Neorganinės biomolekulės: charakteristikos, funkcijos, klasifikavimas ir pavyzdžiai

Neorganinės biomolekulės sudaro didelę molekulinių konfigūracijų grupę gyvose būtybėse. Pagal apibrėžimą, neorganinių molekulių pagrindinė struktūra nesudaro anglies skeleto ar sujungtų anglies atomų.

Tačiau tai nereiškia, kad neorganiniai junginiai turi būti visiškai be anglies, kad juos būtų galima įtraukti į šią didelę kategoriją, tačiau anglis neturi būti pagrindinis ir gausiausias molekulės atomas. Neorganiniai junginiai, kurie yra gyvų būtybių dalis, dažniausiai yra vanduo ir keletas kietų mineralų arba tirpalu.

Vanduo - gausiausia neorganinė biomolekulė organizmuose - turi keletą savybių, dėl kurių jis yra esminis gyvenimo elementas, pvz., Aukšta virimo temperatūra, didelė dielektrinė konstanta, talpumas temperatūros ir pH pokyčių buferyje, tarp kiti

Kita vertus, jonai ir dujos apsiriboja labai specifinėmis funkcijomis ekologiškose būtybėse, pvz., Nervų impulsas, kraujo krešėjimas, osmotinis reguliavimas. Be to, jie yra svarbūs tam tikrų fermentų kofaktoriai.

Savybės

Skiriamasis neorganinių molekulių, esančių gyvoje medžiagoje, bruožas yra anglies ir vandenilio ryšių nebuvimas.

Šios biomolekulės yra palyginti mažos ir apima vandenį, dujas ir daugybę anijonų ir katijonų, aktyviai dalyvaujančių metabolizme.

Klasifikavimas ir funkcijos

Svarbiausia neorganinė molekulė gyvoje medžiagoje, be abejo, yra vanduo. Be to, yra kitų neorganinių komponentų, kurie skirstomi į dujas, anijonus ir katijonus.

Dujose yra deguonies, anglies dioksido ir azoto. Anijonuose, be kita ko, yra chloridai, fosfatai, karbonatai. Katijonuose yra natrio, kalio, amonio, kalcio, magnio ir kitų teigiamų jonų.

Toliau aprašysime kiekvieną iš šių grupių, kurių pačios išskirtinės savybės ir funkcija gyvose būtybėse.

- Vanduo

Vanduo yra gausiausias neorganinis gyvų būtybių komponentas. Plačiai žinoma, kad gyvenimas vystosi vandeninėje terpėje. Nors yra organizmų, kurie negyvena vandens telkinyje, šių asmenų vidinė aplinka yra daugiausia vanduo. Gyvos būtybės yra nuo 60% iki 90% vandens.

Vandens sudėtis tame pačiame organizme gali skirtis priklausomai nuo tiriamo ląstelės tipo. Pavyzdžiui, kaulų ląstelėje yra vidutiniškai 20% vandens, o smegenų ląstelė gali lengvai pasiekti 85%.

Vanduo yra toks svarbus, nes didžioji dalis biocheminių reakcijų, sudarančių individų metabolizmą, vyksta vandeninėje terpėje.

Pavyzdžiui, fotosintezė prasideda nuo vandens komponentų suskirstymo pagal šviesos energiją. Ląstelių kvėpavimas sukelia vandens gamybą, skaidydamas gliukozės molekules, kad gautų energijos gavybą.

Kiti mažiau žinomi metaboliniai keliai taip pat apima vandens gamybą. Aminorūgščių sintezė kaip produktas yra vanduo.

Vandens savybės

Vanduo turi daugybę savybių, dėl kurių jis yra nepakeičiamas elementas planetoje, leidžiantis nuostabų gyvenimo įvykį. Tarp šių savybių turime:

Vanduo kaip tirpiklis: struktūriškai vanduo susidaro su dviem vandenilio atomais, prijungtais prie deguonies atomo, dalindamasis elektronais per polinį kovalentinį ryšį. Taigi, ši molekulė turi įkrautų galų, vieną teigiamą ir vieną neigiamą.

Dėl šios konformacijos medžiaga vadinama poline. Tokiu būdu vanduo gali ištirpinti tas pačias polines tendencijas turinčias medžiagas, nes teigiamos porcijos pritraukia ištirpintos molekulės neigiamus ir atvirkščiai. Vandenyje tirpios molekulės vadinamos hidrofilinėmis.

Prisiminkite, kad chemijoje mes turime taisyklę, kad „tas pats ištirpsta tas pats“. Tai reiškia, kad poliarinės medžiagos ištirpsta tik kitose medžiagose, kurios taip pat yra poliarinės.

