BIOMOLEKUŁY NIEORGANICZNE: CHARAKTERYSTYKA, FUNKCJE, RODZAJE - BIOLOGIA - 2025

Do nieorganicznych biocząsteczki duża grupa konfiguracji cząsteczkowych występujących w istotach żywych. Z definicji podstawowa struktura cząsteczek nieorganicznych nie składa się ze szkieletu węglowego ani połączonych atomów węgla.

Nie oznacza to jednak, że związki nieorganiczne muszą być całkowicie pozbawione węgla, aby mogły zostać zaliczone do tej wielkiej kategorii, ale raczej, że węgiel nie może być głównym i najpowszechniejszym atomem w cząsteczce. Związki nieorganiczne, które są częścią żywych istot, to głównie woda i szereg stałych lub roztworów minerałów.

Źródło: I, Splette

Woda - najobficiej występująca nieorganiczna biomolekuła w organizmach - ma szereg cech, które czynią z niej niezbędny element życia, takich jak wysoka temperatura wrzenia, wysoka stała dielektryczna, zdolność do buforowania zmian temperatury i pH, m.in. inni.

Z drugiej strony jony i gazy są ograniczone do bardzo specyficznych funkcji w organizmach organicznych, takich jak między innymi impuls nerwowy, krzepnięcie krwi, regulacja osmotyczna. Ponadto są ważnymi kofaktorami niektórych enzymów.

cechy

Cechą wyróżniającą cząsteczki nieorganiczne występujące w materii żywej jest brak wiązań węgiel-wodór.

Te biocząsteczki są stosunkowo małe i zawierają wodę, gazy oraz szereg anionów i kationów, które aktywnie uczestniczą w metabolizmie.

Klasyfikacja i funkcje

Bez wątpienia najważniejszą cząsteczką nieorganiczną w materii żywej jest woda. Oprócz tego obecne są inne składniki nieorganiczne, które są podzielone na gazy, aniony i kationy.

W gazach mamy tlen, dwutlenek węgla i azot. W anionach znajdują się m.in.chlorki, fosforany, węglany. A w kationach są jony sodu, potasu, amonu, wapnia, magnezu i inne jony dodatnie.

Poniżej opiszemy każdą z tych grup, z ich najwybitniejszymi cechami i funkcją w żywych istotach.

-Woda

Woda jest najbardziej rozpowszechnionym nieorganicznym składnikiem żywych istot. Powszechnie wiadomo, że życie rozwija się w środowisku wodnym. Chociaż istnieją organizmy, które nie żyją w zbiorniku wodnym, środowisko wewnętrzne tych osobników jest głównie wodne. Istoty żywe składają się w 60% z 90% wody.

Skład wody w tym samym organizmie może się różnić w zależności od rodzaju badanej komórki. Na przykład komórka kości ma średnio 20% wody, podczas gdy komórka mózgowa może z łatwością osiągnąć 85%.

Woda jest tak ważna, ponieważ zdecydowana większość reakcji biochemicznych, które składają się na metabolizm ludzi, zachodzi w środowisku wodnym.

Na przykład fotosynteza rozpoczyna się od rozpadu składników wody pod wpływem energii świetlnej. Oddychanie komórkowe prowadzi do produkcji wody poprzez rozszczepianie cząsteczek glukozy w celu ekstrakcji energii.

Inne mniej znane szlaki metaboliczne również obejmują produkcję wody. Synteza aminokwasów jest wytwarzana przez wodę.

Właściwości wody

Woda ma szereg cech, które sprawiają, że jest niezastąpionym elementem na planecie Ziemia, umożliwiając wspaniałe wydarzenie życia. Wśród tych właściwości mamy:

Woda jako rozpuszczalnik: strukturalnie woda składa się z dwóch atomów wodoru przyłączonych do atomu tlenu, dzielących swoje elektrony poprzez polarne wiązanie kowalencyjne. Zatem ta cząsteczka ma naładowane końce, jeden dodatni i jeden ujemny.

Dzięki tej konformacji substancja nazywana jest polarną. W ten sposób woda może rozpuszczać substancje o tej samej tendencji do polarności, ponieważ części dodatnie przyciągają do rozpuszczenia części ujemne cząsteczki i odwrotnie. Cząsteczki, które rozpuszcza woda, nazywane są hydrofilowymi.

Pamiętajcie, że w chemii obowiązuje zasada, że ​​„to samo rozpuszcza to samo”. Oznacza to, że substancje polarne rozpuszczają się wyłącznie w innych substancjach, które również są polarne.

Na przykład związki jonowe, takie jak węglowodany i chlorki, aminokwasy, gazy i inne związki z grupami hydroksylowymi, mogą łatwo rozpuszczać się w wodzie.

Stała dielektryczna: wysoka stała dielektryczna cieczy witalnej jest również czynnikiem, który przyczynia się do rozpuszczania w niej soli nieorganicznych. Stała dielektryczna jest współczynnikiem, dzięki któremu oddzielane są dwa ładunki o przeciwnym znaku względem próżni.

