Oorganiska biomolekyler: egenskaper, funktioner, klassificering och exempel

De oorganiska biomolekylerna utgör en bred grupp molekylära konfigurationer närvarande i levande varelser. Enligt definitionen är den grundläggande strukturen hos oorganiska molekyler inte sammansatt av ett kolskelett eller bundna kolatomer.

Detta betyder emellertid inte att de oorganiska föreningarna måste vara helt kolfria för att vara inkluderade i denna stora kategori, men att kolet inte får vara den huvudsakliga och mest överflödiga atomen i molekylen. De oorganiska föreningar som ingår i levande varelser är huvudsakligen vatten och en serie av fasta mineraler eller i lösning.

Vatten - den mest rikliga oorganiska biomolekylen i organismer - har en rad egenskaper som gör den till en väsentlig del för livet, såsom en högkokpunkt, hög dielektrisk konstant, förmåga att buffra ändringar i temperatur och pH mellan andra.

Ioner och gaser å andra sidan är begränsade till mycket specifika funktioner inom organiska varelser, såsom nervös impuls, blodkoagulation, osmotisk reglering, bland annat. Dessutom är de viktiga kofaktorer av vissa enzymer.

särdrag

Det karakteristiska särdraget hos de oorganiska molekylerna som finns i levande ämnen är frånvaron av kolvätebindningar.

Dessa biomolekyler är relativt små och innefattar vatten, gaser och en serie anjoner och katjoner som deltar aktivt i ämnesomsättningen.

Klassificering och funktioner

Den mest relevanta oorganiska molekylen i levande materia är utan tvekan vatten. Utöver detta finns andra oorganiska komponenter närvarande och klassificeras i gaser, anjoner och katjoner.

Inom gaser har vi syre, koldioxid och kväve. I anjoner är bland annat klorider, fosfater, karbonater. Och i katjonerna finns natrium, kalium, ammonium, kalcium, magnesium och andra positiva joner.

Därefter kommer vi att beskriva var och en av dessa grupper, med deras mest framstående egenskaper och deras funktion inom levande varelser.

-vatten

Vatten är den vanligaste oorganiska komponenten i levande varelser. Det är allmänt känt att livet utvecklas i ett vattenhaltigt medium. Även om det finns organismer som inte bor i en kropp av vatten, är den inre miljön hos dessa individer oftast vatten. Levande varelser är mellan 60% och 90% vatten.

Sammansättningen av vatten i samma organism kan variera beroende på vilken typ av cell som studeras. Till exempel har en cell i ett ben i genomsnitt 20% vatten, medan en hjärncell lätt kan nå 85%.

Vatten är så viktigt eftersom den stora delen av de biokemiska reaktionerna som utgör ämnesomsättningen hos individer sker i ett vattenhaltigt medium.

Till exempel börjar fotosyntes med nedbrytningen av vattenkomponenterna genom verkan av ljusenergi. Cell respiration resulterar i produktion av vatten genom att klyva glukosmolekylerna för att uppnå energiutvinning.

Andra mindre kända metaboliska vägar inbegriper också produktion av vatten. Syntesen av aminosyror har vatten som en produkt.

Egenskaper av vatten

Vatten har en rad egenskaper som gör det till ett oersättligt element på planeten jorden, vilket möjliggör det underbara livet. Bland dessa egenskaper har vi:

Vatten som lösningsmedel: strukturellt bildas vatten med två väteatomer bundna till en syreatom, som delar sina elektroner genom en polär kovalent bindning. Således har denna molekyl uppladdade ändar, en positiv och en negativ.

Tack vare denna konformation kallas substansen polär. På så sätt kan vatten lösa upp ämnen med samma polära tendens eftersom de positiva delarna lockar molekylernas negativ att lösas och vice versa. De molekyler som vatten löses kallas hydrofila.

Minns att i kemi har vi regeln att "samma upplöses detsamma". Detta innebär att de polära ämnena löser uteslutande i andra ämnen som också är polära.

