ANORGANICKÉ BIOMOLEKULY: VLASTNOSTI, FUNKCIE, TYPY - BIOLÓGIE - 2025

Tieto anorganické biomolekuly sú veľká skupina molekulárnymi štruktúrami prítomnými v živých bytostí. Základná štruktúra anorganických molekúl podľa definície nie je zložená z uhlíkovej kostry alebo viazaných atómov uhlíka.

To však neznamená, že anorganické zlúčeniny musia byť úplne zbavené uhlíka, aby boli zahrnuté do tejto veľkej kategórie, ale skôr, že uhlík nesmie byť hlavným a najhojnejším atómom v molekule. Anorganickými zlúčeninami, ktoré sú súčasťou živých bytostí, sú najmä voda a rad tuhých látok alebo minerálov v roztoku.

Zdroj: I, Splette

Voda - najhojnejšia anorganická biomolekula v organizmoch - má rad charakteristík, vďaka ktorým je základným prvkom života, ako je napríklad vysoký bod varu, vysoká dielektrická konštanta, schopnosť tlmiť zmeny teploty a pH medzi iní.

Na druhej strane ióny a plyny sú obmedzené na veľmi špecifické funkcie v rámci organických bytostí, ako sú okrem iného nervový impulz, zrážanie krvi, osmotická regulácia. Okrem toho sú dôležitými kofaktormi určitých enzýmov.

vlastnosti

Charakteristickým rysom anorganických molekúl nachádzajúcich sa v živej hmote je neprítomnosť väzieb uhlík-vodík.

Tieto biomolekuly sú relatívne malé a zahŕňajú vodu, plyny a množstvo aniónov a katiónov, ktoré sa aktívne podieľajú na metabolizme.

Klasifikácia a funkcie

Najvýznamnejšou anorganickou molekulou v živej hmote je nepochybne voda. Okrem toho sú prítomné ďalšie anorganické zložky, ktoré sa klasifikujú na plyny, anióny a katióny.

V plynoch máme kyslík, oxid uhličitý a dusík. V aniónoch sú okrem iného chloridy, fosfáty, uhličitany. A v katiónoch sú sodík, draslík, amónium, vápnik, horčík a ďalšie pozitívne ióny.

Nižšie popíšeme každú z týchto skupín s ich najvýznamnejšími charakteristikami a funkciou v živých bytostiach.

-voda

Voda je najhojnejšou anorganickou zložkou živých bytostí. Je všeobecne známe, že život sa vyvíja vo vodnom prostredí. Aj keď existujú organizmy, ktoré nežijú v vodnom útvare, vnútorné prostredie týchto jedincov je väčšinou hydratované. Živé veci sa skladajú zo 60% až 90% vody.

Zloženie vody v tom istom organizme sa môže líšiť v závislosti od typu študovanej bunky. Napríklad bunka v kosti má v priemere 20% vody, zatiaľ čo mozgová bunka môže ľahko dosiahnuť 85%.

Voda je tak dôležitá, pretože veľká väčšina biochemických reakcií, ktoré tvoria metabolizmus jednotlivcov, sa odohráva vo vodnom prostredí.

Napríklad fotosyntéza začína rozkladom zložiek vody pôsobením svetelnej energie. Bunkové dýchanie vedie k produkcii vody štiepením glukózových molekúl na extrakciu energie.

Iné menej známe metabolické cesty tiež zahŕňajú produkciu vody. Syntéza aminokyselín je produkovaná vodou.

Vlastnosti vody

Voda má rad vlastností, vďaka ktorým je nenahraditeľným prvkom na planéte Zem, čo umožňuje úžasnú udalosť života. Medzi týmito vlastnosťami máme:

Voda ako rozpúšťadlo: Štruktúra vody pozostáva z dvoch atómov vodíka viazaných na atóm kyslíka a ich elektróny zdieľajú prostredníctvom polárnej kovalentnej väzby. Táto molekula teda má nabité konce, jeden pozitívny a jeden negatívny.

Vďaka tejto konformácii sa látka nazýva polárna. Týmto spôsobom môže voda rozpúšťať látky s rovnakou polárnou tendenciou, pretože pozitívne časti priťahujú negatívne časti molekuly, ktoré sa majú rozpúšťať, a naopak. Molekuly, ktoré sa rozpúšťajú vo vode, sa nazývajú hydrofilné.

Pamätajte, že v chémii máme pravidlo, že „to isté rozpúšťa to isté“. To znamená, že polárne látky sa rozpúšťajú výlučne v iných polárnych látkach.

Napríklad iónové zlúčeniny, ako sú uhľohydráty a chloridy, aminokyseliny, plyny a ďalšie zlúčeniny s hydroxylovými skupinami, sa môžu ľahko rozpustiť vo vode.

Dielektrická konštanta : vysoká dielektrická konštanta vitálnej kvapaliny je tiež faktorom, ktorý prispieva k rozpusteniu anorganických solí v nej. Dielektrická konštanta je faktor, ktorým sa oddelia dve náboje opačného znamienka vzhľadom na vákuum.

