Ανόργανα βιομοριακά χαρακτηριστικά, λειτουργίες, ταξινόμηση και παραδείγματα



Το ανόργανα βιομόρια αποτελούν μια ευρεία ομάδα μοριακών συνθέσεων που υπάρχουν στα ζωντανά όντα. Εξ ορισμού, η βασική δομή των ανόργανων μορίων δεν αποτελείται από έναν σκελετό άνθρακα ή συνδεδεμένα άτομα άνθρακα.

Ωστόσο, αυτό δεν σημαίνει ότι οι ανόργανες ενώσεις πρέπει να είναι εντελώς απαλλαγμένες από άνθρακα για να συμπεριληφθούν σε αυτή τη μεγάλη κατηγορία, αλλά ότι ο άνθρακας δεν πρέπει να είναι το κύριο και πιο άφθονο άτομο του μορίου. Οι ανόργανες ενώσεις που αποτελούν μέρος των ζωντανών όντων είναι κυρίως νερό και μια σειρά από στερεά ή ανόργανα διαλύματα.

Νερό - τα πιο άφθονα οργανισμών ανόργανα βιομόριο - έχει μια σειρά από χαρακτηριστικά που το καθιστούν ένα απαραίτητο στοιχείο για τη ζωή κάνουν, ως ένα υψηλό σημείο βρασμού, υψηλή διηλεκτρική σταθερά, ικανότητα buffer αλλαγές στη θερμοκρασία και το ρΗ, μεταξύ άλλοι.

Τα ιόντα και τα αέρια, από την άλλη πλευρά, περιορίζονται σε πολύ συγκεκριμένες λειτουργίες μέσα στα οργανικά όντα, όπως νευρικό παλμό, πήξη αίματος, οσμωτική ρύθμιση, μεταξύ άλλων. Επιπλέον, είναι σημαντικοί συμπαράγοντες ορισμένων ενζύμων.

Ευρετήριο

  • 1 Χαρακτηριστικά
  • 2 Ταξινόμηση και λειτουργίες
    • 2.1 - Νερό
    • 2.2 -Γάσεις
    • 2.3 -Iones
  • 3 Διαφορές μεταξύ βιολογικών και ανόργανων βιομορίων
    • 3.1 Χρήση οργανικών και ανόργανων όρων στην καθημερινή ζωή
  • 4 Αναφορές

Χαρακτηριστικά

Το χαρακτηριστικό γνώρισμα των ανόργανων μορίων που απαντώνται στη ζωντανή ύλη είναι η απουσία δεσμών άνθρακα-υδρογόνου.

Αυτά τα βιομόρια είναι σχετικά μικρά και περιλαμβάνουν νερό, αέρια και μια σειρά από ανιόντα και κατιόντα που συμμετέχουν ενεργά στο μεταβολισμό.

Ταξινόμηση και λειτουργίες

Το πιο σχετικό ανόργανο μόριο στη ζωντανή ύλη είναι, χωρίς αμφιβολία, νερό. Επιπλέον, υπάρχουν και άλλα ανόργανα συστατικά και ταξινομούνται σε αέρια, ανιόντα και κατιόντα.

Στα αέρια έχουμε οξυγόνο, διοξείδιο του άνθρακα και άζωτο. Στα ανιόντα περιλαμβάνονται χλωριούχα, φωσφορικά, ανθρακικά, μεταξύ άλλων. Και στα κατιόντα είναι νάτριο, κάλιο, αμμώνιο, ασβέστιο, μαγνήσιο και άλλα θετικά ιόντα.

Στη συνέχεια, θα περιγράψουμε καθεμιά από αυτές τις ομάδες, με τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά τους και τη λειτουργία τους μέσα στα ζωντανά όντα.

-Το νερό

Το νερό είναι το πιο άφθονο ανόργανο συστατικό στα ζωντανά όντα. Είναι ευρέως γνωστό ότι η ζωή αναπτύσσεται σε ένα υδατικό μέσο. Αν και υπάρχουν οργανισμοί που δεν ζουν μέσα σε ένα σώμα νερού, το εσωτερικό περιβάλλον αυτών των ατόμων είναι κυρίως νερό. Τα ζωντανά όντα αποτελούνται από 60% έως 90% του νερού.

Η σύνθεση του νερού στον ίδιο οργανισμό μπορεί να ποικίλει, ανάλογα με τον τύπο του κυττάρου που μελετήθηκε. Για παράδειγμα, ένα κύτταρο σε ένα οστό έχει, κατά μέσο όρο, 20% νερό, ενώ ένα εγκεφαλικό κύτταρο μπορεί εύκολα να φτάσει το 85%.

