НЕОРГАНИЧНИ БИОМОЛЕКУЛИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦИИ, ВИДОВЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

На неорганични биомолекули са голяма група от молекулни конфигурации, присъстващи в живи същества. По дефиниция основната структура на неорганичните молекули не е съставена от въглероден скелет или свързани въглеродни атоми.

Това обаче не означава, че неорганичните съединения трябва да бъдат напълно лишени от въглерод, за да бъдат включени в тази голяма категория, а по-скоро, че въглеродът не трябва да бъде основният и най-обилен атом в молекулата. Неорганичните съединения, които са част от живите същества, са главно вода и серия от твърди или разтвори минерали.

Източник: I, Splette

Водата - най-разпространената неорганична биомолекула в организмите - има редица характеристики, които я превръщат в основен елемент за живота, като висока точка на кипене, висока диелектрична константа, способност да буферира промените в температурата и pH, сред др.

От друга страна, йоните и газовете са ограничени до много специфични функции в органичните същества, като нервен импулс, коагулация на кръвта, осмотична регулация, наред с други. В допълнение, те са важни кофактори на някои ензими.

характеристики

Отличителната черта на неорганичните молекули, намиращи се в живата материя, е липсата на въглерод-водородни връзки.

Тези биомолекули са сравнително малко и включват вода, газове и редица аниони и катиони, които активно участват в метаболизма.

Класификация и функции

Най-подходящата неорганична молекула в живата материя е, без съмнение, водата. В допълнение към това присъстват и други неорганични компоненти и се класифицират в газове, аниони и катиони.

В рамките на газовете имаме кислород, въглероден диоксид и азот. В анионите са хлориди, фосфати, карбонати. А в катионите са натрий, калий, амоний, калций, магнезий и други положителни йони.

По-долу ще опишем всяка от тези групи, с техните най-забележителни характеристики и тяхната функция в рамките на живите същества.

ВОДА

Водата е най-изобилният неорганичен компонент при живите същества. Широко известно е, че животът се развива във водниста среда. Въпреки че има организми, които не живеят във водно тяло, вътрешната среда на тези индивиди е предимно хидратна. Живите същества са съставени от между 60% и 90% вода.

Съставът на водата в един и същ организъм може да варира в зависимост от вида на изследваната клетка. Например, една клетка в костта има средно 20% вода, докато мозъчната клетка може лесно да достигне 85%.

Водата е толкова важна, тъй като огромната част от биохимичните реакции, които изграждат метаболизма на хората, се провеждат във водна среда.

Например, фотосинтезата започва с разграждането на компонентите на водата под действието на светлинната енергия. Клетъчното дишане води до производството на вода чрез разцепване на глюкозни молекули за извличане на енергия.

Други по-малко известни метаболитни пътища също включват производството на вода. Синтезът на аминокиселини се произвежда от вода.

Свойства на водата

Водата има редица характеристики, които я правят незаменим елемент на планетата земя, позволявайки прекрасното събитие от живота. Сред тези свойства имаме:

Вода като разтворител: структурно водата се състои от два водородни атома, свързани с един кислороден атом, споделящи техните електрони чрез полярна ковалентна връзка. По този начин тази молекула има заредени краища, един положителен и един отрицателен.

Благодарение на тази конформация веществото се нарича полярно. По този начин водата може да разтваря вещества със същата полярна тенденция, тъй като положителните части привличат отрицателните части на молекулата да се разтварят и обратно. Молекулите, които водата разтваря, се наричат ​​хидрофилни.

Не забравяйте, че в химията имаме правилото, че „същото разтваря същото“. Това означава, че полярните вещества се разтварят изключително в други вещества, които също са полярни.

Например йонните съединения като въглехидрати и хлориди, аминокиселини, газове и други съединения с хидроксилни групи могат лесно да се разтварят във вода.

Диелектрична константа : високата диелектрична константа на жизненоважната течност също е фактор, който допринася за разтварянето на неорганични соли в нея. Диелектричната константа е коефициентът, чрез който се разделят два заряда на противоположния знак по отношение на вакуума.

