НЕОРГАНИЧЕСКИЕ БИОМОЛЕКУЛЫ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦИИ, ТИПЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

В неорганических биомолекулах большой группа молекулярных конфигураций , присутствующих в живых существах. По определению, основная структура неорганических молекул не состоит из углеродного скелета или связанных атомов углерода.

Однако это не означает, что неорганические соединения должны быть полностью лишены углерода, чтобы быть включенными в эту большую категорию, а скорее, что углерод не должен быть главным и наиболее распространенным атомом в молекуле. Неорганические соединения, входящие в состав живых существ, в основном представляют собой воду и ряд твердых или растворенных минералов.

Источник: I, Splette

Вода - самая распространенная неорганическая биомолекула в организмах - обладает рядом характеристик, которые делают ее важным элементом для жизни, такими как высокая температура кипения, высокая диэлектрическая проницаемость, способность буферизировать изменения температуры и pH, а также другие.

Ионы и газы, с другой стороны, ограничены очень специфическими функциями внутри органических существ, такими как нервный импульс, свертывание крови, осмотическая регуляция и другие. Кроме того, они являются важными кофакторами определенных ферментов.

характеристики

Отличительной чертой неорганических молекул живого вещества является отсутствие углеродно-водородных связей.

Эти биомолекулы относительно малы и включают воду, газы и ряд анионов и катионов, которые активно участвуют в метаболизме.

Классификация и функции

Самая важная неорганическая молекула в живом веществе - это, без сомнения, вода. В дополнение к этому присутствуют другие неорганические компоненты, которые подразделяются на газы, анионы и катионы.

В составе газов есть кислород, углекислый газ и азот. Среди анионов есть хлориды, фосфаты, карбонаты и другие. А в катионах есть натрий, калий, аммоний, кальций, магний и другие положительные ионы.

Ниже мы опишем каждую из этих групп с их наиболее выдающимися характеристиками и их функцией в живых существах.

-Вода

Вода - самый распространенный неорганический компонент в живых существах. Широко известно, что жизнь развивается в водной среде. Хотя есть организмы, которые не живут в водоеме, внутренняя среда этих особей в основном состоит из воды. Живые существа состоят из воды на 60-90%.

Состав воды в одном организме может варьироваться в зависимости от типа исследуемой клетки. Например, клетка в кости содержит в среднем 20% воды, а клетка мозга может легко достигать 85%.

Вода так важна, потому что подавляющее большинство биохимических реакций, которые составляют метаболизм людей, происходят в водной среде.

Например, фотосинтез начинается с расщепления компонентов воды под действием световой энергии. В результате клеточного дыхания образуется вода путем расщепления молекул глюкозы для извлечения энергии.

Другие менее известные метаболические пути также включают производство воды. Синтез аминокислот производится водой.

Свойства воды

Вода обладает рядом характеристик, которые делают ее незаменимым элементом на планете Земля, что делает ее прекрасным событием в жизни. Среди этих свойств у нас есть:

Вода как растворитель: структурно вода состоит из двух атомов водорода, прикрепленных к атому кислорода, разделяющих свои электроны полярной ковалентной связью. Таким образом, эта молекула имеет заряженные концы, один положительный и один отрицательный.

Благодаря такому строению вещество называют полярным. Таким образом, вода может растворять вещества с той же полярной тенденцией, поскольку положительные части привлекают отрицательные части молекулы для растворения и наоборот. Молекулы, растворяемые водой, называют гидрофильными.

Помните, что в химии есть правило: «одно и то же растворяется». Это означает, что полярные вещества растворяются исключительно в других веществах, также полярных.

Например, ионные соединения, такие как углеводы и хлориды, аминокислоты, газы и другие соединения с гидроксильными группами, могут легко растворяться в воде.

Диэлектрическая проницаемость : высокая диэлектрическая проницаемость жизненно важной жидкости также является фактором, способствующим растворению в ней неорганических солей. Диэлектрическая проницаемость - это коэффициент, на который два заряда разного знака разделены относительно вакуума.

