ANORGANSKE BIOMOLEKULE: ZNAČILNOSTI, FUNKCIJE, VRSTE - BIOLOGIJA - 2026

Za anorganske biomolekul so velika skupina molekularnih konfiguracij prisotne v živih bitjih. Osnovna struktura anorganskih molekul po definiciji ni sestavljena iz ogljikovega okostja ali vezanih ogljikovih atomov.

Vendar to ne pomeni, da morajo biti anorganske spojine popolnoma brez ogljika, da bi jih lahko vključile v to veliko kategorijo, temveč, da ogljik ne sme biti glavni in najpogostejši atom v molekuli. Anorganske spojine, ki so del živih bitij, so predvsem voda in vrsta trdnih ali raztopinskih mineralov.

Vir: I, Splette

Voda - najpogostejša anorganska biomolekula v organizmih - ima vrsto lastnosti, zaradi katerih je bistven element za življenje, kot so visoko vrelišče, visoka dielektrična konstanta, sposobnost zaviranja sprememb temperature in pH med drugi.

Po drugi strani so ioni in plini omejeni na zelo specifične funkcije znotraj organskih bitij, kot so živčni impulz, strjevanje krvi, osmotska regulacija. Poleg tega so pomembni kofaktorji nekaterih encimov.

značilnosti

Posebnost anorganskih molekul, ki jih najdemo v živi snovi, je odsotnost ogljiko-vodikovih vezi.

Te biomolekule so sorazmerno majhne in vključujejo vodo, pline ter številne anione in katione, ki aktivno sodelujejo v presnovi.

Razvrstitev in funkcije

Najpomembnejša anorganska molekula v živi snovi je brez dvoma voda. Poleg tega so prisotne še druge anorganske sestavine in jih razvrščamo v pline, anione in katione.

Znotraj plinov imamo kisik, ogljikov dioksid in dušik. V anionih so med drugim kloridi, fosfati, karbonati. In v kationih so natrij, kalij, amonij, kalcij, magnezij in drugi pozitivni ioni.

Spodaj bomo opisali vsako od teh skupin z njihovimi najpomembnejšimi lastnostmi in funkcijo znotraj živih bitij.

-Voda

Voda je najbolj bogata anorganska komponenta živih bitij. Splošno znano je, da se življenje razvija v vodnem okolju. Čeprav obstajajo organizmi, ki ne živijo v vodnem telesu, je notranje okolje teh posameznikov večinoma hidrično. Živa bitja sestavljajo med 60% in 90% vode.

Sestava vode v istem organizmu je lahko različna, odvisno od vrste preučenih celic. Na primer, celica v kosti ima v povprečju 20% vode, možganska celica pa zlahka doseže 85%.

Voda je tako pomembna, ker velika večina biokemičnih reakcij, ki sestavljajo metabolizem posameznikov, poteka v vodnem okolju.

Na primer, fotosinteza se začne z razpadom sestavnih delov vode z delovanjem svetlobne energije. Celično dihanje povzroči nastajanje vode s cepljenjem molekul glukoze za črpanje energije.

Tudi druge manj znane presnovne poti vključujejo proizvodnjo vode. Sintezo aminokislin proizvaja voda.

Lastnosti vode

Voda ima vrsto lastnosti, zaradi katerih je na planetu zemlja nenadomestljiv element, kar omogoča čudovit dogodek življenja. Med temi lastnostmi imamo:

Voda kot topilo: strukturno vodo sestavljata dva vodikova atoma, ki sta pritrjena na atom kisika, ki delita njihove elektrone skozi polarno kovalentno vez. Tako ima ta molekula nabite konce, enega pozitivnega in enega negativnega.

Zahvaljujoč tej konformaciji se snov imenuje polarna. Na ta način lahko voda raztopi snovi z enako polarno težnjo, saj pozitivni odseki privabijo, da se negativni deli molekule raztopijo in obratno. Molekule, ki jih raztopi voda, imenujemo hidrofilne.

Ne pozabite, da imamo v kemiji pravilo, da "isto topi isto". To pomeni, da se polarne snovi raztapljajo izključno v drugih snoveh, ki so prav tako polarne.

Na primer, ionske spojine, kot so ogljikovi hidrati in kloridi, aminokisline, plini in druge spojine s hidroksilnimi skupinami, se zlahka raztopijo v vodi.

Dielektrična konstanta : visoka dielektrična konstanta vitalne tekočine je tudi dejavnik, ki prispeva k raztapljanju anorganskih soli v njej. Dielektrična konstanta je faktor, s katerim se glede na vakuum ločita dva naboja nasprotnega znaka.

