BIOMOLÈCULES INORGÀNIQUES: CARACTERÍSTIQUES, FUNCIONS, TIPUS - BIOLOGIA - 2025

Les biomolècules inorgàniques constitueixen un ampli grup de configuracions moleculars presents en els éssers vius. Per definició, l'estructura bàsica de les molècules inorgàniques no està composta per un esquelet carbonat o àtoms de carboni enllaçats.

No obstant això, això no vol dir que els compostos inorgànics hagin de mancar en la seva totalitat de carboni per a ser inclosos dins d'aquesta gran categoria, sinó que el carboni no ha de ser l'àtom principal i més abundant de la molècula. Els compostos inorgànics que formen part dels éssers vius són principalment l'aigua i una sèrie de minerals sòlids o en solució.

Font: I, Splette

L'aigua - la biomolècula inorgànica més abundant en els organismes - presenta una sèrie de característiques que la converteixen en un element indispensable per a la vida, com un punt d'ebullició elevat, constant dielèctrica alta, capacitat per esmorteir els canvis de temperatura i pH, entre altres.

Els ions i gasos, d'altra banda, estan restringits a funcions molt puntuals dins dels éssers orgànics, com l'impuls nerviós, la coagulació sanguínia, la regulació osmòtica, entre d'altres. A més, són importants cofactors de certs enzims.

Característiques

La característica distintiva de les molècules inorgàniques trobades en la matèria viva és l'absència de lligadures carboni-hidrogen.

Aquestes biomolècules són relativament petites i inclouen a l'aigua, gasos i una sèrie d'anions i cations que participen de manera activa en el metabolisme.

Classificació i funcions

La molècula inorgànica més rellevant en la matèria viva és, sense cap dubte, l'aigua. A més d'aquesta, altres components inorgànics són presents i es classifiquen en gasos, anions i cations.

Dins dels gasos tenim l'oxigen, el diòxid de carboni i el nitrogen. En els anions es troben els clorurs, els fosfats, els carbonats, entre d'altres. I en els cations estan el sodi, el potassi, l'amoni, el calci, el magnesi i altres ions positius.

A continuació descriurem cadascun d'aquests grups, amb les seves característiques més destacades i la seva funció dins dels éssers vius.

-El aigua

L'aigua és el component inorgànic més abundant en els éssers vius. És àmpliament conegut que la vida es desenvolupa en un medi aquós. Tot i que hi ha organismes que no viuen dins d'un cos d'aigua, el medi intern d'aquests individus és majorment hídric. Els éssers vius es componen entre un 60% i 90% d'aigua.

La composició d'aigua en un mateix organisme pot variar en funció de l'tipus de cèl·lula estudiada. Per exemple, una cèl·lula en un os posseeix, de mitjana, un 20% d'aigua, mentre que una cèl·lula de el cervell pot arribar fàcilment al 85%.

L'aigua és tan important perquè la gran majoria de les reaccions bioquímiques que componen el metabolisme dels individus tenen lloc en un medi aquós.

Per exemple, la fotosíntesi s'inicia amb la ruptura dels components de l'aigua per l'acció de l'energia lluminosa. La respiració cel·lular té com a resultat la producció d'aigua a l'escindir les molècules de glucosa per aconseguir l'extracció d'energia.

Altres rutes metabòliques menys conegudes també impliquen la producció d'aigua. La síntesi dels aminoàcids té com a producte aigua.

Propietats de l'aigua

L'aigua reuneix una sèrie de característiques que la converteixen en un element irreemplaçable al planeta terra, permetent el meravellós esdeveniment de la vida. Entre aquestes propietats tenim:

L'aigua com a dissolvent: estructuralment, l'aigua es troba formada amb dos àtoms d'hidrogen units a un àtom d'oxigen, compartint els seus electrons mitjançant un enllaç de l'tipus covalent polar. Així, aquesta molècula presenta extrems carregats, un de positiu i un de negatiu.

Gràcies a aquesta conformació, la substància s'anomena polar. D'aquesta manera, l'aigua vaig poder dissoldre substàncies amb la mateixa tendència polar, ja que les porcions positives atrauen les negatives de la molècula a dissoldre i viceversa. A les molècules que l'aigua aconsegueix dissoldre se'ls denomina hidrofílica.

Recordem que en química, tenim la regla que "el igual dissol al igual". Això vol dir que les substàncies polars dissolen exclusivament en altres substàncies que també són polars.

Per exemple, els compostos iònics, com els carbohidrats i els clorurs, els aminoàcids, els gasos i altres compostos amb grups hidroxil, aconsegueixen dissoldre fàcilment en aigua.

