NEORGANISKĀS BIOMOLEKULAS: RAKSTURLIELUMI, FUNKCIJAS, VEIDI - BIOLOĢIJA - 2025

The neorganiskā biomolekulas ir liela grupa molekulu sastāvu, kas atrodas dzīvo būtņu. Pēc definīcijas neorganisko molekulu pamatstruktūra nav veidota no oglekļa skeleta vai saistītiem oglekļa atomiem.

Tomēr tas nenozīmē, ka neorganiskajiem savienojumiem jābūt pilnīgi bez oglekļa, lai tos iekļautu šajā lielajā kategorijā, bet drīzāk tas, ka ogleklis nedrīkst būt galvenais un visbagātākais atoms molekulā. Neorganiskie savienojumi, kas ir daļa no dzīvām būtnēm, galvenokārt ir ūdens un virkne cietu vai šķīdumu minerālu.

Avots: Es, Splette

Ūdenim - visbagātākajai neorganiskajai biomolekulēm organismos - ir virkne īpašību, kas padara to par būtisku dzīves elementu, piemēram, augsts viršanas punkts, augsta dielektriskā konstante, spēja buferēt temperatūras un pH izmaiņas, starp citi.

Joni un gāzes, no otras puses, ir ierobežoti ar ļoti specifiskām funkcijām organiskajās būtnēs, tādām kā nervu impulss, asins sarecēšana, osmotiskā regulēšana, cita starpā. Turklāt tie ir svarīgi noteiktu enzīmu kofaktori.

raksturojums

Dzīvajā vielā atrodamo neorganisko molekulu atšķirīgā iezīme ir oglekļa-ūdeņraža saišu neesamība.

Šīs biomolekulas ir salīdzinoši mazas, un tajās ietilpst ūdens, gāzes un virkne anjonu un katjonu, kas aktīvi piedalās metabolismā.

Klasifikācija un funkcijas

Visbūtiskākā neorganiskā molekula dzīvajā vielā, bez šaubām, ir ūdens. Papildus tam ir arī citi neorganiski komponenti, un tos klasificē gāzēs, anjonos un katjonos.

Gāzēs mums ir skābeklis, oglekļa dioksīds un slāpeklis. Anjonos cita starpā ir hlorīdi, fosfāti, karbonāti. Katjonos ir nātrija, kālija, amonija, kalcija, magnija un citi pozitīvie joni.

Zemāk mēs aprakstīsim katru no šīm grupām ar to izcilākajām īpašībām un funkciju dzīvajās būtnēs.

-Ūdens

Ūdens ir visbagātākais neorganiskais komponents dzīvās būtnēs. Ir plaši zināms, ka dzīve attīstās ūdeņainā vidē. Lai gan ir organismi, kas nedzīvo ūdenstilpē, šo indivīdu iekšējā vide lielākoties ir hidrēta. Dzīvas lietas sastāv no 60% līdz 90% ūdens.

Ūdens sastāvs tajā pašā organismā var mainīties atkarībā no pētāmās šūnas veida. Piemēram, šūnā kaulaudos vidēji ir 20% ūdens, savukārt smadzeņu šūnā viegli var sasniegt 85%.

Ūdens ir tik svarīgs, jo lielākā daļa bioķīmisko reakciju, kas veido indivīdu metabolismu, notiek ūdens vidē.

Piemēram, fotosintēze sākas ar ūdens sastāvdaļu sadalīšanos gaismas enerģijas ietekmē. Šūnu elpošana rada ūdens ražošanu, šķeļot glikozes molekulas enerģijas ieguvei.

Arī citi mazāk zināmi metabolisma ceļi ir saistīti ar ūdens ražošanu. Aminoskābju sintēzi ražo ūdens.