Exempelvis lyckas joniska föreningar, såsom kolhydrater och klorider, aminosyror, gaser och andra föreningar med hydroxylgrupper, lösa sig lätt i vatten.

Dielektrisk konstant : Den höga dielektriska konstanten hos den vitala vätskan är också en faktor som hjälper till att lösa upp oorganiska salter i kärnan. Den dielektriska konstanten är den faktor genom vilken två laddningar av motsatt tecken med avseende på vakuumet separeras.

Specifikt vattenvärme: att dämpa våldsamma temperaturförändringar är en viktig egenskap för livets utveckling. Tack vare vattenets höga specifika värme stabiliserar temperaturförändringarna, vilket skapar en lämplig miljö för livet.

Hög specifik värme betyder att en cell kan få signifikanta mängder värme och dess temperatur ökar inte signifikant.

Sammanhållning: Sammanhållning är en annan egenskap som förhindrar plötsliga temperaturförändringar. Tack vare de motsatta laddningarna av vattenmolekyler lockar de varandra, vilket skapar det som kallas sammanhållning.

Sammanhållningen tillåter att levnadsämnets temperatur inte ökar för mycket. Den kaloriska energin bryter vätebindningarna mellan molekylerna, i stället för att accelerera de enskilda molekylerna.

PH-kontroll: Förutom att reglera och hålla temperaturen konstant, kan vatten göra detsamma med pH. Det finns vissa metaboliska reaktioner som kräver ett specifikt pH så att de kan utföras. På samma sätt kräver enzymer också specifikt pH för att fungera med maximal effektivitet.

Reglering av pH sker tack vare hydroxylgrupperna (-OH) som används tillsammans med vätejoner (H +). Den första är relaterad till bildningen av ett alkaliskt medium, medan det andra bidrar till bildandet av ett surt medium.

Kokpunkt: Vattenkokpunkten är 100 ° C. Denna egenskap gör att vatten kan existera i flytande tillstånd vid ett brett temperaturintervall från 0 ° C till 100 ° C.

Högkokpunkten förklaras av förmågan att bilda fyra vätebindningar per molekyl vatten. Denna egenskap förklarar också höga smältpunkter och förångningsvärme, om vi jämför dem med andra hydrider, såsom NH3, HF eller H2S.

Detta möjliggör förekomsten av vissa extremofila organismer. Till exempel finns det organismer som utvecklas nära 0 ° C och kallas psychrofilos. På samma sätt utvecklas termofilika nära 70 eller 80 ° C.

Variation av densiteten: Vattentätheten varierar på ett mycket speciellt sätt när man ändrar temperaturen i miljön. Isen presenterar ett öppet kristallint nätverk, i motsats till att vattnet i flytande tillstånd ger en mer slumpmässig, hårdare och tätare molekylär organisation.

Denna egenskap tillåter isen att flyta i vattnet, fungera som en termisk isolator och tillåta stabiliteten hos de stora havsmassorna.

Om detta inte var så skulle isen sjunka i havets djup och livet, som vi vet, skulle vara en extremt osannolik händelse, hur kunde livet uppstå i stora isflöden?

Vattenens ekologiska roll

För att sluta med temat vatten är det nödvändigt att nämna att den vitala vätskan inte bara har en relevant roll i levande varelser, det bildar också miljön där de bor.

Havet är den största vattenreservoaren på jorden, vilket påverkas av temperaturer, som främjar förångningsprocesser. Stora mängder vatten är i en konstant fördunstningscykel och utfällning av vatten, vilket skapar det som kallas vattencykeln.

-Gases

Om vi ​​jämför de omfattande funktionerna i vatten i biologiska system är resten av de oorganiska molekylernas roll begränsad endast till mycket specifika roller.

I allmänhet passerar gaserna genom cellerna i vattenhaltiga utspädningar. Ibland används de som substrat för kemiska reaktioner, och i andra fall är de avfallsprodukten av den metaboliska vägen. De mest relevanta är syre, koldioxid och kväve.

