خصائص الجزيئات الحيوية غير العضوية والوظائف والتصنيف والأمثلة

ال الجزيئات الحيوية غير العضوية أنها تشكل مجموعة واسعة من التكوينات الجزيئية الموجودة في الكائنات الحية. بحكم التعريف ، فإن البنية الأساسية للجزيئات غير العضوية لا تتكون من هيكل عظمي كربون أو ذرات كربون مرتبطة.

ومع ذلك ، هذا لا يعني أن المركبات غير العضوية يجب أن تكون خالية من الكربون تمامًا لإدراجها في هذه الفئة العظيمة ، ولكن يجب ألا يكون الكربون الذرة الرئيسية والأكثر وفرة للجزيء. المركبات غير العضوية التي تشكل جزءًا من الكائنات الحية هي الماء وسلسلة من المعادن الصلبة أو المحاليل.

الماء - الجزيء الحيوي غير العضوي الأكثر وفرة في الكائنات الحية - له سلسلة من الخصائص التي تجعله عنصرا أساسيا في الحياة ، مثل نقطة الغليان العالية ، وثابت العزل الكهربائي العالي ، والقدرة على كبح التغيرات في درجة الحرارة ودرجة الحموضة ، آخرون.

الأيونات والغازات ، من ناحية أخرى ، تقتصر على وظائف محددة للغاية داخل الكائنات العضوية ، مثل الدافع العصبي ، تخثر الدم ، تنظيم التناضح ، من بين أمور أخرى. بالإضافة إلى ذلك ، فهي عوامل مساعدة مهمة لبعض الإنزيمات.

مؤشر

• 1 الخصائص
• 2 التصنيف والوظائف
  • 2.1 - الماء
  • 2.2 الغازات
  • 2.3 -Iones
• 3 الاختلافات بين الجزيئات الحيوية العضوية وغير العضوية
  • 3.1 استخدام المصطلحات العضوية وغير العضوية في الحياة اليومية
• 4 المراجع

ملامح

السمة المميزة للجزيئات غير العضوية الموجودة في المادة الحية هي غياب روابط الكربون الهيدروجينية.

هذه الجزيئات الحيوية صغيرة نسبيا وتشمل الماء والغازات وسلسلة من الأنيونات والكاتيونات التي تشارك بنشاط في عملية التمثيل الغذائي.

التصنيف والوظائف

الجزيء غير العضوي الأكثر صلة في المادة الحية هو بلا شك الماء. بالإضافة إلى ذلك ، توجد مكونات غير عضوية أخرى وتصنف في الغازات والأنيونات والكاتيونات.

داخل الغازات لدينا الأكسجين وثاني أكسيد الكربون والنيتروجين. في الأنيونات هي الكلوريد والفوسفات والكربونات وغيرها. وفي الكاتيونات يوجد الصوديوم والبوتاسيوم والأمونيوم والكالسيوم والمغنيسيوم وأيونات إيجابية أخرى.

بعد ذلك ، سوف نصف كل مجموعة من هذه المجموعات ، بخصائصها المميزة ووظيفتها داخل الكائنات الحية.

-الماء

الماء هو العنصر غير العضوي الأكثر وفرة في الكائنات الحية. ومن المعروف على نطاق واسع أن الحياة تتطور في وسط مائي. على الرغم من وجود كائنات حية لا تعيش داخل جسم مائي ، إلا أن البيئة الداخلية لهؤلاء الأفراد هي الماء في الغالب. الكائنات الحية تتكون بين 60 ٪ و 90 ٪ من الماء.

يمكن أن يختلف تكوين الماء في نفس الكائن ، وهذا يتوقف على نوع الخلية المدروسة. على سبيل المثال ، تحتوي الخلية الموجودة في العظم ، في المتوسط ​​، على 20 ٪ من المياه ، بينما يمكن لخلية الدماغ أن تصل بسهولة إلى 85 ٪.

الماء مهم للغاية لأن الغالبية العظمى من التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تشكل عملية التمثيل الغذائي للأفراد تحدث في وسط مائي.

على سبيل المثال ، يبدأ التمثيل الضوئي بتحطيم مكونات الماء عن طريق الطاقة الضوئية. يؤدي التنفس الخلوي إلى إنتاج الماء عن طريق تشذيب جزيئات الجلوكوز لتحقيق استخراج الطاقة.

مسارات التمثيل الغذائي الأخرى الأقل شهرة تشمل أيضًا إنتاج الماء. تخليق الأحماض الأمينية لديه الماء كمنتج.

