런 종류의 건축을 보았을 것입니다. 예를 들어, 많은 종류의 벽지는 디자인이 정교하고 전체적으로 물리적으로 넓지 만 크기가 제곱 피트 이하인 인접한 서브 유닛으로 구성됩니다. 더욱 명백하게, 사슬은 개별 연결이 "단량체"인 거대 분자로 간주 될 수있다.
생물학적 거대 분자에 대한 중요한 점은 지질을 제외하고 단량체 단위가 극성이므로 대칭으로 분포되지 않는 전하를 가진다는 것을 의미합니다. 도식적으로, 그들은 물리적, 화학적 성질이 다른 "머리"와 "꼬리"를 가지고 있습니다. 단량체는 서로 꼬리끼리 결합하기 때문에 거대 분자 자체도 극성입니다.
또한, 모든 생체 분자는 다량의 원소 탄소를 갖는다. "탄소 기반 생활"이라고 불리는 지구상의 삶의 종류 (즉, 우리가 어떤 곳에서나 존재하는 유일한 종류)를 들었을 것입니다. 그러나 질소, 산소, 수소 및 인은 또한 생명체에 없어서는 안될 요소이며, 다른 많은 원소들도 그 정도가 낮습니다.
탄수화물
"탄수화물"이라는 단어를 보거나들을 때 가장 먼저 생각하는 것은 "음식", 더 구체적으로는 "많은 사람들이 음식을 없애려는 의도가 있습니다"라는 것이 거의 확실합니다. "Lo-carb"와 "no-carb"는 21 세기 초반에 체중 감량 유행어가되었으며, "carbo-loading"이라는 용어는 1970 년대 이후 지구력 스포츠 커뮤니티에서 사용되었습니다. 그러나 실제로 탄수화물은 생명체의 에너지 원천 그 이상입니다.
탄수화물 분자는 모두 식 (CH2영형)엔여기서 n은 존재하는 탄소 원자의 수이다. 이것은 C : H : O 비율이 1 : 2 : 1임을 의미합니다. 예를 들어, 단당 포도당, 과당 및 갈락토스는 모두 화학식 C를 갖는다6H12영형6 (이 세 분자의 원자는 물론 다르게 배열되어 있습니다).
탄수화물은 단당류, 이당류 및 다당류로 분류됩니다. 단당류는 탄수화물의 단량체 단위이지만 일부 탄수화물은 포도당, 과당 및 갈락토스와 같은 단 하나의 단량체로 구성됩니다. 일반적으로, 이들 단당류는 고리 형태로 가장 안정적이며, 육각형으로 개략적으로 도시되어있다.
이당류는 2 개의 단량체 단위 또는 한 쌍의 단당류를 갖는 당이다. 이들 서브 유닛은 동일하거나 (2 개의 결합 된 포도당 분자로 구성된 말토오스에서와 같거나) 자당 또는 1 개의 포도당 분자와 1 개의 과당 분자로 구성된 테이블 당에서와 같이 다를 수 있습니다.
다당류는 3 개 이상의 단당류를 함유한다. 이들 쇄가 길수록 브랜치가있을 가능성이 높아진다. 즉, 단순히 단당류의 선이 아니다. 다당류의 예는 전분, 글리코겐, 셀룰로오스 및 키틴을 포함한다.
전분은 나선 또는 나선형으로 형성되는 경향이 있습니다. 이것은 일반적으로 고 분자량 생체 분자에서 일반적입니다. 대조적으로, 셀룰로오스는 선형이며, 일정한 간격으로 탄소 원자 사이에 수소 결합이 산재 된 긴 사슬의 포도당 단량체로 구성된다. 셀룰로오스는 식물 세포의 구성 요소이며 강성을 제공합니다. 인간은 셀룰로오스를 소화 할 수 없으며식이 요법에서는 보통 "섬유질"이라고합니다. 키틴은 곤충, 거미 및 게와 같은 절지 동물의 바깥 몸체에서 발견되는 또 다른 구조적 탄수화물입니다. 키틴은 충분한 질소 원자로 "성인"되기 때문에 변형 된 탄수화물이다. 글리코겐은 탄수화물의 신체 저장 형태입니다. 글리코겐 침착 물은 간과 근육 조직에서 발견됩니다. 이 조직의 효소 적응 덕분에 훈련 된 운동 선수는 높은 에너지 요구와 영양 실습의 결과로 앉아있는 사람보다 더 많은 글리코겐을 저장할 수 있습니다.
