Name: biomolecules and their tests
Uploaded: 2019-01-29T11:04:45.000Z
Duration: 6 min 26 s
Channel: JoVE

K12 Standards

north-carolina-k-12-science-standard-course-of-study

North Carolina K-12 Science Standard Course of Study

9-12

Biology

from-molecules-to-organisms-structures-and-processes

From Molecules to Organisms- Structures and Processes

LS.Bio.1.1

Macromolecules

הידיעה מהן מקרומולקולות היא צעד חשוב להבנת האופן שבו תאים נספגים בחומרים מזינים ומשתמשים בהם. המונח מקרומולקולות פירושו פשוט מולקולות גדולות ומתייחס לארבע תרכובות שונות, פחמימות, שומנים, חלבונים וחומצות גרעין. לכל אחד מאלה מבנה ותפקיד ייחודיים. בואו נדבר קודם על פחמימות. 
כל הפחמימות מורכבות מפחמן, מימן וחמצן. אלה עם מבנים פשוטים נקראים חד-סוכרים או סוכרים. חד-סוכרים יכולים להתחבר וליצור שרשראות פחמימות מורכבות יותר שנקראות רב-סוכרים או עמילן. צורתו הרגילה של עמילן דומה לקפיץ מפותל בגלל זוויות הקשר בשרשרת הפולימר. 
הסוג הבא של מקרומולקולה שנדון בו הוא חלבון. חלבונים בנויים משרשראות של חומצות אמינו, תרכובות אורגניות שלכל אחת מהן יש קבוצת אמינו או N-terminal בקצה אחד וקבוצת קרבוקסיל, או C-terminal בקצה השני. ישנן 20 חומצות אמינו סטנדרטיות ובעוד שלכולן מבנה בסיס דומה, לכל אחת מהן שרשרת צדדית ייחודית המכונה קבוצת R. חומצות אמינו שונות יכולות להתחבר יחד ליצירת שרשרת המחוברת על ידי קשרים פפטידים וליצור חלבון. 
המחלקה האחרונה של מקרומולקולות שנבחן היא ליפידים. סוגי השומנים הנפוצים ביותר הם שומנים, הנקראים גם טריגליצרידים מכיוון שהם מורכבים ממולקולת גליצרול המחוברת לשלוש שרשראות חומצות שומן. 
עכשיו, בואו נדבר על גילוי המקרומולקולות האלה בסביבת מעבדה. מגיב בנדיקט משמש בדרך כלל לגילוי חד-סוכרים. מגיב בנדיקט הוא בדרך כלל כחול מכיוון שהוא מכיל יוני נחושת בצורה של נחושת גופרתית. מלח מתכת זה הוא דוגמה לחומר מחמצן. חד-סוכרים המכילים קבוצה המיאצטלית, כגון גלוקוז, נחשבים להפחתת סוכרים. בתמיסה מימית, חד-סוכרים עם קבוצות המיאצטליות קיימים הן בצורת השרשרת המחזורית והן בצורת השרשרת הפתוחה בעלת אלדהיד תגובתי. מאלדהיד זה מועבר אלקטרון ליון הנחושת II. פעולה זו מפחיתה את יון הנחושת II ליון נחושת I ומחמצנת את הסוכר המחזר. מכיוון שיוני נחושת I נראים אדומים חלודה, התמיסה תתחיל לשנות את צבעה. בנוכחות כמויות קטנות של חד-סוכר, הפתרון ישתנה לירוק. ריכוזים גבוהים יותר של החד-סוכר יובילו להפחתת כמות גדולה יותר של נחושת וצבע התמיסה ישתנה באופן דרמטי יותר, ובסופו של דבר יהפוך לכתום אדמדם.
עמילנים ניתן לזהות עם מחוון יוד צהוב-חום בדרך כלל. אינדיקטור זה מכיל מיני אניון פוליודידים שונים כגון I-3 שלילי, I-5 שלילי ו- I-7 שלילי. היוד הטעון שלילית בכל אניון משמש כתורם מטען ואילו היוד הניטרלי משמש כמקבל תשלום. זהו קומפלקס העברת מטען ואלקטרונים בקומפלקסים אלה מעוררים בקלות עם אור לרמת אנרגיה גבוהה יותר. האור נבלע בתהליך ואת צבעו המשלים ניתן לראות בעין האנושית. הספיגות של המינים השונים בתמיסה זו הן המקנות לה את הצבע הצהוב-חום. כאשר עמילן מתווסף, הוא יוצר קומפלקס העברת מטען חדש עם אניונים polyiodide. כאשר העמילן משמש כתורם תשלום והפולייודיד כמקבל. בעוד הפרטים של התגובה אינם ידועים, הוא חשב כי יוד ועמילן לשלב כדי ליצור הומופולימר פולייודיד אינסופי. קומפלקס זה בולע אור באורך גל שונה, והופך את צבע התמיסה לכחול כהה.
חלבונים יכולים להיות מזוהים באמצעות מגיב של Biuret, תמיסה כחולה המכילה יוני נחושת אך נקשרים לחנקן שנמצא בקשרים פפטידיים, ויוצרים קומפלקסים של כלאט. קומפלקסים כלאטים המערבים שלושה עד ארבעה קשרים פפטידים מייצרים צבע סגול, המשנה את צבע התמיסה. עוצמת הצבע קשורה ישירות לריכוז הקשר הפפטידי. ככל שהריכוז גדול יותר, כך הצבע הסגול יהיה עז יותר. 
לבסוף, שומנים ניתן לזהות בתמיסה באמצעות מבחן סודן IV. סודן IV הוא צבע שאינו מסיס במים, אך הוא מסיס בשומנים, ולכן כאשר מוסיפים אותו לתמיסה המכילה שומנים הוא יכתים אותם באדום. 
במעבדה זו, תוכלו לקבוע אילו מקרומולקולות נמצאות בפתרונות המסתורין שסופקו באמצעות ארבעה ריאגנטים אינדיקטורים שונים.

