Uorganiske biomolekyler: egenskaper, funksjoner, klassifisering og eksempler

De uorganiske biomolekylene utgjør en bred gruppe molekylære konfigurasjoner tilstede i levende vesener. Per definisjon er grunnstrukturen til uorganiske molekyler ikke sammensatt av et karbonskelet eller bundet karbonatomer.

Dette betyr imidlertid ikke at de uorganiske forbindelsene må være helt karbonfrie for å bli inkludert i denne store kategorien, men at karbonet ikke må være det viktigste og mest overflødige atom i molekylet. De uorganiske forbindelsene som er en del av levende vesener, er hovedsakelig vann og en serie faste mineraler eller i løsning.

Vann - den mest omfattende uorganiske biomolekylen i organismer - har en rekke egenskaper som gjør det til et viktig element for livet, for eksempel et høyt kokepunkt, høy dielektrisk konstant, evne til å bufferere endringer i temperatur og pH mellom andre.

Ioner og gasser, derimot, er begrenset til meget spesifikke funksjoner innen organiske vesener, som for eksempel nervøs impuls, blodkoagulasjon, osmotisk regulering, blant andre. I tillegg er de viktige kofaktorer av visse enzymer.

funksjoner

Det karakteristiske trekk ved de uorganiske molekylene som finnes i levende materie er fraværet av karbon-hydrogenbindinger.

Disse biomolekylene er relativt små og inkluderer vann, gasser og en rekke anioner og kationer som deltar aktivt i metabolisme.

Klassifisering og funksjoner

Det mest relevante uorganiske molekylet i levende materiale er uten tvil vann. I tillegg til dette er andre uorganiske komponenter til stede og klassifisert i gasser, anioner og kationer.

Innenfor gasser har vi oksygen, karbondioksid og nitrogen. I anioner er blant annet klorider, fosfater, karbonater. Og i kationene er natrium, kalium, ammonium, kalsium, magnesium og andre positive ioner.

Deretter skal vi beskrive hver av disse gruppene, med deres mest fremragende egenskaper og deres funksjon innen levende vesener.

-vann

Vann er den mest omfattende uorganiske komponenten i levende vesener. Det er allment kjent at livet utvikler seg i et vandig medium. Selv om det finnes organismer som ikke bor i en vannkilde, er det interne miljøet til disse individene mest vann. Levende vesener er mellom 60% og 90% vann.

Sammensetningen av vann i samme organisme kan variere, avhengig av hvilken type celle som studeres. For eksempel har en celle i et bein i gjennomsnitt 20% vann, mens en hjernecelle lett kan nå 85%.

Vann er så viktig fordi det store flertallet av de biokjemiske reaksjonene som utgjør metabolismen av individer, foregår i et vandig medium.

For eksempel begynner fotosyntesen med nedbryting av vannkomponenter ved hjelp av lysenergi. Cellulær respirasjon resulterer i produksjon av vann ved å spalte glukosemolekylene for å oppnå energiutvinning.

Andre mindre kjente metabolske veier involverer også produksjon av vann. Syntese av aminosyrer har vann som et produkt.

Egenskaper av vann

Vann har en rekke egenskaper som gjør det til et uerstattelig element på planeten jorden, slik at den fantastiske hendelsen i livet. Blant disse egenskapene har vi:

Vann som løsningsmiddel: Strukturelt dannes vann med to hydrogenatomer festet til et oksygenatom, som deler sine elektroner gjennom et polært kovalent bindemiddel. Dermed har dette molekylet ladede ender, en positiv og en negativ.

Takket være denne konformasjonen kalles stoffet polar. På denne måten kan vann oppløse stoffer med samme polare tendens, siden de positive delene tiltrekker seg negativene til molekylet som skal løses og omvendt. Molekylene som vann oppløses kalles hydrofile.

Husk at i kjemi har vi regelen om at "det samme løses det samme". Dette betyr at de polare stoffene oppløses utelukkende i andre stoffer som også er polare.

For eksempel klarer ioniske forbindelser, slik som karbohydrater og klorider, aminosyrer, gasser og andre forbindelser med hydroksylgrupper, å oppløse seg lett i vann.