Ūdens īpašības

Ūdenim ir virkne īpašību, kas padara to par neaizvietojamu elementu uz planētas Zeme, ļaujot brīnišķīgam dzīves notikumam. Starp šiem īpašumiem mums ir:

Ūdens kā šķīdinātājs: strukturāli ūdeni veido divi ūdeņraža atomi, kas piestiprināti pie skābekļa atoma, dalot to elektronus caur polāro kovalento saiti. Tādējādi šai molekulai ir lādēti gali, viens pozitīvs un viens negatīvs.

Pateicoties šai pārveidošanai, vielu sauc par polāro. Šādā veidā ūdens var izšķīdināt vielas ar tādu pašu polāro tendenci, jo pozitīvās daļas piesaista molekulas negatīvās daļas, lai tās izšķīst, un otrādi. Molekulas, kuras ūdens izšķīst, sauc par hidrofilām.

Atcerieties, ka ķīmijā mums ir noteikums, ka "tas pats izšķīst to pašu". Tas nozīmē, ka polārās vielas izšķīst tikai citās vielās, kuras ir arī polāras.

Piemēram, jonu savienojumi, piemēram, ogļhidrāti un hlorīdi, aminoskābes, gāzes un citi savienojumi ar hidroksilgrupām, var viegli izšķīst ūdenī.

Dielektriskā konstante : dzīvībai svarīgā šķidruma augstā dielektriskā konstante ir arī faktors, kas veicina neorganisko sāļu izšķīšanu tajā. Dielektriskā konstante ir faktors, ar kuru tiek atdalīti divi pretējās zīmes lādiņi attiecībā pret vakuumu.

Ūdens īpatnējais siltums: vardarbīgu temperatūras izmaiņu slāpēšana ir būtisks dzīves attīstības raksturojums. Pateicoties lielam ūdens īpatnējam karstumam, temperatūras izmaiņas stabilizējas, radot dzīvei piemērotu vidi.

Augsts īpatnējais siltums nozīmē, ka šūna var saņemt ievērojamu siltuma daudzumu, un šūnas temperatūra ievērojami nepalielinās.

Kohēzija: Kohēzija ir vēl viena īpašība, kas novērš pēkšņas temperatūras izmaiņas. Pateicoties pretējiem ūdens molekulu lādiņiem, tie piesaista viens otru, veidojot to, ko sauc par kohēziju.

Kohēzija ļauj pārāk paaugstināties dzīvo vielu temperatūrai. Siltuma enerģija sašķeļ ūdeņraža saites starp molekulām, tā vietā, lai paātrinātu atsevišķas molekulas.

PH kontrole: papildus temperatūras regulēšanai un uzturēšanai ūdens ir spējīgs to pašu darīt ar pH. Ir noteiktas metabolisma reakcijas, kurām nepieciešams īpašs pH. Tādā pašā veidā fermentiem ir nepieciešams arī īpašs pH, lai tie darbotos ar maksimālu efektivitāti.

PH regulēšana notiek pateicoties hidroksilgrupām (-OH), kuras tiek izmantotas kopā ar ūdeņraža joniem (H ⁺ ). Pirmais ir saistīts ar sārmainas vides veidošanos, savukārt pēdējais veicina skābas barotnes veidošanos.

Viršanas temperatūra : ūdens viršanas temperatūra ir 100 ° C. Šis īpašums ļauj ūdenim pastāvēt šķidrā stāvoklī plašā temperatūru diapazonā - no 0 ° C līdz 100 ° C.

Augsto viršanas temperatūru izskaidro spēja veidot četras ūdeņraža saites katrai ūdens molekulai. Šis raksturlielums izskaidro arī augsto kušanas temperatūru un iztvaikošanas siltumu, ja salīdzinām tos ar citiem hidrīdiem, piemēram, NH ₃ , HF vai H ₂ S.

Tas ļauj eksistēt dažiem Extremophilic organismiem. Piemēram, ir organismi, kas attīstās tuvu 0 ° C un tiek saukti par psirofiliem. Tādā pašā veidā termofīlie attīstās ap 70 vai 80 ° C.

