UORGANISKE BIOMOLEKYLER: EGENSKABER, FUNKTIONER, TYPER - BIOLOGI - 2025

De uorganiske biomolekyler er en stor gruppe af molekylære konfigurationer til stede i levende væsener. Per definition er uorganiske molekylers grundstruktur ikke sammensat af et carbonskelet eller bundne carbonatomer.

Dette betyder dog ikke, at uorganiske forbindelser skal være fuldstændig blottet for kulstof for at blive inkluderet i denne store kategori, men snarere at kulstof ikke må være det vigtigste og mest rigelige atom i molekylet. De uorganiske forbindelser, der er en del af levende væsener, er hovedsageligt vand og en række faste mineraler eller opløsningsmineraler.

Kilde: I, Splette

Vand - det mest udbredte uorganiske biomolekyle i organismer - har en række egenskaber, der gør det til et vigtigt element i livet, såsom et højt kogepunkt, høj dielektrisk konstant, evnen til at buffe ændringer i temperatur og pH blandt. andre.

Ioner og gasser er på den anden side begrænset til meget specifikke funktioner inden for organiske væsener, såsom nervøs impuls, blodkoagulation, osmotisk regulering, blandt andre. Derudover er de vigtige kofaktorer for visse enzymer.

egenskaber

Det karakteristiske træk ved uorganiske molekyler, der findes i levende stof, er fraværet af carbon-hydrogenbindinger.

Disse biomolekyler er relativt små og inkluderer vand, gasser og et antal anioner og kationer, der aktivt deltager i stofskiftet.

Klassificering og funktioner

Det mest relevante uorganiske molekyle i levende stof er uden tvivl vand. Derudover er andre uorganiske komponenter til stede og klassificeres i gasser, anioner og kationer.

Inden for gasserne har vi ilt, kuldioxid og nitrogen. I anionerne er blandt andet chlorider, phosphater, carbonater. Og i kationerne er natrium, kalium, ammonium, calcium, magnesium og andre positive ioner.

Nedenfor beskriver vi hver af disse grupper med deres mest fremragende egenskaber og deres funktion i levende væsener.

-Vand

Vand er den mest rigelige uorganiske komponent i levende væsener. Det er almindeligt kendt, at livet udvikler sig i et vandigt miljø. Selvom der er organismer, der ikke lever i en vandmasse, er disse individs indre miljø for det meste hydrisk. Levende ting er sammensat af mellem 60% og 90% vand.

Vandets sammensætning i den samme organisme kan variere, afhængigt af den undersøgte celletype. For eksempel har en celle i en knogle i gennemsnit 20% vand, mens en hjernecelle let kan nå 85%.

Vand er så vigtigt, fordi langt de fleste af de biokemiske reaktioner, der udgør individernes stofskifte, finder sted i et vandigt miljø.

F.eks. Begynder fotosyntesen med nedbrydningen af ​​vandkomponenterne ved hjælp af lysenergi. Cellulær respiration resulterer i produktion af vand ved spaltning af glukosemolekyler til energiekstraktion.

Andre mindre kendte metaboliske veje involverer også produktion af vand. Syntese af aminosyrer produceres af vand.

Egenskaber ved vand

Vand har en række egenskaber, der gør det til et uerstatteligt element på planeten jorden, hvilket tillader den vidunderlige begivenhed i livet. Blandt disse egenskaber har vi:

Vand som et opløsningsmiddel: Strukturelt består vand af to hydrogenatomer bundet til et iltatom og deler deres elektroner gennem en polær kovalent binding. Dette molekyle har således ladet ender, en positiv og en negativ.

Takket være denne konformation kaldes stoffet polært. På denne måde kan vand opløse stoffer med den samme polære tendens, da de positive dele tiltrækker de negative dele af molekylet til at opløses og vice versa. Molekylerne, som vand opløses, kaldes hydrofil.

Husk, at vi inden for kemi har reglen om, at "det samme opløses det samme." Dette betyder, at polære stoffer udelukkende opløses i andre stoffer, der også er polære.

F.eks. Kan ioniske forbindelser, såsom kulhydrater og chlorider, aminosyrer, gasser og andre forbindelser med hydroxylgrupper, let opløses i vand.

Dielektrisk konstant : den høje dielektriske konstant for den vitale væske er også en faktor, der bidrager til at opløse uorganiske salte deri. Den dielektriske konstant er den faktor, hvormed to ladninger med modsat fortegn adskilles med hensyn til vakuum.

