duimnael|465x465px|'n Molekulêre model Indien die inhoud van lewende selle ontleed word, word daar behalwe water groot hoeveelhede koolhidrate, vette en proteïene aangetref. Laasgenoemde drie is klasse organiese molekules; dit is molekules wat uit hoofsaaklik koolstof, waterstof en suurstof bestaan en van lewende organismes afkomstig is.
Plante moet al hul organiese molekules self vervaardig, terwyl diere die meeste uit voedsel moet verkry en 'n gedeelte ook kan sintetiseer. Die molekules verrig noodsaaklike strukturele, metaboliese en reguleringsfunksies in lewende organismes en kan daarom ook as biomolekules bekend staan. Koolhidrate is die algemeenste en wydste verspreide groep organiese molekules in die natuur en word in plante, diere, swamme en bakterieë aangetref.
'n Monosakkaried (enkelsuiker), glukose, is die eerste organiese molekule wat deur fotosintetiserende plante en bakterieë gesintetiseer word en die molekule word gebruik om al die ander organiese molekules te vervaardig. Koolhidrate is koolstofverbindings met die algemene formule (CH2O)n, waar n = 3 of meer; ander chemiese kenmerke is dat koolhidrate altyd hidroksielgroepe (-OH-groepe), asook keto-groepe (C=O-groepe) bevat.
Die meeste groot en ingewikkelde koolhidrate (polisakkariede) word vervaardig deur ʼn aantal glukose-eenhede (monosakkariedeenhede) in ʼn ketting aan mekaar te voeg. Verskille in die verbindings en vertakkings van die ketting veroorsaak die vorming van verskillende polisakkariede, wat elk kenmerkende funksies verrig, soos sellulose wat stewigheid aan plante verleen en stysel wat as reserwe-energiebron geberg word. Vette en olies word in 'n verskeidenheid vorme in lewende organismes aangetref en kan ook as lipiede bekend staan.
Die algemeenste lipied in dierselle word trigliseried genoem en bestaan uit drie vetsure (verskillende groottes karboksielsure) wat deur esterverbindings aan ʼn gliserolmolekule gekoppel is. Olies verskil van vette omdat olies se vetsure onversadig is (daar is dubbelverbindings tussen 2 koolstofmolekules). Lipiede is ʼn belangrike reserwe-energiebron, want meer energie kan per eenheid massa geberg word as in soortgelyke hoeveelhede koolhidrate of proteïene. Die molekules het ook belangrike strukturele funksies omdat hulle ʼn bestanddeel van selmembrane is, en hulle kan ook van vitamiene en hormone deel uitmaak.
Proteïene het ʼn verskeidenheid funksies en is daarom waarskynlik die belangrikste organiese molekules. Omdat die molekules sulke verskillende funksies verrig, het hulle ook ʼn baie groot verskeidenheid vorme. Hulle word buite selmembrane, as deel van selmembrane, en binne die selle van plante, diere, swamme en bakterieë gevind.
Proteïene fungeer in selmembrane as strukturele bestanddele wat die deurgang van stowwe bepaal en moontlik maak, terwyl hulle binne die selle ensieme kan wees wat reaksies reguleer en daartoe bydra dat die intra-sellulêre (binne die sel) toestand konstant bly. 'n Groot aantal ensieme word aangetref omdat elke reaksie deur net 'n spesifieke ensiem gekataliseer word. Proteïene bepaal die struktuur van vere, die huid, hoewe, sy, spinnerakke en spiere. Ander proteïene, soos hemoglobiene en hemosianiene, vervoer stowwe in die liggame van mense en diere.
Die immunoglobiene dien as teenliggaampies om soogdiere en die mens te help om siektes te bestry. Baie hormone is proteïene, soos insulien, wat help om die glukose-metabolisme te reguleer, terwyl baie toksiene, byvoorbeeld slanggif, ook 'n proteïen is. Ondanks die proteïene se verskillende vorme, is almal saamgestel uit slegs 20 verskillende kombinasies aminosure. Hierdie aminosure kan in verskillende kombinasies in kettings van wisselende lengte gevoeg word.
Koolhidrate Koolhidrate kan op grond van hulle groottes in verskillende kategorieë geplaas word. Verdere onderskeid word gemaak op grond van die rangskikking van atome waaruit die molekules bestaan en die aanwesigheid van sekere chemiese radikale. Die agtervoegsel -ose in ʼn molekule se naam dui aan dat dit ʼn koolhidraat is en daar kan ook van hulle as suikers gepraat word.
