Charakteristiky, funkcie, klasifikácia a príklady anorganických biomolekúl



anorganické biomolekuly predstavujú širokú skupinu molekulárnych konfigurácií prítomných v živých bytostiach. Podľa definície nie je základná štruktúra anorganických molekúl zložená z uhlíkového skeletu alebo viazaných atómov uhlíka.

To však neznamená, že anorganické zlúčeniny musia byť úplne bez uhlíka, aby mohli byť zahrnuté do tejto veľkej kategórie, ale že uhlík nesmie byť hlavným a najhojnejším atómom molekuly. Anorganické zlúčeniny, ktoré sú súčasťou živých bytostí, sú hlavne voda a rad pevných alebo roztokových minerálov.

Voda - najhojnejšia anorganická biomolekula v organizmoch - má celý rad vlastností, ktoré z nej robia základný prvok života, ako je vysoká teplota varu, vysoká dielektrická konštanta, schopnosť tlmiť zmeny teploty a pH, medzi ostatné.

Ióny a plyny sú na druhej strane obmedzené na veľmi špecifické funkcie v rámci organických bytostí, ako sú nervové impulzy, zrážanie krvi, osmotická regulácia, medzi inými. Okrem toho sú dôležitými kofaktormi určitých enzýmov.

index

  • 1 Charakteristiky
  • 2 Klasifikácia a funkcie
    • 2.1 - Voda
    • 2.2-Plyny
    • 2,3-Ióny
  • 3 Rozdiely medzi organickými a anorganickými biomolekulami
    • 3.1 Využívanie organických a anorganických pojmov v každodennom živote
  • 4 Odkazy

rysy

Charakteristickým znakom anorganických molekúl nachádzajúcich sa v živej hmote je absencia väzieb uhlík-vodík.

Tieto biomolekuly sú relatívne malé a zahŕňajú vodu, plyny a rad aniónov a katiónov, ktoré sa aktívne zúčastňujú na metabolizme.

Klasifikácia a funkcie

Najdôležitejšou anorganickou molekulou v živej hmote je bezpochyby voda. Okrem toho sú prítomné ďalšie anorganické zložky, ktoré sú klasifikované ako plyny, anióny a katióny.

V plynoch máme kyslík, oxid uhličitý a dusík. V aniónoch sú okrem iného chloridy, fosfáty, uhličitany. V katiónoch sú ióny sodíka, draslíka, amónia, vápnika, horčíka a iné.

Ďalej popíšeme každú z týchto skupín s ich najvýraznejšími vlastnosťami a ich funkciou v živých bytostiach.

-Voda

Voda je najhojnejšou anorganickou zložkou živých bytostí. Je všeobecne známe, že život sa vyvíja vo vodnom médiu. Hoci existujú organizmy, ktoré nežijú vo vodnom útvare, vnútorným prostredím týchto jedincov je väčšinou voda. Živé bytosti tvoria 60% až 90% vody.

Zloženie vody v tom istom organizme sa môže líšiť v závislosti od typu študovanej bunky. Napríklad bunka v kosti má v priemere 20% vody, zatiaľ čo mozgová bunka môže ľahko dosiahnuť 85%.

Voda je tak dôležitá, pretože prevažná väčšina biochemických reakcií, ktoré tvoria metabolizmus jednotlivcov, prebieha vo vodnom médiu.

Napríklad fotosyntéza začína rozpadom zložiek vody pôsobením svetelnej energie. Bunkové dýchanie vedie k produkcii vody štiepením molekúl glukózy, aby sa dosiahla energetická extrakcia.

Iné menej známe metabolické cesty tiež zahŕňajú produkciu vody. Syntéza aminokyselín má ako produkt vodu.

Vlastnosti vody

Voda má rad vlastností, ktoré z nej robia nenahraditeľný prvok na planéte Zem, čo umožňuje nádhernú udalosť života. Medzi týmito vlastnosťami máme:

Voda ako rozpúšťadlo: Štruktúrne je voda tvorená dvoma vodíkovými atómami pripojenými k atómu kyslíka, ktoré zdieľajú svoje elektróny prostredníctvom polárnej kovalentnej väzby. Táto molekula má nabité konce, jeden pozitívny a jeden negatívny.

Vďaka tejto konformácii sa látka volá polárne. Týmto spôsobom môže voda rozpúšťať látky s rovnakou polárnou tendenciou, pretože pozitívne časti priťahujú negatíva molekuly, ktorá sa má rozpustiť, a naopak. Molekuly, ktoré sa voda rozpúšťa, sa nazývajú hydrofilné.

Pripomeňme, že v chémii máme pravidlo, že „to isté sa rozpúšťa“. To znamená, že polárne látky sa rozpúšťajú výlučne v iných polárnych látkach.

Napríklad iónové zlúčeniny, ako sú sacharidy a chloridy, aminokyseliny, plyny a iné zlúčeniny s hydroxylovými skupinami, sa ľahko rozpúšťajú vo vode..