خصائص الماء

الماء له سلسلة من الخصائص التي تجعله عنصرًا لا يمكن الاستغناء عنه على كوكب الأرض ، مما يتيح فرصة رائعة للحياة. من بين هذه الخصائص لدينا:

الماء كمذيب: من الناحية الهيكلية ، يتكون الماء من ذرتين من الهيدروجين مرتبطة بذرة أكسجين ، وتتقاسم الإلكترونات من خلال رابطة تساهمية قطبية. وبالتالي ، فإن هذا الجزيء قد شحن النهايات ، واحد إيجابي والآخر سلبي.

بفضل هذا التشكل ، تسمى المادة قطبي. وبهذه الطريقة ، يمكن أن يذوب الماء المواد ذات الاتجاه القطبي نفسه ، حيث إن الأجزاء الإيجابية تجذب سلبيات الجزيء ليتم حلها والعكس صحيح. تسمى الجزيئات التي يديرها الماء بحل الماء.

أذكر أنه في الكيمياء ، لدينا قاعدة "نفس الشيء يذوب نفسه". هذا يعني أن المواد القطبية تذوب بشكل حصري في مواد أخرى قطبية أيضًا.

على سبيل المثال ، فإن المركبات الأيونية ، مثل الكربوهيدرات والكلوريدات والأحماض الأمينية والغازات والمركبات الأخرى ذات مجموعات الهيدروكسيل ، يمكن أن تذوب بسهولة في الماء.

ثابت عازل: يعد ثابت العزل الكهربائي العالي للسائل الحيوي عاملاً يسهم في إذابة الأملاح غير العضوية في صدره. ثابت العزل الكهربائي هو العامل الذي يتم من خلاله فصل شحنتين من العلامة المعاكسة عن الفراغ.

حرارة محددة من الماء: تهدئة التغيرات العنيفة في درجة الحرارة هي سمة لا غنى عنها لتطوير الحياة. بفضل درجة حرارة الماء العالية والمحددة ، تستقر تغيرات درجة الحرارة ، مما يخلق بيئة مناسبة للحياة.

تعني الحرارة العالية النوعية أن الخلية يمكن أن تتلقى كميات كبيرة من الحرارة وأن درجة الحرارة لا تزداد بشكل كبير.

التماسك: التماسك هو خاصية أخرى تمنع التغيرات المفاجئة في درجة الحرارة. بفضل الشحنات المتضادة لجزيئات الماء ، فإنها تجذب بعضها البعض ، مما يخلق التماسك.

يسمح التماسك لدرجة حرارة المادة الحية بعدم الزيادة أكثر من اللازم. تقطع طاقة السعرات الحرارية روابط الهيدروجين بين الجزيئات ، بدلاً من تسريع الجزيئات الفردية.

تحكم PH: بالإضافة إلى تنظيم والحفاظ على درجة حرارة ثابتة ، فإن الماء قادر على فعل نفس الشيء مع الرقم الهيدروجيني. هناك بعض ردود الفعل الأيضية التي تتطلب درجة الحموضة محددة بحيث يمكن تنفيذها. بنفس الطريقة ، تتطلب الإنزيمات أيضًا درجة الحموضة المحددة للعمل بأقصى قدر من الكفاءة.

يحدث تنظيم درجة الحموضة بفضل مجموعات الهيدروكسيل (-OH) التي تستخدم مع أيونات الهيدروجين (H⁺). يتعلق الأول بتكوين وسط قلوي ، في حين أن الثاني يساهم في تكوين وسط حمضي.

نقطة الغليان: درجة غليان الماء هي 100 درجة مئوية. تتيح هذه الخاصية وجود الماء في حالة سائلة في نطاق درجات حرارة واسعة ، من 0 درجة مئوية إلى 100 درجة مئوية.

يتم تفسير نقطة الغليان العالية بالقدرة على تكوين أربع روابط هيدروجينية لكل جزيء من الماء. تشرح هذه الخاصية أيضًا نقاط الانصهار العالية وحرارة التبخير ، إذا قارناها مع هيدرات أخرى ، مثل NH₃, HF أو H₂S.

هذا يسمح بوجود بعض الكائنات الحية البالغة. على سبيل المثال ، هناك الكائنات الحية التي تتطور بالقرب من 0 درجة مئوية وتسمى النفسي. بنفس الطريقة ، تتطور درجة الحرارة الحرارية بالقرب من 70 أو 80 درجة مئوية.

