Δομή και Ανάλυση Βιομορίων (δράση ανοιχτών ακαδημαϊκών μαθημάτων)

Σε αυτή την ενότητα παρουσιάζονται οι βασικές μέθοδοι για την ανάλυση βιομορίων (πρωτεϊνών, υδατανθράκων, λιπιδίων, νουκλεϊκών οξέων) καθώς και οι φυσικοχημικοί νόμοι που διέπουν τις παραπάνω διαδικασίες ανάλυσης.

Εισαγωγή στο δομή και των ρόλο των πρωτεϊνών.

Οι πρωτεΐνες αποτελούν τα πιο διαδεδομένα και πολυδιάστατα, τόσο στη μορφή όσο και στη λειτουργία τους, μακρομόρια. Ακόμη και σ΄ ένα απλό κύτταρο των βακτηρίων εντοπίζονται εκατοντάδες διαφορετικές πρωτεΐνες με την καθεμία εξ αυτών να έχει ιδιαίτερο ρόλο. Οι πρωτεΐνες αποτελούν είτε δομικά συστατικά των μεμβρανών του κυττάρου, είτε συνεργούν σε κάποια συγκεκριμένη λειτουργία, όπως η δημιουργία πρωτεϊνικών συμπλόκων

Οι πρωτεΐνες παράγονται από τα ριβοσώματα που βρίσκονται μέσα στο κυτταρόπλασμα και αρχικά εμφανίζονται ως απλές μη διακλαδωμένες αλληλουχίες αμινοξέων, δηλαδή πεπτιδίων ή πολυπεπτιδίων, σχηματίζοντας την "πρωτοταγή δομή", για την οποία καθοριστικοί παράγοντες είναι τα νουκλεϊκά οξέα, τα οποία και φέρονται να ελέγχουν όλες τις λειτουργίες αλλά και τα κληρονομικά γνωρίσματα των οργανισμών.
Στη συνέχεια όλα τα πολυπεπτίδια υφίστανται μια φυσική διαμόρφωση προκειμένου να αποκτήσουν μια "δευτεροταγή δομή" η οποία προκαλείται από δεσμούς υδρογόνου που αναπτύσσονται μεταξύ των καρβοξυλομάδων και των αμινομάδων των αμινοξέων.

Στη συνέχεια τα πολυπεπτίδια υφίστανται ακόμα πιο περίπλοκο δίπλωμα (πτύχωση) το οποίο καλείται "τριτοταγής δομή". Με τον όρο τριτοταγή δομή, εννοούμε το τελικό και λειτουργικό σχήμα που αποκτά το πολυπεπτίδιο, οπότε ονομάζεται πλέον πρωτεΐνη. Αυτή η αναδίπλωση πραγματοποιείται από την αλληλεπίδραση των πλευρικών ομάδων των αμινοξέων (π.χ. σχηματισμός δισουλφιδικών δεσμών μεταξύ δύο κυστεϊνικών καταλοίπων).

Τέλος, υπάρχουν και πρωτεΐνες που αποτελούνται από πολλές πολυπεπτιδικές αλυσίδες που είναι χαλαρά ενωμένες και αυτό αποτέλεί τη λεγόμενη "τεταρτοταγή δομή".

Ως βιομόριο χαρακτηρίζεται κάθε χημικό μόριο που αποτελεί δομικό ή λειτουργικό συστατικό των οργανισμών, το οποίο παράγεται από αυτούς μέσω του μεταβολισμού.

Τα βιομόρια προκειμένου να συμμετέχουν στη δημιουργία των απαραίτητων σταθερών δομών των οργανισμών θα πρέπει και αυτά να χαρακτηρίζονται ομοίως για τη σταθερότητά τους. Τέσσερα είναι τα χημικά στοιχεία που μετέχουν σε σημαντικό βαθμό στη σύνθεση των βιομορίων: ο άνθρακας, το υδρογόνο, το οξυγόνο και το άζωτο.

Εξετάζοντας τα παραπάνω στοιχεία από χημικής άποψης και βιολογικής καταλληλότητας διαπιστώνεται πως τα άτομα καθενός των παραπάνω στοιχείων παρουσιάζουν ως κοινή ιδιότητα τη μεγάλη ευκολία σχηματισμού ομοιοπολικών δεσμών με αμοιβαία συνεισφορά ηλεκτρονίων.
Σημειώνεται ότι το υδρογόνο χρειάζεται ένα ηλεκτρόνιο για να συμπληρώσει την εξωτερική στοιβάδα του, το οξυγόνο δύο, το άζωτο τρία, και ο άνθρακας τέσσερα, προκειμένου να δημιουργήσουν σταθερό δεσμό (ομοιοπολικό). Παράλληλα όμως, τα παραπάνω στοιχεία κρίνονται ως και τα ελαφρότερα χημικά στοιχεία σε σχηματισμούς ομοιοπολικών δεσμών.

Με δεδομένο λοιπόν ότι η "σταθερότητα ενός ομοιοπολικού δεσμού είναι αντιστρόφως ανάλογη προς το ατομικό βάρος των στοιχείων", που συμμετέχουν σ΄ αυτόν, συμπεραίνεται τελικά πως οι ζωντανοί οργανισμοί έχουν επιλέξει τα ικανότερα στοιχεία για τους αναγκαίους ισχυρούς ομοιοπολικούς δεσμούς τους.