BioMolecule anorganice: caracteristici, funcții, clasificare și exemple

Biomoleculele anorganice constituie un grup larg de configurații moleculare prezente în ființele vii. Prin definiție, structura de bază a moleculelor anorganice nu este compusă dintr-un schelet de carbon sau atomi de carbon legați.

Totuși, acest lucru nu înseamnă că compușii anorganici trebuie să fie complet fără carbon pentru a fi incluși în această categorie mare, dar că carbonul nu trebuie să fie atomul principal și cel mai abundent al moleculei. Compușii anorganici care fac parte din ființele vii sunt în principal apa și o serie de minerale solide sau în soluție.

Apa - cea mai abundentă biomolecule anorganică din organism - are o serie de caracteristici care o fac un element esențial pentru viață, cum ar fi un punct de fierbere ridicat, o constantă dielectrică ridicată, capacitatea de a tampona schimbările de temperatură și pH, între altele.

Ioni și gaze, pe de altă parte, sunt limitate la funcții foarte specifice în ființele organice, cum ar fi impulsul nervos, coagularea sângelui, reglarea osmotică, printre altele. În plus, ele sunt cofactori importanți ai anumitor enzime.

caracteristici

Trăsătura distinctivă a moleculelor anorganice găsite în materia vie este absența legăturilor carbon-hidrogen.

Aceste biomolecule sunt relativ mici și includ apă, gaze și o serie de anioni și cationi care participă activ la metabolism.

Clasificare și funcții

Cea mai relevantă moleculă anorganică din materia vie este, fără îndoială, apă. În plus, există și alte componente anorganice care sunt clasificate în gaze, anioni și cationi.

În gaze avem oxigen, dioxid de carbon și azot. În anioni se numără clorurile, fosfații, carbonații, printre altele. Și în cationi sunt sodiu, potasiu, amoniu, calciu, magneziu și alți ioni pozitivi.

Mai departe, vom descrie fiecare dintre aceste grupuri, cu caracteristicile lor cele mai remarcabile și funcția lor în cadrul ființelor vii.

-apă

Apa este cea mai abundenta componenta anorganica a fiintelor vii. Este cunoscut faptul că viața se dezvoltă într-un mediu apos. Deși există organisme care nu trăiesc în interiorul unui corp de apă, mediul intern al acestor indivizi este în mare parte apă. Ființele vii sunt cuprinse între 60% și 90% apă.

Compoziția apei în același organism poate varia, în funcție de tipul celulei studiate. De exemplu, o celulă în os are, în medie, 20% apă, în timp ce o celulă creierului poate ajunge cu ușurință la 85%.

Apa este atât de importantă, deoarece marea majoritate a reacțiilor biochimice care alcătuiesc metabolismul indivizilor are loc într-un mediu apos.

De exemplu, fotosinteza începe cu defalcarea componentelor de apă prin acțiunea energiei luminoase. Respirația celulară are ca rezultat producerea de apă prin scindarea moleculelor de glucoză pentru a obține o extracție de energie.

Alte căi metabolice mai puțin cunoscute implică, de asemenea, producerea de apă. Sinteza aminoacizilor are ca produs un produs de apă.

Proprietățile apei

Apa are o serie de caracteristici care îl fac un element de neînlocuit pe planeta Pământ, permițând un eveniment minunat al vieții. Printre aceste proprietati avem:

Apa ca solvent: structural, se formează apă cu doi atomi de hidrogen atașați la un atom de oxigen, împărțind electronii lor printr-o legătură covalentă polară. Astfel, această moleculă a încărcat capete, una pozitivă și una negativă.

Datorită acestei conformații, substanța se numește polar. În acest fel, apa poate dizolva substanțe cu aceeași tendință polară, deoarece porțiunile pozitive atrag negațiile moleculei care urmează să fie dizolvată și invers. Moleculele care se dizolvă în apă se numesc hidrofile.

Reamintim că în chimie, avem regula că "același lucru se dizolvă același lucru". Aceasta înseamnă că substanțele polar se dizolvă exclusiv în alte substanțe care sunt și ele polare.

De exemplu, compușii ionici, cum ar fi carbohidrații și clorurile, aminoacizii, gazele și alți compuși cu grupări hidroxil, reușesc să se dizolve ușor în apă.

