EPÄORGAANISET BIOMOLEKYYLIT: OMINAISUUDET, TOIMINNOT, TYYPIT - BIOLOGIA - 2026

Epäorgaaninen biomolekyylit ovat suuri joukko molekyylirakenteiden läsnä eläville olennoille. Määritelmän mukaan epäorgaanisten molekyylien perusrakenne ei koostu hiilirungosta tai sitoutuneista hiiliatomeista.

Tämä ei kuitenkaan tarkoita sitä, että epäorgaanisissa yhdisteissä ei tulisi olla täysin hiiltä, ​​jotta ne voitaisiin sisällyttää tähän suureen luokkaan, vaan pikemminkin, että hiili ei saa olla molekyylin pää- ja runsain atomi. Epäorgaaniset yhdisteet, jotka ovat osa eläviä olentoja, ovat pääasiassa vettä ja joukko kiinteitä tai liuenneita mineraaleja.

Lähde: Minä, Splette

Vesi - organismien runsaimmin epäorgaaninen biomolekyyli - omaa sarjan ominaisuuksia, jotka tekevät siitä elintärkeän elementin, kuten korkea kiehumispiste, korkea dielektrisyysvakio, kyky puskuroida lämpötilan ja pH: n muutoksia muun muassa toiset.

Ionit ja kaasut, toisaalta, ovat rajoittuneita erittäin spesifisiin toimintoihin orgaanisissa olennoissa, kuten hermostunut impulssi, veren hyytyminen, osmoottinen säätely muun muassa. Lisäksi ne ovat tärkeitä kofaktoreita tietyille entsyymeille.

ominaisuudet

Elävistä aineista löytyneiden epäorgaanisten molekyylien erottava piirre on hiili-vety-sidosten puuttuminen.

Nämä biomolekyylit ovat suhteellisen pieniä ja sisältävät vettä, kaasuja sekä joukon anioneja ja kationeja, jotka osallistuvat aktiivisesti aineenvaihduntaan.

Luokittelu ja toiminnot

Merkittävin epäorgaaninen molekyyli elävässä aineessa on epäilemättä vesi. Tämän lisäksi muita epäorgaanisia komponentteja on läsnä ja ne luokitellaan kaasuiksi, anioneiksi ja kationeiksi.

Kaasuissa on happea, hiilidioksidia ja typpeä. Anioneissa on muun muassa klorideja, fosfaatteja, karbonaatteja. Ja kationeissa on natrium-, kalium-, ammonium-, kalsium-, magnesium- ja muita positiivisia ioneja.

Jäljempänä kuvaillaan kutakin näistä ryhmistä niiden merkittävimmillä ominaisuuksilla ja toiminnolla elävissä olennoissa.

-Water

Vesi on elävien olentojen runsas epäorgaaninen komponentti. On yleisesti tiedossa, että elämä kehittyy vetisessä ympäristössä. Vaikka on olemassa organismeja, jotka eivät asu vesistössä, näiden yksilöiden sisäinen ympäristö on enimmäkseen vesipitoinen. Elävät asiat koostuvat 60 - 90% vedestä.

Veden koostumus samassa organismissa voi vaihdella tutkitun solutyypin mukaan. Esimerkiksi luusolussa on keskimäärin 20% vettä, kun taas aivosolu voi helposti saavuttaa 85%.

Vesi on niin tärkeää, että valtaosa biokemiallisista reaktioista, jotka muodostavat yksilöiden metabolian, tapahtuu vesipitoisessa ympäristössä.

Esimerkiksi fotosynteesi alkaa veden komponenttien hajoamisella valon energian vaikutuksesta. Soluhengitys tuottaa vettä tuottamalla glukoosimolekyylejä energian uuttoa varten.

Muihin vähemmän tunnetuihin metaboliareitteihin sisältyy myös veden tuottaminen. Aminohappojen synteesi tuotetaan vedellä.

