ANORGANISCHE BIOMOLECULEN: KENMERKEN, FUNCTIES, TYPEN - BIOLOGIE - 2025

De anorganische biomoleculen zijn een grote groep moleculaire configuraties die aanwezig zijn in levende wezens. Per definitie bestaat de basisstructuur van anorganische moleculen niet uit een koolstofskelet of gebonden koolstofatomen.

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

Bron: I, Splette

Water - het meest voorkomende anorganische biomolecuul in organismen - heeft een reeks kenmerken die het een essentieel element voor het leven maken, zoals een hoog kookpunt, een hoge diëlektrische constante, het vermogen om veranderingen in temperatuur en pH te bufferen, anderen.

Ionen en gassen zijn daarentegen beperkt tot zeer specifieke functies binnen organische wezens, zoals de zenuwimpuls, bloedstolling, osmotische regulatie, onder anderen. Bovendien zijn ze belangrijke cofactoren van bepaalde enzymen.

kenmerken

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

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

Classificatie en functies

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

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

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

-Water

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

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

Water is zo belangrijk omdat de overgrote meerderheid van de biochemische reacties waaruit het metabolisme van individuen bestaat, plaatsvinden in een waterige omgeving.

Fotosynthese begint bijvoorbeeld met de afbraak van de componenten van water door de werking van lichtenergie. Cellulaire ademhaling resulteert in de productie van water door glucosemoleculen te splitsen voor energie-extractie.

Andere minder bekende metabolische routes omvatten ook de productie van water. De synthese van aminozuren wordt geproduceerd door water.

Eigenschappen van water

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

Water als oplosmiddel: water bestaat structureel uit twee waterstofatomen die zijn verbonden met één zuurstofatoom en hun elektronen delen via een polaire covalente binding. Dit molecuul heeft dus geladen uiteinden, een positieve en een negatieve.

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

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

Ionische verbindingen, zoals koolhydraten en chloriden, aminozuren, gassen en andere verbindingen met hydroxylgroepen, kunnen bijvoorbeeld gemakkelijk in water oplossen.

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

Specifieke warmte van water: het dempen van heftige temperatuurveranderingen is een essentiële eigenschap voor de ontwikkeling van leven. Dankzij de hoge soortelijke warmte van water stabiliseren temperatuurveranderingen, waardoor een leefomgeving ontstaat.

Een hoge soortelijke 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 ladingen van de watermoleculen trekken ze elkaar aan en creëren zo wat cohesie wordt genoemd.

Cohesie zorgt ervoor dat de temperatuur van levende materie niet te veel stijgt. Warmte-energie verbreekt de waterstofbruggen tussen moleculen, in plaats van individuele moleculen te versnellen.

PH-regeling: naast het reguleren en constant houden van de temperatuur, kan water hetzelfde doen met de pH. Er zijn bepaalde metabolische reacties die een specifieke pH vereisen om plaats te vinden. Op dezelfde manier hebben enzymen ook een specifieke pH nodig om met maximale efficiëntie te werken.

De regeling van de pH vindt plaats dankzij de hydroxylgroepen (-OH) die samen met de waterstofionen (H ⁺ ) worden gebruikt. De eerste houdt verband met de vorming van een alkalisch medium, terwijl de laatste bijdraagt ​​aan de vorming van een zuur medium.

Kookpunt: het kookpunt van water is 100 ° C. Door deze eigenschap kan water in vloeibare toestand bestaan ​​bij een breed temperatuurbereik, van 0 ° C tot 100 ° C.

Het hoge kookpunt wordt verklaard door het vermogen om vier waterstofbruggen te vormen voor elk molecuul water. Deze eigenschap verklaart ook de hoge smeltpunten en verdampingswarmte, als we ze vergelijken met andere hydriden, zoals NH ₃ , HF of H ₂ S.

Dit maakt het bestaan ​​van enkele Extremofiele organismen mogelijk. Er zijn bijvoorbeeld organismen die zich bij 0 ° C ontwikkelen en psychrofielen worden genoemd. Op dezelfde manier ontwikkelen thermofiele soorten zich rond 70 of 80 ° C.

Dichtheidsvariatie: de dichtheid van water varieert op een heel bijzondere manier naarmate de omgevingstemperatuur verandert. IJs heeft een open kristallijn rooster, in tegenstelling tot water in vloeibare toestand heeft het een meer willekeurige, strakkere en dichtere moleculaire organisatie.

Deze eigenschap zorgt ervoor dat het ijs op het water kan drijven, als een term isolator werkt en de stabiliteit van grote oceaanmassa's mogelijk maakt.

Als dit niet zo was, zou het ijs in de diepten van de zeeën verzonken zijn, en het leven, zoals we het kennen, zou een uiterst onwaarschijnlijke gebeurtenis zijn, hoe zou leven kunnen ontstaan ​​in grote ijsmassa's?

