ANORGANICKÉ BIOMOLEKULY: VLASTNOSTI, FUNKCE, TYPY - BIOLOGIE - 2025

Tyto anorganické biomolekuly jsou velká skupina molekulárními strukturami přítomnými v živých bytostí. Podle definice není základní struktura anorganických molekul složena z uhlíkové kostry nebo vázaných atomů uhlíku.

To však neznamená, že anorganické sloučeniny musí být zcela zbaveny uhlíku, aby mohly být zahrnuty do této velké kategorie, ale spíše, že uhlík nesmí být hlavním a nejhojnějším atomem v molekule. Anorganické sloučeniny, které jsou součástí živých bytostí, jsou hlavně voda a řada pevných nebo minerálních roztoků.

Zdroj: Já, Splette

Voda - nejhojnější anorganická biomolekula v organismech - má řadu charakteristik, díky nimž je nezbytným prvkem života, jako je vysoká teplota varu, vysoká dielektrická konstanta, schopnost tlumit změny teploty a pH mezi ostatní.

Na druhé straně ionty a plyny jsou omezeny na velmi specifické funkce v rámci organických bytostí, jako jsou mimo jiné nervový impuls, krevní koagulace, osmotická regulace. Kromě toho jsou důležitými kofaktory určitých enzymů.

vlastnosti

Charakteristickým rysem anorganických molekul nalezených v živé hmotě je absence vazeb uhlík-vodík.

Tyto biomolekuly jsou relativně malé a zahrnují vodu, plyny a řadu aniontů a kationtů, které se aktivně účastní metabolismu.

Klasifikace a funkce

Nejvýznamnější anorganickou molekulou v živé hmotě je bezpochyby voda. Kromě toho jsou přítomny další anorganické složky, které se dělí na plyny, anionty a kationty.

V plynech máme kyslík, oxid uhličitý a dusík. V aniontech jsou mimo jiné chloridy, fosfáty, uhličitany. A v kationtech jsou sodík, draslík, amonium, vápník, hořčík a další pozitivní ionty.

Níže popíšeme každou z těchto skupin s jejich nejvýraznějšími vlastnostmi a funkcí v živých bytostech.

-Voda

Voda je nejhojnější anorganickou složkou v živých bytostech. Je všeobecně známo, že život se vyvíjí ve vodnatém prostředí. Ačkoli existují organismy, které nežijí v těle vody, vnitřní prostředí těchto jedinců je většinou hydrické. Živé věci se skládají z 60% až 90% vody.

Složení vody ve stejném organismu se může lišit v závislosti na typu studované buňky. Například buňka v kosti má v průměru 20% vody, zatímco mozková buňka může snadno dosáhnout 85%.

Voda je tak důležitá, protože velká většina biochemických reakcí, které tvoří metabolismus jednotlivců, probíhá ve vodném prostředí.

Například fotosyntéza začíná rozpadem složek vody působením světelné energie. Buněčné dýchání vede k produkci vody štěpením molekul glukózy pro získávání energie.

Další méně známé metabolické cesty zahrnují také produkci vody. Syntéza aminokyselin je produkována vodou.

Vlastnosti vody

Voda má řadu vlastností, díky nimž je na planetě Zemi nenahraditelným prvkem, což umožňuje úžasnou událost života. Mezi tyto vlastnosti máme:

Voda jako rozpouštědlo: strukturálně je voda tvořena dvěma atomy vodíku připojenými k atomu kyslíku, které sdílejí své elektrony prostřednictvím polární kovalentní vazby. Tato molekula tedy má nabité konce, jeden pozitivní a jeden negativní.

Díky této konformaci se látka nazývá polární. Tímto způsobem může voda rozpouštět látky se stejnou polární tendencí, protože pozitivní části přitahují negativní části molekuly k rozpuštění a naopak. Molekuly, které se voda rozpustí, se nazývají hydrofilní.

Pamatujte, že v chemii máme pravidlo, že „totéž rozpouští totéž“. To znamená, že polární látky se rozpustí výhradně v jiných polárních látkách.

Například iontové sloučeniny, jako jsou uhlohydráty a chloridy, aminokyseliny, plyny a další sloučeniny s hydroxylovými skupinami, se mohou snadno rozpustit ve vodě.

Dielektrická konstanta : vysoká dielektrická konstanta vitální tekutiny je také faktorem, který přispívá k rozpuštění anorganických solí v ní. Dielektrická konstanta je faktor, kterým se oddělují dvě náboje opačného znaménka vzhledem k vakuu.

