3.1 Nýmyndun lífrænna stórsameinda

Eins og þú hefur lært eru lífrænar stórsameindir (e. biological macromolecules) stórar sameindir, nauðsynlegar fyrir líf, sem eru byggðar úr minni lífrænum sameindum. Það eru fjórir meginflokkar lífrænna stórsameinda (kolvetni, lípíð, prótein og kjarnsýrur). Hver þeirra er mikilvægur hluti frumunnar og gegnir fjölbreyttu hlutverki. Samanlagt mynda þessar sameindir meirihluta þurrmassa frumu (mundu að vatn myndar meirihluta heildarmassa hennar). Lífrænar stórsameindir eru lífrænar, sem þýðir að þær innihalda kolefni og eru bundnar við vetni, og geta innihaldið súrefni, köfnunarefni og önnur snefilefni.

Afvötnunarnýmyndun

Flestar stórsameindir eru gerðar úr stökum undireiningum, eða byggingareiningum, sem kallast einingar (e. monomers). Einingarnar sameinast með samgildum tengjum og mynda stærri sameindir sem kallast fjölliður (e. polymers). Við það losa einingarnar frá sér vatnssameindir sem aukaafurðir. Þessi tegund efnahvarfs er afvötnunarnýmyndun (e. dehydration synthesis), sem þýðir „að setja saman með því að missa vatn“.

Shown is the reaction of two glucose monomers to form maltose. When maltose is formed, a water molecule is released. The components of the linkage are upper case O upper case H from one glucose molecule combining with one upper case H from the second glucose molecule. — Mynd 3.2 Í afvötnunarnýmyndunarhvarfinu hér að ofan tengjast tvær glúkósasameindir og mynda tvísykruna maltósa. Í ferlinu myndast vatnssameind.

Í afvötnunarnýmyndunarhvarfi (Mynd 3.2) sameinast vetni einnar einingar við hýdroxýlhóp annarrar einingar og losar þannig vatnssameind. Á sama tíma deila einingarnar rafeindum og mynda samgild tengi. Eftir því sem fleiri einingar bætast við myndar þessi keðja af endurteknum einingum fjölliðu. Mismunandi gerðir eininga geta sameinast á marga vegu og myndað fjölbreyttan hóp stórsameinda. Jafnvel ein tegund eininga getur sameinast á ýmsa vegu og myndað nokkrar mismunandi fjölliður. Til dæmis eru glúkósaeiningar byggingarefni sterkju, glýkógens og sellulósa.

Vatnsrof

Fjölliður brotna niður í einingar við vatnsrof. Efnahvarf á sér stað þegar vatnssameind er sett inn yfir tengið. Þetta er gert með því að rjúfa samgilt tengi með þessari vatnssameind í efnasambandinu (Mynd 3.3). Við þessi hvörf brotnar fjölliðan í tvo hluta: annar hlutinn fær vetnisatóm (H+) og hinn fær hýdroxýlsameind (OH–) úr klofinni vatnssameind.

Shown is the breakdown of maltose to form two glucose monomers. Water is a reactant. The water molecule, upper case H subscript 2 baseline upper case O, breaks apart, with upper O upper H obtained by one of the glucose molecules, and upper H obtained by the second glucose molecule. — Mynd 3.3 Í vatnsrofshvarfinu hér brotnar tvísykran maltósi niður og myndar tvær glúkósaeiningar með því að bæta við vatnssameind. Athugið að þetta hvarf er andstæðan við nýmyndunarhvarfið í Mynd 3.2.

Afvötnunar- og vatnsrofshvörf (e. hydrolysis reactions) eru hvötuð, eða „flýtt“, af sérstökum ensímum; afvötnunarhvörf fela í sér myndun nýrra tengja, sem krefst orku, en vatnsrofshvörf rjúfa tengi og losa orku. Þessi hvörf eru svipuð fyrir flestar stórsameindir, en hvert eininga- og fjölliðuhvarf er sérstakt fyrir sinn flokk. Til dæmis vatnsrjúfa eða brjóta hvataensím í meltingarkerfinu niður matinn sem við neytum í smærri sameindir. Þetta gerir frumum í líkama okkar kleift að taka auðveldlega upp næringarefni í þörmunum. Sérstakt ensím brýtur niður hverja stórsameind. Til dæmis brjóta amýlasi, súkrasi, laktasi eða maltasi niður kolvetni. Ensím sem kallast próteasar, svo sem pepsín og peptídasi, og saltsýra brjóta niður prótein. Lípasi brýtur niður lípíð. Þessar niðurbrotnu stórsameindir veita orku fyrir frumustarfsemi.

Námsmarkmið