ביומולקולה

ביומולקולה או מולקולה ביולוגית הן מולקולות המרכיבות את האורגניזמים החיים או את החומר החי ו/או משתתפים בחילופי החומרים שלו ומאפשרים את קיומו. פרט למים הנחשבים חומר אנאורגני, כל היתר הן מולקולות אורגניות. ששת היסודות הכימיים או ביו-יסודות המצויים בכמות הגדולה ביותר ביצורים החיים הם הפחמן, המימן, החמצן, החנקן, הזרחן והגופרית (C, H, O, N, P, S). יסודות אלה הם המרכיבים העיקריים של הביומלקולות, מכיוון ש:

מאפשרים יצירת קשרים קוולנטיים על ידי שיתוף אלקטרונים, הודות להבדל הקטן ביניהם באלקטרושליליות. קשרים אלה הם היציבים ביותר, כשכח הקישור הוא ביחס ישיר למסות האטומים המקושרים.

מאפשרים לאטומי הפחמן ליצור מבנים תלת-ממדיים –C-C-C- תוך יצירת תרכובות בעלות מספר משתנה של אטומי פחמן.

מאפשרים יצירת קשרים מרובים (כפולים ומשולשים) בין C ל-C, בין C ל-O, בין C ל-N, וכן במבנים קויים, ענפים, ציקליים (מעגליים), הטרוציקליים, וכו'.

מאפשרים ליצור מתוך יסודות מעטים מגוון עצום של קבוצות חומרים בעלי פונקציות, תכונות כימיות ופיזיקלות שונות:כהלים, אלדהידים, קטונים, חומצות, אמינים וכו')

פרט לששת היסודות הכימיים שהוזכרו, נמצאים בביומולקולות גם כמויות קטנות של יסודות כימיים נוספים:מתכות והלוגנים. בסוגים אחדים של חלבונים המתכות מעניקות להם את תפקודם הספציפי. דוגמה של ביומולקולה שבה משולב יון מתכת היא החלבון המוגלובין שבו משולב יון ברזל.ההמגלובין נמצא בתאי דם האדומים ובאמצעות הקטיון של ברזל מקשר את החמצן. זה מאפשר הובלת החמצן דרך הדם מן הראות אל תאי הרקמות השונות בגוף. דוגמה אחרת של ביומלקולה המשלבת יון מתכת היא הפיגמנט הביולוגי כלורופיל שבמולקולה שלו משולב יון מגנזיום.

ביומולקולות יכולות להיות מקרומולקולות כמו חלבונים, פחמימות, שומנים וחומצות גרעין, וכן מולקולות קטנות כמו מטבוליטים ראשוניים, מטבוליטים שניוניים, ו.....תוצרים טבעיים. מונח כללי זהה לקטגוריה זו הוא "חומרים ביולוגיים". הביומולקולות הן בדרך כלל אנדוגניות אך יכולות להיות גם אקסוגניות. למשל, תרופות יכולות להיות תוצרים טבעיים או חצי-סינתטיים (ביופארמקה) או להיות סינתטיות לחלוטין.

הביולוגיה וענפיה - הביוכימיה והביולוגיה המולקולרית - חוקרות את הביומולקולות ותגובותיהן. מרבית הביומולקולות הן תרכובות אורגניות.

אחידותם של סוגים שונים של מולקולות או של דרכים מטבוליות מסוימות בקרב צורות חיים שונות נקראת "אוניברסלים ביוכימיים" או "תורת האחדות החומרית של היצורים החיים", מושג מאחד בביולוגיה, יחד עם תורת התא ותורת האבולוציה.

