Biomolekula

Egoera likido, solido, zein gaseosoan aurki daitezkeen karbono eta hidrogenozko kateez osaturik ez dauden molekulak dira. Talde honetako molekulak gatz mineralak, ura eta gasak dira.

• Gatz mineralak: Uretan disolbatuak edo prezipitatuak, bizitzarako beharrezkoak diren ekintzak burutzeko (nerbio bulkadak, muskuluen uzkurketa, etab.) erabiltzen dira. Kasu gehienetan uretan disolbatuta aurkitzen dira, ionizazioaren ondorioz, anioiak eta katioiak sortuz.

• 

  Ur molekula bat.
  Ura: Bi hidrogeno atomoz eta oxigeno atomo batez osaturiko moleluka da, zelularen %70a betetzen duena. Bizitzarako funtsezkoa da; izan ere, bizia uretan sortu zen eta ematen diren erreakzio kimiko gehienak inguru urtsuan gertatzen dira. Urak hainbat propietate ditu beste molekuletatik bereizten dituena. Hauek oxigeno eta hidrogenoen interakzioak direla eta ematen dira. Oxigenoaren elektronegatibotasunak karga partzialak sortzea eragiten du, urari molekulen arteko lotura ahul bereizgarriak (hidrogeno zubiak) sortzeko gaitasuna emanez. Uraren ezaugarri bereizgarri gehienak lotura intermolekular hauen ondorioz beregantatutakoak dira; esaterako,  bero ahalmen espezifikoa, atxikipen gaitasuna, disolbatzaile unibertsala izatea, molekulen garraioa…

• Gasak: ${\displaystyle {\ce {O2}}}$ eta ${\displaystyle {\ce {CO2}}}$-ak dira zeluletako erreakzioetan aurkitzen ditugun gas aipagarrienak. ${\displaystyle {\ce {O2}}}$-a adibidez, zelularen arnasketarako ezinbestekoa da.

Karbono eta hidrogeno kateez osatuta dauden molekulak dira. Kate hauei beste elementu batzuk gehi dakizkie; hala nola, nitrogenoa, fosforoa eta sufrea, oxigenoarekin lotzen direnak egitura konplexuagoak eratuz. 4 talde desberdinetan bana daitezke: gluzidoak, lipidoak, azido nukleikoa eta proteinak.

Talde honetako molekulak dira lurreko biomolekulik ugarienak[3], giza dietaren oinarrizko elementuak direnak. Gluzidoak, karbohidratoak edo azukreak ere deituak, karbono, oxigeno eta hidrogenoz bereziki osaturik daude; hala ere, nitrogeno, fosforo edo sufrearekin batera ere aurki daitezke. Bere konplexutasunaren arabera 3 taldetan sailkatzen dira: monosakarido, oligosakarido eta polisakaridoak.

Egitura solido kristalino koloregabeak, uretan disolbatzen direnak eta zapore gozoa daukaten molekula txikiak. Karbohidratoen oinarrizko unitateak dira, hauek 3 eta 7 arteko karbonoz osaturik daude, alkohol talde eta karbonilo talde bati lotuta daudenak. Karbonilo taldearen posizioaren arabera bi taldeetan sailkatzen dira: talde funtzionala muturretan kotatuta dagoenenan (aldehido), aldosa izanik, eta bestelako karbonoetan kokatuta dagoenean (zetona), zetosa izanik. Bitartean, talde karboniloari lotuta ez dauden karbonoak alkohol taldeei lotzen zaizkie.  Honi esker, karbono kiral izeneko egitura desberdinak eratzen dituzte, molekularen konformazioan eragina izango dutenak, propietate bereziak emanez. Karbono kiral hauek sortutako konformazio desberdinei estereoisomeria deritze, eta D edo L izan daiteke.

Azukreek bost karbono edo gehiagoz osatuta daudenean konformazio berri bat har dezakete, hau lotura hemiazetal eta hemizetalei esker gertatzen da; horrela, zentro kiral berri bat sortuz, karbono anomerikoa deitzen dena. Karbono hauek α edo β konformazioa dute, beste monomeroekin lotzerakoan eragin desberdina sortzen dutenak.