Veden ominaisuudet

Vesillä on joukko ominaisuuksia, jotka tekevät siitä korvaamattoman elementin maapallolla, mahdollistaen ihmeellisen elämäntapahtuman. Näiden ominaisuuksien joukossa meillä on:

Vesi liuottimena: rakenteellisesti vesi koostuu kahdesta vetyatomista, jotka ovat kiinnittyneet happiatomiin, jakaen niiden elektronit polaarisen kovalenttisen sidoksen kautta. Siksi tällä molekyylillä on varautuneet päät, yksi positiivinen ja yksi negatiivinen.

Tämän muodonmuutoksen ansiosta ainetta kutsutaan polaariseksi. Tällä tavalla vesi voi liuottaa aineita, joilla on sama polaarinen taipumus, koska positiiviset osat houkuttelevat molekyylin negatiiviset osat liukenemaan ja päinvastoin. Veteen liukenevia molekyylejä kutsutaan hydrofiilisiksi.

Muista, että kemiassa meillä on sääntö, että "sama liuottaa saman". Tämä tarkoittaa, että polaariset aineet liukenevat yksinomaan muihin aineisiin, jotka ovat myös polaarisia.

Esimerkiksi ioniset yhdisteet, kuten hiilihydraatit ja kloridit, aminohapot, kaasut ja muut yhdisteet, joissa on hydroksyyliryhmiä, voivat helposti liueta veteen.

Dielektrisyysvakio: Elintärkeän nesteen korkea dielektrisyysvakio on myös tekijä, joka myötävaikuttaa epäorgaanisten suolojen liukenemiseen siihen. Dielektrisyysvakio on tekijä, jolla kaksi vastakkaisen merkin varausta erotetaan tyhjön suhteen.

Veden ominaislämpö: Voimakkaiden lämpötilan muutosten vaimentaminen on olennainen ominaisuus elämän kehitykselle. Veden korkean ominaislämmön ansiosta lämpötilan muutokset vakautuvat, mikä luo elämälle sopivan ympäristön.

Korkea ominaislämpö tarkoittaa, että kenno voi vastaanottaa merkittäviä määriä lämpöä ja kennon lämpötila ei nouse merkittävästi.

Koheesio: Koheesio on toinen ominaisuus, joka estää lämpötilan äkillisiä muutoksia. Vesimolekyylien vastakkaisten varausten ansiosta ne houkuttelevat toisiaan muodostaen ns. Koheesion.

Koheesio sallii elollisen aineen lämpötilan nousta liian paljon. Lämpöenergia katkaisee vety sidokset molekyylien välillä sen sijaan, että kiihdyttää yksittäisiä molekyylejä.

PH-säätö: Lämpötilan säätämisen ja pitämisen vakiona lisäksi vesi pystyy toimimaan samalla tavalla pH: n kanssa. Jotkut aineenvaihduntareaktiot vaativat tietyn pH: n tapahtuakseen. Samalla tavalla entsyymit vaativat myös spesifistä pH: ta toimimaan maksimaalisen tehokkuudella.

PH: n säätely tapahtuu hydroksyyliryhmien (-OH) avulla, joita käytetään yhdessä vetyionien (H ⁺) kanssa. Ensin mainittu liittyy alkalisen väliaineen muodostumiseen, kun taas jälkimmäinen myötävaikuttaa happaman väliaineen muodostumiseen.

Kiehumispiste: veden kiehumispiste on 100 ° C. Tämän ominaisuuden ansiosta vesi voi esiintyä nestemäisessä tilassa laajalla lämpötila-alueella 0 ° C - 100 ° C.

Korkea kiehumispiste selitetään kyvyllä muodostaa neljä vety sidosta kutakin vesimolekyyliä varten. Tämä ominaisuus selittää myös korkeat sulamispisteet ja höyrystymislämpö, jos niitä verrataan muihin hydridit, kuten NH ₃, HF tai H ₂ S.

Tämä sallii joidenkin Extremofiilisten organismien olemassaolon. Esimerkiksi, on organismeja, jotka kehittyvät lähellä 0 ° C ja joita kutsutaan psykofiileiksi. Samalla tavalla termofiiliset kehittyvät noin 70 tai 80 ° C: seen.