Dielektrická konštanta: Vysoká dielektrická konštanta vitálnej kvapaliny je tiež faktorom, ktorý prispieva k rozpúšťaniu anorganických solí v prsníku. Dielektrická konštanta je faktor, ktorým sa od vákua oddelia dva náboje opačného znamienka.

Špecifické teplo vody: tlmenie prudkých zmien teploty je nevyhnutnou vlastnosťou pre rozvoj života. Vďaka vysokému špecifickému teplu vody sa teplotné zmeny stabilizujú a vytvárajú vhodné prostredie pre život.

Vysoké špecifické teplo znamená, že bunka môže prijímať značné množstvo tepla a teplota sa výrazne nezvyšuje.

súdržnosť: Ďalšou vlastnosťou je súdržnosť, ktorá zabraňuje náhlym zmenám teploty. Vďaka protichodným nábojom molekúl vody sa navzájom priťahujú a vytvárajú to, čo sa nazýva súdržnosť.

Súdržnosť umožňuje, aby sa teplota živej hmoty príliš nezvyšovala. Kalorická energia rozbíja vodíkové väzby medzi molekulami namiesto urýchľovania jednotlivých molekúl.

Kontrola PH: Okrem regulácie a udržiavania konštantnej teploty je voda schopná robiť to isté s pH. Existujú určité metabolické reakcie, ktoré vyžadujú špecifické pH, aby sa mohli uskutočniť. Rovnakým spôsobom enzýmy vyžadujú aj špecifické pH, aby fungovali s maximálnou účinnosťou.

Regulácia pH nastáva vďaka hydroxylovým skupinám (-OH), ktoré sa používajú spolu s vodíkovými iónmi (H.)+). Prvý je spojený s tvorbou alkalického média, zatiaľ čo druhý prispieva k tvorbe kyslého média.

Teplota varu: Teplota varu vody je 100 ° C. Táto vlastnosť umožňuje, aby voda existovala v kvapalnom stave pri širokom teplotnom rozsahu od 0 ° C do 100 ° C.

Vysoká teplota varu je vysvetlená schopnosťou tvoriť štyri vodíkové väzby na molekulu vody. Táto vlastnosť tiež vysvetľuje vysoké teploty topenia a výparné teplo, ak ich porovnáme s inými hydridmi, ako je napríklad NH3, HF alebo H2S.

To umožňuje existenciu niektorých extrémofilných organizmov. Existujú napríklad organizmy, ktoré sa vyvíjajú blízko 0 ° C a nazývajú sa psychrofílos. Rovnako sa termofilné látky vyvíjajú pri teplote 70 alebo 80 ° C.

Zmeny hustoty: pri zmene teploty prostredia sa hustota vody veľmi líši. Ľad predstavuje otvorenú kryštalickú sieť, na rozdiel od vody v kvapalnom stave predstavuje viac náhodnú, pevnejšiu a hustejšiu molekulovú organizáciu.

Táto vlastnosť umožňuje, aby ľad plával vo vode, pôsobil ako termín izolátor a umožňoval stabilitu veľkých oceánskych hmôt.

Ak by to tak nebolo, ľad by bol potopený v hlbinách morí a život, ako ho poznáme, by bol mimoriadne nepravdepodobnou udalosťou, ako by mohol vzniknúť život vo veľkých množstvách ľadu?

Ekologická úloha vody

Aby sme skončili témou vody, je potrebné spomenúť, že životne dôležitá tekutina má nielen dôležitú úlohu v živých bytostiach, ale tiež formuje prostredie, v ktorom žijú..

Oceán je najväčšou zásobárňou vody na Zemi, ktorá je ovplyvnená teplotami, čo podporuje procesy odparovania. Obrovské množstvo vody je v konštantnom cykle odparovania a zrážania vody, čo vytvára tzv. Vodný cyklus.

-plyny

Ak porovnáme rozsiahle funkcie vody v biologických systémoch, úloha ostatných anorganických molekúl je obmedzená len na veľmi špecifické úlohy.

Vo všeobecnosti plyny prechádzajú bunkami vo vodných roztokoch. Niekedy sa používajú ako substráty pre chemické reakcie av iných prípadoch sú odpadovým produktom metabolickej dráhy. Najvýznamnejšie sú kyslík, oxid uhličitý a dusík.

Kyslík je konečný akceptor elektrónov v transportných reťazcoch organizmov s aeróbnym dýchaním. Oxid uhličitý je tiež odpadom vo zvieratách a substrátom pre rastliny (pre fotosyntetické procesy)..

-ióny

Podobne ako plyny sa úloha iónov v živých organizmoch javí ako obmedzená na veľmi špecifické udalosti, ale nevyhnutné pre správne fungovanie jednotlivca. Sú klasifikované v závislosti od náboja v aniónoch, iónoch s negatívnymi nábojmi a katiónoch, iónoch s kladnými nábojmi.

Niektoré z nich sú potrebné len vo veľmi malých množstvách, ako sú kovové zložky enzýmov. Iné sú potrebné vo vyšších množstvách, ako je chlorid sodný, draslík, horčík, železo, jód, okrem iného.

Ľudské telo neustále stráca tieto minerály, cez moč, výkaly a pot. Tieto komponenty musia byť opätovne zavedené do systému prostredníctvom potravín, najmä ovocia, zeleniny a mäsa.

