НЕОРГАНІЧНІ БІОМОЛЕКУЛИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦІЇ, ВИДИ - БІОЛОГІЯ - 2025

У неорганічних біомолекул великий група молекулярних конфігурацій , присутніх в живих істотах. За визначенням, основна структура неорганічних молекул не складається з карбонового скелета або зв'язаних атомів вуглецю.

Однак це не означає, що неорганічні сполуки повинні бути повністю позбавлені вуглецю, щоб бути включеними до цієї великої категорії, а навпаки, що вуглець не повинен бути головним і найпоширенішим атомом молекули. Неорганічні сполуки, що входять до складу живих істот, - це головним чином вода та ряд твердих мінералів або розчинів.

Джерело: I, Splette

Вода - найпоширеніша неорганічна біомолекула в організмах - має ряд характеристик, які роблять її важливим елементом для життя, наприклад, високою температурою кипіння, високою діелектричною постійною, здатністю буферувати зміни температури та рН, серед інші.

З іншого боку, іони і гази обмежуються дуже специфічними функціями в органічних істотах, такими як нервовий імпульс, згортання крові, осмотична регуляція. Крім того, вони є важливими кофакторами певних ферментів.

характеристики

Відмітною особливістю неорганічних молекул, виявлених у живій речовині, є відсутність вуглецево-водневих зв’язків.

Ці біомолекули порівняно невеликі і включають воду, гази та ряд аніонів та катіонів, які активно беруть участь у метаболізмі.

Класифікація та функції

Найбільш актуальною неорганічною молекулою в живій речовині, без сумніву, є вода. Крім цього, інші неорганічні компоненти присутні і класифікуються на гази, аніони та катіони.

Усередині газів у нас є кисень, вуглекислий газ та азот. В аніонах є хлориди, фосфати, карбонати, серед інших. А в катіонах є натрій, калій, амоній, кальцій, магній та інші позитивні іони.

Нижче ми опишемо кожну з цих груп з їх найвидатнішими характеристиками та їх функцією в межах живих істот.

-Вода

Вода є найпоширенішим неорганічним компонентом у живих істот. Широко відомо, що життя розвивається у водному середовищі. Хоча існують організми, які не живуть у воді, внутрішнє середовище цих особин є переважно гідричним. Живі істоти складаються з 60% до 90% води.

Склад води в одному і тому ж організмі може змінюватись, залежно від типу досліджуваної клітини. Наприклад, клітина в кістці має в середньому 20% води, тоді як клітина мозку може легко досягати 85%.

Вода настільки важлива, оскільки переважна більшість біохімічних реакцій, що складають метаболізм людей, відбувається у водному середовищі.

Наприклад, фотосинтез починається з розщеплення компонентів води дією світлової енергії. Клітинне дихання призводить до виробництва води шляхом розщеплення молекул глюкози для вилучення енергії.

Інші менш відомі метаболічні шляхи також передбачають виробництво води. Синтез амінокислот виробляється водою.

Властивості води

Вода має низку характеристик, які роблять її незамінною стихією на планеті Земля, дозволяючи чудовою подією життя. Серед цих властивостей ми маємо:

Вода як розчинник: структурно вода складається з двох атомів водню, пов'язаних з одним атомом кисню, які ділять їхні електрони через полярний ковалентний зв’язок. Таким чином, ця молекула має заряджені кінці, один позитивний і один негативний.

Завдяки цій конформації речовина називається полярною. Таким чином вода може розчиняти речовини з однаковою полярною тенденцією, оскільки позитивні частини притягують негативні частини молекули до розчинення і навпаки. Молекули, які розчиняє вода, називають гідрофільними.

Пам’ятайте, що в хімії у нас є правило, що «те саме розчиняє те саме». Це означає, що полярні речовини розчиняються виключно в інших речовинах, які також є полярними.

Наприклад, іонні сполуки, такі як вуглеводи та хлориди, амінокислоти, гази та інші сполуки з гідроксильними групами, можуть легко розчинятися у воді.

Діелектрична константа : висока діелектрична константа життєво важливої ​​рідини також є фактором, що сприяє розчиненню неорганічних солей всередині неї. Діелектрична константа - це коефіцієнт, за допомогою якого по відношенню до вакууму відокремлюються два заряди протилежного знака.