Pavyzdžiui, joniniai junginiai, tokie kaip angliavandeniai ir chloridai, aminorūgštys, dujos ir kiti junginiai su hidroksilo grupėmis, lengvai ištirpsta vandenyje.

Dielektrinė konstanta : didelė gyvybinio skysčio dielektrinė konstanta taip pat yra veiksnys, padedantis ištirpinti neorganines druskas. Dielektrinė konstanta yra faktorius, kuriuo atskiriami du priešingo ženklo įkrovimai vakuumo atžvilgiu.

Specifinė vandens šiluma: švelnūs smarkūs temperatūros pokyčiai yra esminė gyvenimo vystymosi ypatybė. Dėl didelės specifinės vandens šilumos temperatūros pokyčiai stabilizuojasi, sukuriant tinkamą aplinką gyvenimui.

Aukšta specifinė šiluma reiškia, kad ląstelė gali gauti daug šilumos ir jos temperatūra žymiai nepadidėja.

Sanglauda: sanglauda yra dar viena ypatybė, kuri neleidžia staigiai keisti temperatūrą. Dėl priešingų vandens molekulių įkrovimo jie pritraukia vieni kitus ir sukuria vadinamąją sanglaudą.

Sanglauda leidžia gyvos medžiagos temperatūrai pernelyg nepadidėti. Kalorijų energija nutraukia vandenilio jungtis tarp molekulių, o ne pagreitina atskiras molekules.

PH kontrolė: ne tik reguliuojant ir palaikant pastovią temperatūrą, vanduo gali padaryti tą patį su pH. Yra tam tikrų medžiagų apykaitos reakcijų, kurioms reikalingas specifinis pH, kad jas būtų galima atlikti. Be to, fermentams taip pat reikalingas specifinis pH, kuris efektyviai veiktų.

PH reguliavimas vyksta dėl hidroksilo grupių (-OH), kurios naudojamos kartu su vandenilio jonais (H +). Pirmasis yra susijęs su šarminės terpės formavimu, o antrasis prisideda prie rūgščios terpės susidarymo.

Virimo temperatūra : vandens virimo temperatūra yra 100 ° C. Ši savybė leidžia vandeniui skystoje būsenoje esant plačiam temperatūros intervalui nuo 0 ° C iki 100 ° C.

Aukšta virimo temperatūra paaiškinama gebėjimu suformuoti keturias vandenilio jungtis vienai vandens molekulei. Ši charakteristika taip pat paaiškina aukštus lydymosi taškus ir garinimo šilumą, jei lyginame juos su kitais hidridais, tokiais kaip NH3, HF arba H 2 S.

Tai leidžia egzistuoti kai kurie ekstremofiliniai organizmai. Pavyzdžiui, yra organizmų, kurie vystosi netoli 0 ° C ir yra vadinami psichrofilais. Panašiai termofilika išsivysto netoli 70 arba 80 ° C temperatūros.

Tankio kitimas: vandens tankis labai skiriasi, keičiant aplinkos temperatūrą. Ledui būdingas atviras kristalinis tinklas, priešingai nei skystos būklės vanduo pateikia atsitiktinę, griežtesnę ir tankesnę molekulinę organizaciją.

Ši savybė leidžia ledui plaukti vandenyje, veikia kaip terminis izoliatorius ir leidžia didelių vandenyno masių stabilumui.

Jei taip nebūtų, ledas būtų nuskendo jūros gelmėse, o gyvenimas, kaip tai žinome, būtų labai mažai tikėtinas įvykis, kaip gyvenimas gali kilti didelėse ledo masėse?

Ekologinis vandens vaidmuo

Norėdami baigti vandens temą, reikia paminėti, kad gyvybiškai svarbi skystis turi ne tik svarbų vaidmenį gyvose būtybėse, bet ir formuoja aplinką, kurioje jie gyvena.

Vanduo yra didžiausias vandens rezervuaras Žemėje, kuriai įtakos turi temperatūra, skatinant garavimo procesus. Dideli vandens kiekiai yra pastovaus vandens išgarinimo ir nusodinimo cikle, sukuriant vadinamąjį vandens ciklą.

-Gazės

Jei lyginame plačias vandens funkcijas biologinėse sistemose, kitų neorganinių molekulių vaidmuo apsiriboja tik labai specifiniais vaidmenimis.

Apskritai, dujos pro ląsteles vyksta vandeniniuose skiedimuose. Kartais jie naudojami kaip substratai cheminėms reakcijoms, o kitais atvejais jie yra metabolinio kelio atliekos. Svarbiausia yra deguonis, anglies dioksidas ir azotas.