סוגי ביומולקולות

ישנן סוגים שונים של ביומולקולות:

מולקולות קטנות

מספר הביומולקולות הקטנות יחסית מועט והן כוללות עד עשרות ומאות אטומים:

• מונוסכרידים,

הם מולקולות אורגניות עם מספר אטומי פחמן נושאים פונקציות של כוהל (OH), אלדהיד או קטון. המונוסכריד גלוקוז הוא מהותי לצורכי האנרגיה של התא, למשל כדי להבטיח תפקודם הראוי של החלבונים, בנוסף מונוסכרידים מהווים חומרי הבנייה הבסיסיים של חומצות הגרעין כמו DNA (דאוקסיריבוז) וRNA (ריבוז). מונוסכרידים רבים מתחברים כדי ליצור פוליסכרידים. הם נכנסים למבנה קיר התא, הצלולוז, המחסנים, ומהווים מרכיב מהותי בתזונה.

• שומנים - מורכבים בעיקר מחומצות שומן וכהלים.

הם יוצרים את הקרום התא; משמשים גם כדלק חשוב לצורכי אנרגיה; בנוסף משמים לביוסינתזה של ההורמונים הסטרואידים ושל האיקוסנואיד

טריגליצרידים - המורכבים מגליצרול (גליצרין) המתחבר לשלוש חומצות שומן

פוספוליפידים - אסטרים של גליצרול שבהם שתי פונקציות כוהל עברו אסטריזציה בדי חומצות שומן והשלישית בידי חומצה זרחנית

סטרואידים - המורכבים ממבנה של 4 מעגלי פחמן

• 20 חומצות אמינו סטנדרטיות, הן אבני יסוד של בבנייתם של:

פוליפפטידים - ביומלקולות המורכבות ממעל 50 חומצות אמינו או מונומרים

הורמונים כמו תירוקסין ומלטונין.

הורמונים אחרים מסונתזים באורגניזם מפפטידים (הורמונים פפטידיים) או חלבונים (הורמון חלבוני)

• 8 נוקלאוטידים - אבני בנייה של חומצות הגרעין

ביומולקולות קטנות אחרות:

גליקוזידים

פפטידוגליקנים

פוליקטידים

איזופרנואידים:

טרפנים

סטרואידים

קרוטנואידים

תרכובות ארומטיות:

טאנינים

ליגנינים

פנילפרופנואידים

אלקלואידים

ויטמינים - 13 במספרם - חומרים ללא ערך אנרגטי. הצורך היומיומי בהם הוא מזערי. הם ממלאים תפקיד חיוני במטבוליזם ומאפשרות תגובות כימיות רבות. את רובם האורגניזם אינו מסוגל לסנתז ועליו לייבאם דרך המזון.

הורמונים, מוליכים עצביים

מטבוליטים

יש מונים 30 ביומולקולות יסודיות (primordial biomolecules) כאלה. . הן זהות בכל היצורים החיים.

מקרומולקולות

מונומרים, אוליגומרים, פולימרים : נוצרות בדרך כלל על ידי פוליקונדנסציה של ביומולקולות יסודיות. סינתוז המקרומולקולות - עד ממדים של מאות אלפי אטומים - מתחולל תוך חסכון מרבי בחומרים ואנרגיה.

ביומונומרים	ביו-אוליגומרים	ביופולימרים	תהליך פילמור	קשר קוולנטי בין מונומרים
חומצות אמיניות	אוליגופפטידים	פוליפפטידים, חלבונים (כולל המוגלובין)	פוליקונדנסציה	קשר פפטידי
מונוסכרידים	אוליגוסכרידים	פוליסכרידים	פוליקונדנסציה	קשר גליקוזידי
איזופרן	טרפנים	פוליטרפנים: cis-1,4-polyisoprene ה - הגומי ו- trans-1,4-polyisoprene גוטה-פרקה	פוליאדיציה
נוקלאוטידים	אוליגונולקלאוטיד	פולינוקלאוטידים, חומצת גרעין (DNA, RNA)		קשר פוספודיאסטרי

לקריאה נוספת

• , J.M. Berg et al.Biochemistry fifth edition, W.H. Freeman and company, 2003

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא ביומולקולה בוויקישיתוף

• ביומולקולות, דף שער בספרייה הלאומית