تباين الكثافة: تختلف كثافة الماء بشكل خاص عند تغيير درجة حرارة البيئة. يقدم الجليد شبكة بلورية مفتوحة ، على النقيض من المياه في الحالة السائلة تقدم منظمة جزيئية أكثر عشوائية وأشد كثافة وأكثر كثافة.

تتيح هذه الخاصية للجليد أن يطفو في الماء ، ويكون بمثابة عازل المدى ويسمح باستقرار كتل المحيط الكبيرة.

إذا لم يكن الأمر كذلك ، فسوف يغرق الجليد في أعماق البحار ، والحياة ، كما نعرفها ، ستكون حدثًا غير مرجح للغاية ، كيف يمكن أن تنشأ الحياة في كتل جليدية كبيرة?

الدور البيئي للمياه

لإنهاء موضوع الماء ، من الضروري الإشارة إلى أن السائل الحيوي ليس له دور ذو صلة داخل الكائنات الحية فحسب ، بل إنه يشكل أيضًا البيئة التي يعيشون فيها.

المحيط هو أكبر خزان للمياه على الأرض ، والذي يتأثر بدرجات الحرارة ، ويفضل عمليات التبخر. توجد كميات هائلة من المياه في دورة مستمرة من التبخر وهطول الأمطار ، مما يخلق ما يعرف باسم دورة المياه.

-الغازات

إذا قارنا الوظائف الواسعة للمياه في النظم البيولوجية ، فإن دور بقية الجزيئات غير العضوية يقتصر فقط على أدوار محددة للغاية.

بشكل عام ، تمر الغازات عبر الخلايا في التخفيفات المائية. في بعض الأحيان يتم استخدامها كركائز للتفاعلات الكيميائية ، وفي حالات أخرى تكون ناتجًا عن المسار الأيضي. والأكثر أهمية هي الأكسجين وثاني أكسيد الكربون والنيتروجين.

الأكسجين هو متقبل الإلكترون النهائي في سلاسل نقل الكائنات ذات التنفس الهوائي. أيضا ، ثاني أكسيد الكربون هو نتاج النفايات في الحيوانات وركيزة للنباتات (لعمليات التمثيل الضوئي).

-أيونات

مثل الغازات ، يبدو أن دور الأيونات في الكائنات الحية يقتصر على أحداث محددة للغاية ، لكنه أساسي لتشغيل الفرد بشكل صحيح. يتم تصنيفها وفقًا لشحنها في الأنيونات والأيونات ذات الشحنات السلبية والكاتيونات والأيونات ذات الشحنات الإيجابية.

بعض هذه العناصر مطلوبة فقط بكميات صغيرة جدًا ، مثل المكونات المعدنية للأنزيمات. هناك حاجة إلى كميات أخرى بكميات أعلى ، مثل كلوريد الصوديوم والبوتاسيوم والمغنيسيوم والحديد واليود وغيرها.

يفقد جسم الإنسان هذه المعادن باستمرار عن طريق البول والبراز والعرق. يجب إعادة إدخال هذه المكونات في النظام من خلال الطعام ، وخصوصًا الفواكه والخضروات واللحوم.

وظائف ايون

العوامل المساعدة: يمكن أن تعمل الأيونات كعوامل مساعدة للتفاعلات الكيميائية. يشارك أيون الكلور في التحلل المائي للنشا بواسطة الأميليز. البوتاسيوم والمغنيسيوم هما أيونات لا غنى عنها لتشغيل إنزيمات مهمة للغاية في عملية التمثيل الغذائي.

الحفاظ على الأسمولية: وظيفة أخرى ذات أهمية كبيرة هي الحفاظ على الظروف التناضحية المثلى لتطوير العمليات البيولوجية.

يجب تنظيم كمية الأيضات الذائبة بشكل استثنائي ، لأنه في حالة فشل هذا النظام ، قد تنفجر الخلية أو قد تفقد كميات كبيرة من الماء.

في البشر ، على سبيل المثال ، الصوديوم والكلور عنصران مهمان يسهمان في الحفاظ على التوازن الاسموزي. هذه الأيونات نفسها تفضل أيضًا توازن القاعدة الحمضية.

غشاء المحتملة: في الحيوانات ، تشارك الأيونات بنشاط في توليد غشاء محتمل في غشاء خلايا مثيرة.

تؤثر الخواص الكهربائية للأغشية على الأحداث الهامة ، مثل قدرة الخلايا العصبية على نقل المعلومات.