Blīvuma izmaiņas: ūdens blīvums mainās ļoti specifiski, mainoties apkārtējās vides temperatūrai. Ledus veido atvērtu kristālisku režģi, pretstatā šķidrā stāvoklī esošam ūdenim tas rada nejaušāku, stingrāku un blīvāku molekulāro organizāciju.

Šis īpašums ļauj ledus peldēt uz ūdens, darboties kā terminu izolators un ļaut stabilizēt lielas okeāna masas.

Ja tas tā nebūtu, ledus tiktu nogrimis jūras dziļumā, un dzīve, kā mēs to zinām, būtu ārkārtīgi maz ticams notikums, kā dzīve varētu rasties lielās ledus masās?

Ūdens ekoloģiskā loma

Nobeigumā ar ūdens tēmu ir jāpiemin, ka svarīgajam šķidrumam ir ne tikai būtiska loma dzīvajās būtnēs, bet arī tas veido vidi, kurā viņi dzīvo.

Okeāns ir lielākais ūdens rezervuārs uz zemes, kuru ietekmē temperatūra, kas veicina iztvaikošanas procesus. Milzīgs ūdens daudzums ir pastāvīgā ūdens iztvaikošanas un nokrišņu ciklā, veidojot tā saukto ūdens ciklu.

-Gāzes

Ja salīdzinām ūdens ekstensīvās funkcijas bioloģiskajās sistēmās, pārējo neorganisko molekulu loma ir ierobežota tikai ar ļoti specifiskām lomām.

Parasti gāzes iziet caur šūnām ūdens atšķaidījumos. Dažreiz tos izmanto kā ķīmisko reakciju substrātus, un citos gadījumos tie ir metabolisma ceļa atkritumi. Vispiemērotākie ir skābeklis, oglekļa dioksīds un slāpeklis.

Skābeklis ir pēdējais elektronu akceptors organismu, kas elpo no aeroba, transportēšanas ķēdēs. Arī oglekļa dioksīds ir atkritumu produkts dzīvniekiem un substrāts augiem (fotosintēzes procesiem).

-Joni

Līdzīgi kā gāzēm, jonu loma dzīviem organismiem šķiet ierobežota ar ļoti īpašiem notikumiem, bet tā ir būtiska indivīda pareizai darbībai. Atkarībā no lādiņa tos klasificē anjonos, jonos ar negatīvu lādiņu un katjonos, jonos ar pozitīvu lādiņu.

Daži no tiem ir nepieciešami tikai ļoti mazos daudzumos, piemēram, fermentu metāliskie komponenti. Citi ir nepieciešami lielākos daudzumos, piemēram, nātrija hlorīds, kālijs, magnijs, dzelzs, jods.

Cilvēka ķermenis pastāvīgi zaudē šos minerālus caur urīnu, fekālijām un sviedriem. Šīs sastāvdaļas sistēmā atkārtoti jāievada, izmantojot pārtiku, galvenokārt augļus, dārzeņus un gaļu.

Jonu funkcijas

Kofaktori: Joni var darboties kā ķīmisko reakciju kofaktori. Hlora jons piedalās cietes hidrolīzē ar amilāzēm. Kālijs un magnijs ir svarīgi joni fermentu darbībai, kas ir ļoti svarīgi metabolismā.

Osmolaritātes uzturēšana: vēl viena ļoti svarīga funkcija ir optimālu osmotisko apstākļu uzturēšana bioloģisko procesu attīstībai.

Izšķīdušo metabolītu daudzums jāregulē izņēmuma kārtā, jo, ja šī sistēma neizdodas, šūna var eksplodēt vai var zaudēt ievērojamu ūdens daudzumu.

Cilvēkiem, piemēram, nātrijs un hlors ir svarīgi elementi, kas veicina osmotiskā līdzsvara uzturēšanu. Šie paši joni arī veicina skābju-bāzes līdzsvaru.

Membrānas potenciāls: dzīvniekiem joni aktīvi piedalās membrānas potenciāla veidošanā uzbudināmo šūnu membrānā.