Constant dielèctrica: l'elevada constant dielèctrica de el líquid vital també és un factor que contribueix a dissoldre sals inorgàniques en el seu si. La constant dielèctrica és el factor pel qual es veuen separades dues càrregues de signe contrari pel que fa a el buit.

Calor específic de l'aigua: esmorteir els canvis violents de temperatura és una característica indispensable per al desenvolupament de la vida. Gràcies a l'elevada calor específica de l'aigua, els canvis de temperatura s'estabilitzen, creant un ambient apte per a la vida.

Una calor específic elevat es tradueix en què una cèl·lula pot rebre quantitats importants de calor i la temperatura d'aquesta no incrementa de manera significativa.

Cohesió: La cohesió és una altra propietat que evita els canvis bruscos de temperatura. Gràcies a les càrregues oposades de les molècules d'aigua, aquestes s'atrauen les unes a les altres, creant el que s'anomena cohesió.

La cohesió permet que la temperatura de la matèria viva no incrementi massa. L'energia calòrica trenca els enllaços d'hidrogen entre les molècules, en comptes d'accelerar les molècules individuals.

Control de l'pH: a més de regular i mantenir constant la temperatura, l'aigua és capaç de fer el mateix amb el pH. Existeixen certes reaccions metabòliques que requereixen un pH específic perquè puguin dur-se a terme. De la mateixa manera, els enzims també requereixen de pH específics per treballar amb màxima eficiència.

La regulació de l'pH passa gràcies als grups hidroxil (-OH) que són usats al costat dels ions hidrogen (H ⁺). El primer es relaciona amb la formació d'un medi alcalí, mentre que el segon contribueix a la formació d'un medi àcid.

Punt d'ebullició: el punt d'ebullició de l'aigua és 100 ° C. Aquesta propietat permet que hi hagi aigua en estat líquid a un ampli rang de temperatura, des dels 0 ° C fins a 100 ° C.

L'alt punt d'ebullició s'explica per la capacitat de formar 4 enllaços d'hidrogen per cada molècula d'aigua. Aquesta característica també explica els elevats punts de fusió i calor de vaporització, si els comparem amb altres hidrurs, com el NH ₃, el HF o l'H ₂ S.

Això permet l'existència d'alguns organismes extremòfils. Per exemple, hi ha organismes que es desenvolupen a prop als 0 ° C i es denominen psicròfils. De la mateixa manera, els termofílicos es desenvolupen a prop dels 70 o 80 ° C.

Variació de la densitat: la densitat de l'aigua varia d'una manera molt particular a l'canviar la temperatura de l'ambient. El gel presenta una xarxa cristal·lina oberta, en contrast amb l'aigua en estat líquid presenta una organització molecular més aleatòria, més ajustada i més densa.

Aquesta propietat permet que el gel floti a l'aigua, vaig actuar com a aïllant terme i permeti l'estabilitat de les grans masses oceàniques.

Si això no fos així, el gel quedaria enfonsat en les profunditats dels mars, i la vida, tal com la coneixem, seria un esdeveniment summament improbable, com podria sorgir la vida en grans masses de gel?

Paper ecològic de l'aigua

Per finalitzar amb el tema de l'aigua, és menester esmentar que el líquid vital no només té un paper rellevant en l'interior dels éssers vius, també modela l'entorn on aquests viuen.

L'oceà és el reservori més gran d'aigua a la terra, el qual es veu afectat per les temperatures, afavorint els processos d'evaporació. Quantitats enormes d'aigua estan en un constant cicle d'evaporació i precipitació d'aigua, creant el que es coneix com a cicle de l'aigua.

-Gasos

Si comparem les extenses funcions de l'aigua en els sistemes biològics, el paper de la resta de les molècules inorgàniques queda restringit només a papers molt puntuals.

De manera general, els gasos transiten per les cèl·lules en dilucions aquoses. Algunes vegades són usats com a substrats de reaccions químiques, i en altres casos són el producte de rebuig de la via metabòlica. Els més rellevants són l'oxigen, el diòxid de carboni i el nitrogen.

L'oxigen és l'acceptor final d'electrons en les cadenes transportadores dels organismes amb respiració aeròbica. Així mateix, el diòxid de carboni és un producte de rebuig en animals i un substrat per a les plantes (per als processos fotosintètics).

-Iones

A l'igual que els gasos, el paper dels ions en els organismes vius apareix restringit a esdeveniments molt particulars, però indispensables per al funcionament adequat d'un individu. Es classifiquen depenent de la seva càrrega en anions, ions amb càrregues negatives, i cations, ions amb càrregues positives.

Alguns d'aquests es requereixen només en quantitats molt petites, com els components metàl·lics dels enzims. D'altres es necessiten en quantitats més elevades, com el clorur de sodi, potassi, magnesi, ferro, iode, entre d'altres.