Το νερό είναι τόσο σημαντικό, επειδή η μεγάλη πλειοψηφία των βιοχημικών αντιδράσεων που συνθέτουν το μεταβολισμό των ατόμων λαμβάνει χώρα σε ένα υδατικό μέσο.

Για παράδειγμα, η φωτοσύνθεση αρχίζει με την κατανομή των συστατικών του νερού με τη δράση της φωτεινής ενέργειας. Η κυτταρική αναπνοή έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή νερού με τη διάσπαση μορίων γλυκόζης για την επίτευξη ενεργειακής εκχύλισης.

Άλλες λιγότερο γνωστές μεταβολικές οδούς περιλαμβάνουν επίσης την παραγωγή νερού. Η σύνθεση των αμινοξέων έχει ως προϊόν ένα νερό.

Ιδιότητες του νερού

Το νερό έχει μια σειρά χαρακτηριστικών που το καθιστούν αναντικατάστατο στοιχείο στον πλανήτη Γη, επιτρέποντας το θαυμάσιο γεγονός της ζωής. Μεταξύ αυτών των ακινήτων έχουμε:

Νερό ως διαλύτης: δομικά, σχηματίζεται νερό με δύο άτομα υδρογόνου προσαρτημένα σε ένα άτομο οξυγόνου, που μοιράζονται τα ηλεκτρόνια τους μέσω ενός πολικού ομοιοπολικού δεσμού. Έτσι, αυτό το μόριο έχει φορτώσει άκρα, ένα θετικό και ένα αρνητικό.

Χάρη σε αυτή τη διαμόρφωση, ονομάζεται η ουσία πολικό. Με αυτό τον τρόπο, το νερό μπορεί να διαλύσει ουσίες με την ίδια πολική τάση, αφού τα θετικά τμήματα προσελκύουν τα αρνητικά του μορίου που πρόκειται να διαλυθεί και αντίστροφα. Τα μόρια που το νερό καταφέρνει να διαλύσει ονομάζονται υδρόφιλα.

Θυμηθείτε ότι στη χημεία, έχουμε τον κανόνα ότι "το ίδιο διαλύει το ίδιο". Αυτό σημαίνει ότι οι πολικές ουσίες διαλύονται αποκλειστικά σε άλλες ουσίες που είναι επίσης πολικές.

Για παράδειγμα, ιοντικές ενώσεις, όπως υδατάνθρακες και χλωριούχα άλατα, αμινοξέα, αέρια και άλλες ενώσεις με ομάδες υδροξυλίου, καταφέρνουν να διαλύονται εύκολα στο νερό.

Διηλεκτρική σταθερά: Η υψηλή διηλεκτρική σταθερά του ζωτικού υγρού είναι επίσης ένας παράγοντας που συμβάλλει στη διάλυση ανόργανων αλάτων στο στήθος του. Η διηλεκτρική σταθερά είναι ο παράγοντας με τον οποίο διαχωρίζονται από το κενό δύο φορτία αντίθετου σήματος.

Ειδική θερμότητα νερού: η ανάσχεση των βίαιων μεταβολών της θερμοκρασίας είναι ένα απαραίτητο χαρακτηριστικό για την ανάπτυξη της ζωής. Χάρη στην υψηλή ειδική θερμότητα του νερού, οι θερμοκρασιακές μεταβολές σταθεροποιούνται, δημιουργώντας ένα κατάλληλο περιβάλλον για ζωή.

Μια υψηλή ειδική θερμότητα σημαίνει ότι ένα κύτταρο μπορεί να δεχθεί σημαντικές ποσότητες θερμότητας και η θερμοκρασία δεν αυξάνεται σημαντικά.

Συνοχή: Η συνοχή είναι μια άλλη ιδιότητα που αποτρέπει τις ξαφνικές μεταβολές της θερμοκρασίας. Χάρη στις αντιτιθέμενες κατηγορίες των μορίων του νερού, προσελκύουν το ένα το άλλο, δημιουργώντας αυτό που ονομάζεται συνοχή.

Η συνοχή επιτρέπει τη μη αύξηση της θερμοκρασίας της ζωντανής ύλης. Η θερμιδική ενέργεια διασπά τους δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των μορίων, αντί να επιταχύνει τα μεμονωμένα μόρια.