Ciepło właściwe wody: tłumienie gwałtownych zmian temperatury jest podstawową cechą rozwoju życia. Dzięki wysokiemu ciepłu właściwemu wody, zmiany temperatury stabilizują się, tworząc środowisko odpowiednie do życia.

Wysokie ciepło właściwe oznacza, że ​​ogniwo może odbierać znaczne ilości ciepła, a temperatura ogniwa nie wzrasta znacząco.

Kohezja: Kohezja to kolejna właściwość, która zapobiega nagłym zmianom temperatury. Dzięki przeciwstawnym ładunkom cząsteczek wody przyciągają się one, tworząc tzw. Kohezję.

Kohezja sprawia, że ​​temperatura żywej materii nie rośnie zbytnio. Energia cieplna przerywa wiązania wodorowe między cząsteczkami, zamiast przyspieszać poszczególne cząsteczki.

Kontrola pH: oprócz regulacji i utrzymywania stałej temperatury, woda może robić to samo z pH. Istnieją pewne reakcje metaboliczne, które wymagają określonego pH, aby zaszły. W ten sam sposób enzymy również wymagają określonego pH, aby działać z maksymalną wydajnością.

Regulacja pH następuje dzięki zastosowaniu grup hydroksylowych (-OH) razem z jonami wodoru (H ⁺ ). Pierwsza związana jest z tworzeniem się środowiska zasadowego, druga zaś przyczynia się do tworzenia środowiska kwaśnego.

Temperatura wrzenia : temperatura wrzenia wody wynosi 100 ° C. Ta właściwość pozwala wodzie istnieć w stanie ciekłym w szerokim zakresie temperatur, od 0 ° C do 100 ° C.

Wysoką temperaturę wrzenia wyjaśnia zdolność do tworzenia czterech wiązań wodorowych na każdą cząsteczkę wody. Ta cecha wyjaśnia również wysokie temperatury topnienia i ciepło parowania, jeśli porównamy je z innymi wodorkami, takimi jak NH ₃ , HF czy H ₂ S.

Pozwala to na istnienie niektórych organizmów ekstremofilnych. Na przykład istnieją organizmy, które rozwijają się w pobliżu 0 ° C i nazywane są psychrofilami. W ten sam sposób termofilne rozwijają się w temperaturze około 70 lub 80 ° C.

Zmienność gęstości: gęstość wody zmienia się w bardzo szczególny sposób wraz ze zmianami temperatury otoczenia. Lód przedstawia otwartą sieć krystaliczną, w przeciwieństwie do wody w stanie ciekłym ma bardziej losową, ciaśniejszą i gęstszą organizację molekularną.

Ta właściwość pozwala lodowi unosić się na wodzie, działać jako izolator i zapewnia stabilność dużych mas oceanicznych.

Gdyby tak nie było, lód utonąłby w głębinach mórz, a życie, jakie znamy, byłoby wydarzeniem niezwykle nieprawdopodobnym, jak mogłoby powstać życie w dużych masach lodu?

Ekologiczna rola wody

Kończąc temat wody, należy wspomnieć, że niezbędna ciecz nie tylko odgrywa istotną rolę w organizmach żywych, ale także kształtuje środowisko, w którym żyją.

Ocean jest największym zbiornikiem wody na ziemi, na który wpływają temperatury, sprzyjając procesom parowania. Ogromne ilości wody znajdują się w stałym cyklu parowania i wytrącania wody, tworząc tak zwany cykl wodny.

-Gaz

Jeśli porównamy rozległe funkcje wody w układach biologicznych, rola pozostałych cząsteczek nieorganicznych jest ograniczona tylko do bardzo specyficznych ról.

Ogólnie gazy przechodzą przez komórki w roztworach wodnych. Czasami są wykorzystywane jako substraty do reakcji chemicznych, w innych przypadkach są produktem ubocznym szlaku metabolicznego. Najbardziej istotne są tlen, dwutlenek węgla i azot.

Tlen jest ostatnim akceptorem elektronów w łańcuchach transportowych organizmów wydychanych tlenowo. Ponadto dwutlenek węgla jest produktem ubocznym zwierząt i substratem dla roślin (w procesach fotosyntezy).

-Jony

Podobnie jak gazy, rola jonów w organizmach żywych wydaje się ograniczona do bardzo szczególnych zdarzeń, ale są one niezbędne do prawidłowego funkcjonowania człowieka. W zależności od ładunku dzieli się je na aniony, jony z ładunkami ujemnymi i kationy, jony z ładunkami dodatnimi.

Niektóre z nich są wymagane tylko w bardzo małych ilościach, na przykład metalowe składniki enzymów. Inne są potrzebne w większych ilościach, takie jak między innymi chlorek sodu, potas, magnez, żelazo, jod.

Ciało ludzkie nieustannie traci te minerały z moczem, kałem i potem. Te składniki muszą zostać ponownie wprowadzone do systemu poprzez żywność, głównie owoce, warzywa i mięso.