Monosakaridoen hainbat adibide daude, nabarmenena glukosa izanik, horretaz gain, kantitate txikiagoan, glalaktosa eta fruktosa ditugu, beste hainbat monomeroekin batera. Hauek, beste osagaiekin batera, egitura bereziak sor ditzakete: desoxiazukreak, aminoazukreak, polialkoholak, azukre azidoak eta ester fosforikoak.

Sakarosa disakaridoa, lotura o-glukosidikoaren bitartez lotuta dagoena.

Monosakaridoen antzeko propietateak dituzten monomero gutxi batzuez (2-10) osaturiko kateak dira, hauen artean disakaridoak ohikoenak izanik. Azukre hauen arteko loturak O-glikosidikoa du izena, eta ziklo bateko karbono anomerikoaren eta beste ziklo baten edozein karbono kondentsaziozko lotura batekin kobalenteki lotzean sortzen da. Lotura honen ondoren bi oligosakarido mota ikusten dira, ahalmen erreduzitzailea daukatenak (karbono anomeriko bat aske dutenak) eta ahalmen erreduzitzailerik gabekoak (lotura bi karbono anomerikoen artean egindakoa). Honen adibide ohikoenak sakarosa (ez erreduzitzailea), maltosa eta laktosa (erreduzitzaileak) dira.

Hamar monomero baino gehiagoz osatuta daudelarik, naturan ohikoenak diren karbohidratoak dira. Hauek luzeraren, unitateen lotura mota eta adarkadura mailaren arabera desberdintzen dira. Bi taldetan bereiz daitezke: homopolisakaridoak, monomero berdinen osatutakoak, eta heteropolisakaridoak, monomero desberdinez osatutakoak.

Almidoiadun elikagaia.

Homopolisakaridoak funtzioaren arabera bereiztu ahal dira. Alde batetik, erreserba funtzioa daukaten polisakaridoak: almidoia eta glukogenoa. Bestalde, egiturazko funtzioa dutenak: kitina eta zelulosa.

Heteropolisakaridoak beste bi taldetan sailkatzen dira, adarkatuak eta linealak. Linealen artean, glikosaminaglikanoak eta proteoglikanoak daude; adarkatuen artean, lipopolisakaridoak, peptidoglikanoak, azido teikoikoak eta glikokonjukatuak daude. Polisakarido hauen funtzioak anitzak dira, baina bereziki zelulen kanpoko euskarria izatera bideratzen dira.

Karbono, hidrogeno eta oxigenoz bereziki konposatutako, talde anitzetan sailkatzen diren biomolekulak dira. Hauen ezaugarri bereizgarriena uretan disolbaezinak direla da; izan ere, molekula anfipatioak dira, buru polarra eta isats apolarra dituztenak, azken honek uretan ez disolbatzea eragiten du. Propietate honi esker lipidoak mintzen osagai nagusiak dira. Molekulen arteko erakarpenek, eremu urtsutik babesteko, isats apolarrek loturak eratzea eragiten dute, buru polarrak kanpoalderantz bideratuz. Honen ondorioz, bizitzarako beharrezkoak diren mizelak (mintz bakuna) eta liposomak (mintz bikoitza) sor daitezke. Beste funtzioei erreparatuz, lipidoak hainbat modutan joka dezakete zeregin anitzak betetzeko, hala nola: erregai energetikoa, hormona, argizaria, pigmentua, bigarren mezularia, elektroi garraiatzailea, emultsionatzailea etab.

Nahiz eta molekula oso heterogeneoak izan, lipidoak bi taldeetan bana daitezke; alde batetik, saponifikagarriak, eta bestetik, saponifikaezinak. Lipido saponifikagarriak saponifikazio prozesua jasan dezaketen lipidoak dira, prozesu honetan lipidoetako ester loturak eremu basikoan hidrolizatzen dira xaboia eratuz.