מקרומולקולות

<h4>ביומולקולות</h4>
אורגניזמים מכילים מגוון רחב של מולקולות אורגניות עם פונקציות רבות התלויות במבנים הכימיים ובתכונות של מולקולות אלה. כל המולקולות האורגניות מכילות עמוד שדרה פחמני ואטומי מימן. אטום הפחמן הוא מרכזי בהיווצרות מגוון עצום של מולקולות אורגניות הנעות בגודל, בצורה ובמורכבות; מולקולות אנאורגניות, לעומת זאת, בדרך כלל יש מבנים פשוטים יותר. הקליפה החיצונית ביותר של אטום פחמן חופשי יכולה להכיל שמונה אלקטרונים, אך היא תפוסה על ידי ארבעה אלקטרונים בלבד, ולכן היא יכולה ליצור ארבעה קשרים קוולנטיים ולהיקשר עם עד ארבעה אטומים. לחלופין, הוא יכול גם להיקשר עם פחות אטומים על ידי יצירת קשרים כפולים או משולשים. רב-תכליתיות זו של אטומי פחמן מאפשרת למולקולות אורגניות להציג מבנים מורכבים, כגון שרשראות, ענפים וטבעות, בין היתר.
מולקולות אורגניות המופיעות באופן טבעי באורגניזמים נקראות ביומולקולות. מלבד פחמן ומימן, ביומולקולות מכילות גם יסודות אחרים כגון חמצן, חנקן, זרחן וגופרית. באופן כללי, יחידות קטנות יותר של ביומולקולות מתאחדות, כרצפים חוזרים, ליצירת ביומולקולות גדולות יותר. יחידות מודולריות קטנות אלה של ביומולקולות נקראות מונומרים. שני מונומרים בדרך כלל מצטרפים זה לזה כדי ליצור דימר בתהליך המכונה סינתזת התייבשות, שהוא פשוט הסרה של אטום מימן ממונומר אחד ויון הידרוקסיל (OH-) מהמונומר השני כדי ליצור מולקולת מים שתסולק החוצה תוך קישור שני המונומרים בקשר קוולנטי. התהליך ההפוך נקרא הידרוליזה, שבו המולקולה מתפצלת בחזרה למונומרים המקוריים שלה עם מולקולת מים המספקת אטום מימן למונומר אחד ויון הידרוקסיל למונומר השני. מונומרים רבים יכולים להיות מחוברים יחד על ידי התייבשות ליצירת פולימרים. לפעמים פולימרים שונים יכולים להתאחד וליצור מולקולות גדולות ומורכבות עוד יותר, הידועות כמקרומולקולות ביולוגיות.
ביומולקולות מסווגות על סמך היסודות המרכיבים אותן, המבנה והתפקוד שלהן בתוך אורגניזמים חיים. ניתן לסווג כמעט את כל הביומולקולות לאחת מארבע הקטגוריות הכלליות: פחמימות, שומנים, חלבונים וחומצות גרעין.
<h4>פחמימות</h4>
פחמימות פירושן פשוט "מי פחמן" מכיוון שמולקולות אלה מורכבות מאטומי פחמן, מימן וחמצן בערך ביחס של 1:2:1. מונומרים של פחמימות ידועים בשם חד-סוכרים, המכונים גם סוכרים פשוטים. גלוקוז (C6H12O6) הוא החד-סוכר הנפוץ ביותר באורגניזמים חיים והוא תת-יחידה של רב-סוכרים רבים. אורגניזמים רבים גם מסנתזים חד-סוכרים אחרים בעלי שישה פחמנים עם אותה נוסחה כימית כמו גלוקוז, אך מבנים שונים במקצת, כגון פרוקטוז וגלקטוז. כאשר שני חד-סוכרים מחוברים זה לזה, הם יוצרים דו-סוכרים. לדוגמה, סוכרוז מורכב גלוקוז ופרוקטוז, בעוד לקטוז מכיל גלוקוז וגלקטוז. חד-סוכרים ודו-סוכרים אלה משמשים לאגירת אנרגיה לטווח קצר באורגניזמים חיים. מלטוז הוא דו-סוכר נוסף המורכב משתי מולקולות גלוקוז ונוצר בדרך כלל כאשר שרשראות רב-סוכריות כגון עמילן וגליקוגן מתפרקות במהלך העיכול. עמילן הוא פוליסכריד המשמש כמולקולת אגירת אנרגיה בצמחים ומורכב משני סוגים של פולימרי גלוקוז: עמילוז ועמילופקטין. עמילוז מהווה 10-20% מהעמילן והוא פולימר סלילי של גלוקוז. עמילופקטין מהווה את עיקר העמילן והוא פולימר מסועף של גלוקוז. גליקוגן הוא כמעט זהה לעמילן, אולם הוא מסונתז, מאוחסן ומשמש בכבד בעלי חיים וברקמות שריר.