Monosakkariede Monosakkariede is die kleinste koolhidraateenhede, met die algemene chemiese formule (CH2O)n waar = n 3 of meer. Monosakkariede het 'n onvertakte koolstofketting; een koolstofatoom is verbind met ʼn suurstofgroep (C = O –groep), wat gewoonlik as ʼn aldehiedgroep, CHO-groep, aangetref word, terwyl die ander koolstowwe met hidroksielgroepe (-OH-groepe) verbind is. Indien die suurstofgroep aan die einde van die ketting voorkom, is die suiker ʼn aldehied en word dit ʼn aldose genoem, en as die suurstofgroep in ʼn ander posisie is, is die suiker ʼn ketoon en word dit ʼn ketogroep genoem.
ʼn Monosakkaried met drie koolstowwe word ʼn triose genoem, een met vier koolstowwe ʼn tetrose, een met vyf koolstowwe ʼn pentose, een met ses koolstowwe ʼn heksose, een met sewe koolstowwe ʼn heptose, een met agt koolstowwe ʼn oktose, ensovoorts. Elke suiker kan as ʼn aldose of ʼn ketose voorkom.
Die eenvoudigste monosakkaried is ʼn triose genaamd gliseraldehied, wat ook ʼn aldose is. Die meeste monosakkariede is wit, kristalagtige stowwe, oplosbaar in water maar onoplosbaar in organiese oplosmiddels soos koolstoftetrachloried of benseen (bensol). Die formules is voorstellings van die belangrikste natuurlike polisakkariede. Gliseraldehied kom in fotosintetiese en respirasiereaksies voor en dit is ook ʼn belangrike tussenmiddel vir ʼn aantal anaboliese reaksies. Ribose is ʼn belangrike struktuurbestanddeel van RNS, 'n nukleïensuur.
Glukose is die belangrikste energiebron van alle lewende organismes en dit dien ook as basis vir die sintese van ander organiese molekules. 'n Isomeer daarvan, mannose, word as 'n reserwe-energiebron in bakteriële selle geberg. Galaktose en fruktose is suikers wat in onderskeidelik melk en vrugte voorkom en hulle dien ook as struktuureenhede in sommige groot koolhidrate. Die formules is slegs 'n tweedimensionele voorstelling van die suikers se samestelling, wat in natuurlike vorm heeltemal anders lyk.
Disakkariede Disakkariede is ʼn belangrike groep suikers en hulle word gevorm deur 2 monosakkariede se -OH-groepe aaneen te koppel. met 'n gevolglike waterverlies. Die reaksie verloop soos volg:
R- OH + HO- R' → R- O- R' + H20
(Die simbole R en R' word gebruik om die res van elke monosakkaried voor te stel.) Wanneer twee aldoheksoses so verbind word, kan die verbinding 'n glikosiedverbinding genoem word. Die bekendste disakkariede is mannose (moutsuiker) wat uit 2 glukosemolekules bestaan, sukrose (rietsuiker), wat ontstaan nadat glukose en fruktose gekoppel is, en laktose (melksuiker), wat 'n kombinasie van glukose en galaktose is.
Oligosakkariede Oligosakkariede is suikers wat ontstaan nadat 3 en 10 monosakkariede aanmekaargevoeg is. Die bekendste oligosakkariede is raffinose (fruktose-glukosegalaktose) en melesitose (gJukosefruktose-glukose). Suikerbeet bevat groot hoeveelhede raffinose, en melesitose kom in die sap van sommige bome voor.
Polisakkariede Polisakkariede is groot molekules (makromolekules) wat uit 'n aantal (meer as 10) suikereenhede opgebou is. Hulle is in alle lewende organismes aanwesig en die bekendstes is stysel en sellulose, wat in plante aangetref word, asook glikogeen in die spiere en lewer van diere en mense.
Polisakkariede wat uit slegs een soort monosakkaried opgebou is, word homopolisakkariede genoem, en die wat uit verskillende soorte bestaan, word heteropolisakkariede genoem. Stysel en glikogeen word gevorm nadat 'n groot aantal D-glukose-molekules in 'n reguit ketting verbindings gekoppel is. Indien ʼn styselmolekule afgebreek is tot ʼn aantal kleiner eenhede wat nog polisakkariede is, word dit dekstriene genoem. Bruinwiere gebruik ʼn homopolisakkaried met 'n aantal syverbindings, lamarien, as ʼn reserwe-energiebron. Sellulose is ʼn belangrike struktuurelement in plantselle en daar is gevind dat die molekule uit 'n aantal disakkariede, naamlik sellobiose, bestaan. Sellobiose bestaan op sy beurt uit twee glukosemolekules.