في هذه الحالات ، يعمل الغشاء بشكل مشابه لمكثف كهربائي ، حيث يتم تجميع الشحنات وتخزينها بفضل التفاعلات الإلكتروستاتيكية بين الكاتيونات والأنيونات على جانبي الغشاء.

يؤدي التوزيع غير المتماثل للأيونات في المحلول على كل جانب من جوانب الغشاء إلى وجود جهد كهربائي - اعتمادًا على نفاذية الغشاء إلى الأيونات الموجودة. يمكن حساب حجم الإمكانات باتباع معادلة Nernst أو معادلة Goldman.

الهيكلية: بعض الأيونات تؤدي وظائف هيكلية. على سبيل المثال ، ظروف هيدروكسيباتيت البنية المجهرية للعظام. الكالسيوم والفوسفور ، من ناحية أخرى ، هو عنصر ضروري لتشكيل العظام والأسنان.

وظائف أخرى: أخيرًا ، تشارك الأيونات في وظائف غير متجانسة مثل تخثر الدم (عن طريق أيونات الكالسيوم) ، ورؤية العضلات وتقلصها.

الاختلافات بين الجزيئات الحيوية العضوية وغير العضوية

ما يقرب من 99 ٪ من تكوين الكائنات الحية يشمل أربع ذرات فقط: الهيدروجين والأكسجين والكربون والنيتروجين. تعمل هذه الذرات كقطع أو كتل ، والتي يمكن ترتيبها في مجموعة واسعة من التكوينات ثلاثية الأبعاد ، والتي تشكل الجزيئات التي تسمح بالحياة.

في حين أن المركبات غير العضوية تميل إلى أن تكون صغيرة وبسيطة وغير متنوعة للغاية ، إلا أن المركبات العضوية تميل إلى أن تكون أكثر تنوعًا وتنوعًا.

إضافة إلى ذلك ، يزداد تعقيد الجزيئات الحيوية العضوية لأنه ، بالإضافة إلى هيكل الكربون ، لديهم مجموعات وظيفية تحدد الخصائص الكيميائية.

ومع ذلك ، كلاهما ضروري بنفس القدر للتطوير الأمثل للكائنات الحية.

استخدام المصطلحات العضوية وغير العضوية في الحياة اليومية

الآن بعد أن وصفنا الفرق بين كلا النوعين من الجزيئات الحيوية ، من الضروري توضيح أننا نستخدم هذه المصطلحات بشكل غامض وغير دقيق في الحياة اليومية.

عندما نعتبر الفواكه والخضروات "عضوية" - التي تحظى بشعبية كبيرة في الوقت الحاضر - هذا لا يعني أن بقية المنتجات "غير عضوية". نظرًا لأن هيكل هذه العناصر الصالحة للأكل هو هيكل عظمي للكربون ، فإن تعريف العضوية يعتبر زائداً.

في الواقع ، ينشأ المصطلح العضوي من قدرة الكائنات الحية على تصنيع المركبات المذكورة.

مراجع

1. Audesirk، T.، Audesirk، G.، & Byers، B. E. (2003). علم الأحياء: الحياة على الأرض. بيرسون التعليم.
2. Aracil، C. B.، Rodriguez، M. P.، Magraner، J. P.، & Perez، R. S. (2011). أساسيات الكيمياء الحيوية. جامعة فالنسيا.
3. Battaner Arias، E. (2014). خلاصة الأنزيمات. طبعات جامعة سالامانكا.
4. Berg، J. M.، Stryer، L.، & Tymoczko، J. L. (2007). كيمياء حيوية. أنا عكس.
5. Devlin، T. M. (2004). الكيمياء الحيوية: كتاب مدرسي مع تطبيقات سريرية. أنا عكس.
6. Diaz، A. P.، & Pena، A. (1988). كيمياء حيوية. التحرير ليموزا.
7. Macarulla، J. M.، & Goñi، F. M. (1994). الكيمياء الحيوية البشرية: دورة أساسية. أنا عكس.
8. Macarulla، J. M.، & Goñi، F. M. (1993). الجزيئات الحيوية: دروس في الكيمياء الحيوية الهيكلية. أنا عكس.
9. مولر استيرل ، دبليو (2008). الكيمياء الحيوية. أساسيات الطب وعلوم الحياة. أنا عكس.
10. تيخون ، جيه إم (2006). أساسيات الكيمياء الحيوية الهيكلية. التحرير Tébar.
11. Monge-Nájera، J. (2002). علم الأحياء العام. EUNED.