Specifické teplo vody: tlumení prudkých změn teploty je základní charakteristikou vývoje života. Díky vysokému měrnému teplu vody se změny teploty stabilizují a vytvářejí prostředí vhodné pro život.

Vysoká měrná teplota znamená, že buňka může přijímat značné množství tepla a teplota buňky se výrazně nezvýší.

Soudržnost: Soudržnost je další vlastnost, která zabraňuje náhlé změně teploty. Díky opačným nábojům molekul vody se navzájem přitahují a vytvářejí tzv. Soudržnost.

Soudržnost umožňuje, aby se teplota živé hmoty příliš nezvýšila. Tepelná energie přeruší vodíkové vazby mezi molekulami, místo aby urychlila jednotlivé molekuly.

Kontrola pH: Kromě regulace a udržování konstantní teploty je voda schopna dělat totéž s pH. Existují určité metabolické reakce, které vyžadují specifické pH, aby k nim mohlo dojít. Stejně tak enzymy také vyžadují specifické pH, aby fungovaly s maximální účinností.

K regulaci pH dochází díky hydroxylovým skupinám (-OH), které se používají společně s vodíkovými ionty (H ⁺). První z nich je spojen s tvorbou alkalického média, zatímco druhé přispívá k vytvoření kyselého média.

Bod varu: bod varu vody je 100 ° C. Tato vlastnost umožňuje, aby voda existovala v kapalném stavu při širokém teplotním rozmezí od 0 ° C do 100 ° C.

Vysoký bod varu je vysvětlen schopností vytvářet čtyři vodíkové vazby pro každou molekulu vody. Tato vlastnost také vysvětluje vysoké teploty tání a výparné teplo, srovnáme-li je s ostatními hydridů, jako je například NH ₃, HF nebo H ₂ S.

To umožňuje existenci některých Extremofilních organismů. Například existují organismy, které se vyvíjejí při 0 ° C a nazývají se psychrofily. Stejným způsobem se termofilní vyvíjejí kolem 70 nebo 80 ° C.

Kolísání hustoty: hustota vody se mění velmi zvláštním způsobem při změnách okolní teploty. Led představuje otevřenou krystalickou mříž, na rozdíl od vody v tekutém stavu představuje náhodnější, těsnější a hustší molekulární organizaci.

Tato vlastnost umožňuje ledu vznášet se na vodě, působit jako termínový izolátor a umožňovat stabilitu velkých oceánských hmot.

Pokud by tomu tak nebylo, led by se potopil v hlubinách moří a život, jak ho známe, by byl nesmírně nepravděpodobnou událostí, jak by mohl vzniknout život ve velkém množství ledu?

Ekologická úloha vody

Na závěr je třeba zmínit, že životní tekutina má nejen důležitou roli uvnitř živých bytostí, ale také utváří prostředí, ve kterém žijí.

Oceán je největší rezervoár vody na Zemi, který je ovlivňován teplotami a podporuje procesy odpařování. Obrovské množství vody je v neustálém cyklu odpařování a srážení vody, což vytváří tzv. Vodní cyklus.

-Plyn

Pokud porovnáme rozsáhlé funkce vody v biologických systémech, role ostatních anorganických molekul je omezena pouze na velmi specifické role.

Obecně plyny procházejí buňkami ve vodných ředěních. Někdy se používají jako substráty pro chemické reakce a v jiných případech jsou odpadním produktem metabolické dráhy. Nejvýznamnější jsou kyslík, oxid uhličitý a dusík.

Kyslík je finálním akceptorem elektronů v transportních řetězcích aerobně dýchajících organismů. Oxid uhličitý je také odpadním produktem u zvířat a substrátem pro rostliny (pro fotosyntetické procesy).

-Je

Stejně jako plyny se role iontů v živých organismech jeví jako omezená na velmi konkrétní události, ale nezbytná pro správné fungování jedince. Podle jejich náboje se dělí na anionty, ionty se zápornými náboji a kationty, ionty se kladnými náboji.

Některé z nich jsou vyžadovány pouze ve velmi malém množství, jako jsou kovové složky enzymů. Jiné jsou potřebné ve větším množství, jako je například chlorid sodný, draslík, hořčík, železo, jod.

Lidské tělo tyto minerály neustále ztrácí močí, výkaly a potem. Tyto složky musí být do systému znovu vloženy prostřednictvím potravin, zejména ovoce, zeleniny a masa.