Funksie Koolhidrate word in lewende organismes as energiebron, as energiebergingsmateriaal en as struktuurbestanddeel gebruik. Glukose, 'n monosakkaried, is die eindproduk van fotosintese, waartydens die son se stralingsenergie omgeskep word tot chemiese, potensiële energie in die molekule se chemiese verbindings en in die vorm vir die plant en ander lewende organismes beskikbaar word.
Glukose is osmoties aktief en word in stysel omgesit sodat die osmotiese balans van die selle nie versteur word nie. Plante berg die koolhidrate in gespesialiseerde opslagorgane, soos stingelknolle (aartappels), verdikte wortels (wortels), blare (uie en slaai), asook in vrugte. Fruktose word in vrugte geberg omdat die soet smaak die vrug aantreklik maak vir diere, wat dit kan eet en wegdra en die sade sodoende versprei. Fruktose kan ook in die vorm van 'n polisakkaried (fruktane), soos inulien, in plante geberg word. Bakterieë gebruik dekstran as reserwe-energiebron en die molekule is opgebou uit 'n reeks glikosiedverbindings met 'n aantal ander syverbindings.
Glukose word in diere en die mens omgesit in glikogeen en dien dan as reserwe-energiebron in hulle spiere en lewer. Tydens glikolise word glukose afgebreek tot gliseraldehied, wat tot ander stowwe soos gliserol of aminosure omvorm kan word. Gliserol is 'n bestanddeel van vette en aminosure word gebruik om proteïene te maak. Koolhidrate dien ook as struktuureenhede in lewende organismes. Plante gebruik 'n polimeer van glukose, naamlik sellulose, om stewigheid aan hulle selwande en sodoende aan die plant self te verleen.
Die hout van volgroeide bome bevat ongeveer 50 % sellulose, wat aanmekaargebind word deur nog 'n polisakkaried, hemisellulose, 'n kombinasie van xilose, arabinose en enkele ander suikers. Ander polisakkariede, soos pektien, help ook om verdere versterking aan die plantselwande te verleen. Bakteriële selwande bevat ook sekere polisakkariede. Dierselle het nie selwande nie, maar op elektronmikroskoopmikrograwe is die aanwesigheid van polisakkariede aan die buitekant van setmembrane aangetoon.
Daar word vermoed dat die suikers selle help om ander seltipes en ook hul eie seltipes uit te ken. Ongewerwelde diere, veral insekte, het ʼn eksoskelet (uitwendige geraamte) van chitien, 'n polisakkaried wat uit N-asetiel-D-glukosamien opgebou is. Swamme se selwande is ook uit chitien opgebou.
Vette Lipiede is die versamelnaam vir molekules wat algemeen as vette en olies bekend staan. Die stowwe het 'n baie hoë energiewaarde, want 1g vet lewer 38 X103 J energie by verbranding, wat meer as die 17 X 103 J van 1g stysel is. Vette het ook 'n belangrike strukturele rol in organismes. Vette is onoplosbaar in water, maar oplosbaar in organiese oplosmiddels soos chloroform, eter en benseen.
Struktuur Die alkohol gliserol (regte benaming 1,2,3-propaantriol) is 'n sentrale bestanddeel in vette, aangesien 'n vet of olie gekenmerk word deur een of meer vetsure wat 'n esterverbinding met gliserol vorm. Die aantal vetsure wat verbindings vorm, beïnvloed die geaardheid van die lipied en het verskillende benamings tot gevolg. Indien 1 vetsuur 'n verbinding vorm, word dit 'n monogliseried genoem; 2 vetsure vorm 'n digliseried en 3 vetsure 'n trigliseried. Hoogstens 3 vetsure kan met gliserol verbind. ʼn Vetsuur is 'n monokarboksielsuur. Dit word as R-COOH voorgestel, met R as die koolstofketting wat verskillende groottes kan hê, en COOH as die monokarboksielsuur.
Soorte Suiwer trigliseriede is onoplosbaar in water omdat die vetsure se koolstofkettings nie-polêr (alle ladings eweredig versprei sodat daar geen ladingsverskille oor die hele molekule waargeneem kan word nie) en water polêr is (ongebalanseerde ladingsverspreidings). Die soort vette word neutrale vette genoem.