Έλεγχος PH: Εκτός από τη ρύθμιση και τη διατήρηση σταθερής θερμοκρασίας, το νερό είναι σε θέση να κάνει το ίδιο με το pH. Υπάρχουν ορισμένες μεταβολικές αντιδράσεις που απαιτούν ένα συγκεκριμένο ρΗ ώστε να μπορούν να πραγματοποιηθούν. Με τον ίδιο τρόπο, τα ένζυμα απαιτούν επίσης το συγκεκριμένο ρΗ να λειτουργεί με μέγιστη αποτελεσματικότητα.

Η ρύθμιση του ρΗ συμβαίνει χάρη σε ομάδες υδροξυλίου (-ΟΗ) που χρησιμοποιούνται μαζί με ιόντα υδρογόνου (Η+). Το πρώτο σχετίζεται με το σχηματισμό ενός αλκαλικού μέσου, ενώ το δεύτερο συμβάλλει στο σχηματισμό ενός όξινου μέσου.

Σημείο ζέσεως: Το σημείο βρασμού του νερού είναι 100 ° C. Αυτή η ιδιότητα επιτρέπει στο νερό να υπάρχει σε υγρή κατάσταση σε ευρεία κλίμακα θερμοκρασιών, από 0 ° C έως 100 ° C.

Το υψηλό σημείο ζέσεως εξηγείται από την ικανότητα σχηματισμού τεσσάρων δεσμών υδρογόνου ανά μόριο νερού. Αυτό το χαρακτηριστικό εξηγεί επίσης τα υψηλά σημεία τήξης και τη θερμότητα εξάτμισης, αν τα συγκρίνουμε με άλλα υδρίδια, όπως το NH3, το HF ή το Η2S.

Αυτό επιτρέπει την ύπαρξη ορισμένων ακραίοφιλων οργανισμών. Για παράδειγμα, υπάρχουν οργανισμοί που αναπτύσσονται κοντά στους 0 ° C και ονομάζονται psychrofílos. Με τον ίδιο τρόπο, τα θερμοφιλικά αναπτύσσονται κοντά στους 70 ή στους 80 ° C.

Μεταβολή της πυκνότητας: η πυκνότητα του νερού ποικίλλει κατά πολύ συγκεκριμένο τρόπο όταν αλλάζει η θερμοκρασία του περιβάλλοντος. Ο πάγος παρουσιάζει ένα ανοιχτό κρυσταλλικό δίκτυο, σε αντίθεση με το νερό σε υγρή κατάσταση παρουσιάζει μια πιο τυχαία, αυστηρότερη και πυκνότερη μοριακή οργάνωση.

Αυτή η ιδιότητα επιτρέπει στον πάγο να επιπλέει στο νερό, να ενεργεί ως μόνωση τύπου και να επιτρέπει τη σταθερότητα των μεγάλων ωκεάνιων μαζών.

Εάν δεν συνέβαινε αυτό, ο πάγος θα βυθιστεί στα βάθη των θαλασσών και η ζωή, όπως το γνωρίζουμε, θα ήταν εξαιρετικά απίθανο γεγονός, πώς θα μπορούσε να προκύψει ζωή σε μεγάλες μάζες πάγου?

Ο οικολογικός ρόλος του νερού

Για να τελειώσουμε με το θέμα του νερού, πρέπει να αναφέρουμε ότι το ζωτικό υγρό όχι μόνο έχει ένα σχετικό ρόλο μέσα στα ζωντανά όντα, αλλά και το περιβάλλον στο οποίο ζουν.

Ο ωκεανός είναι η μεγαλύτερη δεξαμενή νερού στη Γη, η οποία επηρεάζεται από τις θερμοκρασίες, ευνοώντας τις διεργασίες εξάτμισης. Οι τεράστιες ποσότητες νερού βρίσκονται σε έναν συνεχή κύκλο εξάτμισης και καθίζησης του νερού, δημιουργώντας αυτό που είναι γνωστό ως ο κύκλος του νερού.

-Αέρια

Αν συγκρίνουμε τις εκτεταμένες λειτουργίες του νερού σε βιολογικά συστήματα, ο ρόλος των υπόλοιπων ανόργανων μορίων περιορίζεται μόνο σε πολύ συγκεκριμένους ρόλους.