단백질
탄수화물과 마찬가지로 단백질은 소위 다량 영양소로 작용하기 때문에 대부분의 사람들이 일상적으로 사용하는 어휘의 일부입니다. 그러나 단백질은 탄수화물보다 훨씬 다재다능합니다. 실제로, 단백질이 없으면, 이들 분자 자체를 합성 (및 소화)하기 위해 필요한 효소가 단백질이기 때문에 탄수화물 또는 지질은 존재하지 않을 것이다.
단백질의 단량체는 아미노산입니다. 여기에는 카르 복실 산 (-COOH) 그룹 및 아미노 (-NH)가 포함됩니다.2) 그룹. 아미노산이 서로 결합하면 아미노산 중 하나의 카복실산 그룹과 다른 하나의 아미노 그룹 사이의 수소 결합을 통해 물 분자 (H2O) 그 과정에서 풀려났다. 아미노산의 성장 사슬은 폴리펩티드이며, 그것이 충분히 길고 3 차원 형상을 가정 할 때, 본격적인 단백질이다. 탄수화물과 달리 단백질은 가지를 나타내지 않습니다. 그들은 아미노기에 연결된 카르복실기의 사슬 일뿐입니다. 이 사슬은 시작과 끝을 가져야하므로 한쪽 끝에는 자유 아미노기가 있고 N- 말단이라고하며 다른쪽에는 자유 아미노기가 있고 C- 말단이라고합니다. 20 개의 아미노산이 있고, 이들을 임의의 순서로 배열 할 수 있기 때문에, 분지가 발생하지 않아도 단백질의 조성은 매우 다양하다.
단백질은 일차, 이차, 삼차 및 사차 구조라고합니다. 1 차 구조는 단백질의 아미노산 서열을 말하며 유 전적으로 결정됩니다. 이차 구조는 일반적으로 반복적 인 방식으로 체인에서 굽힘 또는 꼬임을 의미합니다. 일부 형태는 알파-나선 및 베타 주름진 시트를 포함하고, 상이한 아미노산의 측쇄 사이의 약한 수소 결합에 기인한다. 3 차 구조는 3 차원 공간에서 단백질의 꼬임 및 컬링이며, 특히 이황화 결합 (황-황) 및 수소 결합을 포함 할 수있다. 마지막으로, 4 차 구조는 동일한 거대 분자에서 하나 이상의 폴리펩티드 사슬을 지칭한다. 이것은 콜라겐에서 발생하며, 밧줄처럼 꼬여 감긴 세 개의 사슬로 구성됩니다.
단백질은 신체의 생화학 반응을 촉매하는 효소 역할을 할 수 있습니다. 인슐린 및 성장 호르몬과 같은 호르몬; 구조적 요소로서; 및 세포막 성분으로서.
지질
지질은 다양한 거대 분자 세트이지만, 모두 소수성이라는 특성을 공유합니다. 즉, 물에 녹지 않습니다. 이것은 지질이 전기적으로 중성이므로 비극성 인 반면, 물은 극성 분자이기 때문입니다. 지질은 트리글리세리드 (지방 및 오일), 인지질, 카로티노이드, 스테로이드 및 왁스를 포함한다. 이들은 주로 세포막 형성 및 안정성에 관여하고, 호르몬의 일부를 형성하며, 저장된 연료로 사용된다. 지질의 한 유형 인 지방은 세 번째 유형의 다량 영양소이며, 앞에서 설명한 탄수화물과 단백질이 있습니다. 소위 지방산의 산화를 통해 탄수화물과 지방이 모두 제공하는 그램 당 4 칼로리와 반대로 그램 당 9 칼로리를 공급합니다.