Iontové funkce

Kofaktory: Iony mohou působit jako kofaktory chemických reakcí. Chlorový ion se podílí na hydrolýze škrobu amylázami. Draslík a hořčík jsou nezbytné ionty pro fungování enzymů, které jsou velmi důležité v metabolismu.

Udržování osmolarity: další důležitou funkcí je udržování optimálních osmotických podmínek pro vývoj biologických procesů.

Množství rozpuštěných metabolitů musí být regulováno výjimečně, protože pokud tento systém selže, může buňka explodovat nebo ztratit značné množství vody.

Například u lidí jsou sodík a chlor důležitými prvky, které přispívají k udržování osmotické rovnováhy. Tyto stejné ionty také podporují acidobazickou rovnováhu.

Membránový potenciál: u zvířat se ionty aktivně účastní vytváření membránového potenciálu v membráně excitovatelných buněk.

Elektrické vlastnosti membrán ovlivňují zásadní události, jako je schopnost neuronů přenášet informace.

V těchto případech membrána působí analogicky jako elektrický kondenzátor, kde se náboje akumulují a ukládají díky elektrostatickým interakcím mezi kationty a anionty na obou stranách membrány.

Asymetrická distribuce iontů v roztoku na každé straně membrány je převedena na elektrický potenciál - v závislosti na propustnosti membrány na přítomné ionty. Velikost potenciálu může být vypočtena podle Nernstovy nebo Goldmanovy rovnice.

Strukturální: některé ionty vykonávají strukturální funkce. Například hydroxyapatit podmiňuje krystalickou mikrostrukturu kostí. Vápník a fosfor jsou mezitím nezbytným prvkem pro tvorbu kostí a zubů.

Další funkce: konečně se ionty účastní takových heterogenních funkcí, jako je srážení krve (ionty vápníku), vidění a svalová kontrakce.

Rozdíly mezi organickými a anorganickými biomolekulami

Přibližně 99% složení živých věcí obsahuje pouze čtyři atomy: vodík, kyslík, uhlík a dusík. Tyto atomy fungují jako kusy nebo bloky, které mohou být uspořádány v širokém rozsahu trojrozměrných konfigurací a vytvářejí molekuly, které umožňují život.

Zatímco anorganické sloučeniny mají tendenci být malé, jednoduché a málo rozmanité, organické sloučeniny mají tendenci být pozoruhodnější a rozmanitější.

Kromě toho se zvyšuje složitost organických biomolekul, protože kromě uhlíkové kostry mají funkční skupiny, které určují chemické vlastnosti.

Obě jsou však stejně nezbytné pro optimální vývoj živých bytostí.

Použití termínů organický a anorganický v každodenním životě

Nyní, když popisujeme rozdíl mezi oběma typy biomolekul, je nutné objasnit, že tyto pojmy používáme vágně a nepřesně v každodenním životě.

Když označíme ovoce a zeleninu za „bio“ - což je v dnešní době velmi populární -, neznamená to, že ostatní produkty jsou „anorganické“. Protože struktura těchto jedlých prvků je uhlíková kostra, definice organických látek se považuje za nadbytečnou.

Ve skutečnosti termín organický vychází ze schopnosti organismů syntetizovat tyto sloučeniny.

Reference

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologie: Život na Zemi. Pearsonovo vzdělávání.
2. Aracil, CB, Rodríguez, MP, Magraner, JP, a Pérez, RS (2011). Základy biochemie. Univerzita ve Valencii.
3. Battaner Arias, E. (2014). Přehled enzymologie. Salamanca University Editions.
4. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biochemie. Obrátil jsem se.
5. Devlin, TM (2004). Biochemie: učebnice s klinickými aplikacemi. Obrátil jsem se.
6. Díaz, AP, & Pena, A. (1988). Biochemie. Redakční Limusa.
7. Macarulla, JM, a Goñi, FM (1994). Biochemie člověka: základní kurz. Obrátil jsem se.
8. Macarulla, JM, a Goñi, FM (1993). Biomolekuly: lekce strukturální biochemie. Obrátil jsem se.
9. Müller - Esterl, W. (2008). Biochemie. Základy medicíny a biologických věd. Obrátil jsem se.
10. Teijón, JM (2006). Základy strukturální biochemie. Redakční Tébar.
11. Monge-Nájera, J. (2002). Obecná biologie. EUNED.