Dielektrisk konstant : Den høye dielektriske konstanten av vitalvæsken er også en faktor som bidrar til å oppløse uorganiske salter i kjernen. Den dielektriske konstanten er den faktor ved hvilken to ladninger av motsatt tegn med hensyn til vakuumet er separert.

Spesifikk vannvarme: dempende voldsomme temperaturendringer er en viktig egenskap for utvikling av livet. Takket være den høye spesifikke varmen til vannet stabiliserer temperaturendringene seg, noe som skaper et passende miljø for livet.

Høy spesifikk varme betyr at en celle kan motta betydelige mengder varme og temperaturen øker ikke betydelig.

Samhold: Samhold er en annen egenskap som forhindrer plutselige temperaturendringer. Takket være motsatte ladninger av vannmolekyler tiltrekker de seg hverandre og skaper det som kalles sammenhold.

Samholdskraft gjør at levestoffets temperatur ikke øker for mye. Den kaloriske energien bryter hydrogenbindingene mellom molekylene, i stedet for å akselerere de enkelte molekylene.

PH kontroll: i tillegg til å regulere og holde temperaturen konstant, kan vann gjøre det samme med pH. Det er visse metabolske reaksjoner som krever en bestemt pH slik at de kan utføres. På samme måte krever enzymer også en bestemt pH for å arbeide med maksimal effektivitet.

Reguleringen av pH skjer takket være hydroksylgruppene (-OH) som brukes sammen med hydrogenioner (H +). Den første er relatert til dannelsen av et alkalisk medium, mens det andre bidrar til dannelsen av et surt medium.

Kokepunkt: Vannets kokepunkt er 100 ° C. Denne egenskapen tillater vann å eksistere i flytende tilstand ved et bredt temperaturområde, fra 0 ° C til 100 ° C.

Det høye kokepunktet forklares av evnen til å danne fire hydrogenbindinger per molekyl vann. Denne egenskapen forklarer også de høye smeltepunktene og fordampningsvarmen, hvis vi sammenligner dem med andre hydrider, som NH ₃, HF eller H ₂ S.

Dette tillater eksistensen av noen ekstremofile organismer. For eksempel er det organismer som utvikler seg nær 0 ° C og kalles psychrofílos. På samme måte utvikler termofilikk nær 70 eller 80 ° C.

Variasjon av tettheten: Vannets tetthet varierer på en veldig spesiell måte når temperaturen på omgivelsene endres. Isen presenterer et åpent krystallinsk nettverk, i motsetning til vann i flytende tilstand, presenterer en mer tilfeldig, tettere og tettere molekylær organisasjon.

Denne egenskapen tillater isen å flyte i vannet, fungere som en termisk isolator og tillate stabiliteten til de store havmassene.

Hvis dette ikke var så, ville isen synkes i havets dyp, og livet, som vi vet, ville være en ekstremt usannsynlig hendelse, hvordan kunne livet oppstå i store ismasser?

Vannets økologiske rolle

For å ende med temaet vann, er det nødvendig å nevne at vitale væsker ikke bare har en relevant rolle i levende vesener, det former også miljøet der de bor.

Havet er det største vannreservoaret på jorden, som påvirkes av temperaturer, favoriserer fordampingsprosesser. Store mengder vann er i en konstant fordamper og utfelling av vann, og skaper det som kalles vannkretsen.

-Gases

Hvis vi sammenligner de omfattende funksjonene av vann i biologiske systemer, er resten av de uorganiske molekylers rolle begrenset til svært spesifikke roller.

Generelt går gassene gjennom cellene i vandige fortynninger. Noen ganger blir de brukt som underlag for kjemiske reaksjoner, og i andre tilfeller er de avfallsproduktet av metabolske veier. Det mest relevante er oksygen, karbondioksid og nitrogen.