Specifična toplota vode: dušenje nasilnih sprememb temperature je bistvena značilnost za razvoj življenja. Zahvaljujoč visoki specifični toploti vode se temperaturne spremembe stabilizirajo, kar ustvarja okolje, primerno za življenje.

Visoka specifična toplota pomeni, da celica lahko prejme velike količine toplote in se njena temperatura ne poveča bistveno.

Kohezija: Kohezija je še ena lastnost, ki preprečuje nenadne spremembe temperature. Zahvaljujoč nasprotnim nabojem vodnih molekul se med seboj privlačijo in ustvarjajo tisto, kar imenujemo kohezija.

Kohezija omogoča, da se temperatura žive snovi ne poviša preveč. Toplotna energija prekine vodikove vezi med molekulami, namesto da pospešujejo posamezne molekule.

Nadzor PH: Poleg uravnavanja in ohranjanja stalne temperature je voda lahko enaka z pH. Obstajajo določene presnovne reakcije, za katere je potreben določen pH, da lahko pridejo. Na enak način tudi encimi zahtevajo določen pH, da delujejo z največjo učinkovitostjo.

Uravnavanje pH se zgodi zahvaljujoč hidroksilnim skupinam (-OH), ki se uporabljajo skupaj z vodikovimi ioni (H ⁺ ). Prvi je povezan s tvorbo alkalnega medija, drugi pa prispeva k nastanku kislega medija.

Vrelišče: vrelišče vode je 100 ° C. Ta lastnost omogoča, da voda obstaja v tekočem stanju pri širokem temperaturnem območju, od 0 ° C do 100 ° C.

Visoko vrelišče je razloženo s sposobnostjo tvorjenja štirih vodikovih vezi za vsako molekulo vode. Ta lastnost pojasni tudi visoke tališča in toplote uparjanjem, če jih primerjamo z drugimi hidridi, kot NH ₃ , HF ali H ₂ S.

To omogoča obstoj nekaterih ekstremofilnih organizmov. Na primer, obstajajo organizmi, ki se razvijejo blizu 0 ° C in jih imenujemo psihrofili. Na enak način se termofilni razvijejo okoli 70 ali 80 ° C.

Spreminjanje gostote: gostota vode se spreminja na zelo poseben način, ko se spreminja temperatura okolice. Ice predstavlja odprto kristalno rešetko, v nasprotju z vodo v tekočem stanju pa predstavlja bolj naključno, tesnejšo in gostejšo molekularno organizacijo.

Ta lastnost omogoča, da led plava po vodi, deluje kot izrazit izolator in omogoča stabilnost velikih oceanskih mas.

Če ne bi bilo tako, bi se led potonil v morske globine, življenje, kot ga poznamo, pa bi bil izjemno malo verjeten dogodek, kako bi lahko nastalo življenje v velikih množicah ledu?

Ekološka vloga vode

Za konec s temo vode je treba omeniti, da vitalna tekočina nima le pomembne vloge znotraj živih bitij, temveč oblikuje tudi okolje, v katerem živijo.

Ocean je največji rezervoar vode na zemlji, na katerega vplivajo temperature, kar daje prednost procesom izhlapevanja. Ogromne količine vode so v stalnem ciklu izhlapevanja in padavin, kar ustvarja tako imenovani vodni cikel.

-Plin

Če primerjamo obsežne funkcije vode v bioloških sistemih, je vloga preostalih anorganskih molekul omejena le na zelo specifične vloge.

Na splošno plini prehajajo skozi celice v vodnih razredčilih. Včasih se uporabljajo kot substrati za kemične reakcije, v drugih primerih pa so odpadni produkt presnovne poti. Najpomembnejši so kisik, ogljikov dioksid in dušik.

Kisik je končni sprejemnik elektronov v transportnih verigah aerobno dihanih organizmov. Tudi ogljikov dioksid je odpadni produkt pri živalih in substrat za rastline (za fotosintetske procese).

-Leta

Kot plini se zdi vloga ionov v živih organizmih omejena na zelo določene dogodke, vendar bistvenega pomena za pravilno delovanje posameznika. Razvrščamo jih glede na njihov naboj v anione, ione z negativnimi naboji in katione, ione s pozitivnimi naboji.

Nekatere od teh so potrebne le v zelo majhnih količinah, na primer kovinske komponente encimov. Drugi so potrebni v večjih količinah, na primer natrijev klorid, kalij, magnezij, železo, jod.