Condiția dielectrică: constanta dielectrică ridicată a lichidului vital este, de asemenea, un factor care ajută la dizolvarea sărurilor anorganice în miezul său. Condiția dielectrică este factorul prin care se separă două încărcări ale semnului opus față de vid.

Căldura specifică a apei: amortizarea schimbărilor violente în temperatură este o caracteristică esențială pentru dezvoltarea vieții. Datorită căldurii specifice a apei, schimbările de temperatură se stabilizează, creând un mediu adecvat pentru viață.

Încălzirea specifică ridicată înseamnă că o celulă poate primi cantități semnificative de căldură, iar temperatura acesteia nu crește semnificativ.

Coeziune: Coeziunea este o altă proprietate care împiedică schimbările bruște de temperatură. Datorită acuzațiilor opuse ale moleculelor de apă, ele se atrag, creând ceea ce se numește coeziune.

Coeziunea permite ca temperatura materiei vii să nu crească prea mult. Energia calorică rupe legăturile de hidrogen dintre molecule, în loc să accelereze moleculele individuale.

Controlarea PH: în plus față de reglarea și menținerea constantă a temperaturii, apa este capabilă să facă același lucru cu pH-ul. Există anumite reacții metabolice care necesită un pH specific, astfel încât acestea să poată fi efectuate. În același mod, enzimele necesită, de asemenea, un pH specific pentru a lucra cu o eficiență maximă.

Reglarea pH-ului se face datorită grupărilor hidroxil (-OH) care sunt utilizate împreună cu ionii de hidrogen (H +). Prima este legată de formarea unui mediu alcalin, în timp ce a doua contribuie la formarea unui mediu acid.

Punctul de fierbere: punctul de fierbere al apei este de 100 ° C. Această proprietate permite ca apa să existe într-o stare lichidă într-un domeniu de temperatură mare, de la 0 ° C la 100 ° C.

Punctul de fierbere ridicat se explică prin capacitatea de a forma patru legături de hidrogen pe moleculă de apă. Această caracteristică explică, de asemenea, punctele ridicate de topire și căldura de vaporizare, dacă le comparăm cu alte hidruri, cum ar fi NH3, HF sau H2S.

Acest lucru permite existența unor organisme extremofile. De exemplu, există organisme care se dezvoltă aproape la 0 ° C și se numesc psihofilos. În același mod, termofilele se dezvoltă în apropierea a 70 sau 80 ° C.

Variația densității: densitatea apei variază într-un mod foarte particular când se schimbă temperatura mediului. Gheața prezintă o rețea cristalină deschisă, spre deosebire de apa în stare lichidă, prezintă o organizare moleculară mai aleatoare, mai strictă și mai densă.

Această proprietate permite ca gheața să plutească în apă, să acționeze ca un izolator cu termen și să permită stabilitatea maselor mari ale oceanelor.

Dacă nu ar fi așa, gheața ar fi scufundată în adâncurile mărilor și viața, așa cum o știm, ar fi un eveniment extrem de puțin probabil, cum ar putea să apară viața în mase mari de gheață?

Rolul ecologic al apei

Pentru a termina cu tema apei, este necesar să menționăm că fluidul vital nu numai că are un rol relevant în interiorul ființelor vii, ci și mediul în care trăiesc.

Oceanul este cel mai mare rezervor de apă de pe Pământ, afectat de temperaturi, favorizând procesele de evaporare. Cantități uriașe de apă se află într-un ciclu constant de evaporare și precipitare a apei, creând ceea ce se numește ciclul de apă.

-Gases

Dacă comparăm funcțiile extinse ale apei în sistemele biologice, rolul restului de molecule anorganice este limitat doar la roluri foarte specifice.

În general, gazele trec prin celule în diluții apoase. Uneori ele sunt folosite ca substraturi pentru reacțiile chimice, iar în alte cazuri sunt produse reziduale ale căii metabolice. Cele mai relevante sunt oxigenul, dioxidul de carbon și azotul.

Oxigenul este acceptorul final al electronilor din lanțurile de transport ale organismelor cu respirație aerobă. De asemenea, dioxidul de carbon este un produs rezidual la animale și un substrat pentru plante (pentru procesele fotosintetice).