Oksygen er den endelige akseptoren av elektroner i transportkjedene av organismer med aerob åndedrettsvern. Kullsyre er også et avfallsprodukt i dyr og et substrat for planter (for fotosyntetiske prosesser).

ioner

Som gasser synes rollen av ioner i levende organismer begrenset til svært spesifikke hendelser, men er avgjørende for at et individ kan fungere tilfredsstillende. De er klassifisert avhengig av deres ladning i anioner, ioner med negative kostnader, og kationer, ioner med positive ladninger.

Noen av disse kreves bare i svært små mengder, som for eksempel metallkomponentene i enzymer. Andre er nødvendig i høyere mengder, som for eksempel natriumklorid, kalium, magnesium, jern, jod.

Menneskekroppen mister stadig disse mineralene, gjennom urin, avføring og svette. Disse komponentene må settes inn i systemet gjennom mat, hovedsakelig frukt, grønnsaker og kjøtt.

Ion funksjoner

Kofaktorer: ioner kan fungere som kofaktorer for kjemiske reaksjoner. Klorionen deltar i hydrolysen av stivelse ved amylasene. Kalium og magnesium er uunnværlige ioner for funksjonen av svært viktige enzymer i stoffskiftet.

Vedlikehold av osmolaritet: En annen funksjon av stor betydning er vedlikehold av optimale osmotiske forhold for utvikling av biologiske prosesser.

Mengden oppløste metabolitter må være unntatt regulert, fordi hvis dette systemet mislykkes, kan cellen eksplodere eller kunne miste betydelige mengder vann.

For mennesker er for eksempel natrium og klor viktige elementer som bidrar til opprettholdelsen av osmotisk balanse. Disse samme ioner favoriserer også syresokkelen.

Membranpotensial: I dyr deltar ioner aktivt i dannelsen av membranpotensial i membranen i spennende celler.

De elektriske egenskapene til membranene påvirker viktige hendelser, som nevronens evne til å overføre informasjon.

I disse tilfellene virker membranen analogt på en elektrisk kondensator, hvor ladningene akkumuleres og lagres takket være de elektrostatiske interaksjonene mellom kationene og anjonene på begge sider av membranen.

Den asymmetriske fordeling av ionene i oppløsning på hver av membrans sider resulterer i et elektrisk potensial - avhengig av membranets permeabilitet til de tilstedeværende ionene. Størrelsen på potensialet kan beregnes ved å følge Nernst-ligningen eller Goldman-ligningen.

Strukturell: Noen ioner utfører strukturelle funksjoner. For eksempel, hydroxyapatite betingelser den krystallinske mikrostruktur av bein. Kalsium og fosfor, derimot, er et nødvendig element for dannelsen av bein og tenner.

Andre funksjoner: Til slutt deltar ioner i funksjoner som heterogene som blodets koagulering (ved kalsiumioner), syn og sammentrekning av musklene.

Forskjeller mellom organiske og uorganiske biomolekyler

Omtrent 99% av sammensetningen av levende vesener inneholder bare fire atomer: hydrogen, oksygen, karbon og nitrogen. Disse atomene fungerer som stykker eller blokker, som kan ordnes i et bredt spekter av tredimensjonale konfigurasjoner, som danner molekylene som tillater livet.

Mens uorganiske forbindelser pleier å være små, enkle og ikke veldig varierte, har organiske forbindelser en tendens til å være mer bemerkelsesverdig og variert.

I tillegg øker kompleksiteten til organiske biomolekyler fordi de i tillegg til karbonskjelettet har funksjonelle grupper som bestemmer de kjemiske egenskapene.

Imidlertid er begge like nødvendige for den optimale utviklingen av levende vesener.

Bruk av organiske og uorganiske termer i hverdagen

Nå som vi beskriver forskjellen mellom begge typer biomolekyler, er det nødvendig å avklare at vi bruker disse betingelsene på en vag og upresis måte i hverdagen.

Når vi betegner frukt og grønnsaker som "organisk" - som er veldig populært i dag - betyr det ikke at resten av produktene er "uorganiske". Siden strukturen av disse spiselige elementene er et karbonskjelett, anses definisjonen av organisk som overflødig.

Faktisk oppstår det organiske uttrykket fra organismens evne til å syntetisere nevnte forbindelser.