מלבד היותן מאגרי אנרגיה, לפחמימות יש גם תפקידים אחרים באורגניזמים. חמשת החד-סוכרים בעלי חמשת הפחמנים, ריבוז ודאוקסיריבוז, משולבים במבנה חומצות הגרעין ונמצאים בכל תא חי. יתר על כן, תאית פוליסכרידית, שהיא פולימר ארוך המורכב מגלוקוז, משמשת כחומר מבני קשיח בצמחים. לבני אדם אין אנזימי עיכול לפירוק תאית במזון, הנקראת גם סיבים תזונתיים. עם זאת, צריכת סיבים תזונתיים עוזרת לשמור על אוכלוסיית חיידקים בריאה במעי, שבתורה תורמת לבריאות מערכת העיכול ומערכת החיסון1. בדומה לצמחים, חלק מבעלי החיים והפטריות משתמשים ברב-סוכר אחר, כיטין, כמולקולה מבנית. פרוקי רגליים משתמשים בכיטין כדי לבנות ולתחזק את השלד החיצוני שלהם, בעוד שפטריות משלבות אותו בדפנות התא שלהם כדי לשמור על קשיחות.
<h4>שומנים</h4>
הסוג השני של מקרומולקולות ביולוגיות הן ליפידים, הכוללים שומנים, שמנים ושעוות. ליפידים הם מולקולות הידרופוביות המורכבות כמעט לחלוטין מאטומי פחמן ומימן. לעתים קרובות, שומנים מקובצים בשלוש קטגוריות עיקריות; טריגליצרידים, פוספוליפידים וסטרואידים.
הסוג הנפוץ ביותר של שומנים הוא טריגליצרידים, הכוללים שומנים מן החי ושמנים מן הצומח. טריגליצרידים משמשים בדרך כלל כמולקולות אחסון אנרגיה לטווח ארוך, למעט שעווה בלתי ניתנת לעיכול, המשמשת במקום זאת כחומר איטום הן בצמחים והן בבעלי חיים. טריגליצרידים מכילים שלוש שרשראות חומצות שומן, אשר יכולות להיות רוויות או בלתי רוויות, המחוברות למולקולת גליצרול. שרשראות חומצות שומן רוויות הן מולקולות ליניאריות בעלות מספר מרבי של אטומי מימן, כאשר כל פחמן בשרשרת מחובר באמצעות קשר יחיד. מצד שני, שרשראות חומצות שומן בלתי רוויות יש סטיות בשל נוכחות של לפחות קשר כפול אחד. בנוסף, שומנים בלתי רוויים יכולים להיות שומני "טראנס" אם המימנים סביב הקשר הכפול מתנגדים זה לזה. בעוד שומני טראנס מתרחשים באופן טבעי, הם נוצרים במהלך הייצור התעשייתי של שמנים צמחיים רוויים עם מימן. בדומה לחומצות שומן רוויות, שומני טראנס נערמים היטב בשל הלינאריות היחסית שלהם. עם זאת, שומני טראנס גורמים לבעיות לבריאות הלב האנושי, כגון פגיעה ברירית העורקים וגרימת דלקת בעת עיכול2.
פוספוליפידים דומים לטריגליצרידים, אולם אחת משרשראות חומצות השומן מוחלפת בקבוצה קוטבית המכילה פוספט. לכן, לפוספוליפידים יש ראש הידרופילי ושני זנבות חומצות שומן הידרופוביות. תכונות אלה של פוספוליפידים חיוניות למבנה קרום התא ולתפקודו.
סטרואידים הם שומנים המורכבים מטבעות פחמן מאוחות עם קבוצות פונקציונליות שונות. כולסטרול הוא סטרואיד שהוא גם מרכיב בקרום התא. יתר על כן, כולסטרול משמש לסנתז סטרואידים אחרים, כולל הורמוני מין כגון אסטרוגן וטסטוסטרון. למרות שכולסטרול חיוני למבנה קרום התא ולייצור הורמונים, רמות גבוהות של כולסטרול בפלזמה מעורבות בהצטברות פלאק בתוך כלי הדם וגרימת מחלות כליליות3.
<h4>חלבונים</h4>
הסוג השלישי של מקרומולקולות ביולוגיות הן חלבונים, המורכבים משרשראות של חומצות אמינו. ישנן 20 חומצות אמינו שונות, כולן בעלות מבנה בסיס דומה, אך לכל אחת מהן שרשרת צדדית ייחודית הנקראת 'קבוצת R'. לחומצת אמינו בודדת יש קצה N-טרמינלי שהוא קבוצת אמינו (NH3+) וקצה C-terminal שהוא קבוצה קרבוקסילית (-COOH). קבוצות אלה מתחברות יחד, N-terminal ל-C-terminal, בשרשרת המחוברת על ידי קשרים פפטידיים. חלבונים חשובים לשמירה על תפקודי הגוף כאנזימים, הורמונים, רכיבים מבניים ומולקולות תחבורה, וממלאים תפקידים חיוניים בכיווץ שרירים, חסינות וקרישת דם. עם זאת, בעיות יכולות להתעורר במבנה ובתפקוד החלבון, ובעיות אלה הן לעתים קרובות גנטיות. לדוגמה, תאי דם אדומים נורמליים הם עגולים, אבל אצל אנשים שנפגעו מאנמיה חרמשית, לתאים יש צורה מעוקלת עם אזור הידרופובי חשוף, הנגרמת על ידי מוטציה בחלבון שנקרא המוגלובין S. צורה זו מפחיתה את היכולת לשאת חמצן וגורמת לתאים להיתקע בכלי הדם. התוצאה היא תסמינים מזיקים רבים לאדם הנושא את המוטציה, ואנשים שירשו שני עותקים של הגן החרמשי סובלים לעתים קרובות מתופעות לוואי או אפילו אולי מתים בגלל היכולת המופחתת של תאים חרמשיים להעביר חמצן. בטוויסט, אלה הנושאים רק עותק אחד של הגן עמידים לזיהום ממלריה, כך שהמחלה הצליחה לעבור הלאה וממשיכה במדינות עם רמות גבוהות של זיהומי מלריה4.