Удельная теплоемкость воды: демпфирование резких перепадов температуры является важной характеристикой для развития жизни. Благодаря высокой удельной теплоемкости воды температурные изменения стабилизируются, создавая среду, подходящую для жизни.

Высокая удельная теплоемкость означает, что элемент может получать значительное количество тепла, и температура элемента существенно не увеличивается.

Сплоченность: Сплоченность - еще одно свойство, предотвращающее резкие перепады температуры. Благодаря противоположным зарядам молекул воды они притягиваются друг к другу, создавая так называемое сцепление.

Сплоченность позволяет температуре живого вещества не повышаться слишком сильно. Тепловая энергия разрывает водородные связи между молекулами вместо ускорения отдельных молекул.

Контроль pH: вода не только регулирует и поддерживает постоянную температуру, но и регулирует pH. Существуют определенные метаболические реакции, для протекания которых требуется определенный pH. Точно так же ферменты также требуют определенного pH для работы с максимальной эффективностью.

Регулирование pH происходит благодаря гидроксильным группам (-OH), которые используются вместе с ионами водорода (H ⁺ ). Первое связано с образованием щелочной среды, а второе способствует образованию кислой среды.

Температура кипения: температура кипения воды 100 ° C. Это свойство позволяет воде существовать в жидком состоянии в широком диапазоне температур от 0 ° C до 100 ° C.

Высокая температура кипения объясняется способностью образовывать четыре водородные связи для каждой молекулы воды. Эта характеристика также объясняет высокие температуры плавления и теплоту испарения, если сравнивать их с другими гидридами, такими как NH ₃ , HF или H ₂ S.

Это допускает существование некоторых экстремофильных организмов. Например, есть организмы, которые развиваются при температуре около 0 ° C и называются психрофилами. Таким же образом термофильные развиваются около 70 или 80 ° C.

Изменение плотности: плотность воды очень определенным образом изменяется при изменении температуры окружающей среды. Лед представляет собой открытую кристаллическую решетку, в отличие от воды в жидком состоянии, он представляет собой более случайную, более плотную и плотную молекулярную организацию.

Это свойство позволяет льду плавать по воде, действовать как термический изолятор и обеспечивать устойчивость больших масс океана.

Если бы это было не так, лед погрузился бы в глубины морей, и жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, была бы крайне маловероятным событием, как могла бы возникнуть жизнь в больших массах льда?

Экологическая роль воды

В завершение вопроса о воде необходимо упомянуть, что жизненно важная жидкость не только играет важную роль внутри живых существ, но и формирует среду, в которой они живут.

Океан - самый большой резервуар воды на Земле, на который влияют температуры, способствующие процессам испарения. Огромное количество воды находится в постоянном цикле испарения и осаждения воды, создавая так называемый круговорот воды.

-Газовый

Если мы сравним обширные функции воды в биологических системах, роль остальных неорганических молекул ограничена только очень специфическими ролями.

Обычно газы проходят через клетки в водных растворах. Иногда они используются в качестве субстратов для химических реакций, а в других случаях они являются отходами метаболического пути. Наиболее актуальны кислород, углекислый газ и азот.

Кислород является последним акцептором электронов в транспортных цепях организмов, дышащих аэробно. Кроме того, углекислый газ является продуктом жизнедеятельности животных и субстратом для растений (для фотосинтетических процессов).

-ионов

Как и газы, роль ионов в живых организмах, по-видимому, ограничена очень конкретными событиями, но необходима для правильного функционирования человека. В зависимости от заряда они подразделяются на анионы, ионы с отрицательным зарядом, и катионы, ионы с положительным зарядом.

Некоторые из них необходимы только в очень небольших количествах, например, металлические компоненты ферментов. Другие необходимы в больших количествах, например, хлорид натрия, калий, магний, железо, йод и другие.

Человеческое тело постоянно теряет эти минералы с мочой, калом и потом. Эти компоненты необходимо повторно вводить в организм через пищу, в основном фрукты, овощи и мясо.