지질은 폴리머가 아니므로 다양한 형태로 나타납니다. 탄수화물과 마찬가지로 탄소, 수소 및 산소로 구성됩니다. 트리글리세리드는 3 개의 탄소 알코올 인 글리세롤 분자에 연결된 3 개의 지방산으로 구성됩니다. 이러한 지방산 측쇄는 길고 단순한 탄화수소이다. 이 사슬은 이중 결합을 가질 수 있으며, 그럴 경우 지방산을 만듭니다 불포화. 그러한 이중 결합이 하나만 있다면, 지방산은 단일 불포화. 둘 이상 있으면 다중 불포화. 이러한 다른 유형의 지방산은 혈관벽에 미치는 영향으로 인해 다른 사람들에게 다른 건강 영향을 미칩니다. 이중 결합이없는 포화 지방은 실온에서 고체이며 보통 동물성 지방입니다. 이들은 동맥 플라크를 일으키는 경향이 있으며 심장병에 기여할 수 있습니다. 지방산은 화학적으로 조작 될 수 있고, 식물성 오일과 같은 불포화 지방은 포화되어 마가린과 같이 실온에서 사용하기 편리하도록 포화 상태로 만들 수 있습니다.
한쪽 끝에 소수성 지질이 있고 다른 쪽 끝에 친수성 인산염이있는 인지질은 세포막의 중요한 구성 요소입니다. 이들 막은 인지질 이중층으로 구성된다. 소수성 인 2 개의 지질 부분은 세포의 외부 및 내부를 향하고, 포스페이트의 친수성 꼬리는 이중층의 중심에서 만난다.
다른 지질은 호르몬 및 호르몬 전구체 (예를 들어, 콜레스테롤)로서 작용하고 일련의 독특한 고리 구조를 함유하는 스테로이드; 및 밀랍 및 라놀린을 포함하는 왁스.
핵산
핵산은 데 옥시 리보 핵산 (DNA) 및 리보 핵산 (RNA)을 포함한다. 이들은 둘 다 단량체 단위가 중합체 인 구조적으로 매우 유사하다 뉴클레오티드. 뉴클레오티드는 펜 토스 당 그룹, 포스페이트 그룹 및 질소 염기 그룹으로 구성됩니다. DNA와 RNA에서이 염기는 4 가지 유형 중 하나 일 수 있습니다. 그렇지 않으면, DNA의 모든 뉴클레오티드는 RNA의 것과 동일하다.
DNA와 RNA는 세 가지 주요 측면에서 다릅니다. 하나는 DNA에서 펜 토스 설탕이 데 옥시 리보스이고 RNA에서는 리보스라는 것입니다. 이 당은 정확히 하나의 산소 원자에 의해 다릅니다. 두 번째 차이점은 DNA는 보통 이중 가닥이며 Watson과 Cricks 팀이 1950 년대에 발견 한 이중 나선을 형성하지만 RNA는 단일 가닥입니다. 세 번째는 DNA가 질소 염기 인 아데닌 (A), 시토신 (C), 구아닌 (G) 및 티민 (T)을 포함하지만 RNA에는 티라민 (uramine) (U)이 티민을 대신한다는 것입니다.
DNA는 유전 정보를 저장합니다. 뉴클레오티드 길이는 구성합니다 유전자질소 염기 서열을 통해 특정 단백질을 제조하기위한 정보를 포함한다. 많은 유전자가 만들어 염색체, 유기체 염색체의 총합 (인간은 23 쌍입니다)은 게놈. DNA는 전사 과정에서 메신저 RNA (mRNA)라고하는 RNA 형태를 만드는 데 사용됩니다. 이것은 코딩 된 정보를 약간 다른 방식으로 저장하고 DNA가있는 세포핵에서 세포질 또는 매트릭스로 이동시킵니다. 여기서, 다른 유형의 RNA는 단백질이 세포 전체에 만들어지고 전달되는 번역 과정을 시작합니다.