<h4>חומצות גרעין</h4>
הסוג הרביעי של מקרומולקולות ביולוגיות הן חומצות הגרעין, המורכבות ממונומרים המכונים נוקלאוטידים. מונומרים אלה מורכבים משלושה חלקים: קבוצת פוספטים, סוכר ריבוז ובסיס חנקן. נוקלאוטידים נבדלים זה מזה בבסיסי החנקן שלהם ובסוג הריבוז שהם מכילים. נוקלאוטידים בודדים פועלים בדרך כלל כנושאי אנרגיה בתוך תאים, כמו גם מתפקדים כמולקולות שליח. עם זאת, פולימרים נוקלאוטידים או חומצות גרעין כגון חומצה deoxyribonucleic (DNA) או חומצה ribonucleic (RNA) הם מולקולות תורשתיות המכילות את המידע הגנטי לבניית מוצרים תאיים.
<h4>זיהוי מקרומולקולות</h4>
מקרומולקולות ביולוגיות במזון או בחומרים אחרים יכולות להיות מזוהות באמצעות התכונות הכימיות הספציפיות שלהן. לדוגמה, לחד-סוכרים יש קבוצות אלדהיד חופשי (-CHO) או קטון (-C=O) שיכולות להפחית תרכובות אחרות, כלומר הם חומרים שגורמים למולקולות אחרות לאבד אלקטרונים, ולכן חד-סוכרים ידועים גם כמחזרים סוכרים. מאפיין זה משמש לזיהוי נוכחות של חד-סוכרים עם אינדיקטור שנקרא מגיב של בנדיקט. אינדיקטור זה מכיל יוני נחושת (Cu2+) אשר מופחתים על ידי חד-סוכרים כפי שנצפה עם שינוי צבע התמיסה מכחול לכתום אדמדם, אם כי עוצמת הצבע משתנה בהתאם לריכוז המקורי של הסוכר המחזר. ככזה, התבוננות בצבע ירוק פירושה שיש רק כמות קטנה של סוכרים מחזרים נוכחים בתמיסה. עמילוז בעמילן קיים במבנה מפותל בגלל זוויות הקשר בשרשרת הפולימר. אינדיקטור היוד, יוד-אשלגן יודיד (IKI), מגיב עם מולקולות מפותלות אלה ויהפוך את התמיסה לכחלחלה-שחורה כהה כדי להצביע על נוכחות עמילוז. עם זאת, אם עמילוז עמילן אינו נוכח, התגובה לא תתרחש, והפתרון יישאר בצבע צהבהב-חום. בדיקת סודן IV מבוצעת כדי לבדוק נוכחות של שומנים. צבע זה הוא ליפופילי ומסיס כאשר שומנים נוכחים, ולכן צבע אדום נשמר בנוכחות שומנים. הריאגנט של ביורט, אינדיקטור לנוכחות חלבונים, מכיל יוני נחושת (Cu2+) המגיבים עם הקשרים הפפטידים והופכים את התמיסה מצבע כחול לסגול כהה. מגיב זה צריך להגיב עם מספר מספיק של קשרים פפטידים אלה כדי לייצר את הצבע הסגול הצפוי, כך צבע ורדרד ייווצר אם שרשראות חומצות האמינו אינן ארוכות מספיק.
<h4>הפניות</h4>
<ol class="references">
	<li>רסניק ק. סינג, סין-וון צ'אנג, די יאן, קריסטינה מ. לי, דריה אוקמק, קירסטן וונג, מייקל אברוק, בנג'מין פרחניק, מיו נקמורה, טיאן האו ג'ו, טינה בהוטן, וילסון ליאו. השפעת התזונה על מיקרוביום המעי והשלכות על בריאות האדם. J Transl Med. 2017, כרך 15, 73 doi: 10.1186/s12967-017-1175-y.</li>
	<li>סירי-טארינו PW, Sun Q, הו FB, קראוס RM. מטא-אנליזה של מחקרי עוקבה פרוספקטיביים המעריכים את הקשר בין שומן רווי למחלות לב וכלי דם. אני ג'יי קלין נוטר. 2010, כרך 91, 3 (535-46).</li>
	<li>ג'וזף ל. גולדשטיין, מייקל ס. בראון. מאה שנים של כולסטרול ומחלות לב כליליות: מפלאק לגנים לסטטינים. תא. 2015, כרך 161, 1 (161-72).</li>
	<li>מייקל איידו, דיאן ג'יי טרלאו, מרגרטה קולצ'אק, פיטר די מקלרוי, פייקו או טר קויל, סיימון קריוקי, ברנרד ל. נאהלן, אלטף א לאל, ונקאטאצ'אלאם אודהייאקומר. השפעות מגינות של הגן החרמשי מפני תחלואה ותמותה ממלריה. לנצט. 2002, כרך 359, 9314 (1311-1312).</li>
</ol>