-ions

Ca și gazele, rolul ionilor în organismele vii pare limitat la evenimente foarte specifice, dar esențial pentru buna funcționare a unui individ. Acestea sunt clasificate în funcție de încărcătura lor în anioni, ioni cu încărcătură negativă și cationi, ioni cu încărcături pozitive.

Unele dintre acestea sunt necesare doar în cantități foarte mici, cum ar fi componentele metalice ale enzimelor. Altele sunt necesare în cantități mai mari, cum ar fi clorura de sodiu, potasiu, magneziu, fier, iod, printre altele.

Corpul uman își pierde în mod constant aceste minerale, prin urină, fecale și transpirație. Aceste componente trebuie reintroduse în sistem prin alimente, în principal fructe, legume și carne.

Funcțiile ionice

Cofactorii: ionii pot acționa ca cofactori ai reacțiilor chimice. Clorul ionic participă la hidroliza amidonului prin amilaze. Potasiul și magneziu sunt ioni indispensabili pentru funcționarea enzimelor foarte importante în metabolism.

Menținerea osmolarității: o altă funcție de mare importanță este menținerea condițiilor optime osmotice pentru dezvoltarea proceselor biologice.

Cantitatea de metaboliți dizolvați trebuie să fie reglementată în mod excepțional, deoarece, dacă acest sistem nu reușește, celula ar putea exploda sau ar putea pierde cantități semnificative de apă.

La om, de exemplu, sodiul și clorul sunt elemente importante care contribuie la menținerea echilibrului osmotic. Acești ioni aceștia favorizează, de asemenea, echilibrul de bază al acidului.

Potențialul membranei: la animale, ionii participă activ la generarea de potențial membranar în membrana celulelor excitabile.

Proprietățile electrice ale membranelor afectează evenimentele importante, cum ar fi capacitatea neuronilor de a transmite informații.

În aceste cazuri, membrana acționează în mod analog cu un condensator electric, în care încărcăturile sunt acumulate și stocate datorită interacțiunilor electrostatice dintre cationi și anioni de pe ambele părți ale membranei.

Distribuția asimetrică a ionilor în soluție pe fiecare parte a membranei are ca rezultat un potențial electric - în funcție de permeabilitatea membranei la ionii prezenți. Amplitudinea potențialului poate fi calculată urmând ecuația Nernst sau ecuația Goldman.

Structural: unii ioni îndeplinesc funcții structurale. De exemplu, hidroxiapatita condiționează microstructura cristalină a oaselor. Calciul și fosforul, pe de altă parte, reprezintă un element necesar pentru formarea oaselor și a dinților.

Alte funcții: în final, ionii participă la funcții eterogene precum coagularea sângelui (prin ioni de calciu), vederea și contracția mușchilor.

Diferențele dintre biomoleculele organice și anorganice

Aproximativ 99% din compoziția ființelor vii include doar patru atomi: hidrogen, oxigen, carbon și azot. Acești atomi funcționează ca niște piese sau blocuri, care pot fi aranjate într-o gamă largă de configurații tridimensionale, formând moleculele care permit viața.

În timp ce compușii anorganici tind să fie mici, simple și nu foarte diverse, compușii organici tind să fie mai remarcabili și mai variați.

În plus, complexitatea biomoleculelor organice crește deoarece, în afară de scheletul de carbon, ele au grupuri funcționale care determină caracteristicile chimice.

Cu toate acestea, ambele sunt la fel de necesare pentru dezvoltarea optimă a ființelor vii.

Utilizarea termenilor organici și anorganici în viața de zi cu zi

Acum, când descriem diferența dintre ambele tipuri de biomolecule, este necesar să clarificăm faptul că folosim acești termeni într-un mod vag și imprecis în viața de zi cu zi.

Când desemnează fructele și legumele ca fiind "ecologice" - care este foarte popular în zilele noastre - nu înseamnă că restul produselor sunt "anorganice". Deoarece structura acestor elemente comestibile este un schelet de carbon, definiția organică este considerată redundantă.

De fapt, termenul organic apare din capacitatea organismelor de a sintetiza compușii menționați.