Syre är den sista acceptorn av elektroner i transportkedjorna hos organismer med aerob andning. Koldioxid är också en avfallsprodukt i djur och ett substrat för växter (för fotosyntetiska processer).

-joner

Liksom gaser verkar rollen av joner i levande organismer begränsas till mycket specifika händelser men är nödvändiga för att en enskild person ska fungera korrekt. De klassificeras beroende på deras laddning i anjoner, joner med negativa laddningar och katjoner, joner med positiva laddningar.

Några av dessa krävs endast i mycket små mängder, såsom metallkomponenterna i enzymerna. Andra behövs i högre mängder, såsom bland annat natriumklorid, kalium, magnesium, järn, jod.

Människokroppen förlorar ständigt dessa mineraler, genom urin, avföring och svett. Dessa komponenter måste återinträdes i systemet via mat, främst frukter, grönsaker och kött.

Ionfunktioner

Cofaktorer: joner kan fungera som kofaktorer för kemiska reaktioner. Klorjonen deltar i hydrolysen av stärkelse genom amylaser. Kalium och magnesium är oumbärliga joner för funktionen av mycket viktiga enzymer i metabolismen.

Underhåll av osmolaritet: En annan funktion av stor betydelse är upprätthållandet av optimala osmotiska förhållanden för utveckling av biologiska processer.

Mängden upplösta metaboliter måste undantagsvis regleras, eftersom om systemet misslyckas kan cellen explodera eller kan förlora betydande mängder vatten.

Hos människor är till exempel natrium och klor viktiga delar som bidrar till att upprätthålla osmotisk balans. Dessa joner föredrar också syrabasbalansen.

Membranpotential: I djur deltar joner aktivt i genereringen av membranpotential i membranet i excitativa celler.

Membranernas elektriska egenskaper påverkar viktiga händelser, såsom neurons förmåga att överföra information.

I dessa fall fungerar membranet analogt med en elektrisk kondensator, där laddningarna ackumuleras och lagras tack vare de elektrostatiska interaktionerna mellan katjonerna och anjonema på båda sidor av membranet.

Den asymmetriska fördelningen av joner i lösning på var och en av membrans sidor resulterar i en elektrisk potential - beroende på membranets permeabilitet till de närvarande jonerna. Potentialens storlek kan beräknas genom att följa Nernst-ekvationen eller Goldman-ekvationen.

Strukturellt: vissa joner utför strukturella funktioner. Till exempel villkorar hydroxiapatit den kristallina mikrostrukturen hos ben. Kalcium och fosfor är å andra sidan ett nödvändigt element för bildning av ben och tänder.

Andra funktioner: Slutligen deltar joner i funktioner som heterogena som blodets koagulering (med kalciumjoner), syn och sammandragning av musklerna.

Skillnader mellan organiska och oorganiska biomolekyler

Cirka 99% av levnadsväsendets sammansättning innehåller bara fyra atomer: väte, syre, kol och kväve. Dessa atomer fungerar som bitar eller block, som kan ordnas i ett brett spektrum av tredimensionella konfigurationer, som bildar de molekyler som tillåter livet.

Medan oorganiska föreningar tenderar att vara små, enkla och inte mycket olika, tenderar organiska föreningar att vara mer anmärkningsvärda och varierade.

Till detta ökar komplexiteten hos organiska biomolekyler eftersom de, förutom kolskelettet, har funktionella grupper som bestämmer de kemiska egenskaperna.

Men båda är lika nödvändiga för den optimala utvecklingen av levande varelser.

Användning av organiska och oorganiska termer i vardagen

Nu när vi beskriver skillnaden mellan båda typerna av biomolekyler, är det nödvändigt att klargöra att vi använder dessa termer på ett vagt och osäkert sätt i vardagen.

När vi betecknar frukt och grönsaker som "organiska" - vilket är väldigt populärt nuförtiden - betyder det inte att resten av produkterna är "oorganiska". Eftersom strukturen hos dessa ätbara element är ett kolskelett anses definitionen av organisk vara överflödig.

I själva verket härrör den organiska termen från organismernas förmåga att syntetisera nämnda föreningar.