ביומולקולות
אורגניזמים מכילים מגוון רחב של מולקולות אורגניות עם פונקציות רבות התלויות במבנים הכימיים ובתכונות של מולקולות אלה ...

Education

JoVE Lab Manual

ביולוגיה

Fundamentals

יסודות

biomolecules and their tests

Biomolecules are the organic molecules that living things use for structure, energy, and heredity. They all have a carbon backbone and hydrogen atoms, and carbon can form four covalent bonds. That bonding flexibility lets carbon build chains, branches, rings, and other complex shapes. Biomolecules also commonly include oxygen, nitrogen, phosphorus, and sulfur.

Small building blocks join together to make larger molecules. These units are called monomers. Two monomers can form a dimer through dehydration synthesis, which removes a hydrogen atom from one monomer and a hydroxyl group from the other. This releases water and creates a covalent bond. The reverse reaction is hydrolysis, where water helps split the molecule back into its original monomers. Many monomers can link into polymers, and different polymers can combine into biological macromolecules. Most biomolecules fall into four main groups: carbohydrates, lipids, proteins, and nucleic acids.

Carbohydrates are often called carbon water because they contain carbon, hydrogen, and oxygen in about a 1:2:1 ratio. Their monomers are monosaccharides, or simple sugars. Glucose is the most common monosaccharide in living organisms, and fructose and galactose are other six-carbon sugars with the same formula but different structures. When two monosaccharides join, they form disaccharides such as sucrose, lactose, and maltose. These sugars support short-term energy storage.

Larger carbohydrate polymers also have important jobs. Starch stores energy in plants and includes amylose and amylopectin. Amylose makes up about 10-20% of starch and forms a helical chain, while amylopectin is the main branched form. Glycogen is very similar to starch, but animals store and use it in liver and muscle tissue. Ribose and deoxyribose are five-carbon sugars found in nucleic acids. Cellulose is a rigid plant polymer made of glucose, and humans cannot digest it because they do not have the right enzymes. Even so, dietary fiber helps support healthy gut flora. Chitin is another structural polysaccharide. Arthropods use it in exoskeletons, and fungi use it in cell walls.

Lipids include fats, oils, and waxes. They are hydrophobic, which means they do not mix well with water, and they are made mostly of carbon and hydrogen. The main lipid groups are triglycerides, phospholipids, and steroids. Triglycerides contain glycerol and three fatty acid chains. They usually serve as long-term energy storage, while waxes act as waterproofing substances in plants and animals. Fatty acid chains can be saturated or unsaturated. Saturated chains are straight and have only single bonds. Unsaturated chains contain at least one double bond and have kinks. Some unsaturated fats are trans fats, which can form during industrial hydrogenation of vegetable oils. These fats stack well, but they can damage artery linings and promote inflammation. Phospholipids have a polar phosphate head and two hydrophobic tails. This structure helps form cell membranes. Steroids are fused carbon-ring lipids. Cholesterol is one steroid found in cell membranes, and it is also used to make sex hormones such as estrogen and testosterone. However, high plasma cholesterol can contribute to plaque buildup and coronary disease.

Proteins are chains of amino acids. There are 20 common amino acids, and each has the same basic structure plus a unique R-group, or side chain. Each amino acid has an N-terminal amino group and a C-terminal carboxyl group. Amino acids join from N-terminal to C-terminal through peptide bonds. Proteins work as enzymes, hormones, structural materials, and transport molecules. They also help with muscle contraction, immunity, and blood clotting. Protein changes can cause disease. In sickle cell anemia, a mutation in hemoglobin S changes red blood cell shape and exposes a hydrophobic region. This lowers oxygen transport and can make cells stick in blood vessels. People with two copies of the sickle cell gene can be severely affected. People with one copy are more resistant to malaria, which helps explain why the gene remains common in areas with malaria.

