Anorganische biomoleculen kenmerken, functies, classificatie en voorbeelden

de anorganische biomoleculen ze vormen een brede groep van moleculaire configuraties die aanwezig zijn in levende wezens. Per definitie is de basisstructuur van anorganische moleculen niet samengesteld uit een koolstofskelet of gekoppelde koolstofatomen.

Dit betekent echter niet dat de anorganische verbindingen volledig koolstofvrij moeten zijn om in deze grote categorie te worden opgenomen, maar dat de koolstof niet het belangrijkste en meest voorkomende atoom van het molecuul moet zijn. De anorganische verbindingen die deel uitmaken van levende wezens zijn hoofdzakelijk water en een reeks vaste of oplossingsmineralen.

Water - de meest voorkomende organismen anorganisch biomolecuul - heeft een aantal eigenschappen die het een onmisbaar element voor het leven, als hoogkokende, hoge diëlektrische constante, vermogen om veranderingen in temperatuur en pH buffer tussen anderen.

Ionen en gassen daarentegen zijn beperkt tot zeer specifieke functies binnen organische wezens, zoals nerveuze impulsen, bloedstolling, osmotische regulatie, onder andere. Bovendien zijn ze belangrijke co-factoren van bepaalde enzymen.

index

• 1 Kenmerken
• 2 Classificatie en functies
  • 2.1 - Water
  • 2.2 - Gassen
  • 2.3 -Ionen
• 3 Verschillen tussen organische en anorganische biomoleculen
  • 3.1 Gebruik van organische en anorganische termen in het dagelijks leven
• 4 Referenties

features

Het onderscheidende kenmerk van de anorganische moleculen in levende materie is de afwezigheid van koolstof-waterstofbindingen.

Deze biomoleculen zijn relatief klein en omvatten water, gassen en een reeks anionen en kationen die actief aan het metabolisme deelnemen.

Classificatie en functies

Het meest relevante anorganische molecuul in levende materie is zonder twijfel water. Daarnaast zijn andere anorganische componenten aanwezig en worden deze onderverdeeld in gassen, anionen en kationen.

Binnen gassen hebben we zuurstof, koolstofdioxide en stikstof. In anionen zijn chloriden, fosfaten, carbonaten, onder anderen. En in de kationen zijn natrium, kalium, ammonium, calcium, magnesium en andere positieve ionen.

Vervolgens zullen we elk van deze groepen beschrijven, met hun meest opvallende kenmerken en hun functie binnen levende wezens.

-Het water

Water is de meest voorkomende anorganische component in levende wezens. Het is algemeen bekend dat het leven zich ontwikkelt in een waterig medium. Hoewel er organismen zijn die niet in een waterlichaam leven, is de interne omgeving van deze personen meestal water. Levende wezens zijn samengesteld tussen 60% en 90% van het water.

De samenstelling van water in hetzelfde organisme kan variëren, afhankelijk van het type cel dat is bestudeerd. Een cel in een bot heeft bijvoorbeeld gemiddeld 20% water, terwijl een hersencel gemakkelijk 85% kan bereiken.

Water is zo belangrijk omdat de overgrote meerderheid van de biochemische reacties die deel uitmaken van het metabolisme van individuen plaatsvinden in een waterig medium.

De fotosynthese begint bijvoorbeeld met de afbraak van watercomponenten door de werking van lichtenergie. Cellulaire ademhaling resulteert in de productie van water door het splitsen van glucosemoleculen om energie-extractie te bereiken.

Andere minder bekende metabole routes omvatten ook de productie van water. De synthese van aminozuren heeft water als een product.

Eigenschappen van water

Water heeft een reeks eigenschappen die het een onvervangbaar element op de aarde maken, waardoor de prachtige gebeurtenis van het leven mogelijk wordt. Onder deze eigenschappen hebben we:

Water als oplosmiddel: structureel wordt water gevormd met twee waterstofatomen bevestigd aan een zuurstofatoom, waarbij hun elektronen worden gedeeld door een polaire covalente binding. Dit molecuul heeft dus uiteinden geladen, één positief en één negatief.

Dankzij deze conformatie wordt de stof genoemd polair. Op deze manier kan water stoffen met dezelfde polaire neiging oplossen, omdat de positieve delen de negatieven van het molecuul aantrekken om te worden opgelost en vice versa. De moleculen die het water erin slaagt op te lossen, worden hydrofiel genoemd.

Bedenk dat we in de chemie de regel hebben dat "hetzelfde oplost". Dit betekent dat de polaire stoffen uitsluitend oplossen in andere stoffen die ook polair zijn.

Bijvoorbeeld, ionische verbindingen, zoals koolhydraten en chloriden, aminozuren, gassen en andere verbindingen met hydroxylgroepen, slagen erin om gemakkelijk in water op te lossen.

Diëlektrische constante: De hoge diëlektrische constante van de vitale vloeistof is ook een factor die bijdraagt ​​aan het oplossen van anorganische zouten in de borst. De diëlektrische constante is de factor waarmee twee ladingen van tegengesteld teken worden gescheiden van het vacuüm.