Človeško telo nenehno izgublja te minerale, in sicer skozi urin, iztrebke in znoj. Te sestavine je treba ponovno vnesti v sistem s hrano, predvsem s sadjem, zelenjavo in mesom.

Ionske funkcije

Kofaktorji: Ioni lahko delujejo kot kofaktorji kemičnih reakcij. Klorov ion sodeluje pri hidrolizi škroba z amilazami. Kalij in magnezij sta bistvena iona za delovanje encimov, ki sta zelo pomembna pri presnovi.

Vzdrževanje osmolarnosti: Druga pomembna funkcija je vzdrževanje optimalnih osmotskih razmer za razvoj bioloških procesov.

Količino raztopljenih metabolitov je treba izredno regulirati, saj če celica ne uspe, lahko celica eksplodira ali izgubi večje količine vode.

Na primer, natrij in klor sta pomembna elementa, ki prispevata k ohranjanju osmotskega ravnovesja. Ti isti ioni tudi spodbujajo kislinsko bazno ravnovesje.

Membranski potencial: pri živalih ioni aktivno sodelujejo pri ustvarjanju membranskega potenciala v membrani vzdražnih celic.

Električne lastnosti membran vplivajo na ključne dogodke, kot je sposobnost nevronov za prenos informacij.

V teh primerih membrana deluje analogno kot električni kondenzator, kjer se naboji kopičijo in shranjujejo zahvaljujoč elektrostatičnim interakcijam med kationi in anioni na obeh straneh membrane.

Asimetrična porazdelitev ionov v raztopini na vsaki strani membrane se pretvori v električni potencial - odvisno od prepustnosti membrane za prisotne ione. Velikost potenciala je mogoče izračunati z upoštevanjem Nernstove ali Goldmanove enačbe.

Strukturni: nekateri ioni opravljajo strukturne funkcije. Na primer, hidroksiapatit pogojuje kristalno mikrostrukturo kosti. Kalcij in fosfor sta medtem nujna elementa za tvorbo kosti in zob.

Druge funkcije: končno ioni sodelujejo pri tako raznovrstnih funkcijah, kot je strjevanje krvi (s kalcijevimi ioni), vid in krčenje mišic.

Razlike med organsko in anorgansko biomolekulo

Približno 99% sestave živih bitij vključuje le štiri atome: vodik, kisik, ogljik in dušik. Ti atomi delujejo kot kosi ali bloki, ki jih je mogoče razporediti v široko paleto tridimenzionalnih konfiguracij in tvorijo molekule, ki omogočajo življenje.

Medtem ko so anorganske spojine običajno majhne, ​​preproste in ne zelo raznolike, so organske spojine bolj opazne in raznolike.

Poleg tega se povečuje kompleksnost organskih biomolekul, saj imajo poleg ogljikovega okostja funkcionalne skupine, ki določajo kemijske lastnosti.

Vendar sta obojega enako potrebna za optimalen razvoj živih bitij.

Uporaba izrazov organsko in anorgansko v vsakdanjem življenju

Zdaj, ko opisujemo razliko med obema vrstama biomolekul, je treba pojasniti, da te izraze uporabljamo nejasno in nenatančno v vsakdanjem življenju.

Ko označujemo sadje in zelenjavo kot "ekološko" - kar je danes zelo priljubljeno - še ne pomeni, da so ostali proizvodi "anorganski". Ker je struktura teh užitnih elementov ogljikov okostje, se opredelitev organskega šteje za odvečno.

Izraz organski pravzaprav izhaja iz sposobnosti organizmov, da sintetizirajo te spojine.

Reference

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologija: Življenje na Zemlji. Pearsonova vzgoja.
2. Aracil, CB, Rodríguez, poslanec, Magraner, JP, in Pérez, RS (2011). Osnove biokemije. Univerza v Valenciji.
3. Battaner Arias, E. (2014). Zbirka encimologije. Univerzitetne izdaje Salamanca.
4. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biokemija. Sem obrnil.
5. Devlin, TM (2004). Biokemija: učbenik s kliničnimi aplikacijami. Sem obrnil.
6. Díaz, AP, & Pena, A. (1988). Biokemija. Uredništvo Limusa.
7. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1994). Človeška biokemija: osnovni tečaj. Sem obrnil.
8. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1993). Biomolekule: lekcije iz strukturne biokemije. Sem obrnil.
9. Müller - Esterl, W. (2008). Biokemija. Osnove medicine in življenjskih ved. Sem obrnil.
10. Teijón, JM (2006). Osnove strukturne biokemije. Uredništvo Tébar.
11. Monge-Nájera, J. (2002). Splošna biologija. EUNED.