Specifik vandvarme: dæmpning af voldelige temperaturændringer er en væsentlig egenskab for livets udvikling. Takket være den høje specifikke vandvarme stabiliserer temperaturændringer sig, hvilket skaber et miljø, der er egnet til liv.

En høj specifik varme betyder, at en celle kan modtage betydelige mængder varme, og celletemperaturen ikke stiger markant.

Kohesion: Samhørighed er en anden egenskab, der forhindrer pludselige temperaturændringer. Takket være de modsatte ladninger af vandmolekylerne, tiltrækker de hinanden og skaber det, der kaldes samhørighed.

Samhørighed tillader temperaturen i levende stof ikke at stige for meget. Varmeenergi bryder hydrogenbindingerne mellem molekyler i stedet for at accelerere de enkelte molekyler.

PH-kontrol: ud over at regulere og holde temperaturen konstant, er vand i stand til at gøre det samme med pH. Der er visse metaboliske reaktioner, der kræver en specifik pH for at kunne finde sted. På samme måde kræver enzymer også specifik pH for at arbejde med maksimal effektivitet.

Regulering af pH forekommer takket være hydroxylgrupperne (-OH), der bruges sammen med hydrogenionerne (H ⁺). Førstnævnte er relateret til dannelsen af ​​et alkalisk medium, medens sidstnævnte bidrager til dannelsen af ​​et surt medium.

Kogepunkt: vandets kogepunkt er 100 ° C. Denne egenskab gør det muligt for vand at eksistere i en flydende tilstand i et bredt temperaturområde, fra 0 ° C til 100 ° C.

Det høje kogepunkt forklares ved evnen til at danne fire hydrogenbindinger for hvert vandmolekyle. Denne egenskab forklarer også de høje smeltepunkter og fordampningsvarme, hvis vi sammenligner dem med andre hydrider, såsom NH ₃, HF eller H ₂ S.

Dette muliggør eksistensen af ​​nogle ekstremofile organismer. For eksempel er der organismer, der udvikler sig i nærheden af ​​0 ° C og kaldes psykrofile. På samme måde udvikles termofile omkring 70 eller 80 ° C.

Densitetsvariation: vandtætheden varierer på en meget bestemt måde, når omgivelsestemperaturen ændres. Is præsenterer en åben krystallinsk gitter, i modsætning til vand i flydende tilstand præsenterer den en mere tilfældig, strammere og tættere molekylær organisation.

Denne egenskab gør det muligt for isen at flyde på vandet, fungere som en betegnelse isolator og tillade stabiliteten i store havmasser.

Hvis dette ikke var tilfældet, ville isen blive nedsænket i havdypet, og livet, som vi kender det, ville være en yderst usandsynlig begivenhed, hvordan kunne liv opstå i store ismasser?

Vandets økologiske rolle

For at afslutte med emnet vand, er det nødvendigt at nævne, at den vitale væske ikke kun har en relevant rolle i levende væsener, den former også miljøet, hvor de bor.

Havet er det største vandmagasin på jorden, der påvirkes af temperaturer, der favoriserer fordampningsprocesser. Kæmpe mængder vand er i en konstant cyklus med fordampning og nedbør af vand, hvilket skaber det, der kaldes vandcyklus.

-Gas

Hvis vi sammenligner de omfattende funktioner af vand i biologiske systemer, er resten af ​​de uorganiske molekylers rolle kun begrænset til meget specifikke roller.

Generelt passerer gasser gennem celler i vandige fortyndinger. Undertiden bruges de som underlag til kemiske reaktioner, og i andre tilfælde er de affaldsproduktet fra den metaboliske vej. De mest relevante er ilt, kuldioxid og nitrogen.

Oxygen er den endelige elektronacceptor i transportkæderne til aerobt respirerede organismer. Kuldioxid er også et affaldsprodukt i dyr og et underlag til planter (til fotosyntetiske processer).

-ioner

Ligesom gasser synes ioners rolle i levende organismer at være begrænset til meget bestemte begivenheder, men de er vigtige for, at et individ fungerer korrekt. De klassificeres afhængigt af deres ladning i anioner, ioner med negative ladninger og kationer, ioner med positive ladninger.

Nogle af disse er kun påkrævet i meget små mængder, såsom metalkomponenter i enzymer. Andre er nødvendige i højere mængder, såsom natriumchlorid, kalium, magnesium, jern, jod, blandt andre.

Den menneskelige krop mister konstant disse mineraler gennem urin, fæces og sved. Disse komponenter skal genindføres i systemet gennem mad, hovedsageligt frugt, grøntsager og kød.