Питома теплота води: гасіння сильних перепадів температури є важливою характеристикою для розвитку життя. Завдяки високій питомій температурі води зміни температури стабілізуються, створюючи придатні для життя умови.

Високе питоме тепло означає, що клітина може отримувати значну кількість тепла, а температура в клітині не підвищується значно.

Згуртованість: Згуртованість - ще одна властивість, яка запобігає різким перепадам температури. Завдяки протилежним зарядам молекул води вони притягують одна одну, створюючи те, що називається згуртованістю.

Згуртованість дозволяє температурі живої речовини не підвищуватися занадто сильно. Теплова енергія розриває водневі зв’язки між молекулами, замість прискорення окремих молекул.

Контроль PH: крім регулювання та підтримання температури постійною, вода здатна робити те саме з pH. Існують певні метаболічні реакції, які потребують конкретного рН, щоб мати місце. Таким же чином ферменти також потребують специфічного рН для роботи з максимальною ефективністю.

Регулювання pH відбувається завдяки гідроксильним групам (-OH), які використовуються разом з іонами водню (H ⁺ ). Перший пов'язаний з утворенням лужного середовища, а другий сприяє утворенню кислотного середовища.

Температура кипіння: температура кипіння води - 100 ° C. Ця властивість дозволяє воді існувати у рідкому стані при широкому температурному діапазоні - від 0 ° C до 100 ° C.

Висока температура кипіння пояснюється здатністю утворювати чотири водневі зв’язки для кожної молекули води. Ця характеристика також пояснює високі температури плавлення і теплоту випаровування, якщо порівнювати їх з іншими гідридами, такими як NH ₃ , HF або H ₂ S.

Це дозволяє існувати деякі екстремофільні організми. Наприклад, є організми, які розвиваються поблизу 0 ° C і називаються психрофілами. Таким же чином, термофільні розвиваються близько 70 або 80 ° C.

Зміна щільності: густина води змінюється дуже особливим чином, коли змінюється температура навколишнього середовища. Лід являє собою відкриту кристалічну решітку, на відміну від води в рідкому стані, вона представляє більш випадкову, більш тугу і щільну молекулярну організацію.

Ця властивість дозволяє льоду плавати на воді, виконувати функцію термоізолятора і дозволяти стабільності великих океанічних мас.

Якби це не було так, лід затонув би в глибині морів, а життя, як ми це знаємо, було б надзвичайно малоймовірною подією, як би могло виникнути життя у великих льодових масах?

Екологічна роль води

Закінчивши тему води, потрібно згадати, що життєво важлива рідина не тільки відіграє важливу роль всередині живих істот, вона також формує середовище, де вони живуть.

Океан - найбільше водоймище на землі, на яке впливають температури, сприяючи процесам випаровування. Величезні кількості води знаходяться в постійному циклі випаровування і опадів води, створюючи те, що відоме як кругообіг води.

-Газ

Якщо порівнювати великі функції води в біологічних системах, роль решти неорганічних молекул обмежується лише дуже конкретними ролями.

Як правило, гази проходять через клітини у водних розведеннях. Іноді їх використовують як субстрати для хімічних реакцій, а в інших випадках вони є відходом метаболічного шляху. Найбільш актуальними є кисень, вуглекислий газ та азот.

Кисень є кінцевим акцептором електронів у транспортних ланцюгах аеробно дихаючих організмів. Також вуглекислий газ є відходами тварин і субстратом для рослин (для фотосинтетичних процесів).

-Іони

Як і гази, роль іонів у живих організмах виявляється обмеженою дуже особливими подіями, але важлива для правильного функціонування людини. Вони класифікуються залежно від їх заряду на аніони, іони з негативними зарядами та катіони, іони з позитивними зарядами.

Деякі з них потрібні лише в дуже малих кількостях, наприклад, металеві компоненти ферментів. Інші потрібні у більших кількостях, такі як хлорид натрію, калій, магній, залізо, йод.