Deguonis yra galutinis elektronų priimėjas organizmų, turinčių aerobinį kvėpavimą, transportavimo grandinėse. Be to, anglies dioksidas yra gyvūnuose esantis atliekų produktas ir augalų substratas (fotosintezės procesams).

-Taip pat

Kaip ir dujos, jonų vaidmuo gyvuose organizmuose apsiriboja labai specifiniais įvykiais, tačiau būtinas norint tinkamai funkcionuoti. Jie klasifikuojami priklausomai nuo jų krūvio anijonuose, neigiamo krūvio jonuose ir katijonuose, kuriuose yra teigiamų įkrovimų.

Kai kurie iš jų reikalingi tik labai nedideliais kiekiais, pavyzdžiui, fermentų metalo komponentais. Kiti reikalingi didesniuose kiekiuose, pvz., Natrio chlorido, kalio, magnio, geležies, jodo.

Žmogaus kūnas nuolat praranda šiuos mineralus per šlapimą, išmatą ir prakaitą. Šie komponentai turi būti iš naujo įvesti į sistemą per maistą, daugiausia vaisius, daržoves ir mėsą.

Jonų funkcijos

Kofaktoriai: jonai gali veikti kaip cheminių reakcijų kofaktoriai. Chloro jonas dalyvauja krakmolo hidrolizėje amilazėmis. Kalio ir magnio yra būtini jonai, būtini metabolizuojant labai svarbius fermentus.

Osmoliarumo palaikymas: kita labai svarbi funkcija yra optimalių osmotinių sąlygų palaikymas biologinių procesų plėtrai.

Ištirpusių metabolitų kiekis turi būti reguliuojamas išskirtinai, nes jei ši sistema nesugeba, ląstelė gali sprogti arba prarasti didelį kiekį vandens.

Žmonėms, pavyzdžiui, natris ir chloras yra svarbūs elementai, padedantys palaikyti osmosinį balansą. Šie patys jonai taip pat palankūs rūgšties bazės balansui.

Membranų potencialas: gyvūnams jonai aktyviai dalyvauja generuojant membranos potencialą sužadinamų ląstelių membranoje.

Elektrinės membranų savybės veikia esminius įvykius, tokius kaip neuronų gebėjimas perduoti informaciją.

Tokiais atvejais membrana veikia analogiškai elektriniam kondensatoriui, kur krūviai kaupiami ir kaupiami dėl elektrostatinių sąveikų tarp katijonų ir anijonų abiejose membranos pusėse.

Asimetrinis jonų pasiskirstymas tirpalu kiekvienoje membranos pusėje lemia elektrinį potencialą - priklausomai nuo membranos pralaidumo prie esančių jonų. Potencialo dydį galima apskaičiuoti pagal Nernsto lygtį arba Goldmano lygtį.

Struktūriniai: kai kurie jonai atlieka struktūrines funkcijas. Pavyzdžiui, hidroksilapatitui būdinga kristalinė kaulų mikrostruktūra. Kita vertus, kalcis ir fosforas yra būtinas kaulų ir dantų susidarymo elementas.

Kitos funkcijos: galiausiai, jonai atlieka funkcijas kaip heterogeniškus kaip kraujo krešėjimą (kalcio jonais), regėjimą ir raumenų susitraukimą.

Organinių ir neorganinių biomolekulių skirtumai

Maždaug 99% gyvų būtybių sudėties sudaro tik keturi atomai: vandenilis, deguonis, anglis ir azotas. Šie atomai veikia kaip gabalai arba blokai, kurie gali būti išdėstyti įvairiose trimatėse konfigūracijose, sudarant molekules, kurios leidžia gyventi.

Nors neorganiniai junginiai yra maži, paprasti ir ne labai įvairūs, organiniai junginiai yra labiau pastebimi ir įvairūs.

Be to, organinių biomolekulių sudėtingumas didėja, nes be anglies skeleto jie turi funkcines grupes, kurios nustato chemines savybes.

Tačiau abi tos pačios būtinos norint optimaliai vystyti gyvąsias būtybes.

Organinių ir neorganinių terminų naudojimas kasdieniame gyvenime

Dabar, kai aprašome skirtumą tarp abiejų rūšių biomolekulių, būtina paaiškinti, kad mes naudojame šiuos terminus kasdieniame gyvenime neaiškiai ir netiksliai.

Kai mes nurodome vaisius ir daržoves kaip „ekologiškus“, kurie šiandien yra labai populiarūs, tai nereiškia, kad kiti produktai yra „neorganiniai“. Kadangi šių valgomųjų elementų struktūra yra anglies skeletas, ekologiškų produktų apibrėžimas laikomas nereikalingu.

Iš tiesų, organinis terminas kyla iš organizmų gebėjimo sintezuoti minėtus junginius.