Специфична топлина на водата: затихването на силните температурни промени е съществена характеристика за развитието на живота. Благодарение на високата специфична топлина на водата, температурните промени се стабилизират, създавайки подходяща за живот среда.

Високата специфична топлина означава, че клетката може да получава значителни количества топлина и температурата на клетката не се повишава значително.

Кохезия: Кохезията е друго свойство, което предотвратява внезапните промени в температурата. Благодарение на противоположните заряди на водните молекули те се привличат взаимно, създавайки това, което се нарича сплотеност.

Кохезията позволява температурата на живата материя да не се повишава твърде много. Топлинната енергия разрушава водородните връзки между молекулите, вместо да ускорява отделните молекули.

PH контрол: в допълнение към регулирането и поддържането на температурата постоянна, водата е в състояние да направи същото с pH. Има определени метаболитни реакции, които изискват специфично pH, за да се осъществят. По същия начин ензимите също изискват специфично pH, за да работят с максимална ефективност.

Регулирането на рН става благодарение на хидроксилните групи (-ОН), които се използват заедно с водородните йони (Н ⁺). Първият е свързан с образуването на алкална среда, докато вторият допринася за образуването на кисела среда.

Точка на кипене: точката на кипене на водата е 100 ° C. Това свойство позволява на водата да съществува в течно състояние при широк температурен диапазон, от 0 ° C до 100 ° C.

Високата точка на кипене се обяснява със способността да се образуват четири водородни връзки за всяка молекула вода. Тази характеристика също обяснява високи точки на топене и топлина на изпарение, ако ги сравни с други хидриди, като NH ₃, HF или Н ₂ S.

Това позволява съществуването на някои екстремофилни организми. Например има организми, които се развиват близо до 0 ° C и се наричат ​​психрофили. По същия начин се развиват и термофилни около 70 или 80 ° С.

Вариант на плътността : плътността на водата варира по много особен начин, тъй като температурата на околната среда се променя. Ледът представлява отворена кристална решетка, за разлика от водата в течно състояние той представя по-случайна, по-стегната и по-плътна молекулярна организация.

Това свойство позволява на леда да плава по водата, да действа като термоизолатор и да позволи стабилността на големи океански маси.

Ако това не беше така, ледът щеше да потъне в дълбините на моретата, а животът, както го познаваме, би бил изключително малко вероятно събитие, как би могъл да възникне живот при големи маси от лед?

Екологична роля на водата

За да завършим с въпроса за водата, е необходимо да споменем, че жизненоважната течност не само има важна роля вътре в живите същества, но и оформя средата, в която живеят.

Океанът е най-големият резервоар на вода на земята, който е повлиян от температурите, благоприятстващи процесите на изпаряване. Огромните количества вода са в постоянен цикъл на изпаряване и утаяване на водата, създавайки това, което е известно като воден цикъл.

-Газ

Ако сравним обширните функции на водата в биологичните системи, ролята на останалите неорганични молекули е ограничена само до много специфични роли.

Като цяло газовете преминават през клетките във водни разтвори. Понякога те се използват като субстрати за химични реакции, а в други случаи са отпадъчен продукт на метаболитния път. Най-уместните са кислород, въглероден диоксид и азот.

Кислородът е крайният приемник на електрон в транспортните вериги на аеробно дишащите организми. Също така, въглеродният диоксид е отпадъчен продукт при животни и субстрат за растенията (за фотосинтетични процеси).

-йони

Подобно на газовете, ролята на йони в живите организми изглежда ограничена до много конкретни събития, но от съществено значение за правилното функциониране на индивида. Те се класифицират в зависимост от техния заряд в аниони, йони с отрицателни заряди и катиони, йони с положителни заряди.

Някои от тях се изискват само в много малки количества, като металните компоненти на ензимите. Други са необходими в по-големи количества, като натриев хлорид, калий, магнезий, желязо, йод, наред с други.

Човешкото тяло непрекъснато губи тези минерали, чрез урина, изпражнения и пот. Тези компоненти трябва да бъдат въведени отново в системата чрез храна, главно плодове, зеленчуци и меса.