Specifieke warmte van water: demping van de gewelddadige veranderingen van temperatuur is een onmisbaar kenmerk voor de ontwikkeling van het leven. Dankzij de hoge soortelijke warmte van het water stabiliseren de temperatuurwisselingen, waardoor een geschikte leefomgeving ontstaat.

Een hoge specifieke warmte betekent dat een cel aanzienlijke hoeveelheden warmte kan ontvangen en dat de temperatuur niet significant stijgt.

cohesie: Cohesie is een andere eigenschap die plotselinge temperatuurveranderingen voorkomt. Dankzij de tegengestelde lading van watermoleculen trekken ze elkaar aan, waardoor ze cohesie creëren.

Cohesie zorgt ervoor dat de temperatuur van levende materie niet te veel stijgt. De calorische energie breekt de waterstofbruggen tussen de moleculen, in plaats van de individuele moleculen te versnellen.

PH-controle: Naast het reguleren en handhaven van een constante temperatuur, kan water hetzelfde doen met de pH. Er zijn bepaalde stofwisselingsreacties die een specifieke pH vereisen, zodat ze kunnen worden uitgevoerd. Op dezelfde manier hebben enzymen ook een specifieke pH nodig om met maximale efficiëntie te werken.

De regeling van de pH vindt plaats dankzij hydroxylgroepen (-OH) die samen met waterstofionen worden gebruikt (H.⁺). De eerste heeft betrekking op de vorming van een alkalisch medium, terwijl de tweede bijdraagt ​​tot de vorming van een zuur medium.

Kookpunt: Het kookpunt van water is 100 ° C. Door deze eigenschap kan water in vloeibare toestand voorkomen bij een breed temperatuurbereik van 0 ° C tot 100 ° C.

Het hoge kookpunt wordt verklaard door het vermogen om vier waterstofbruggen per molecuul water te vormen. Deze eigenschap verklaart ook de hoge smeltpunten en hitte van verdamping, als we ze vergelijken met andere hydriden, zoals NH₃, de HF of de H₂S.

Dit maakt het bestaan ​​van sommige extremofiele organismen mogelijk. Er zijn bijvoorbeeld organismen die zich dichtbij 0 ° C ontwikkelen en die psychrofílos worden genoemd. Op dezelfde manier ontwikkelen thermofilica bijna 70 of 80 ° C.

Variatie van de dichtheid: de dichtheid van het water varieert op een heel bijzondere manier bij het veranderen van de temperatuur van de omgeving. Het ijs presenteert een open kristallijn netwerk, in tegenstelling tot het water dat in vloeibare toestand een meer willekeurige, strakkere en dichtere moleculaire organisatie vertoont.

Door deze eigenschap kan het ijs in het water drijven, fungeren als een termisolator en de stabiliteit van de grote oceaanmassa's mogelijk maken.

Als dit niet zo was, zou het ijs in de diepten van de zee tot zinken worden gebracht, en het leven zoals wij dat kennen zou een zeer onwaarschijnlijke geval, hoe het leven in de grote ijsmassa's kunnen ontstaan ​​zijn?

Ecologische rol van water

Om te eindigen met het thema water, is het noodzakelijk te vermelden dat de vitale vloeistof niet alleen een relevante rol speelt in levende wezens, maar ook de omgeving waarin ze leven bepaalt.

De oceaan is het grootste waterreservoir op aarde, dat wordt beïnvloed door temperaturen, wat de verdamping bevordert. Enorme hoeveelheden water bevinden zich in een constante cyclus van verdamping en neerslag van water, waardoor een zogenaamde waterkringloop ontstaat.

-gassen

Als we de uitgebreide functies van water in biologische systemen vergelijken, is de rol van de rest van de anorganische moleculen beperkt tot zeer specifieke rollen.

In het algemeen gaan de gassen door de cellen in waterige verdunningen. Soms worden ze gebruikt als substraten voor chemische reacties en in andere gevallen zijn ze het afvalproduct van de metabole route. De meest relevante zijn zuurstof, koolstofdioxide en stikstof.

Zuurstof is de laatste elektronenacceptor in de transportketens van organismen met aerobe ademhaling. Ook is kooldioxide een afvalproduct bij dieren en een substraat voor planten (voor fotosynthetische processen).

-ionen

Net als gassen lijkt de rol van ionen in levende organismen beperkt tot zeer specifieke gebeurtenissen, maar essentieel voor het goed functioneren van een individu. Ze worden geclassificeerd op basis van hun lading in anionen, ionen met negatieve ladingen en kationen, ionen met positieve ladingen.

Sommige hiervan zijn alleen in zeer kleine hoeveelheden vereist, zoals de metaalcomponenten van de enzymen. Anderen zijn nodig in hogere hoeveelheden, zoals natriumchloride, kalium, magnesium, ijzer, jodium, onder anderen.

Het menselijk lichaam verliest voortdurend deze mineralen, door urine, uitwerpselen en zweet. Deze componenten moeten opnieuw in het systeem worden ingevoerd via voedsel, voornamelijk fruit, groenten en vlees.