Merné teplo vody: tlmenie prudkých zmien teploty je základnou charakteristikou rozvoja života. Vďaka vysokému mernému teplu vody sa zmeny teploty stabilizujú a vytvárajú tak prostredie vhodné pre život.

Vysoké špecifické teplo znamená, že bunka môže prijímať významné množstvo tepla a teplota bunky sa významne nezvýši.

Súdržnosť: Súdržnosť je ďalšou vlastnosťou, ktorá zabraňuje náhlym zmenám teploty. Vďaka opačným nábojom molekúl vody sa navzájom priťahujú a vytvárajú takzvanú kohéziu.

Súdržnosť umožňuje, aby sa teplota živých látok príliš nezvyšovala. Tepelná energia prerušuje vodíkové väzby medzi molekulami, namiesto zrýchľovania jednotlivých molekúl.

Kontrola pH: okrem regulácie a udržiavania konštantnej teploty je voda schopná urobiť to isté s pH. Existujú určité metabolické reakcie, ktoré si vyžadujú špecifické pH, aby sa mohli uskutočniť. Rovnakým spôsobom vyžadujú enzýmy aj špecifické pH, aby fungovali s maximálnou účinnosťou.

K regulácii pH dochádza vďaka hydroxylovým skupinám (-OH), ktoré sa používajú spolu s vodíkovými iónmi (H ⁺ ). Prvý je spojený s tvorbou alkalického média, zatiaľ čo druhý prispieva k tvorbe kyslého média.

Bod varu : bod varu vody je 100 ° C. Táto vlastnosť umožňuje, aby voda existovala v kvapalnom stave pri širokom teplotnom rozmedzí od 0 ° C do 100 ° C.

Vysoký bod varu sa vysvetľuje schopnosťou vytvoriť štyri vodíkové väzby pre každú molekulu vody. Táto vlastnosť tiež vysvetľuje vysoké teploty topenia a výparné teplo, ak porovnáme ich s ostatnými hydridov, ako je napríklad NH ₃ , HF alebo H ₂ S.

To umožňuje existenciu niektorých extremofilných organizmov. Napríklad existujú organizmy, ktoré sa vyvíjajú pri teplote 0 ° C a nazývajú sa psychrofily. Rovnakým spôsobom sa termofilné vyvíjajú okolo 70 alebo 80 ° C.

Kolísanie hustoty: hustota vody sa mení veľmi špecifickým spôsobom, ako sa mení teplota okolia. Ľad predstavuje otvorenú kryštalickú mriežku, na rozdiel od vody v tekutom stave predstavuje náhodnejšiu, tesnejšiu a hustejšiu molekulárnu organizáciu.

Táto vlastnosť umožňuje, aby ľad plával na vode, pôsobil ako termínový izolátor a umožňoval stabilitu veľkých oceánskych hmôt.

Keby to tak nebolo, ľad by sa ponoril do hlbín morí a život, ako ho poznáme, by bol mimoriadne nepravdepodobnou udalosťou, ako by mohol vzniknúť život vo veľkých množstvách ľadu?

Ekologická úloha vody

Na záver treba uviesť, že vitálna tekutina má nielen dôležitú úlohu vo vnútri živých bytostí, ale tiež formuje prostredie, v ktorom žijú.

Oceán je najväčší rezervoár vody na Zemi, ktorý je ovplyvňovaný teplotami a podporuje procesy odparovania. Obrovské množstvo vody je v konštantnom cykle odparovania a zrážania vody, čím sa vytvára tzv. Vodný cyklus.

-Gas

Ak porovnáme rozsiahle funkcie vody v biologických systémoch, úloha ostatných anorganických molekúl je obmedzená iba na veľmi špecifické úlohy.

Všeobecne plyny prechádzajú bunkami vo vodných riedeniach. Niekedy sa používajú ako substráty pre chemické reakcie a v iných prípadoch sú odpadovým produktom metabolickej cesty. Najdôležitejšie sú kyslík, oxid uhličitý a dusík.

Kyslík je finálny akceptor elektrónov v transportných reťazcoch aerobne dýchaných organizmov. Oxid uhličitý je odpadový produkt u zvierat a substrát pre rastliny (pre fotosyntetické procesy).

-ionty

Rovnako ako plyny sa úloha iónov v živých organizmoch javí ako obmedzená na veľmi konkrétne udalosti, ale nevyhnutná pre správne fungovanie jednotlivca. Podľa ich náboja sa delia na anióny, ióny so zápornými nábojmi a katióny, ióny s kladnými nábojmi.

Niektoré z nich sú potrebné iba vo veľmi malom množstve, ako sú kovové zložky enzýmov. Ďalšie sú potrebné vo vyšších množstvách, ako je napríklad chlorid sodný, draslík, horčík, železo, jód.