Йонни функции

Кофактори: Йони могат да действат като кофактори на химични реакции. Хлорният йон участва в хидролизата на нишесте чрез амилази. Калият и магнезият са важни йони за функционирането на ензимите, които са много важни за метаболизма.

Поддържане на осмоларността: друга функция от голямо значение е поддържането на оптимални осмотични условия за развитието на биологичните процеси.

Количеството на разтворените метаболити трябва да се регулира по изключителен начин, тъй като ако тази система не успее, клетката може да избухне или да загуби значителни количества вода.

При хора, например, натрият и хлорът са важни елементи, които допринасят за поддържането на осмотичния баланс. Същите тези йони също насърчават киселинно-алкалния баланс.

Мембранен потенциал: при животни йони активно участват в генерирането на мембранен потенциал в мембраната на възбудимите клетки.

Електрическите свойства на мембраните влияят на решаващи събития, като например способността на невроните да предават информация.

В тези случаи мембраната действа аналогично на електрически кондензатор, където зарядите се натрупват и съхраняват благодарение на електростатичните взаимодействия между катиони и аниони от двете страни на мембраната.

Асиметричното разпределение на йони в разтвор от всяка страна на мембраната се превръща в електрически потенциал - в зависимост от пропускливостта на мембраната към присъстващите йони. Величината на потенциала може да се изчисли, като следвате уравнението на Нернст или Голдман.

Структурна: някои йони изпълняват структурни функции. Например, хидроксиапатитът обуславя кристалната микроструктура на костите. Междувременно калцият и фосфорът са необходим елемент за формирането на костите и зъбите.

Други функции: накрая, йоните участват в такива разнородни функции като съсирването на кръвта (чрез калциеви йони), зрението и свиването на мускулите.

Разлики между органичните и неорганичните биомолекули

Приблизително 99% от състава на живите същества включват само четири атома: водород, кислород, въглерод и азот. Тези атоми функционират като парчета или блокове, които могат да бъдат подредени в широк диапазон от триизмерни конфигурации, образувайки молекулите, които позволяват живот.

Докато неорганичните съединения са склонни да бъдат малки, прости и не много разнообразни, органичните съединения са по-забележими и разнообразни.

В допълнение към това сложността на органичните биомолекули се увеличава, тъй като в допълнение към въглеродния скелет имат функционални групи, които определят химичните характеристики.

И двете обаче са еднакво необходими за оптималното развитие на живите същества.

Използване на термините органични и неорганични в ежедневието

Сега, когато описваме разликата между двата вида биомолекули, е необходимо да поясним, че използваме тези термини по неясен и неточен начин в ежедневието.

Когато ние определяме плодовете и зеленчуците като „органични“ - което е много популярно днес - това не означава, че останалите продукти са „неорганични“. Тъй като структурата на тези ядливи елементи е въглероден скелет, определението за органично се счита за излишно.

Всъщност терминът органичен възниква от способността на организмите да синтезират тези съединения.

Препратки

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Биология: Животът на Земята. Pearson образование.
2. Aracil, CB, Rodríguez, MP, Magraner, JP, и Pérez, RS (2011). Основи на биохимията. Университета на Валенсия.
3. Battaner Arias, E. (2014). Компендиум по ензимология. Университетски издания в Саламанка.
4. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Биохимия. Обърнах се.
5. Devlin, TM (2004). Биохимия: учебник с клинични приложения. Обърнах се.
6. Díaz, AP, & Pena, A. (1988). Биохимия. Редакторска лимуза.
7. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1994). Човешка биохимия: основен курс. Обърнах се.
8. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1993). Биомолекули: уроци по структурна биохимия. Обърнах се.
9. Мюлер - Esterl, W. (2008). Биохимия. Основи за медицината и науките за живота. Обърнах се.
10. Teijón, JM (2006). Основи на структурната биохимия. Редакция Тебар.
11. Monge-Nájera, J. (2002). Обща биология. EUNED.