Tiheyden vaihtelu: veden tiheys vaihtelee hyvin erityisellä tavalla ympäristön lämpötilan muuttuessa. Jää edustaa avointa kiteistä ristikkoa, toisin kuin nestemäisessä tilassa oleva vesi, siinä on satunnaisempi, tiukempi ja tiheämpi molekyyliorganisaatio.

Tämä ominaisuus antaa jään kellua vedessä, toimia eristeenä ja mahdollistaa suurten valtameremassojen vakauden.

Jos näin ei olisi, jää upotettaisiin merien syvyyteen, ja elämä, kuten tiedämme sen, olisi erittäin epätodennäköinen tapahtuma, miten elämä voisi syntyä suurissa jäämassoissa?

Veden ekologinen merkitys

Vesivaiheen lopuksi on syytä mainita, että elintärkeällä nesteellä ei ole vain tärkeä rooli elävien olentojen sisällä, vaan se myös muovaa ympäristöä, jossa he asuvat.

Valtameri on maan suurin vesisäiliö, johon lämpötilat vaikuttavat, mikä suosii haihtumisprosesseja. Valtavat määrät vettä ovat jatkuvassa veden haihtumis- ja saostumissyklissä, mikä muodostaa niin kutsutun vesisyklin.

-gas

Jos verrataan veden laajoja toimintoja biologisissa järjestelmissä, muiden epäorgaanisten molekyylien rooli on rajattu vain hyvin erityisiin tehtäviin.

Kaasut kulkevat yleensä solujen läpi vesiliuoksissa. Joskus niitä käytetään substraattina kemiallisissa reaktioissa, ja toisissa tapauksissa ne ovat aineenvaihduntareitin jätetuotteita. Merkittävimmät ovat happi, hiilidioksidi ja typpi.

Happi on viimeinen elektroniakseptori aerobisesti hengitettyjen organismien kuljetusketjuissa. Hiilidioksidi on myös eläimissä syntyvä jätetuote ja substraatti kasveille (fotosynteesiprosesseille).

-ioneja

Kuten kaasut, myös ionien rooli elävissä organismeissa näyttää rajoittuneen hyvin erityisiin tapahtumiin, mutta välttämättömiä yksilön moitteettomalle toiminnalle. Ne luokitellaan varauksestaan ​​riippuen anioneiksi, ioneiksi, joilla on negatiiviset varaukset, ja kationeihin, ioneihin, joilla on positiiviset varaukset.

Jotkut näistä tarvitaan vain hyvin pieninä määrinä, kuten entsyymien metallikomponentit. Muita tarvitaan suurempina määrinä, kuten esimerkiksi natriumkloridi, kalium, magnesium, rauta, jodi.

Ihmiskeho menettää näitä mineraaleja jatkuvasti virtsan, ulosteiden ja hien kautta. Nämä komponentit on syötettävä järjestelmään uudelleen ruoan, pääasiassa hedelmien, vihannesten ja lihan kautta.

Ionitoiminnot

Kofaktorit: Ionit voivat toimia kofaktoreina kemiallisissa reaktioissa. Kloori-ioni osallistuu tärkkelyksen hydrolyysiin amylaasien avulla. Kalium ja magnesium ovat välttämättömiä ioneja entsyymien toiminnassa, jotka ovat erittäin tärkeitä aineenvaihdunnassa.

Osmolaarisuuden ylläpitäminen: Toinen erittäin tärkeä tehtävä on optimaalisten osmoottisten olosuhteiden ylläpitäminen biologisten prosessien kehittämiseksi.

Liuenneiden metaboliittien määrää on säänneltävä poikkeuksellisella tavalla, koska jos tämä järjestelmä epäonnistuu, solu voi räjähtää tai menettää huomattavia määriä vettä.

Esimerkiksi ihmisissä natrium ja kloori ovat tärkeitä elementtejä, jotka edistävät osmoottisen tasapainon ylläpitämistä. Nämä samat ionit edistävät myös happo-emäs-tasapainoa.

Kalvopotentiaali: Eläimissä ionit osallistuvat aktiivisesti membraanipotentiaalin luomiseen herättävien solujen kalvossa.