Γενικά, τα αέρια διέρχονται μέσω των κυττάρων σε υδατικές αραιώσεις. Μερικές φορές χρησιμοποιούνται ως υποστρώματα για χημικές αντιδράσεις και σε άλλες περιπτώσεις αποτελούν το απόβλητο του μεταβολικού μονοπατιού. Τα πιο σημαντικά είναι το οξυγόνο, το διοξείδιο του άνθρακα και το άζωτο.

Το οξυγόνο είναι ο τελικός αποδέκτης ηλεκτρονίων στις αλυσίδες μεταφοράς οργανισμών με αερόβια αναπνοή. Επίσης, το διοξείδιο του άνθρακα είναι ένα απόβλητο προϊόν σε ζώα και ένα υπόστρωμα φυτών (για φωτοσυνθετικές διεργασίες).

-Ιόνες

Όπως τα αέρια, ο ρόλος των ιόντων σε ζωντανούς οργανισμούς φαίνεται να περιορίζεται σε πολύ συγκεκριμένα γεγονότα, αλλά είναι απαραίτητος για την καλή λειτουργία ενός ατόμου. Κατατάσσονται ανάλογα με το φορτίο τους σε ανιόντα, ιόντα με αρνητικά φορτία και κατιόντα, ιόντα με θετικά φορτία.

Μερικά από αυτά απαιτούνται μόνο σε πολύ μικρές ποσότητες, όπως τα μεταλλικά συστατικά των ενζύμων. Άλλοι χρειάζονται σε μεγαλύτερες ποσότητες, όπως χλωριούχο νάτριο, κάλιο, μαγνήσιο, σίδηρο, ιώδιο, μεταξύ άλλων.

Το ανθρώπινο σώμα χάνει συνεχώς αυτά τα ορυκτά, μέσα από τα ούρα, τα κόπρανα και τον ιδρώτα. Αυτά τα συστατικά πρέπει να επανεισάγονται στο σύστημα μέσω τροφίμων, κυρίως φρούτα, λαχανικά και κρέατα.

Ιονικές λειτουργίες

Συμπαράγοντες: τα ιόντα μπορούν να λειτουργήσουν ως συμπαράγοντες των χημικών αντιδράσεων. Το ιόν χλωρίου συμμετέχει στην υδρόλυση αμύλου από τις αμυλάσες. Το κάλιο και το μαγνήσιο είναι απαραίτητα ιόντα για τη λειτουργία πολύ σημαντικών ενζύμων στο μεταβολισμό.

Διατήρηση της ωσμωτικότητας: μια άλλη λειτουργία μεγάλης σημασίας είναι η διατήρηση των βέλτιστων οσμωτικών συνθηκών για την ανάπτυξη βιολογικών διεργασιών.

Η ποσότητα των διαλυτών μεταβολιτών πρέπει να ρυθμίζεται κατ 'εξαίρεση, διότι αν το σύστημα αποτύχει, το κύτταρο μπορεί να εκραγεί ή να χάσει σημαντικές ποσότητες νερού.

Στους ανθρώπους, για παράδειγμα, το νάτριο και το χλώριο είναι σημαντικά στοιχεία που συμβάλλουν στη διατήρηση της οσμωτικής ισορροπίας. Αυτά τα ίδια ιόντα ευνοούν επίσης την ισορροπία οξέος βάσης.

Δυναμικό μεμβράνης: σε ζώα, τα ιόντα συμμετέχουν ενεργά στη δημιουργία του δυναμικού μεμβράνης στη μεμβράνη των διεγερτικών κυττάρων.

Οι ηλεκτρικές ιδιότητες των μεμβρανών επηρεάζουν σημαντικά γεγονότα, όπως η ικανότητα των νευρώνων να μεταδίδουν πληροφορίες.

Σε αυτές τις περιπτώσεις, η μεμβράνη δρα αναλόγως με έναν ηλεκτρικό πυκνωτή, όπου τα φορτία συσσωρεύονται και αποθηκεύονται χάρη στις ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των κατιόντων και των ανιόντων και στις δύο πλευρές της μεμβράνης.

Η ασύμμετρη κατανομή των ιόντων σε διάλυμα σε κάθε μία από τις πλευρές της μεμβράνης έχει ως αποτέλεσμα ένα ηλεκτρικό δυναμικό - ανάλογα με τη διαπερατότητα της μεμβράνης στα υπάρχοντα ιόντα. Το μέγεθος του δυναμικού μπορεί να υπολογιστεί ακολουθώντας την εξίσωση Nernst ή την εξίσωση Goldman.

