Một phân tử sinh học hoặc phân tử sinh học là một thuật ngữ được sử dụng lỏng lẻo cho các phân tử hoặc các ion thông thường có trong các sinh vật. Các phân tử sinh học bao gồm các đại phân tử lớn (hoặc polyanion) như protein, carbohydrate, lipid, axit nucleic, cũng như các phân tử nhỏ như các chất chuyển hóa sơ cấp, các chất chuyển hóa thứ sinh và các sản phẩm tự nhiên. Một cái tên chung cho loại vật liệu này là các vật liệu sinh học. Các phân tử sinh học thường là nội sinh nhưng cũng có thể là ngoại sinh. Ví dụ, thuốc dược phẩm có thể là các sản phẩm tự nhiên hoặc bán tổng hợp (dược phẩm sinh học) hoặc chúng có thể hoàn toàn tổng hợp.
Sinh học và các phân tử sinh học của nó và các phân tử sinh học nghiên cứu sinh học phân tử và các phản ứng của chúng. Hầu hết các phân tử sinh học là các hợp chất hữu cơ, và chỉ có bốn nguyên tố là oxy, cacbon, hydro và nitơ chiếm tới 96% khối lượng cơ thể. Nhưng nhiều yếu tố khác, chẳng hạn như các biometals khác nhau, có mặt trong một lượng nhỏ.
Sự thống nhất của các loại phân tử đặc biệt (các phân tử sinh học) và một số con đường chuyển hóa như là các đặc điểm bất biến giữa sự đa dạng của các dạng sống được gọi là “phổ quát sinh hóa” hoặc “lý thuyết về sự thống nhất vật chất của chúng sinh”, một khái niệm thống nhất trong sinh học, cùng với lý thuyết tế bào và lý thuyết tiến hóa
Các loại phân tử sinh học
Có rất nhiều phân tử sinh học khác nhau, bao gồm:
Các phân tử nhỏ:
Lipid, axit béo, glycolipid, sterol, gs
Vitamin
Hormon, chất dẫn truyền thần kinh
Chất chuyển hóa
Monomer, oligomers và polyme:
| Biomonomers | Bio-oligo | Biopolymers | Polymerization process | Covalent bond name between monomers |
|---|---|---|---|---|
| Amino acids | Oligopeptides | Polypeptides, proteins (hemoglobin…) | Polycondensation | Peptide bond |
| Monosaccharides | Oligosaccharides | Polysaccharides (cellulose…) | Polycondensation | Glycosidic bond |
| Isoprene | Terpenes | Polyterpenes: cis-1,4-polyisoprene natural rubber and trans-1,4-polyisoprene gutta-percha | Polyaddition | |
| Nucleotides | Oligonucleotides | Polynucleotides, nucleic acids (DNA, RNA) | Phosphodiester bond |
Nucleosides và nucleotides
Các bài báo chính: Nucleosides and Nucleotides
Chất nucleoside là các phân tử được hình thành bằng cách gắn một nucleobase vào một vòng ribose hoặc deoxyribose. Các ví dụ bao gồm cytidine (C), uridine (U), adenosine (A), guanosine (G), thymidine (T) và inosine (I).
Các nucleotide có thể được phosphoryl hóa bởi các kinase cụ thể trong tế bào, tạo ra các nucleotide. Cả DNA và RNA là các polyme, bao gồm các phân tử dài, tuyến tính được lắp ráp bởi các enzyme polymerase từ các đơn vị cấu trúc lặp lại, hoặc các đơn phân mononucleotides. DNA sử dụng các deoxynucleotides C, G, A, và T, trong khi RNA sử dụng các ribonucleotides (có thêm hydroxyl (OH) nhóm trên vòng tròn pentose) C, G, A và U. Các cơ sở được biến đổi là khá phổ biến (như với các nhóm methyl trên vòng cơ sở), như được tìm thấy trong RNA ribosome hoặc RNA chuyển hoặc để phân biệt mới từ các sợi DNA cũ sau khi nhân bản
Mỗi nucleotide được làm bằng một cơ sở nitơ mạch thẳng, một pentose và một đến ba nhóm phosphat. Chúng chứa carbon, nitơ, oxy, hydro và phosphorus. Chúng được sử dụng làm nguồn năng lượng hóa học (adenosine triphosphate và guanosine triphosphate), tham gia vào việc báo hiệu tế bào (cyclic guanosine monophosphate và cyclic adenosine monophosphate), và được kết hợp thành các đồng phân quan trọng của các phản ứng enzym (coenzyme A, flavin adenine dinucleotide, flavin mononucleotide và nicotinamide adenine dinucleotide phosphate).
Cấu trúc DNA và RNA
Các bài báo chính: Cơ cấu DNA và RNA
Cấu trúc DNA bị chi phối bởi một đường xoắn kép được biết đến bởi cặp đôi cơ sở Watson-Crick với G và A với T. Đây được gọi là DNA dạng B, và là trạng thái DNA thuận lợi nhất và phổ biến nhất; sự kết hợp cơ sở rất cụ thể và ổn định của nó là cơ sở của việc lưu giữ thông tin di truyền đáng tin cậy. DNA đôi khi có thể xuất hiện dưới dạng các sợi đơn lẻ (thường cần được ổn định bằng các protein gắn một sợi) hoặc dạng xoắn A hoặc dạng Z, và đôi khi ở các cấu trúc 3D phức tạp hơn như sự chéo tại các nút giao hợp Holliday trong quá trình sao chép DNA.
Hình ảnh 3D âm thanh của nhóm I ribozyme intron (tệp PDB 1Y0Q); các đường màu xám hiển thị các cặp base; các mũi tên ruy băng cho thấy các vùng xoắn kép, màu xanh đến đỏ từ 5 ‘đến 3’; ribbon trắng là một sản phẩm RNA.
Trái lại, RNA hình thành các cấu trúc bậc ba phức tạp 3D lớn và phức tạp, cũng như các sợi đơn lẻ với các vùng gấp lại cục bộ tạo thành các phân tử RNA messenger. Những cấu trúc RNA này có chứa nhiều đoạn xoắn kép dạng A, được kết nối thành các sắp xếp 3D xác định bằng các vòng dây đơn, các phình và các nút nối. Ví dụ là tRNA, ribosome, ribozymes, và riboswitches. Các cấu trúc phức tạp này được tạo điều kiện bởi thực tế rằng xương sống RNA ít tính linh hoạt địa phương hơn DNA nhưng một tập hợp các cấu hình khác biệt, rõ ràng là do cả tương tác dương và âm của OH thêm vào ribose. Các phân tử ARN có cấu trúc có thể liên kết đặc hiệu rất cao của các phân tử khác và chúng có thể được nhận diện một cách cụ thể; Ngoài ra, chúng có thể thực hiện xúc tác enzyme (khi chúng được gọi là “ribozymes”, như Tom Cech và các đồng nghiệp đã khám phá ban đầu