Ecologische rol van water

Om af te sluiten met het onderwerp water, is het nodig te vermelden dat de vitale vloeistof niet alleen een relevante rol speelt in levende wezens, maar ook de omgeving waarin ze leven vormgeeft.

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

-Gas

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.

Over het algemeen passeren gassen cellen in waterige verdunningen. Soms worden ze gebruikt als substraat voor chemische reacties, en in andere gevallen zijn ze het afvalproduct van de metabolische route. De meest relevante zijn zuurstof, kooldioxide en stikstof.

Zuurstof is de laatste elektronenacceptor in de transportketens van aëroob ingeademde organismen. 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 op basis van hun lading ingedeeld in anionen, ionen met negatieve lading en kationen, ionen met positieve lading.

Sommige hiervan zijn slechts in zeer kleine hoeveelheden nodig, zoals de metaalcomponenten van enzymen. Anderen zijn in grotere hoeveelheden nodig, zoals onder andere natriumchloride, kalium, magnesium, ijzer, jodium.

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

Ionenfuncties

Cofactoren: Ionen kunnen fungeren als cofactoren van chemische reacties. Het chloorion neemt deel aan de hydrolyse van zetmeel door amylasen. Kalium en magnesium zijn essentiële ionen voor het functioneren van enzymen die erg belangrijk zijn bij de stofwisseling.

Behoud van osmolariteit: een andere functie van groot belang is het in stand houden van optimale osmotische omstandigheden voor de ontwikkeling van biologische processen.

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

Bij de mens zijn bijvoorbeeld natrium en chloor belangrijke elementen die bijdragen aan het in stand houden van het osmotische evenwicht. Deze zelfde ionen bevorderen ook het zuur-base-evenwicht.

Membraanpotentiaal: bij dieren nemen ionen actief deel aan het genereren van het membraanpotentieel in het membraan van exciteerbare cellen.

De elektrische eigenschappen van membranen beïnvloeden cruciale gebeurtenissen, zoals het vermogen van neuronen om informatie over te brengen.

In deze gevallen werkt het membraan analoog aan een elektrische condensator, waar ladingen zich ophopen en opslaan dankzij de elektrostatische interacties tussen kationen en anionen aan beide zijden van het membraan.

De asymmetrische verdeling van ionen in oplossing aan elke kant van het membraan wordt vertaald in een elektrische potentiaal - afhankelijk van de permeabiliteit van het membraan voor de aanwezige ionen. De grootte van het potentieel kan worden berekend door de vergelijking van Nernst of Goldman te volgen.

Structureel: sommige ionen vervullen structurele functies. Hydroxyapatiet conditioneert bijvoorbeeld de kristallijne microstructuur van botten. Calcium en fosfor zijn ondertussen een noodzakelijk element voor de vorming van botten en tanden.

Andere functies: ten slotte nemen ionen deel aan heterogene functies zoals bloedstolling (door calciumionen), zicht en spiercontractie.

Verschillen tussen organische en anorganische biomoleculen

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

Hoewel anorganische verbindingen vaak klein, eenvoudig en niet erg divers zijn, zijn organische verbindingen vaak opvallender en gevarieerder.

Bovendien neemt de complexiteit van organische biomoleculen toe, 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 de termen organisch en anorganisch in het dagelijks leven

Nu we het verschil tussen beide soorten biomoleculen beschrijven, is het nodig om duidelijk te maken dat we deze termen in het dagelijks leven op een vage en onnauwkeurige manier gebruiken.

Als we groenten en fruit als 'biologisch' aanmerken - wat tegenwoordig erg populair is - betekent dat niet dat de rest van de producten 'anorganisch' is. Omdat de structuur van deze eetbare elementen een koolstofskelet is, wordt de definitie van organisch als overbodig beschouwd.

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

Referenties

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologie: leven op aarde. Pearson onderwijs.
2. Aracil, CB, Rodríguez, MP, Magraner, JP en Pérez, RS (2011). Grondbeginselen van biochemie. Universiteit van Valencia.
3. Battaner Arias, E. (2014). Compendium van enzymologie. Salamanca University Editions.
4. Berg, JM, Stryer, L., en Tymoczko, JL (2007). Biochemie. Ik draaide me om.
5. Devlin, TM (2004). Biochemie: leerboek met klinische toepassingen. Ik draaide me om.
6. Díaz, AP en Pena, A. (1988). Biochemie. Redactioneel Limusa.
7. Macarulla, JM en Goñi, FM (1994). Menselijke biochemie: basiscursus. Ik draaide me om.
8. Macarulla, JM en Goñi, FM (1993). Biomoleculen: lessen in structurele biochemie. Ik draaide me om.
9. Müller - Esterl, W. (2008). Biochemie. Fundamentals voor geneeskunde en levenswetenschappen. Ik draaide me om.
10. Teijón, JM (2006). Grondbeginselen van structurele biochemie. Redactioneel Tébar.
11. Monge-Nájera, J. (2002). Algemene biologie. EUNED.