Funkcje jonowe

Kofaktory: jony mogą działać jako kofaktory reakcji chemicznych. Jon chloru uczestniczy w hydrolizie skrobi przez amylazy. Potas i magnez to jony niezbędne do funkcjonowania enzymów, które są bardzo ważne w metabolizmie.

Utrzymanie osmolarności: kolejną funkcją o dużym znaczeniu jest utrzymanie optymalnych warunków osmotycznych dla rozwoju procesów biologicznych.

Ilość rozpuszczonych metabolitów musi być regulowana w wyjątkowy sposób, ponieważ w przypadku awarii tego systemu komórka może eksplodować lub utracić znaczne ilości wody.

Na przykład u ludzi sód i chlor są ważnymi pierwiastkami, które przyczyniają się do utrzymania równowagi osmotycznej. Te same jony również promują równowagę kwasowo-zasadową.

Potencjał błonowy: u zwierząt jony aktywnie uczestniczą w tworzeniu potencjału błonowego w błonie pobudliwych komórek.

Właściwości elektryczne błon wpływają na kluczowe zdarzenia, takie jak zdolność neuronów do przekazywania informacji.

W takich przypadkach membrana działa analogicznie do kondensatora elektrycznego, w którym ładunki są gromadzone i magazynowane dzięki oddziaływaniom elektrostatycznym między kationami i anionami po obu stronach membrany.

Asymetryczny rozkład jonów w roztworze po każdej stronie membrany przekłada się na potencjał elektryczny - w zależności od przepuszczalności membrany dla obecnych jonów. Wielkość potencjału można obliczyć, postępując zgodnie z równaniem Nernsta lub Goldmana.

Strukturalne: niektóre jony pełnią funkcje strukturalne. Na przykład hydroksyapatyt warunkuje krystaliczną mikrostrukturę kości. Tymczasem wapń i fosfor są pierwiastkami niezbędnymi do tworzenia kości i zębów.

Inne funkcje: wreszcie jony biorą udział w takich niejednorodnych funkcjach, jak krzepnięcie krwi (przez jony wapnia), widzenie i skurcze mięśni.

Różnice między organicznymi i nieorganicznymi biomolekułami

Około 99% składu organizmów żywych zawiera tylko cztery atomy: wodór, tlen, węgiel i azot. Atomy te działają jako kawałki lub bloki, które można ułożyć w szerokim zakresie trójwymiarowych konfiguracji, tworząc cząsteczki, które pozwalają na życie.

Podczas gdy związki nieorganiczne są zwykle małe, proste i niezbyt różnorodne, związki organiczne są zwykle bardziej godne uwagi i zróżnicowane.

Oprócz tego zwiększa się złożoność organicznych biomolekuł, ponieważ oprócz szkieletu węglowego mają one grupy funkcyjne, które określają właściwości chemiczne.

Jednak oba są równie niezbędne dla optymalnego rozwoju istot żywych.

Stosowanie terminów organiczny i nieorganiczny w życiu codziennym

Teraz, gdy opisujemy różnicę między obydwoma typami biocząsteczek, konieczne jest wyjaśnienie, że w życiu codziennym używamy tych terminów w sposób niejasny i nieprecyzyjny.

Kiedy określamy owoce i warzywa jako „ekologiczne” - co jest obecnie bardzo popularne - nie oznacza to, że pozostałe produkty są „nieorganiczne”. Ponieważ struktura tych jadalnych pierwiastków to szkielet węglowy, definicja składników organicznych jest uważana za zbędną.

W rzeczywistości termin organiczny wywodzi się ze zdolności organizmów do syntetyzowania tych związków.

Bibliografia

1. Audesirk, T., Audesirk, G. i Byers, BE (2003). Biologia: Życie na Ziemi. Edukacja Pearson.
2. Aracil, CB, Rodríguez, MP, Magraner, JP i Pérez, RS (2011). Podstawy biochemii. Uniwersytet w Walencji.
3. Battaner Arias, E. (2014). Kompendium enzymologii. Wydania Uniwersytetu Salamanca.
4. Berg, JM, Stryer, L. i Tymoczko, JL (2007). Biochemia. Odwróciłem się.
5. Devlin, TM (2004). Biochemia: podręcznik o zastosowaniach klinicznych. Odwróciłem się.
6. Díaz, AP i Pena, A. (1988). Biochemia. Redakcja Limusa.
7. Macarulla, JM i Goñi, FM (1994). Biochemia człowieka: kurs podstawowy. Odwróciłem się.
8. Macarulla, JM i Goñi, FM (1993). Biomolekuły: lekcje z biochemii strukturalnej. Odwróciłem się.
9. Müller - Esterl, W. (2008). Biochemia. Podstawy medycyny i nauk przyrodniczych. Odwróciłem się.
10. Teijón, JM (2006). Podstawy biochemii strukturalnej. Od redakcji Tébar.
11. Monge-Nájera, J. (2002). Biologia ogólna. EUNED.