Kalvojen sähköiset ominaisuudet vaikuttavat kriittisiin tapahtumiin, kuten neuronien kykyyn siirtää tietoa.

Näissä tapauksissa kalvo toimii analogisesti sähkökondensaattorin kanssa, jossa varaukset kerääntyvät ja varastoituvat kationien ja anionien välisten sähköstaattisten vuorovaikutusten takia kalvon molemmilla puolilla.

Ionien epäsymmetrinen jakauma liuoksessa membraanin molemmilla puolilla muunnetaan sähköiseksi potentiaaliksi - riippuen kalvon läpäisevyydestä läsnä oleviin ioneihin. Potentiaalin suuruus voidaan laskea seuraamalla Nernst- tai Goldman-yhtälöä.

Rakenne: Jotkut ionit suorittavat rakenteellisia funktioita. Esimerkiksi hydroksiapatiitti säätelee luiden kiteistä mikrorakennetta. Sitä vastoin kalsium ja fosfori ovat välttämättömiä elementtejä luiden ja hampaiden muodostumiseen.

Muut toiminnot: Lopuksi, ionit osallistuvat sellaisiin heterogeenisiin toimintoihin kuin veren hyytyminen (kalsiumionien avulla), visio ja lihaksen supistuminen.

Ero orgaanisten ja epäorgaanisten biomolekyylien välillä

Noin 99% elävien esineiden koostumuksesta sisältää vain neljä atomia: vety, happi, hiili ja typpi. Nämä atomit toimivat kappaleina tai lohkoina, jotka voidaan järjestää monenlaisiin kolmiulotteisiin kokoonpanoihin muodostaen molekyylejä, jotka sallivat elämän.

Vaikka epäorgaaniset yhdisteet ovat yleensä pieniä, yksinkertaisia ​​ja ei kovin erilaisia, orgaaniset yhdisteet ovat yleensä huomattavia ja monimuotoisia.

Tämän lisäksi orgaanisten biomolekyylien monimutkaisuus kasvaa, koska hiilirungon lisäksi niissä on toiminnallisia ryhmiä, jotka määrittävät kemialliset ominaisuudet.

Molemmat ovat kuitenkin yhtä välttämättömiä elävien olentojen optimaaliseen kehitykseen.

Termien orgaaninen ja epäorgaaninen käyttö jokapäiväisessä elämässä

Nyt, kun kuvailemme eroa molempien biomolekyylityyppien välillä, on tarpeen selventää, että käytämme näitä termejä epämääräisesti ja epätäsmällisesti arkielämässä.

Kun nimeämme hedelmät ja vihannekset "orgaanisiksi" - mikä on nykyään erittäin suosittu -, se ei tarkoita, että loput tuotteet ovat "epäorgaanisia". Koska näiden syötävien elementtien rakenne on hiilirunko, orgaanisen osan määritelmää pidetään tarpeettomana.

Itse asiassa termi orgaaninen johtuu organismien kyvystä syntetisoida nämä yhdisteet.

Viitteet

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologia: Elämä maan päällä. Pearson-koulutus.
2. Aracil, CB, Rodríguez, MP, Magraner, JP, ja Pérez, RS (2011). Biokemian perusteet. Valencian yliopisto.
3. Battaner Arias, E. (2014). Entsymologian kokoelma. Salamancan yliopistolehdet.
4. Berg, JM, Stryer, L., ja Tymoczko, JL (2007). Biokemia. Käänsin.
5. Devlin, TM (2004). Biokemia: kliinisiin sovelluksiin liittyvä oppikirja. Käänsin.
6. Díaz, AP, ja Pena, A. (1988). Biokemia. Toimituksellinen Limusa.
7. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1994). Ihmisen biokemia: peruskurssi. Käänsin.
8. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1993). Biomolekyylit: rakenne-biokemian oppitunnit. Käänsin.
9. Müller - Esterl, W. (2008). Biokemia. Lääketieteen ja biotieteiden perusteet. Käänsin.
10. Teijón, JM (2006). Rakenteellisen biokemian perusteet. Toimituksellinen Tébar.
11. Monge-Nájera, J. (2002). Yleinen biologia. EUNED.