Membrānu elektriskās īpašības ietekmē svarīgus notikumus, piemēram, neironu spēju pārraidīt informāciju.

Šajos gadījumos membrāna darbojas analogi elektriskajam kondensatoram, kur lādiņi uzkrājas un uzkrājas, pateicoties elektrostatiskajai mijiedarbībai starp katjoniem un anjoniem abās membrānas pusēs.

Jonu asimetriskais sadalījums šķīdumā katrā membrānas pusē tiek pārveidots par elektrisko potenciālu - atkarībā no membrānas caurlaidības pret esošajiem joniem. Potenciāla lielumu var aprēķināt, sekojot Nernsta vai Goldmana vienādojumam.

Strukturāls: daži joni veic struktūras funkcijas. Piemēram, hidroksiapatīts kondicionē kaulu kristālisko mikrostruktūru. Tikmēr kalcijs un fosfors ir nepieciešams elements kaulu un zobu veidošanai.

Citas funkcijas: visbeidzot, joni piedalās tādās neviendabīgās funkcijās kā asins recēšana (pēc kalcija joniem), redze un muskuļu kontrakcija.

Atšķirības starp organiskajām un neorganiskajām biomolekulēm

Apmēram 99% dzīvo lietu sastāva ir tikai četri atomi: ūdeņradis, skābeklis, ogleklis un slāpeklis. Šie atomi funkcionē kā gabali vai bloki, kurus var izkārtot plašā diapazonā trīsdimensiju konfigurācijās, veidojot molekulas, kas ļauj dzīvot.

Kaut arī neorganiskie savienojumi mēdz būt mazi, vienkārši un ne ļoti dažādi, organiskie savienojumi mēdz būt ievērojamāki un daudzveidīgāki.

Papildus tam palielinās organisko biomolekulu sarežģītība, jo papildus oglekļa skeletam tām ir arī funkcionālās grupas, kas nosaka ķīmiskās īpašības.

Tomēr abi ir vienlīdz nepieciešami dzīvo būtņu optimālai attīstībai.

Jēdzienu organiskais un neorganiskais lietojums ikdienas dzīvē

Tagad, kad mēs aprakstam atšķirību starp abiem biomolekulu veidiem, ir jāprecizē, ka ikdienā šos terminus lietojam neskaidri un neprecīzi.

Kad augļus un dārzeņus mēs apzīmējam kā “organiskus” - kas šodien ir ļoti populāri, tas nenozīmē, ka pārējie produkti ir “neorganiski”. Tā kā šo ēdamo elementu struktūra ir oglekļa skelets, organisko vielu definīcija tiek uzskatīta par lieku.

Faktiski termins organisks rodas no organismu spējas sintezēt šos savienojumus.

Atsauces

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Bioloģija: Dzīve uz Zemes. Pīrsona izglītība.
2. Aracil, CB, Rodríguez, MP, Magraner, JP, & Pérez, RS (2011). Bioķīmijas pamati. Valensijas universitāte.
3. Battaner Arias, E. (2014). Enzimoloģijas apkopojums. Salamankas universitātes izdevumi.
4. Bergs, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Bioķīmija. Es apgriezos.
5. Devlins, TM (2004). Bioķīmija: mācību grāmata ar klīnisko pielietojumu. Es apgriezos.
6. Díaz, AP, un Pena, A. (1988). Bioķīmija. Redakcija Limusa.
7. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1994). Cilvēka bioķīmija: pamatkurss. Es apgriezos.
8. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1993). Biomolekulas: nodarbības strukturālajā bioķīmijā. Es apgriezos.
9. Millere - Esterla, W. (2008). Bioķīmija. Medicīnas un dzīvības zinātņu pamati. Es apgriezos.
10. Teijón, JM (2006). Strukturālās bioķīmijas pamati. Redakcijas tebārs.
11. Monge-Nájera, J. (2002). Vispārīgā bioloģija. EUNED.