Talde honetako oinarrizko elementuak gantz azidoak dira. Hauek, kate hidrokarbonatuz osatuta daude, muturrean karboxiloa talde bat izanik. Kateak binaka doazen karbonoz osatuta daude, 12-24 karbono arteko egituretan antolatuz. Kate hauen berezitasuna haien karbonoen arteko lotura kopurua da. Lotura bakunek egitura zurrunagoak osatzen dituzte, lotura bikoitz eta hirukoitzek egitura jariakorragoak eratzen dituzten bitartean. Lotura bakunez osatutako gantz azidoei ase deritze eta lotura bat baino gehiagokoei asegabe. Talde honen barruan hiru lipido mota dira esanguratsuenak: triglizeridoak, fosfolipidoak eta esfingolipidoak.

• Triglizeridoak: Hiru gantz azidoz eta alkohol batez  konposatutako biomolekulak dira.  Kasu honetan, glizerolaren hidroxilo taldeek gantz azidoekin erreakzionatzen dute, triester lotura kobalente bat eratuz. Triglizeridoak bakunak zein mistoak izan daitezke, hiru gantz azidoak berdinak direnean bakunak eta gantz azido desberdinez osatutakoak mistoak izanik. Triglizeridoen funtzio nagusia erreserba moduan metatzea da eta hainbat elikagaietan aurki daitezke.

• 

  Fosfolipido baten egitura orokorra.
  Fosfolipidoak: Fosfoglizerido era deituak, mintzaren oinarrizko osagaiak dira. Kasu honetan triglizeridoen antzera glizerol alkohol bat dute; hala ere, bi gantz azidoz bakarrik konposatuta daude, glizerolaren lehenengo bi karbonoei lotuta daudenak. Glizerolaren hirugarren karbonoari fosfato talde bat eta aminoalkohol bat lotzen zaizkio, fosfolipidoaren buru polarra osatuko dutenak. Buruak desberdinak izan daitezke molekularen funtzioaren arabera (adibidez, fofsfatidilkolina, fosfatidilserina eta fosfatidietanolamina). Karga desberdina ere hartzen dute, zelularen pH-aren araberakoa.

• Esfingolipidoak: Fosfolipidoak bezala, esfingolipidoak mintzaren osagai garrantzitsuak dira, bereziki nerbio sistemako zeluletan. Kasu honetan, ez dago glizerolik eta isats apolarra gantz azido eta esfingosina batez osaturik dago, zeramida bat sortuz. Bestalde, bi motatako buru polarrak aurki daitezke, fosfato talde eta aminoazido bati lotuta, fosfoesfingolipidoak, eta azukre talde bati lotuta, glukoesfingolipidoak.

• 

  Pinguino papozuria, argizaridun larruazala duen animalia.
  Argizariak: Maiz animalien larruazalean aurkitzen diren lipidoak dira. Hauek gantz azido batez eta alkohol kate luze batez osaturik daude eta hainbat funtziotarako erabiltzen dira. Alde batetik, itsas animalietan erregai metabolikoaren metakin forma nagusia dira; eta bestetik, zenbait izaki bizidunen azalera estaltzen dute. Beraz, hainbat propietate atxikitxen zaizkie; esaterako, lubrikazioa, urarekiko iragazgaitasuna, babesa eta ur-lurrunketaren ekiditzea.

Kasu honetan, lipido saponifikagarriekin ez bezala, ezinezkoa da xaboia lortzea haien hidrolisiarekin.

• Isoprenoideoak: Terpenoak era deituak, isoprenoaren deribatuak dira. Talde honetan hainbat lipido mota sartzen dira, aipagarrienak A, E, D eta K bitaminak izanik. Bitamina hauek ezinbestekoak dira izakien biziraupenerako, esaterako, garapena, metabolismoa, kaltzioaren xurgapena eta funtzio estrukturala[4][5][6][7].

• 

  Kolesterol molekula.
  Esterolak: Lau zikloz osatutako egiturak, mintzean zehar sarritan aurkitutako lipidoak dira. Hauek sei karbonozko hiru zikloz eta bost karbonozko ziklo batez osaturik daude, egitura zurruna eta laua eratuz. Mota honetako lipidorik aipagarriena kolesterola [8]da, zelula barnean hainbat funtzio dituena, hormonen, azido biliarraren eta bitamina D-ren sintesia[9], adibidez.

