BIOMOLECULE ANORGANICE: CARACTERISTICI, FUNCȚII, TIPURI - BIOLOGIE - 2025

Cele biomolecule anorganice sunt un grup mare de configurații moleculare prezente în ființe 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 lipsiți de carbon pentru a fi incluși în această mare categorie, ci mai degrabă că carbonul nu trebuie să fie principalul și cel mai abundent atom din moleculă. Compușii anorganici care fac parte din ființele vii sunt în principal apă și o serie de minerale solide sau cu soluție.

Sursa: I, Splette

Apa - cea mai abundentă biomoleculă anorganică din organisme - 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 amortiza modificările de temperatură și pH, printre alții.

Ionii și gazele, pe de altă parte, sunt limitate la funcții foarte specifice în cadrul ființelor organice, cum ar fi impulsul nervos, coagularea sângelui, reglarea osmotică, printre altele. În plus, aceștia sunt cofactori importanți ai anumitor enzime.

caracteristici

Caracteristica 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 în materia vie este, fără îndoială, apa. Pe lângă aceasta, alte componente anorganice sunt prezente și sunt clasificate în gaze, anioni și cationi.

În cadrul gazelor avem oxigen, dioxid de carbon și azot. În anioni sunt cloruri, fosfați, carbonați, printre altele. Și în cationi sunt sodiu, potasiu, amoniu, calciu, magneziu și alți ioni pozitivi.

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

-Apă

Apa este cea mai abundentă componentă anorganică la ființele vii. Este cunoscut că viața se dezvoltă într-un mediu apos. Deși există organisme care nu trăiesc într-un corp de apă, mediul intern al acestor indivizi este în mare parte hidric. Lucrurile vii sunt compuse între 60% și 90% apă.

Compoziția apei din același organism poate varia, în funcție de tipul de celulă studiat. De exemplu, o celulă dintr-un os are, în medie, 20% apă, în timp ce o celulă din creier poate ajunge cu ușurință la 85%.

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

De exemplu, fotosinteza începe cu descompunerea componentelor apei prin acțiunea energiei luminoase. Respiratia celulara are ca rezultat producerea de apa prin eliminarea moleculelor de glucoza pentru extractia energiei.

Alte căi metabolice mai puțin cunoscute implică și producerea de apă. Sinteza aminoacizilor este produsă de apă.

Proprietățile apei

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

Apa ca solvent: structural, apa este alcătuită din doi atomi de hidrogen legați de un atom de oxigen, care împărtășesc electronii lor printr-o legătură covalentă polară. Astfel, această moleculă are capete încărcate, 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 porțiunile negative ale moleculei să se dizolve și invers. Moleculele pe care apa le dizolvă se numesc hidrofile.

Amintiți-vă că în chimie, avem regula că „același dizolvă același lucru”. Aceasta înseamnă că substanțele polare se dizolvă exclusiv în alte substanțe care sunt de asemenea polare.

De exemplu, compușii ionici, cum ar fi carbohidrații și clorurile, aminoacizii, gazele și alți compuși cu grupări hidroxil, se pot dizolva cu ușurință în apă.

Constanța dielectrică: constantă dielectrică ridicată a lichidului vital este, de asemenea, un factor care contribuie la dizolvarea sărurilor anorganice din ea. Constanta dielectrică este factorul prin care două sarcini de semn opus sunt separate în raport cu vidul.

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

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

Coeziune: coeziunea este o altă proprietate care previne schimbările bruște ale temperaturii. Datorită încărcărilor opuse ale moleculelor de apă, acestea se atrag reciproc, creând ceea ce se numește coeziune.

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

Controlul PH: pe lângă reglarea și menținerea temperaturii constante, apa este capabilă să facă același lucru cu pH-ul. Există anumite reacții metabolice care necesită un pH specific pentru a avea loc. În același mod, enzimele necesită, de asemenea, un pH specific pentru a funcționa cu eficiență maximă.

Reglarea pH-ului are loc 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 apei să existe într-o stare lichidă la o gamă largă de temperatură, de la 0 ° C la 100 ° C.

Punctul de fierbere ridicat se explică prin capacitatea de a forma patru legături de hidrogen pentru fiecare moleculă de apă. Această caracteristică explică, de asemenea, punctele ridicate de topire și căldura vaporizării, dacă le comparăm cu alte hidride, precum NH ₃ , HF sau H ₂ S.

Aceasta permite existența unor organisme extremofile. De exemplu, există organisme care se dezvoltă aproape de 0 ° C și se numesc psihofile. În același mod, cele termofile se dezvoltă în jur de 70 sau 80 ° C.