El cos humà està en constant pèrdua d'aquests minerals, per mitjà de l'orina, la femta i la suor. Aquests components han de ser ingressats novament a sistema per mitjà dels aliments, principalment fruites, vegetals, i carns.

Funcions dels ions

Cofactors: els ions poden actuar com a cofactors de reaccions químiques. L'ió clor participa en la hidròlisi de l'midó per les amilases. El potassi i el magnesi són ions indispensables per al funcionament d'enzims molt importants en el metabolisme.

Manteniment de la osmolaritat: altra funció de gran importància és el manteniment de les condicions osmòtiques òptimes per al desenvolupament dels processos biològics.

La quantitat de metabòlits dissolts ha d'estar regulada de manera excepcional, ja que si aquest sistema falla, la cèl·lula podria explotar o podria perdre quantitats importants d'aigua.

En els humans, per exemple, el sodi i el clor són elements importants que contribueixen al manteniment de l'equilibri osmòtic. Aquests mateixos ions també afavoreixen l'equilibri àcid base.

Potencial de membrana: en els animals, els ions participen de manera activa en la generació de l'potencial de membrana en la membrana de les cèl·lules excitables.

Les propietats elèctriques de les membranes afecten esdeveniments crucials, com la capacitat de les neurones per transmetre la informació.

En aquests casos, la membrana actua anàlogament a un condensador elèctric, on s'acumulen i emmagatzemen les càrregues gràcies a les interaccions electrostàtiques entre els cations i els anions en ambdós costats de la membrana.

La distribució asimètrica dels ions en solució en cada un dels costats de la membrana es tradueix en un potencial elèctric - depenent de la permeabilitat de la membrana als ions presents. La magnitud de l'potencial pot ser calculada seguint l'equació de Nernst o la de Goldman.

Estructurals: alguns ions exerceixen funcions estructurals. Per exemple, el hidroxiapatita condiciona la microestructura cristal·lina dels ossos. El calci i el fòsfor, per la seva banda, és un element necessari per a la formació d'ossos i dents.

Altres funcions: finalment, els ions participen en funcions tan heterogènies com la coagulació de la sang (pels ions de calci), la visió i la contracció dels músculs.

Diferències entre biomolècules orgàniques i inorgàniques

Aproximadament, un 99% de la composició dels éssers vius inclouen només quatre àtoms: hidrogen, oxigen, carboni i nitrogen. Aquests àtoms funcionen com a peces o blocs, que poden arreglar-se en una àmplia gamma de configuracions tridimensionals, formant les molècules que permeten la vida.

Mentre que els compostos inorgànics solen ser petits, simples i poc diversos, els compostos orgànics solen ser més notables i variats.

Conjuminat a això, la complexitat de les biomolècules orgàniques incrementa ja que, a més de l'esquelet carbonat, posseeixen grups funcionals que determinen les característiques químiques.

No obstant això, tots dos són igualment necessaris per a l'òptim desenvolupament dels éssers vius.

Ús dels termes orgànics i inorgànic en la vida quotidiana

Ara que descrivim la diferència entre els dos tipus de biomolècules, cal aclarir que fem servir aquests termes de manera vaga i imprecisa en la vida quotidiana.

Quan designem a les fruites i vegetals com "orgàniques" - la qual cosa és molt popular en l'actualitat - no vol dir que la resta dels productes siguin "inorgànics". Com l'estructura d'aquests elements comestibles és un esquelet carbonat, la definició d'orgànica és considerada redundant.

De fet, el terme orgànic sorgeix de la capacitat d'organismes per sintetitzar aquests compostos.

referències

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologia: La vida a la Terra. Pearson educació.
2. Aracil, CB, Rodríguez, MP, Magraner, JP, & Pérez, RS (2011). Fonaments de bioquímica. Universitat de València.
3. Battaner Arias, I. (2014). Compendi de enzimologia. Edicions Universitat de Salamanca.
4. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Bioquímica. Reverté.
5. Devlin, TM (2004). Bioquímica: llibre de text amb aplicacions clíniques. Reverté.
6. Díaz, AP, & Pena, A. (1988). Bioquímica. Editorial Limusa.
7. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1994). Bioquímica humana: curs bàsic. Reverté.
8. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1993). Biomolècules: lliçons de bioquímica estructural. Reverté.
9. Müller-Esterl, W. (2008). Bioquímica. Fonaments per a medicina i ciències de la vida. Reverté.
10. Teijón, JM (2006). Fonaments de bioquímica estructural. Editorial Tébar.
11. Monge-Nájera, J. (2002). Biologia general. EUNED.