Izaki bizidunetan aurkitzen diren makromolekula ugarienak, zelula guztietan ager daitezkeen karbonoz, hidrogenoz, oxigenoz, nitrogenoz eta sufrez osatutako molekulak dira. Hauek, aminoazido izeneko molekula ezberdinen sekuentziaz osaturik daude[2] eta milaka konbinazio desberdin sor ditzakete. Sekuentzia hauek izaki guztien material genetikoan kodifikatuta daude eta hainbat funtzio betetzeko informazioa daukate. Proteinen funtzioen artean honako hauek dira bereizgarrienak: garraioa, funtzio entzimatikoa, defentsa, egitura, mugimendua eta erreserba[10].

Proteinek hainbat propietate bereizgarri dituzte bere egiturarekin estuki lotuta daudenak. Alde batetik, bere jatorrizko konformazioa edo konformazio absolutua dago, horri esker proteina bakoitzak bere egitura eta konposizio zehatza du, eta bakarrik egoera honetan funtzional izan daitezke[11]. Bestetik, konformazio honen galera gerta daiteke, desnaturalizazioa deritzona, pH eta tenperatura aldaketa edo erradiazioaren ondorioz gertatzen dena. Proteinen egitura lau zatitan banatzen da, aminoazido sekuentziatik hasita, makromolekula konplexuak lortu arte.

Azkenik, laborategian oso erabilgarria den propietate berezi bat daukate, ahalmen indargetzaile deritzona. Honi esker, ingurune bateko pH egoera zehatzean manten daiteke. Ahalmen hau proteina bakoitzean pH balio zehatz baterako izaten da, proteina kateei lotutako taldeen araberakoa.

Proteinak osatzen dituzten oinarrizko unitateak dira. Nahiz eta 500 aminoazido desberdin inguru  existitu, horietatik bakarrik 20 aurkitzen dira proteinetan. 20 aminoazido hauetatik, gizakia bakarrik 11 sintetizatzeko gai da, ez esentzialak deritzenak[12], gainerakoak dietaren bidez bereganatzera beharturik dago, aminoazido hauei esentzial deritze[13].

Aminoazido proteikoak 5 talde desberdinetan sailkatzen dira: aminoazido polarrak, apolarrak, aromatikoak, positiboki kargatuak eta negatiboki kargatuak.

Aminoazido baten egitura orokorra. Ezkerraldean amino taldea, eskuinaldean karboxilo taldea eta beheko partean R edo alboko katea.

Molekularen egiturari erreparatuz lau zatitan banatzen da: alfa karbonoa (glizinan izan ezik, simetrikoa dena), amino taldea, karboxilo taldea eta alboko katea (aminoazido desberdinen arabera aldakorra).

Albo kate hauei esker, aminoazidoak hainbat taldetan sailkatzeko beharra dago, hala ere, aminoazido guztiak jarraitzen dituzten propietateak ere badaude. Alde batetik, haien izaera anfoteroa, amino taldearen karga positiboa eta karboxiloaren karga negatiboaren ondorioz sortutakoa. Bestetik, estereoisomeria gaitasuna, L edo D moduan sailkatzea ahalbidetzen duena; dena den, normalean L moduan aurkitzen dira.

Izaki bakoitzaren material genetikoaren arabera kodetutako aminoazidoen sekuentzia zehatza da. Proteinaren konformazio absolutuaren arabera, luzera eta konbinazio desberdinak izaten dituzte. Aminoazido hauek, lotura polipeptidikoz elkarri lotuta egoten dira, kate barneko birak murrizten dituztenak.

Egitura hau proteinen antolaketa sinpleena da; hala ere, guztiz garrantzitsua da hurrengo egiturak lortu ahal izateko. Izan ere, aminoazido sekuentzia zehatzen elkarekintza-erreakzioek gainerako egiturak baldintzatzen dituzte.

α-helizea.

Egitura primarioan sortutako katean hidrogeno loturak eratzen hasten dira, kateari bi egitura forma desberdin emanez. Alde batetik, α-helize deituriko egitura kiribildua sortzen da, normalean eskuinalderantz biratzen dena. Kasu honetan, hidrogeno loturak helizearen barruan eratzen dira, kate intrakatenarioak sortuz; aldiz, aminoazidoen alboko kateak kanpoalderantz mugitzen dira.