Nucleic acids store and pass on genetic information. Their monomers are nucleotides, each made of a phosphate group, a ribose sugar, and a nitrogen base. Nucleotides differ by their bases and by the type of sugar they contain. Single nucleotides can act as energy carriers and messenger molecules inside cells. Polymer forms of nucleotides include DNA and RNA, which contain the instructions used to build cellular products.

Biomolecules can be detected by using their chemical properties. Benedict’s reagent tests for reducing sugars, which are monosaccharides with free aldehyde or ketone groups that can reduce other compounds. Copper ions in the reagent change from blue to reddish orange, and a green color shows only a small amount of reducing sugar. IKI, or iodine-potassium iodide, tests for amylose in starch and turns dark bluish-black when amylose is present. If amylose is absent, the solution stays yellowish-brown. Sudan IV tests for lipids and leaves a red color when lipids are present. Biuret’s reagent tests for proteins by reacting with peptide bonds and changing from blue to dark violet. If the amino acid chain is too short, the color may appear pink instead of violet.

Biomolecules and Their Tests

scientific method

Scientific Method Steps and Controls

The scientific method gives scientists a way to solve problems and explain natural events. Its development grew alongside new ideas in science during the European Renaissance. Thinkers such as Francis Bacon, Galileo, and Isaac Newton helped formalize the process. Although the method has changed over time, much of its basic framework is still used today. The process begins with observation and a clear question. A scientist first notices a natural phenomenon and then asks why it happens. This...

diffusion and osmosis

Cell Membrane Transport and Water Balance

Cell membrane transport and water balance help cells move materials in and out of the cytoplasm. Cell membranes are semipermeable, which means some molecules can pass through while others cannot. The phospholipid bilayer and its embedded proteins control this movement. Some of these proteins act as transport channels for ions and carbohydrates that could not cross on their own. Cells stay small in part because of the surface-area to volume ratio. As a cell grows, its surface area does not keep...

cell structure

Cell Types and Organelles

Cells are the basic units of life, and their structures help explain how living things work. Cell theory says that every living organism is made of one or more cells, cells are the functional units of organisms, and new cells come from preexisting cells. Cells also share key features, including a plasma membrane, cytoplasm, DNA, and ribosomes. The plasma membrane is a phospholipid bilayer that surrounds the cell. It separates the cell from its environment and controls what enters and leaves.

macromolecules

Biomolecules are the organic molecules that living things use for structure, energy, and heredity. They all have a carbon backbone and hydrogen atoms, and carbon can form four covalent bonds. That bonding flexibility lets carbon build chains, branches, rings, and other complex shapes. Biomolecules also commonly include oxygen, nitrogen, phosphorus, and sulfur. Small building blocks join together to make larger molecules. These units are called monomers. Two monomers can form a dimer through...

physiology of the circulatory system

Circulatory System: Blood Flow and Pressure

The circulatory system moves blood, oxygen, nutrients, and wastes through the body to support homeostasis. Homeostasis is the stable internal balance that organisms must maintain even when the outside environment changes. Physiology is the study of how body systems work, and the circulatory system is one of the key systems that helps keep internal conditions steady. Body systems are built from cells, tissues, organs, and organ systems. Humans have 11 major organ systems, and they work together...

fundamentals

Learn how carbohydrates, lipids, proteins, and nucleic acids are built, what they do, and how common lab tests identify them.

Biomolecules and Their Tests | JoVE K12

ohios-learning-standards-and-model-curriculum

Ohio’s Learning Standards and Model Curriculum

Cells

Cellular processes

Virginia  Standards of Learning

HIgh School

BIO.2

BIO.2.b

new-jersey-student-learning-standards-for-science

New Jersey Student Learning Standards for Science

High School

Life Science

From Molecules to Organisms: Structures and Processes

HS-LS1-6

Next Generation Science Standards

Florida Department of Education

SC.912.L.18

SC.912.L.18.1

new-york-state-science-learning-standards

New York State Science Learning Standards

matter-and-energy-in-organisms-and-ecosystems

Matter and Energy in Organisms and Ecosystems

HS-LS1-6.

Georgia Standards of Excellence

SB1.c

התכוננו ללמד את מקרומולקולות עם מדריך מדריכים זה באורך 3 דקות. כולל שלבי הכנה מרכזיים עבור מעבדת Biology ב-JoVE Lab Manual.

הכנת מדריך עבור מקרומולקולות ב-Biology - 10K+ צפיות | JoVE Lab Manual

עקבו אחר הנהלים של מקרומולקולות שלב אחר שלב בסרטון פרוטוקול סטודנטים זה באורך 5 דקות. חלק מאוסף Biology ב-JoVE Lab Manual.

פרוטוקול סטודנטים עבור מקרומולקולות ב-Biology - 59K+ צפיות | JoVE Lab Manual

Compounds Essential to Human Function

The human body is composed of cells that are fundamentally made up of several different molecules. These molecules are essential to carry out all ...