Variația densității: densitatea apei variază într-un mod foarte particular pe măsură ce temperatura mediului se schimbă. Gheața prezintă o rețea cristalină deschisă, în contrast cu apa în stare lichidă, prezintă o organizare moleculară mai întâmplătoare, mai strânsă și mai densă.

Această proprietate permite gheții să plutească pe apă, să acționeze ca un izolator pe termen lung și să permită stabilitatea maselor mari oceanice.

Dacă nu ar fi așa, gheața ar fi scufundată în adâncurile mărilor, iar 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 subiectul apei, este necesar să menționăm că lichidul vital nu are doar un rol relevant în interiorul ființelor vii, ci și modelează mediul în care trăiesc.

Oceanul este cel mai mare rezervor de apă de pe pământ, care este afectat de temperaturi, favorizând procesele de evaporare. Cantități enorme de apă se află într-un ciclu constant de evaporare și precipitare a apei, creând ceea ce este cunoscut sub numele de ciclul apei.

-Gaz

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

În general, gazele trec prin celule în diluții apoase. Uneori sunt utilizate ca substraturi pentru reacții chimice, iar în alte cazuri, sunt produsul deșeurilor de pe calea metabolică. Cele mai relevante sunt oxigenul, dioxidul de carbon și azotul.

Oxigenul este acceptorul final al electronilor în 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 procese fotosintetice).

-Ions

La fel ca gazele, rolul ionilor în organismele vii apare limitat la evenimente foarte particulare, dar esențiale pentru buna funcționare a unui individ. Acestea sunt clasificate în funcție de sarcina lor în anioni, ioni cu sarcini negative și cationi, ioni cu sarcini pozitive.

Unele dintre acestea sunt necesare numai 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 pierde constant aceste minerale, prin urină, fecale și transpirație. Aceste componente trebuie reintroduse în sistem prin alimente, în principal fructe, legume și carne.

Funcții Ion

Cofactori: Ionii pot acționa ca cofactori ai reacțiilor chimice. Ionul de clor participă la hidroliza amidonului de către amilaze. Potasiul și magneziul sunt ioni esențiali pentru funcționarea enzimelor care sunt foarte importante în metabolism.

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

Cantitatea de metaboliți dizolvați trebuie reglată într-un mod excepțional, deoarece în cazul în care 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. Aceiași ioni promovează de asemenea echilibrul acido-bazic.

Potențial de membrană: la animale, ionii participă activ la generarea potențialului de membrană în membrana celulelor excitabile.

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

În aceste cazuri, membrana acționează în mod analog unui condensator electric, unde se acumulează și se depozitează sarcini datorită interacțiunilor electrostatice dintre cationi și anioni de pe ambele părți ale membranei.

Distribuția asimetrică a ionilor în soluție de fiecare parte a membranei se traduce într-un potențial electric - în funcție de permeabilitatea membranei la ionii prezenți. Mărimea potențialului poate fi calculată urmând ecuația Nernst sau Goldman.

Structurale: unii ioni îndeplinesc funcții structurale. De exemplu, hidroxiapatita condiționează microstructura cristalină a oaselor. Între timp, calciul și fosforul sunt un element necesar pentru formarea oaselor și a dinților.

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

Diferențele dintre biomoleculele organice și cele anorganice

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

În timp ce compușii anorganici tind să fie mici, simpli și nu foarte diferiți, compușii organici tind să fie mai notabili și mai variați.

În plus, complexitatea biomoleculelor organice crește, deoarece, pe lângă scheletul de carbon, 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 că descriem diferența dintre ambele tipuri de biomolecule, este necesar să clarificăm că folosim acești termeni într-un mod vag și imprecis în viața de zi cu zi.

Când desemnăm fructele și legumele ca fiind „organice” - ceea ce este foarte popular astăzi - 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 provine din capacitatea organismelor de a sintetiza acești compuși.

Referințe

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologie: Viața pe Pământ. Educația Pearson.
2. Aracil, CB, Rodríguez, parlamentar, Magraner, JP, & Pérez, RS (2011). Fundamentele biochimiei. Universitatea din Valencia.
3. Battaner Arias, E. (2014). Compendiu de enzimologie. Edițiile Universității Salamanca.
4. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biochimie. Am inversat.
5. Devlin, TM (2004). Biochimie: manual cu aplicații clinice. Am inversat.
6. Díaz, AP, & Pena, A. (1988). Biochimie. Editorial Limusa.
7. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1994). Biochimie umană: curs de bază. Am inversat.
8. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1993). Biomolecule: lecții în biochimie structurală. Am inversat.
9. Müller - Esterl, W. (2008). Biochimie. Fundamente pentru medicină și științele vieții. Am inversat.
10. Teijón, JM (2006). Fundamentele biochimiei structurale. Editorial Tébar.
11. Monge-Nájera, J. (2002). Biologie generală. EUNED.