β-orria

Bestetik, β-orriak katea zig-zag moduan mugitu ondoren sortzen dira, orrien antzeko egiturak eratuz. Kateak elkarrekiko paraleloak edo antiparaleloak izan daitezke, orriaren egonkortasunean eragina edukiko duena.

Kasu honetan, hidrogeno loturek kateen arteko loturak sortzen dituzte eta aminoazidoen alboko kateak orriaren goiko eta beheko ataletan txandakatzen dira.

Bi egitura hauek batera aurkitzen dira egitura sekundarioan, kasu batzuetan elkartuz eta konformazio bereziak sortuz, esaterako: β – α – β eta Rossmann egiturak. Egitura desberdinak haien artean lotzeko lau aminoazidoz (maiz Asn, Gly eta Pro) konposatutako β-birak edo β-ukondoak erabiltzen dira. Hauek 180 graduko birak ematen dituzte, lehen eta laugarren aminoazidoak hidrogeno lotura baten bidez lotuta.

Proteina batzuen azkenengo egitura maila da, hainbat lotura eta elkarrekintzen ondorioz sortutako egitua konplexuak dira. Kasu honetan, aurreko egituretan kanpoalderantz kokatutako albo kateek elkarri eragiten (erakarri edo alderatu) hasiko dira, aminoazidoen kateak egitura zehatz bat hartzen duen arte. Maila honetan sortutako loturak honako hauek izan daitezke: indar elektrostatikoak, disulfuro zubiak, indar hidrofobikoak eta hidrogeno loturak. Horrela, bi motatako proteinak sortzen dira: proteina globularrak eta zuntz proteinak.

Hemoglobina tetrameroa.

Azken egitura honetan, egitura tertziarioko polipeptidoak elkarrekin batzen dira, proteinetan egitura bereziak sortuz. Bi kate, berdin zein desberdin, lotzerakoan dimeroak eta lau kate batzerakoan tetrameroak eratuz. Hauek ere globularrak eta zuntz formakoak izan daitezke.

Izaki guztien informazio genetikoa gorde dezaketen[17], karbonoz, hidrogenoz, nitrogenoz, oxigenoz eta fosfatoz osaturiko makromolekulak dira. Hauetan, bi talde nagusi aurkitzen dira, bere konposizio eta funtzioen arabera bereizten direnak: ADN eta RNA.

Konposizioari dagokionez, azido nukleikoen unitateak nukleotidoak dira. Hauek hiru osagaiz eginda daude: pentosa bat eta hari lotutako base nitrogenatu eta fosfato talde bat. Pentosa azukreak bigarren karbonoaren taldearen arabera bi modutan aurki daiteke: alkohol bati lotuta, erribosa moduan, eta alkoholik gabe, desoxierribosa moduan.

Fosfato taldeei dagokienez, hauetako gehienez hiru aurkitzen dira azido nukleikoetan; hala ere, azido nukleiko mota guztiek ez dute fosfato kantitate bera, batzuek bakarrik bat (mono aurrizkiarekin adierazten direnak), bi (di aurrizkiarekin) edo hiru (tri aurrizkiarekin) izan ditzakete.

Azkenik, base nitrogenatuak. Hauek, konposatu hidrofobiko aromatiko heteroziklikoak dira, bi taldetan banatzen direnak: purikoak eta pririmidinikoak. Purikoen artean, adenina eta guanina aurkitzen dira eta primidinikoetan, timina, zitosina eta uraziloa.

Hiru osagai hauek konbinazio desberdinak sor dezakete,  basea eta pentosa lotzean nukleosido izeneko egitura lortuz eta nukleosidoari talde fosfatoa gehitzean nukleotidoak eratuz. Horrela, nukleotido aske desberdin edo azido nukleiko kateen monomeroak sortzen dituzte.

ATP molekula.