Biomolecules
Organisms contain a wide variety of organic molecules with numerous functions which depend on the chemical structures and properties of these ...

Solution Preparation
ExpandCAUTION: It is important to always use care when handling reagents. For example, iodine will stain clothes and skin so wear ...

Identifying Macromolecules with Indicator Solutions
ExpandHYPOTHESES: In this activity, the experimental hypothesis might be that the addition of an ...

pH Regulation in Cells

pH plays a critical role in maintaining normal cellular activities. It helps maintain the structure and function of various proteins, dictates the charge ...

Chemistry of the Cell

Overview of Functional Groups

Functional groups are a group of atoms with characteristic properties, which when linked to the carbon skeleton of a molecule, alter the properties of ...

Introduction to Carbohydrates

Carbohydrates, proteins, and fats are the primary macronutrients in the human diet. However, carbohydrates are the most favored source of energy in the ...

Carbohydrate Metabolism

Sugars as Energy Storage Molecules

What are Lipids?

lipid-derived-compounds-in-the-human-body

Lipid-derived Compounds in the Human Body

Fats and lipids are crucial components in the human body. Some lipid-derived compounds, such as fat-soluble vitamins, eicosanoids, lipoproteins, and ...

Fats as Energy Storage Molecules

What are Proteins?

Protein Organization

Globular Proteins

In organisms, proteins are the most abundant macromolecules. They act as the building blocks of life and play various crucial roles in the body. Proteins ...

Fibrous Proteins

Fibrous proteins are either long and narrow proteins or assemble to form long and thin structures. They contain repetitive units and usually consist of ...

Protein Denaturation

The function of proteins depends on their native three-dimensional structure, which is dictated by the amino acid sequence of the specific protein. ...

Role of Proteins in the Human Body

Proteins are the building block of life. They are also&#160; the most abundant macromolecules with as many diverse roles in the body. They are part of ...

Nucleic Acids and Nucleotides

Nucleic acids are the most important macromolecules for the continuity of life. They carry the cell&#39;s genetic blueprint and have instructions for its ...

Nucleic Acid Structure

The pentose sugar in DNA is deoxyribose, while in RNA the pentose sugar is ribose. The difference between the sugars is the presence of the hydroxyl group ...

ATP Energy Storage and Release

ATP and Macromolecule Synthesis

Biological macromolecules are organic compounds, predominantly composed of carbon atoms. The carbon atoms are covalently bonded with hydrogen, oxygen, ...

Construct an explanation to illustrate relationships between structure and function of major macromolecules essential for life.

Introduction to Enzymes

The use of enzymes by humans dates to 7000 BCE. Humans first used enzymes to ferment sugars and produce alcohol without knowing that this was an ...

Enzymes and Activation Energy

The activation energy (or free energy of activation), abbreviated as Ea, is the small amount of energy input necessary for all chemical reactions to ...

Introduction to Enzyme Kinetics

Enzyme kinetics studies the rates of biochemical reactions. Scientists monitor the reaction rates for a particular enzymatic reaction at various substrate ...

Turnover Number and Catalytic Efficiency

The turnover number of an enzyme is the maximum number of substrate molecules it can transform per unit time. Turnover numbers for most enzymes range from ...

Catalytically Perfect Enzymes

The theory of catalytically perfect enzymes was first proposed by W.J. Albery and J. R. Knowles in 1976. These enzymes catalyze biochemical reactions at ...

introduction-to-mechanisms-of-enzyme-catalysis

Introduction to Mechanisms of Enzyme Catalysis

For many years, scientists thought that enzyme-substrate binding took place in a simple &#34;lock-and-key&#34; fashion. This model stated that the enzyme ...

Ligand Binding and Linkage

Cooperative Allosteric Transitions

Ribozymes

Carry out investigations to illustrate how enzymes act as catalysts for biochemical reactions and how environmental factors affect enzyme activity.

LS.Bio.1.2

What are Cells?

Cells are the smallest and basic units of life, whether it is a single cell that forms the entire organism, e.g., in a bacterium or trillions of them, ...

Cell Size

Cell sizes vary widely among and within organisms. Bacterial cells range between 1-10 micrometers (&#x3BC;m)and are considerably smaller than most ...

Eukaryotic Compartmentalization

One of the distinguishing features of eukaryotic cells is that they contain membrane-bound organelles, such as the nucleus and mitochondria, that carry ...

Prokaryotic Cells

Prokaryotes are small unicellular organisms that include the domains&#x2014;Archaea and Bacteria. Bacteria include many common organisms, such as ...

Cytoplasm

The cytoplasm consists of organelles and a framework of protein scaffolds called the cytoskeleton suspended in an aqueous solution, the cytosol. The ...

The Nucleus

The nucleus is a membrane-bound organelle that acts as a control center in a eukaryotic cell. It contains chromosomal DNA, which controls gene expression ...

Endoplasmic Reticulum

Endoplasmic ReticulumThe endoplasmic reticulum (ER) is an extensive network of membranous sacs and tubules in eukaryotic cells, continuous with the outer ...

