Неорганични биомолекули: характеристики, функции, класификация и примери

Неорганичните биомолекули представляват широка група молекулярни конфигурации, присъстващи в живите 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 свободни от въглерод, за да бъдат включени в тази велика категория, но че въглеродът не трябва да бъде основният и най-разпространен атом на молекулата. Неорганичните съединения, които са част от живите същества, са главно вода и серия от твърди минерали или в разтвор.

Водата - най-разпространената неорганична биомолекула в организмите - има редица характеристики, които я правят съществен елемент за живота, като висока точка на кипене, висока диелектрична константа, капацитет за буферни промени в температурата и рН, между др.

От друга страна, йони и газове са ограничени до много специфични функции в органичните същества, като нервния импулс, кръвосъсирването, осмотичното регулиране и др. Освен това те са важни кофактори на някои ензими.

функции

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

Тези биомолекули са относително малки и включват вода, газове и серия от аниони и катиони, които участват активно в метаболизма.

Класификация и функции

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

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

След това ще опишем всяка от тези групи, с техните най-забележителни характеристики и тяхната функция в живите същества.

-вода

Водата е най-богатата неорганична съставка в живите същества. Широко известно е, че животът се развива във водна среда. Въпреки че има организми, които не живеят във водно тяло, вътрешната среда на тези индивиди е предимно вода. Живите същества са между 60% и 90% вода.

Съставът на водата в същия 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, защото по-голямата част от биохимичните реакции, които формират метаболизма на индивидите, се провеждат във водна среда.

Например, фотосинтезата започва с разграждането на водните компоненти чрез действието на светлинната енергия. Клетъчното дишане води до производството на вода чрез разцепване на молекулите на глюкозата, за да се постигне екстракция на енергия.

Други по-малко известни метаболитни пътища също включват производството на вода. Синтезът на аминокиселини има вода като продукт.

Свойства на водата

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

Вода като разтворител: структурно водата се образува с два водородни атома, свързани с кислороден атом, които споделят електроните си чрез полярна ковалентна връзка. Така, тази молекула има заредени краища, една положителна и една отрицателна.

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

Спомнете си, че в химията имаме правилото, че „същото разгражда едни и същи“. 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 да се разтварят лесно във вода.

Диелектрична константа : високата диелектрична константа на жизнената течност е също фактор, който спомага за разтварянето на неорганичните соли в ядрото му. Диелектричната константа е факторът, чрез който се разделят два заряда с противоположен знак по отношение на вакуума.

Специфична топлина на водата: омекотяването на насилствени промени в температурата е съществена характеристика за развитието на живота. Благодарение на високата специфична топлина на водата, температурните промени се стабилизират, създавайки подходяща за живота среда.

Високата специфична топлина означава, че клетката може да получава значителни количества топлина и нейната температура не се увеличава значително.

Сближаване: Сближаването е друго свойство, което предотвратява внезапни промени в температурата. Благодарение на противоположните заряди на водните молекули, те се привличат, създавайки така наречената кохезия.

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

PH контрол: освен регулиране и поддържане на постоянна температура водата може да направи същото с рН. Има някои метаболитни реакции, които изискват специфично рН, така че те да могат да се провеждат. По същия начин, ензимите също изискват специфично рН, за да работят с максимална ефективност.

Регулирането на рН става благодарение на хидроксилните групи (-ОН), които се използват заедно с водородни йони (Н +). Първата е свързана с образуването на алкална среда, докато втората допринася за образуването на кисела среда.

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

Високата точка на кипене се обяснява със способността да се образуват четири водородни връзки на молекула вода. Тази характеристика също обяснява високите точки на топене и топлината на изпаряване, ако ги сравним с други хидриди, като NH ₃, HF или H ₂ S.

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

Изменение на плътността: плътността на водата се променя по много специфичен начин, когато се променя температурата на околната среда. Ледът представлява отворена кристална мрежа, за разлика от водата в течно състояние представлява по-случайна, по-плътна и по-плътна молекулна организация.

Това свойство позволява ледът да плува във водата, действа като термин изолатор и позволява стабилността на големите океански маси.

Ако това не беше така, ледът би бил потънал в дълбините на моретата и животът, какъвто го познаваме, би бил изключително малко вероятно събитие, как би могъл животът да възникне в големи маси от лед?

Екологична роля на водата

За да завърши с темата за водата, е необходимо да споменем, че жизнената течност не само има важна роля в живите същества, но и оформя средата, в която живеят.

Океанът е най-големият резервоар с вода на Земята, който е засегнат от температури, благоприятствайки процесите на изпаряване. Огромни количества вода са в постоянен цикъл на изпарение и утаяване на вода, създавайки така наречения воден цикъл.

-Gases

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

Най-общо, газовете преминават през клетките във водни разреждания. Понякога те се използват като субстрати за химични реакции, а в други случаи са отпадъчен продукт от метаболитния път. Най-важни са кислородът, въглеродният диоксид и азота.

Кислородът е крайният акцептор на електроните в транспортните вериги на организмите с аеробно дишане. 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 специфични събития, но е от съществено значение за правилното функциониране на индивида. Те се класифицират в зависимост от заряда им в аниони, йони с отрицателни заряди и катиони, йони с положителни заряди.

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

Човешкото тяло постоянно губи тези минерали, чрез урината, изпражненията и потта. Тези компоненти трябва да бъдат повторно въведени в системата чрез храна, главно плодове, зеленчуци и месо.

Йонни функции

Кофактори: йони могат да действат като кофактори на химични реакции. Хлорният йон участва в хидролизата на нишестето чрез амилазите. Калий и магнезий са незаменими йони за функционирането на много важни ензими в метаболизма.

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

Количеството на разтворените метаболити трябва да се регулира изключително, защото ако тази система се провали, клетката може да експлодира или да загуби значителни количества вода.

При хората, например, натрий и хлор са важни елементи, които допринасят за поддържането на осмотичния баланс. Същите тези йони също така благоприятстват киселинния основен баланс.

Мембранният потенциал: при животни, йони активно участват в генерирането на мембранния потенциал в мембраната на възбудими клетки.

Електрическите свойства на мембраните засягат важни събития, като 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 катионите и анионите от двете страни на мембраната.

Асиметричното разпределение на йони в разтвора на всяка от страните на мембраната води до електрически потенциал - в зависимост от пропускливостта на мембраната към присъстващите йони. Величината на потенциала може да се изчисли като се следва уравнението на Нернст или уравнението на Голдман.

Структурни: някои йони изпълняват структурни функции. Например, хидроксиапатитът обуславя кристалната микроструктура на костите. Калций и фосфор, от друга страна, е необходим елемент за образуването на кости и зъби.

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

Разлики между органични и неорганични биомолекули

Приблизително 99% от състава на живите същества включва 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-забележителни и разнообразни.

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

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

Използване на органични и неорганични термини в ежедневието

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

Когато обозначаваме плодовете и зеленчуците като "органични" - което е много популярно в наши дни - това не означава, че останалите продукти са "неорганични". Тъй като структурата на тези годни за консумация елементи е въглероден скелет, определението за органични се счита за излишно.

Всъщност, органичният термин произтича от способността на организмите да синтезират споменатите съединения.