Ľudské telo neustále stráca tieto minerály močom, výkaly a potom. Tieto komponenty sa musia do systému dostať znovu prostredníctvom potravín, najmä ovocia, zeleniny a mäsa.

Iónové funkcie

Kofaktory: Ióny môžu pôsobiť ako kofaktory chemických reakcií. Chlórový ión sa podieľa na hydrolýze škrobu amylázami. Draslík a horčík sú nevyhnutné ióny pre fungovanie enzýmov, ktoré sú veľmi dôležité v metabolizme.

Udržiavanie osmolarity: ďalšou dôležitou funkciou je udržiavanie optimálnych osmotických podmienok pre vývoj biologických procesov.

Množstvo rozpustených metabolitov musí byť regulované výnimočne, pretože ak tento systém zlyhá, bunka môže explodovať alebo by mohla stratiť značné množstvo vody.

Napríklad u ľudí sú sodík a chlór dôležitými prvkami, ktoré prispievajú k udržiavaniu osmotickej rovnováhy. Tieto rovnaké ióny tiež podporujú acidobázickú rovnováhu.

Membránový potenciál: u zvierat sa ióny aktívne podieľajú na tvorbe membránového potenciálu v membráne excitovateľných buniek.

Elektrické vlastnosti membrán ovplyvňujú rozhodujúce udalosti, napríklad schopnosť neurónov prenášať informácie.

V týchto prípadoch membrána pôsobí analogicky ako elektrický kondenzátor, kde sa náboje akumulujú a ukladajú vďaka elektrostatickým interakciám medzi katiónmi a aniónmi na oboch stranách membrány.

Asymetrická distribúcia iónov v roztoku na každej strane membrány sa premieta do elektrického potenciálu - v závislosti od priepustnosti membrány pre prítomné ióny. Veľkosť potenciálu sa dá vypočítať podľa Nernstovej alebo Goldmanovej rovnice.

Štrukturálne: niektoré ióny vykonávajú štrukturálne funkcie. Napríklad hydroxyapatit podmieňuje kryštalickú mikroštruktúru kostí. Vápnik a fosfor sú medzitým nevyhnutným prvkom pri tvorbe kostí a zubov.

Ďalšie funkcie: nakoniec sa ióny podieľajú na takých heterogénnych funkciách, ako je zrážanie krvi (iónmi vápnika), videnie a svalová kontrakcia.

Rozdiely medzi organickými a anorganickými biomolekulami

Približne 99% zloženia živých vecí obsahuje iba štyri atómy: vodík, kyslík, uhlík a dusík. Tieto atómy fungujú ako kusy alebo bloky, ktoré môžu byť usporiadané v širokom rozsahu trojrozmerných konfigurácií a vytvárajú molekuly, ktoré umožňujú život.

Kým anorganické zlúčeniny majú tendenciu byť malé, jednoduché a nie veľmi rozmanité, organické zlúčeniny majú tendenciu byť pozoruhodnejšie a rozmanitejšie.

Okrem toho sa zvyšuje zložitosť organických biomolekúl, pretože okrem uhlíkovej kostry majú funkčné skupiny, ktoré určujú chemické vlastnosti.

Obidve sú však rovnako potrebné na optimálny rozvoj živých bytostí.

Používanie výrazov organický a anorganický v každodennom živote

Teraz, keď opisujeme rozdiel medzi oboma typmi biomolekúl, je potrebné objasniť, že tieto pojmy používame v každodennom živote nejasne a nepresne.

Ak označíme ovocie a zeleninu ako „organické“ - čo je dnes veľmi populárne -, ešte to neznamená, že ostatné výrobky sú „anorganické“. Pretože štruktúra týchto jedlých prvkov je uhlíková kostra, definícia organických látok sa považuje za nadbytočnú.

V skutočnosti termín organický vychádza zo schopnosti organizmov syntetizovať tieto zlúčeniny.

Referencie

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biológia: Život na Zemi. Pearsonovo vzdelávanie.
2. Aracil, CB, Rodríguez, MP, Magraner, JP, a Pérez, RS (2011). Základy biochémie. Univerzita vo Valencii.
3. Battaner Arias, E. (2014). Súhrn enzymatológie. Edície univerzity Salamanca.
4. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biochémie. Obrátil som sa.
5. Devlin, TM (2004). Biochémia: učebnica s klinickými aplikáciami. Obrátil som sa.
6. Díaz, AP, & Pena, A. (1988). Biochémie. Redakčná Limusa.
7. Macarulla, JM, a Goñi, FM (1994). Ľudská biochémia: základný kurz. Obrátil som sa.
8. Macarulla, JM, a Goñi, FM (1993). Biomolekuly: lekcie štruktúrnej biochémie. Obrátil som sa.
9. Müller - Esterl, W. (2008). Biochémie. Základy medicíny a biologických vied. Obrátil som sa.
10. Teijón, JM (2006). Základy štruktúrnej biochémie. Editorial Tébar.
11. Monge-Nájera, J. (2002). Všeobecná biológia. EUNED.