生化学

高分子

生物学的ポリマーは、数万から数千万、あるいはそれ以上の原子を持つことができる。これらのポリマーは、それぞれが50個以下の原子を持つ多くの小分子で構成されている。これらの小分子は、ほとんど炭素、水素、酸素、窒素だけでできている。また、硫黄やリンなど、高分子の生物学的機能にとって重要な原子もわずかに含まれている。

高分子には4つのタイプがある。

核酸

核酸は長鎖の分子で、2種類ある。DNAとRNAの2種類がある。核酸の構成要素はヌクレオチドと呼ばれる。

DNAはすべての細胞に存在する。DNAには、すべての核酸と、すべてのタンパク質を作るのに必要な情報が含まれています。DNAは二重らせん状に結合しています。DNAは遺伝の物質であり、生命が世代から世代へと受け継ぐ情報を持っています。

RNAは、DNAからの情報を体の細胞の中で機能させるために働きます。特定のタンパク質を作るために、DNAの情報はRNA分子に転送されます。別のRNA分子はこの情報をもとに、タンパク質を作るための指令を出します。タンパク質を作るRNAはリボソームと呼ばれ、リボザイムとして働き、個々のアミノ酸が結合してタンパク質を形成する速度を飛躍的に向上させます。

タンパク質

タンパク質はアミノ酸の重合体です。アミノ酸の種類は、一般的に20種類あります。

大きく分けて、タンパク質には2種類の機能があります。1つは構造的なもので、細胞や組織の重要な構造の多くを構成しています。筋肉、毛髪、皮膚はすべて、主にタンパク質でできています。もうひとつは機能的なもので、酵素として、生きている細胞内の化学反応を大幅に速める働きをします。すべての細胞の生命は、食べた分子をエネルギーに変えたり、細胞が生き残るために必要な他の分子に変えたりする、代謝と呼ばれる1000以上もの化学反応から成り立っています。タンパク質の機能は、これらの反応を高速化することであり、多くの場合、100万倍以上の速さになります。さらに、タンパク質の働きなしには起こらないような化学反応も、タンパク質が引き起こすのです。

炭水化物

炭水化物には、糖類とでんぷんが含まれます。

糖類は最も単純な炭水化物である。単糖類はグルコースやフルクトースのような「単糖」である。二糖類は、単糖類が2つ結合したものである。表砂糖（サトウキビ糖）はグルコースとフルクトースの二糖類である。多糖類は多くの単糖類が結合したものである。多糖類の大部分はグルコースの重合体で、デンプンとセルロースの2種類があります。デンプンは穀物、ジャガイモ、リンゴ、パンなどの白い部分で、体内で容易に利用できるエネルギー源です。セルロースは、すべての植物を支えている構造材料です。木材の原料の半分がセルロースです。

糖質は体内で様々な働きをしていますが、最も重要なのは、細胞の代謝のためのエネルギー源としてすぐに使えることです。炭水化物の化学結合を壊すことで、エネルギーが放出され、体内で使用することができます。

脂質

脂質とは、脂肪とワックスのことです。飽和脂質は単結合を持ち、バターやラードなどに含まれる。不飽和脂質は、1つ以上の二重結合を持ち、油に多く含まれる。人間の体は、脂質をエネルギー源として蓄えています。体が大量のエネルギーを必要とするとき、脂質分子は分解されてそのエネルギーを放出します。

核酸の一種であるDNAは、二重らせんで構成されている。


リボン図は、生化学者がタンパク質の形状を説明する方法の一つです。このリボン図は、血液中の赤い物質であるヘモグロビンというタンパク質のものです。ヘモグロビンは血液中の赤い物質で、酸素を運搬する役割を担っています。

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