Організм людини постійно втрачає ці мінерали через сечу, кал і піт. Ці компоненти повинні бути повторно введені в систему через їжу, переважно фрукти, овочі та м'ясо.

Іонні функції

Кофактори: Іони можуть діяти як кофактори хімічних реакцій. Іон хлору бере участь у гідролізі крохмалю амілазами. Калій і магній є важливими іонами для функціонування ферментів, які дуже важливі в обміні речовин.

Підтримка осмолярності: ще одна важлива функція - підтримка оптимальних осмотичних умов для розвитку біологічних процесів.

Кількість розчинених метаболітів необхідно регулювати винятково, оскільки якщо ця система вийде з ладу, клітина може вибухнути або може втратити значну кількість води.

Для людини, наприклад, натрій і хлор є важливими елементами, які сприяють підтримці осмотичного балансу. Ці ж іони також сприяють кислотно-лужному балансу.

Мембранний потенціал: у тварин іони активно беруть участь у генеруванні мембранного потенціалу в мембрані збудливих клітин.

Електричні властивості мембран впливають на найважливіші події, такі як здатність нейронів передавати інформацію.

У цих випадках мембрана діє аналогічно електричному конденсатору, де заряди накопичуються та зберігаються завдяки електростатичній взаємодії між катіонами та аніонами з обох сторін мембрани.

Асиметричний розподіл іонів у розчині на кожній стороні мембрани переводиться на електричний потенціал - залежно від проникності мембрани для наявних іонів. Величину потенціалу можна обчислити, дотримуючись рівняння Нернста або Голдмана.

Структурна: деякі іони виконують структурні функції. Наприклад, гідроксиапатит обумовлює кристалічну мікроструктуру кісток. Кальцій і фосфор, тим часом, є необхідним елементом для формування кісток і зубів.

Інші функції: нарешті, іони беруть участь у таких неоднорідних функціях, як згортання крові (іонами кальцію), зір та скорочення м'язів.

Відмінності між органічними та неорганічними біомолекулами

Приблизно 99% складу живих істот включає лише чотири атоми: водень, кисень, вуглець та азот. Ці атоми функціонують як шматки або блоки, які можуть бути розташовані в широкому діапазоні тривимірних конфігурацій, утворюючи молекули, що дозволяють життя.

Хоча неорганічні сполуки, як правило, невеликі, прості та не дуже різноманітні, органічні сполуки, як правило, помітніші та різноманітніші.

Крім цього, складність органічних біомолекул зростає, оскільки крім карбонового скелета вони мають функціональні групи, що визначають хімічні характеристики.

Однак обидва однаково необхідні для оптимального розвитку живих істот.

Використання термінів органічне та неорганічне в повсякденному житті

Тепер, коли ми описуємо різницю між обома видами біомолекул, необхідно уточнити, що ми використовуємо ці терміни розпливчасто і неточно в повсякденному житті.

Коли ми позначаємо фрукти та овочі як «органічні» - що дуже популярно сьогодні - це не означає, що решта продуктів є «неорганічними». Оскільки структура цих їстівних елементів є карбоновим скелетом, визначення органічного вважається надмірним.

Насправді термін органічний виникає зі здатності організмів синтезувати ці сполуки.

Список літератури

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Біологія: Життя на Землі. Пірсонова освіта.
2. Арацил, КБ, Родрігес, народний депутат, Magraner, JP та Pérez, RS (2011). Основи біохімії. Університет Валенсії.
3. Battaner Arias, E. (2014). Компендіум ензимології. Видання університету Саламанки.
4. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Біохімія. Я перевернувся.
5. Devlin, TM (2004). Біохімія: підручник з клінічним застосуванням. Я перевернувся.
6. Діаз, А. П., Пена, А. (1988). Біохімія. Редакційна Лімуса.
7. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1994). Біохімія людини: основний курс. Я перевернувся.
8. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1993). Біомолекули: уроки структурної біохімії. Я перевернувся.
9. Мюллер - Esterl, W. (2008). Біохімія. Основи медицини та наук про життя. Я перевернувся.
10. Teijón, JM (2006). Основи структурної біохімії. Редакція Тебар.
11. Монже-Нахера, Дж. (2002). Загальна біологія. EUNED.