Ion-functies

co-factoren: de ionen kunnen fungeren als co-factoren van chemische reacties. Het chloorion neemt deel aan de hydrolyse van zetmeel door de amylasen. Kalium en magnesium zijn onmisbare ionen voor het functioneren van zeer belangrijke enzymen in het metabolisme.

Onderhoud van osmolariteit: Een andere functie van groot belang is het handhaven van optimale osmotische omstandigheden voor de ontwikkeling van biologische processen.

De hoeveelheid opgeloste metabolieten moet uitzonderlijk worden gereguleerd, want als dit systeem faalt, kan de cel exploderen of aanzienlijke hoeveelheden water verliezen.

Bij mensen zijn bijvoorbeeld natrium en chloor belangrijke elementen die bijdragen aan het behoud van de osmotische balans. Deze zelfde ionen bevorderen ook het zuur-base-evenwicht.

Membraanpotentieel: bij dieren nemen ionen actief deel aan het genereren van de membraanpotentiaal in het membraan van exciteerbare cellen.

De elektrische eigenschappen van de membranen beïnvloeden cruciale gebeurtenissen, zoals het vermogen van neuronen om informatie door te geven.

In deze gevallen werkt het membraan analoog aan een elektrische condensator, waarbij de ladingen worden geaccumuleerd en opgeslagen dankzij de elektrostatische interacties tussen de kationen en de anionen aan beide zijden van het membraan.

De asymmetrische verdeling van de ionen in oplossing aan elk van de zijden van het membraan resulteert in een elektrisch potentiaal - afhankelijk van de permeabiliteit van het membraan voor de aanwezige ionen. De grootte van het potentieel kan worden berekend door de Nernst-vergelijking of de Goldman-vergelijking te volgen.

structurele: sommige ionen voeren structurele functies uit. Hydroxyapatiet bijvoorbeeld conditioneert de kristallijne microstructuur van botten. Calcium en fosfor, aan de andere kant, is een noodzakelijk element voor de vorming van botten en tanden.

Andere functies: uiteindelijk nemen de ionen deel aan functies die heterogeen zijn als bloedcoagulatie (door calciumionen), zicht en samentrekking van spieren.

Verschillen tussen organische en anorganische biomoleculen

Ongeveer 99% van de samenstelling van levende wezens bevat slechts vier atomen: waterstof, zuurstof, koolstof en stikstof. Deze atomen functioneren als stukjes of blokken, die kunnen worden gerangschikt in een breed scala van driedimensionale configuraties, waardoor de moleculen worden gevormd die leven mogelijk maken.

Hoewel anorganische verbindingen de neiging hebben klein, eenvoudig en niet erg divers te zijn, neigen organische verbindingen opmerkelijker en gevarieerder te zijn.

Daar komt nog bij dat de complexiteit van organische biomoleculen toeneemt omdat ze, naast het koolstofskelet, functionele groepen hebben die de chemische eigenschappen bepalen.

Beide zijn echter even noodzakelijk voor de optimale ontwikkeling van levende wezens.

Gebruik van organische en anorganische termen in het dagelijks leven

Nu we het verschil tussen beide soorten biomoleculen beschrijven, is het nodig om te verduidelijken dat we deze termen vaag en onnauwkeurig gebruiken in het dagelijks leven.

Wanneer we groenten en fruit aanduiden als "biologisch" - wat tegenwoordig erg populair is - betekent dit niet dat de rest van de producten "anorganisch" zijn. Omdat de structuur van deze eetbare elementen een koolstofskelet is, wordt de definitie van organisch overbodig geacht.

In feite komt de term organisch voort uit het vermogen van organismen om genoemde verbindingen te synthetiseren.

referenties

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B. E. (2003). Biologie: leven op aarde. Pearson-opleiding.
2. Aracil, C. B., Rodriguez, M.P., Magraner, J.P., & Perez, R. S. (2011). Fundamenten van biochemie. Universiteit van Valencia.
3. Battaner Arias, E. (2014). Enzymology-compendium. Universiteit van Salamanca-edities.
4. Berg, J. M., Stryer, L., & Tymoczko, J.L. (2007). biochemie. Ik draaide achteruit.
5. Devlin, T. M. (2004). Biochemie: leerboek met klinische toepassingen. Ik draaide achteruit.
6. Diaz, A.P., & Pena, A. (1988). biochemie. Redactioneel Limusa.
7. Macarulla, J. M., & Goñi, F. M. (1994). Menselijke biochemie: basiscursus. Ik draaide achteruit.
8. Macarulla, J. M., & Goñi, F. M. (1993). Biomoleculen: lessen in structurele biochemie. Ik draaide achteruit.
9. Müller-Esterl, W. (2008). Biochemie. Grondbeginselen voor geneeskunde en levenswetenschappen. Ik draaide achteruit.
10. Teijón, J. M. (2006). Fundamenten van structurele biochemie. Editorial Tébar.
11. Monge-Nájera, J. (2002). Algemene biologie. EUNED.