Ионные функции

Кофакторы: ионы могут действовать как кофакторы химических реакций. Ион хлора участвует в гидролизе крахмала амилазами. Калий и магний являются важными ионами для работы ферментов, которые очень важны для обмена веществ.

Поддержание осмолярности: еще одна важная функция - поддержание оптимальных осмотических условий для развития биологических процессов.

Количество растворенных метаболитов должно регулироваться исключительным образом, поскольку в случае отказа этой системы клетка может взорваться или потерять значительное количество воды.

Например, у людей натрий и хлор являются важными элементами, которые способствуют поддержанию осмотического баланса. Эти же ионы также способствуют кислотно-щелочному равновесию.

Мембранный потенциал: у животных ионы активно участвуют в генерации мембранного потенциала в мембране возбудимых клеток.

Электрические свойства мембран влияют на важные события, такие как способность нейронов передавать информацию.

В этих случаях мембрана действует аналогично электрическому конденсатору, где заряды накапливаются и накапливаются благодаря электростатическим взаимодействиям между катионами и анионами на обеих сторонах мембраны.

Асимметричное распределение ионов в растворе на каждой стороне мембраны преобразуется в электрический потенциал - в зависимости от проницаемости мембраны для присутствующих ионов. Величину потенциала можно рассчитать, следуя уравнению Нернста или Гольдмана.

Структурный: некоторые ионы выполняют структурные функции. Например, гидроксиапатит обуславливает кристаллическую микроструктуру костей. Между тем, кальций и фосфор являются необходимыми элементами для формирования костей и зубов.

Другие функции: наконец, ионы участвуют в таких неоднородных функциях, как свертывание крови (ионами кальция), зрение и сокращение мышц.

Различия между органическими и неорганическими биомолекулами

Примерно 99% состава живых существ включают всего четыре атома: водород, кислород, углерод и азот. Эти атомы функционируют как части или блоки, которые могут быть расположены в широком диапазоне трехмерных конфигураций, образуя молекулы, которые позволяют жизнь.

В то время как неорганические соединения имеют тенденцию быть небольшими, простыми и не очень разнообразными, органические соединения имеют тенденцию быть более заметными и разнообразными.

В дополнение к этому, сложность органических биомолекул возрастает, так как, помимо углеродного скелета, они имеют функциональные группы, определяющие химические характеристики.

Однако оба они одинаково необходимы для оптимального развития живых существ.

Использование терминов органический и неорганический в повседневной жизни

Теперь, когда мы описываем разницу между обоими типами биомолекул, необходимо пояснить, что мы используем эти термины неопределенно и неточно в повседневной жизни.

Когда мы обозначаем фрукты и овощи как «органические» - что очень популярно в наши дни - это не означает, что остальные продукты являются «неорганическими». Поскольку структура этих съедобных элементов представляет собой углеродный скелет, определение органических считается излишним.

Фактически, термин «органический» происходит от способности организмов синтезировать эти соединения.

Ссылки

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Биология: жизнь на Земле. Образование Пирсона.
2. Арасил, CB, Родригес, член парламента, Магранер, JP, и Перес, RS (2011). Основы биохимии. Университет Валенсии.
3. Баттанер Ариас, Э. (2014). Сборник энзимологии. Издания Университета Саламанки.
4. Берг, Дж. М., Страйер, Л., и Тимочко, Дж. Л. (2007). Биохимия. Я поменял направление.
5. Девлин, Т.М. (2004). Биохимия: учебник с клиническими приложениями. Я поменял направление.
6. Диас, А.П., и Пена, А. (1988). Биохимия. От редакции Лимуса.
7. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1994). Биохимия человека: базовый курс. Я поменял направление.
8. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1993). Биомолекулы: уроки структурной биохимии. Я поменял направление.
9. Мюллер - Эстерл, В. (2008). Биохимия. Основы медицины и наук о жизни. Я поменял направление.
10. Тейхон, JM (2006). Основы структурной биохимии. Редакция Tébar.
11. Монге-Нахера, Дж. (2002). Общая биология. EUNED.