Iónové funkcie

kofaktory: ióny môžu pôsobiť ako kofaktory chemických reakcií. Ión chlóru sa zúčastňuje na hydrolýze škrobu amylázami. Draslík a horčík sú nevyhnutnými iónmi pre fungovanie veľmi dôležitých enzýmov v metabolizme.

Udržanie osmolarity: ďalšou dôležitou funkciou je zachovanie optimálnych osmotických podmienok pre rozvoj biologických procesov.

Množstvo rozpustených metabolitov sa musí výnimočne regulovať, pretože ak tento systém zlyhá, bunka by mohla explodovať alebo by mohla stratiť značné množstvo vody..

U ľudí sú napríklad sodík a chlór dôležitými prvkami, ktoré prispievajú k udržaniu osmotickej rovnováhy. Tieto rovnaké ióny tiež podporujú rovnováhu kyselinovej bázy.

Potenciál membrány: u zvierat sa ióny aktívne podieľajú na tvorbe membránového potenciálu v membráne excitovateľných buniek.

Elektrické vlastnosti membrán ovplyvňujú kľúčové udalosti, ako je schopnosť neurónov prenášať informácie.

V týchto prípadoch membrána pôsobí analogicky k elektrickému kondenzátoru, kde sa náboje akumulujú a ukladajú vďaka elektrostatickým interakciám medzi katiónmi a aniónmi na oboch stranách membrány..

Asymetrická distribúcia iónov v roztoku na každej strane membrány vedie k elektrickému potenciálu - v závislosti od priepustnosti membrány prítomných iónov. Veľkosť potenciálu sa môže vypočítať podľa Nernstovej rovnice alebo Goldmanovej rovnice.

štrukturálne: niektoré ióny vykonávajú štrukturálne funkcie. Napríklad hydroxyapatit podmieňuje kryštalickú mikroštruktúru kostí. Vápnik a fosfor sú na druhej strane nevyhnutným prvkom na tvorbu kostí a zubov.

Ďalšie funkcie: nakoniec sa ióny podieľajú na funkciách ako heterogénne ako zrážanie krvi (iónmi vápnika), videnie a kontrakcie svalov.

Rozdiely medzi organickými a anorganickými biomolekulami

Približne 99% zloženia živých bytostí obsahuje iba štyri atómy: vodík, kyslík, uhlík a dusík. Tieto atómy fungujú ako kusy alebo bloky, ktoré môžu byť usporiadané v širokom spektre trojrozmerných konfigurácií, ktoré tvoria molekuly, ktoré umožňujú život.

Hoci anorganické zlúčeniny majú tendenciu byť malé, jednoduché a nie veľmi rozdielne, organické zlúčeniny majú tendenciu byť pozoruhodnejšie a rozmanitejšie.

Okrem toho sa zvyšuje zložitosť organických biomolekúl, pretože okrem uhlíkovej štruktúry majú funkčné skupiny, ktoré určujú chemické vlastnosti..

Obe sú však rovnako nevyhnutné pre optimálny rozvoj živých bytostí.

Využívanie organických a anorganických pojmov v každodennom živote

Teraz, keď opisujeme rozdiel medzi oboma typmi biomolekúl, je potrebné objasniť, že tieto termíny používame nejasne a nepresne v každodennom živote..

Keď označujeme ovocie a zeleninu ako "organický" - čo je v dnešnej dobe veľmi populárne - neznamená to, že zvyšok výrobkov je "anorganický". Pretože štruktúra týchto jedlých prvkov je uhlíkovým skeletom, definícia organickej sa považuje za nadbytočnú.

V skutočnosti, termín organický vzniká zo schopnosti organizmov syntetizovať uvedené zlúčeniny.

referencie

  1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B.E. (2003). Biológia: Život na Zemi. Pearsonovo vzdelávanie.
  2. Aracil, C. B., Rodriguez, M. P., Magraner, J. P., & Perez, R. S. (2011). Základy biochémie. Univerzita vo Valencii.
  3. Battaner Arias, E. (2014). Enzymologický prehľad. Vydania Univerzity v Salamanke.
  4. Berg, J. M., Stryer, L., & Tymoczko, J. L. (2007). biochémie. Obrátil som sa.
  5. Devlin, T. M. (2004). Biochémia: učebnica s klinickými aplikáciami. Obrátil som sa.
  6. Diaz, A. P., & Pena, A. (1988). biochémie. Editorial Limusa.
  7. Macarulla, J.M., & Goñi, F.M. (1994). Ľudská biochémia: základný kurz. Obrátil som sa.
  8. Macarulla, J.M., & Goñi, F.M. (1993). Biomolekuly: lekcie zo štrukturálnej biochémie. Obrátil som sa.
  9. Müller-Esterl, W. (2008). Biochémie. Základy medicíny a biologických vied. Obrátil som sa.
  10. Teijón, J. M. (2006). Základy štrukturálnej biochémie. Editorial Tébar.
  11. Monge-Nájera, J. (2002). Všeobecná biológia. EUNED.