Ribosomes

Ribosomes translate genetic information encoded by messenger RNA (mRNA) into proteins. Both prokaryotic and eukaryotic cells have ribosomes. Cells that ...

Golgi Apparatus

As they leave the Endoplasmic Reticulum (ER), properly folded and assembled proteins are selectively packaged into vesicles. These vesicles are ...

Lysosomes

Lysosomes are membrane-enclosed spherical sacs derived from the Golgi apparatus. The most important function of the lysosome is degrading macromolecules ...

Peroxisomes

Peroxisomes and mitochondria are two important oxygen-utilizing organelles in eukaryotic cells. Mitochondria carry out cellular respiration&#x2014;the ...

Introduction to the Cytoskeleton

Overview of the Cytoskeleton
The cytoskeleton is a network of protein filaments present within the cell, having three distinct filaments ...

Introduction to Actin

Actin is a highly conserved cytoskeletal protein found abundantly in eukaryotic cells. It constitutes 10% weight of the total cellular protein in muscle ...

Cell Structure

Background
Cells represent the most basic biological units of all organisms, whether it be simple, single-celled organisms like bacteria, or large, ...

overview-of-myosin-structure-and-function

Overview of Myosin Structure and Function

Myosins are a family of molecular motor proteins, first identified in the skeletal muscles, where they are responsible for muscle contraction. Along with ...

Visualizing Onion and Cheek Cells
ExpandImmediately before the experiment, wash and peel onion bulbs for the class.
Remove the entire brown outer skin and ...

Microtubules

Microtubules are the thickest cytoskeletal filaments with a diameter of 25 nm. In prokaryotic organisms, microtubules are commonly found in locomotory ...

The Structure of Intermediate Filaments

The intermediate filaments are one of three widely studied cytoskeletal filaments. They are so named as their diameter (10 nm) is in between that of ...

Types of Intermediate Filaments

The intermediate filaments are an essential component of the cytoskeleton. Presently six types of intermediate filament have been identified. Type I and ...

Gap Junctions

Multicellular organisms employ a variety of ways for cells to communicate with each other. Gap junctions are specialized proteins that form pores between ...

The Extracellular Matrix

In order to maintain tissue organization, many animal cells are surrounded by structural molecules that make up the extracellular matrix (ECM). Together, ...

Tissues

Cells with similar structure and function are grouped into tissues. A group of tissues with a specialized function is called an organ. There are four main ...

Plant Cell Wall

The plant cell wall gives plant cells shape, support, and protection. As a cell matures, its cell wall specializes according to the cell type. For ...

Plasmodesmata

The organs in a multicellular organism&#x2019;s body are made up of tissues formed by cells. To work together cohesively, cells must communicate. One way ...

Use models to explain how the structure of organelles determines its function and supports overall cell processes.

LS.Bio.1.3

Cells are the smallest and basic units of life, whether it is a single cell that forms the entire organism, e.g., in a bacterium, or trillions of them, ...

the-tree-of-life-bacteria-archaea-and-eukaryotes

The Tree of Life - Bacteria, Archaea, and Eukaryotes

Prokaryotes are small unicellular organisms that include the domains &#8212; Archaea and Bacteria. Bacteria include many common microorganisms, such as ...

Prokaryotic vs. Eukaryotic Cells

Prokaryotic and eukaryotic cells represent two fundamental types of cellular organization, differing significantly in structure, complexity, and function. ...

Construct explanations to compare prokaryotic and eukaryotic cells in terms of structures and degree of complexity.

LS.Bio.1.4

The DNA Helix

Deoxyribonucleic acid, or DNA, is the genetic material responsible for passing traits from generation to generation in all organisms and most viruses. DNA ...

The Central Dogma

The central dogma explains the flow of genetic information from DNA nucleotides to the amino acid sequence of proteins.
RNA is the Missing Link Between ...

What is Gene Expression?

A gene is a stretch of DNA that serves as the blueprint for functional RNAs and proteins. Since DNA is comprised&#160; of nucleotides and proteins are ...

RNA Structure

The basic structure of RNA consists of a string of ribonucleotides attached by phosphodiester bonds. Although most RNA is single-stranded, it can form ...

Types of RNA

Three main types of RNA are involved in protein synthesis: messenger RNA (mRNA), transfer RNA (tRNA), and ribosomal RNA (rRNA). These RNAs perform diverse ...

Transcription

Transcription is the synthesis of RNA from a DNA sequence by RNA polymerase. It is the first step in producing a protein from a gene sequence. ...

Bacterial RNA Polymerase

Eukaryotic RNA Polymerases

General Transcription Factors

Tissue-specific transcription factors contribute to diverse cellular functions in mammals. For example, the gene for beta globin, a major component of ...

RNA Polymerase II Accessory Proteins

Transcription Elongation Factors

Alternative RNA Splicing

Nuclear Export of mRNA

Transfer RNA Synthesis

Construct an explanation to summarize how DNA and RNA direct the synthesis of proteins.

LS.Bio.1.5

Analyze how the relationship between structure and function supports life processes within organisms.

Biomolecules and Their Tests

Description

Transcript

More videos by Standards