Διαρθρωτικές: μερικά ιόντα εκτελούν δομικές λειτουργίες. Για παράδειγμα, η υδροξυαπατίτη θέτει την κρυσταλλική μικροδομή των οστών. Το ασβέστιο και ο φώσφορος, από την άλλη πλευρά, είναι απαραίτητο στοιχείο για το σχηματισμό οστών και δοντιών.

Άλλες λειτουργίες: Τέλος, τα ιόντα συμμετέχουν στις λειτουργίες ως ετερογενείς όπως η πήξη του αίματος (με ιόντα ασβεστίου), η όραση και η συστολή των μυών.

Διαφορές μεταξύ βιολογικών και ανόργανων βιομορίων

Περίπου το 99% της σύνθεσης των ζώντων όντων περιλαμβάνει μόνο τέσσερα άτομα: υδρογόνο, οξυγόνο, άνθρακα και άζωτο. Αυτά τα άτομα λειτουργούν ως τεμάχια ή μπλοκ, τα οποία μπορούν να διευθετηθούν σε ένα ευρύ φάσμα τρισδιάστατων σχηματισμών, σχηματίζοντας τα μόρια που επιτρέπουν τη ζωή.

Ενώ οι ανόργανες ενώσεις τείνουν να είναι μικρές, απλές και όχι πολύ διαφορετικές, οι οργανικές ενώσεις τείνουν να είναι πιο αξιοσημείωτες και ποικίλες.

Επιπλέον, η πολυπλοκότητα των οργανικών βιομορίων αυξάνεται επειδή, εκτός από τον σκελετό του άνθρακα, έχουν λειτουργικές ομάδες που καθορίζουν τα χημικά χαρακτηριστικά.

Ωστόσο, και τα δύο είναι εξίσου απαραίτητα για τη βέλτιστη ανάπτυξη των ζώντων όντων.

Χρήση οργανικών και ανόργανων όρων στην καθημερινή ζωή

Τώρα που περιγράφουμε τη διαφορά μεταξύ των δύο τύπων βιομορίων, είναι απαραίτητο να διευκρινίσουμε ότι χρησιμοποιούμε αυτούς τους όρους αόριστα και ανακριβώς στην καθημερινή ζωή.

Όταν ονομάζουμε φρούτα και λαχανικά ως "οργανικά" - κάτι που είναι πολύ δημοφιλές στις μέρες μας - αυτό δεν σημαίνει ότι τα υπόλοιπα προϊόντα είναι "ανόργανα". Δεδομένου ότι η δομή αυτών των εδώδιμων στοιχείων είναι ένας σκελετός άνθρακα, ο ορισμός του οργανικού θεωρείται περιττός.

Στην πραγματικότητα, ο όρος οργανικός προέρχεται από την ικανότητα των οργανισμών να συνθέσουν τις εν λόγω ενώσεις.

Αναφορές

  1. Audesirk, Τ., Audesirk, G., & Byers, Β. Ε (2003). Βιολογία: Η ζωή στη Γη. Εκπαίδευση Pearson.
  2. Aracil, C. Β., Rodriguez, Μ. Ρ., Magraner, J. Ρ., & Perez, R.S. (2011). Βασικές αρχές βιοχημείας. Πανεπιστήμιο της Βαλένθια.
  3. Battaner Arias, Ε. (2014). Σύνολο ενζυμολογίας. Εκδόσεις του Πανεπιστημίου της Σαλαμάνκα.
  4. Berg, J. Μ., Stryer, L., & Tymoczko, J.L. (2007). Βιοχημεία. Αντίστροφα.
  5. Devlin, Τ. Μ. (2004). Βιοχημεία: βιβλίο με κλινικές εφαρμογές. Αντίστροφα.
  6. Diaz, Α. Ρ., & Pena, Α. (1988). Βιοχημεία. Συντάκτης Limusa.
  7. Macarulla, J. Μ., & Goñi, F. Μ. (1994). Ανθρώπινη βιοχημεία: βασική πορεία. Αντίστροφα.
  8. Macarulla, J. Μ., & Goñi, F. Μ. (1993). Βιομοριακά: μαθήματα στη δομική βιοχημεία. Αντίστροφα.
  9. Müller-Esterl, W. (2008). Βιοχημεία Βασικές αρχές για την ιατρική και τις βιοεπιστήμες. Αντίστροφα.
  10. Teijon, J. Μ. (2006). Θεμελιώδη στοιχεία της δομικής βιοχημείας. Επεξεργασία Tébar.
  11. Monge-Nájera, J. (2002). Γενική βιολογία. EUNED.