Ionfunktioner

Kofaktorer: Ioner kan fungere som kofaktorer for kemiske reaktioner. Chlorion deltager i hydrolyse af stivelse med amylaser. Kalium og magnesium er essentielle ioner for funktion af enzymer, der er meget vigtige i stofskiftet.

Opretholdelse af osmolaritet: En anden funktion af stor betydning er opretholdelse af optimale osmotiske forhold til udvikling af biologiske processer.

Mængden af ​​opløste metabolitter skal reguleres på en ekstraordinær måde, da hvis dette system mislykkes, kan cellen eksplodere eller kunne miste betydelige mængder vand.

Hos mennesker er for eksempel natrium og klor vigtige elementer, der bidrager til at opretholde den osmotiske balance. Disse samme ioner fremmer også syre-base-balance.

Membranpotentiale: i dyr deltager ioner aktivt i frembringelsen af ​​membranpotentialet i membranen til exciterbare celler.

De elektriske egenskaber ved membraner påvirker afgørende begivenheder, såsom neurons evne til at overføre information.

I disse tilfælde fungerer membranen analogt med en elektrisk kondensator, hvor ladninger akkumuleres og opbevares takket være de elektrostatiske interaktioner mellem kationer og anioner på begge sider af membranen.

Den asymmetriske fordeling af ioner i opløsning på hver side af membranen oversættes til et elektrisk potentiale - afhængigt af permeabiliteten af ​​membranen for de tilstedeværende ioner. Størrelsen af ​​potentialet kan beregnes ved at følge Nernst- eller Goldman-ligningen.

Strukturel: nogle ioner udfører strukturelle funktioner. F.eks. Konditionerer hydroxyapatit den krystallinske mikrostruktur af knogler. Calcium og fosfor er i mellemtiden et nødvendigt element til dannelse af knogler og tænder.

Andre funktioner: Endelig deltager ioner i sådanne heterogene funktioner som blodkoagulation (ved calciumioner), syn og muskelsammentrækning.

Forskelle mellem organiske og uorganiske biomolekyler

Cirka 99% af sammensætningen af ​​levende ting inkluderer kun fire atomer: brint, ilt, kulstof og nitrogen. Disse atomer fungerer som stykker eller blokke, som kan arrangeres i en lang række tredimensionelle konfigurationer, og danner de molekyler, der tillader liv.

Mens uorganiske forbindelser har en tendens til at være små, enkle og ikke meget forskellige, har organiske forbindelser en tendens til at være mere bemærkelsesværdige og varierede.

Derudover øges kompleksiteten af ​​organiske biomolekyler, eftersom de ud over kulstofskelettet har funktionelle grupper, der bestemmer de kemiske egenskaber.

Begge er imidlertid lige så nødvendige for en optimal udvikling af levende væsener.

Brug af udtrykkene organisk og uorganisk i hverdagen

Nu hvor vi beskriver forskellen mellem begge typer biomolekyler, er det nødvendigt at præcisere, at vi bruger disse udtryk på en vag og upræcis måde i hverdagen.

Når vi betegner frugt og grønsager som "organisk" - hvilket er meget populært i dag - betyder det ikke, at resten af ​​produkterne er "uorganiske." Da strukturen af ​​disse spiselige elementer er et kulstofskelettet, betragtes definitionen af ​​organisk som overflødig.

Faktisk stammer udtrykket organisk fra organismenes evne til at syntetisere disse forbindelser.

Referencer

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologi: Life on Earth. Pearson uddannelse.
2. Aracil, CB, Rodríguez, MP, Magraner, JP, & Pérez, RS (2011). Grundlæggende om biokemi. Universitetet i Valencia.
3. Battaner Arias, E. (2014). Kompendium af enzymologi. Salamanca University Editions.
4. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biokemi. Jeg vendte om.
5. Devlin, TM (2004). Biokemi: lærebog med kliniske anvendelser. Jeg vendte om.
6. Díaz, AP, & Pena, A. (1988). Biokemi. Redaktionel Limusa.
7. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1994). Human biokemi: grundkursus. Jeg vendte om.
8. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1993). Biomolekyler: lektioner i strukturel biokemi. Jeg vendte om.
9. Müller - Esterl, W. (2008). Biokemi. Grundlæggende oplysninger om medicin og biovidenskab. Jeg vendte om.
10. Teijón, JM (2006). Grundlæggende elementer i strukturel biokemi. Redaktionel Tébar.
11. Monge-Nájera, J. (2002). Generel biologi. EUNED.