Hauetako ohikoenak DNA eta RNA dira; hala ere, DNA eta RNA-z gain garrantzizko funtzioak betetzen dituzten beste monomero ere badaude; esaterako, adenosin trifosfatoa (ATP), erribosa batez, hiru fosfatoz eta adenina base batez osaturiko molekula, energia gordailu gisa erabiltzen dena. Batzuetan ere entzimen kofaktore moduan erabiltzen dira, hala nola: A koentzima, flabina adenina dinukleotido, flabina mononukleotidoa eta nikotinamida adenina dinukleotido fosfatoa[18]. ${\displaystyle {\ce {NADH}}}$ eta ${\displaystyle {\ce {FADH2}}}$ bezalako molekulak metabolismorako eta zelularen funtzionamendurako beharrezkoak diren erredox erreakzioetan parte hartzen dute.

Ardatz beraren inguruan kiribilduta dauden bi harizpi helikoidalez sortutako molekula da. Harizpiak haien arteko osagarriak eta antiparaleloak dira, bira destrogiroa emanez helize itxura lortzen dutenak. DNAk kondentsazio maila desberdinetan aurkitu ahal da, pairatzen ari den prozesuaren arabera. Transkribapen edo erreplikazio prozesuetan kondentsazio maila txikian aurkitzen da; aldiz, zelula zatiketan kondentsazio maila handian egoten da.

DNA-ren helize bikoitza.

Oinarrizko egiturari erreparatuz, fosfato talde batez, desoxirribosa batez eta lau base desberdineko nukleotidoz (adenina, timina, zitosina eta guanina) konposatuta dago. Hauek haien artean, fosfodiester edo lotura nukleotidikoaren bitartez lotzen dira, pentosaren hirugarren karbonoa beste nukleotido baten fosfatoarekin kondentsaziozko lotura kobalentea eratuz.

Behin nukleotidoz osatutako bi harizpiak lortuta, haien artean osagarriki lotzen dira,  adeninak eta timinak bi hidrogeno lotura sortuz eta guaninak eta zitosinak hiru hidrogeno lotura eratuz.

DNAk konplexutasun maila handiagoko egiturak sor ditzake honen paketazioan laguntzen duten proteinekin batera. Proteina hauek, positiboki kargatuta dauden histonak dira (H1, H2A, H2B, H3 eta H4). Hauetatik H2A, H2B, H3 eta H4 histona mota bakoitzetik bi unitate hartuz eta haien artean elkartuz, oktameroa sortzen da. Oktameroen inguruan DNA katea birak ematen ditu, nukleosoma izeneko egiturak eratuz.  Nukleosoma hauei H1 histonak elkartuko zaizkie, kromatosoma izeneko egitura berriak sortuz. Kromatosoma desberdinez osatutako DNA katea errosario egitura hartzera pasatzen da. Honen ondoren kateak kondentsazio maila handiagora igarotzen da solenoidea eratuz. Solenoidea kondentsatzen jarraitzen du, begizta, erroseta, kiribila eta azkenik kromatidak eratuz.

Amaieran kromosoma izeneko egitura lortzen da, bi kromatida ahizpaz osaturik dagoena. Kromosomak bi eratan aurki daitezke, era ez kondentsatuan, kromosoma interfasikoa deiturikoa eta kondentsatua, kromosoma mitotikoa deitua.

Erribosa batez, talde fosfato batez eta lau base desberdinez (adenina, urazilo, zitosina eta guanina) osaturiko nukleotidoz konposatutako kate laburrak dira. DNArekin bezala lotura nukleotidikoa erabiltzen dute nukleotidoak haien artean lotzeko, baina kasu honetan kate bakarreko azido nukleikoa osatzen dute.

RNA katea izan ahal dituen nukleotido guztiekin.

RNA mota desberdinak existitzen dira, eta bere funtzioa DNAn kodetutako informazioa proteinak sintetizatzeko erabiltzean datza. Hasteko, RNA mezularia (mRNA) dago, DNAn aurkitzen den gene baten kopia osagarria da, RNA erribosomikoarekin batzen dena. RNA erribosomikoa (rRNA) hainbat proteinekin batera erribosomen azpiunitateak sortzen dituzte. Azkenik, RNA garraiatzailea (tRNA) rRNA eta mRNA batu ondoren RNA mezularian kodetutako sekuentziaren arabera aminoazido osagarriak eramaten ditu, proteina berriak sortuz. Hauekin batera ere mikroRNA[19] dago, proteinen sintesian eraginik ez duena, baina transkribatutako gene bat isilarazteko ahalmena duena.