所述无机生物分子是一大组存在于众生分子构型。根据定义,无机分子的基本结构不是由碳骨架或键合的碳原子组成。
但是,这并不意味着无机化合物必须完全不含碳才能包含在这一大类中,而是意味着碳一定不能成为分子中主要和最丰富的原子。属于生物的无机化合物主要是水和一系列固体或溶液性矿物。
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水是生物中最丰富的无机生物分子,具有一系列使其成为生命必不可少的元素的特性,例如高沸点,高介电常数,缓冲温度和pH值变化的能力等。其他。
另一方面,离子和气体仅限于有机物内部非常特殊的功能,例如神经冲动,血液凝固,渗透调节等。此外,它们是某些酶的重要辅助因子。
特点
在生物中发现的无机分子的显着特征是不存在碳氢键。
这些生物分子相对较小,并且包括水,气体以及许多积极参与新陈代谢的阴离子和阳离子。
分类及功能
毫无疑问,生物中最相关的无机分子是水。除此之外,还存在其他无机成分并将其分类为气体,阴离子和阳离子。
在气体中,我们有氧气,二氧化碳和氮气。阴离子中包括氯离子,磷酸根,碳酸根等。并且在阳离子中有钠,钾,铵,钙,镁等正离子。
下面我们将描述这些群体中的每个群体,它们具有最杰出的特征以及它们在生物中的功能。
-水
水是生物中最丰富的无机成分。众所周知,生命是在水环境中发展的。尽管有些生物不存在于水体中,但这些人的内部环境大多是水生的。生物由60%至90%的水组成。
同一生物中水的成分可能会有所不同,具体取决于所研究的细胞类型。例如,骨骼中的细胞平均含有20%的水,而脑细胞很容易达到85%。
水之所以如此重要,是因为构成个体新陈代谢的绝大多数生化反应都发生在水性环境中。
例如,光合作用始于通过光能的作用分解水的成分。细胞呼吸通过切割葡萄糖分子以提取能量来产生水。
其他鲜为人知的代谢途径也涉及水的产生。氨基酸的合成是由水产生的。
水的性质
水具有一系列特征,使其成为地球上不可替代的元素,从而使生命具有奇妙的事件。在这些属性中,我们具有:
水作为溶剂:在结构上,水由两个与氧原子相连的氢原子组成,它们通过极性共价键共享电子。因此,该分子具有带电端,一个正和一个负。
由于这种构象,该物质被称为极性物质。这样,水可以溶解具有相同极性趋势的物质,因为正极部分吸引分子的负极部分溶解,反之亦然。水溶解的分子称为亲水性。
请记住,在化学中,我们有一个规则,即“相同会溶解相同”。这意味着极性物质仅溶解于其他也是极性的物质。
例如,离子化合物,例如碳水化合物和氯化物,氨基酸,气体和其他带有羟基的化合物,很容易溶于水。
介电常数:重要液体的高介电常数也是导致其中溶解无机盐的因素。介电常数是相对于真空将符号相反的两个电荷分开的因数。
水的比热:抑制温度的剧烈变化是生命发展的基本特征。由于水的高比热,温度变化稳定,创造了适合生活的环境。
高比热意味着电池可以接受大量的热量,并且电池温度不会显着升高。
内聚力:内聚力是防止温度突然变化的另一种特性。由于水分子带相反的电荷,它们彼此吸引,形成了内聚力。
凝聚力使生物的温度不会增加太多。热能破坏分子之间的氢键,而不是加速单个分子。
pH控制:除了调节和保持温度恒定外,水还可以与pH值保持一致。有些代谢反应需要特定的pH才能发生。同样,酶也需要特定的pH值才能发挥最大效率。
pH的调节归功于羟基(-OH)与氢离子(H +)一起使用。前者与碱性介质的形成有关,而后者与酸性介质的形成有关。
沸点:水的沸点为100℃。此特性使水可以在0°C至100°C的宽温度范围内以液态存在。
高沸点可以通过为每个水分子形成四个氢键的能力来解释。如果我们将它们与其他氢化物(例如NH 3,HF或H 2 S)进行比较,则该特性还可以解释其高熔点和汽化热。
这允许某些极端微生物的存在。例如,有些生物会在0°C附近发展,并被称为嗜冷菌。以相同的方式,嗜热的会在70或80°C左右发展。
密度变化:随着环境温度的变化,水的密度以非常特殊的方式变化。与液态水相比,冰呈现出开放的晶格,它呈现出更加随机,紧密和密集的分子组织。
此属性使冰漂浮在水上,可以充当绝缘体,并可以保证大海洋的稳定性。
如果不是这样,冰就会沉入海洋深处,而众所周知,生命将是极不可能发生的事情,生命如何在大量冰块中产生?
水的生态作用
为了完成关于水的话题,有必要提及的是,至关重要的液体不仅在生物内部起着重要的作用,而且还影响着生物的生存环境。
海洋是地球上最大的水库,受温度影响,有利于蒸发过程。大量的水处于恒定的水蒸发和沉淀循环中,从而形成了所谓的水循环。
-加油站
如果我们比较水在生物系统中的广泛功能,则其余无机分子的作用仅限于非常特殊的作用。
通常,气体以水性稀释液通过细胞。有时它们被用作化学反应的底物,在其他情况下,它们是代谢途径的废物。最相关的是氧气,二氧化碳和氮气。
氧是需氧呼吸生物体运输链中的最终电子受体。同样,二氧化碳是动物的废物,是植物的底物(用于光合作用)。
-离子
像气体一样,离子在活生物体中的作用似乎仅限于非常特殊的事件,但对个体的正常功能至关重要。它们根据其电荷分为阴离子,带负电荷的离子和阳离子,带正电荷的离子。
其中一些仅需非常少量,例如酶的金属成分。需要更多的其他物质,例如氯化钠,钾,镁,铁,碘等。
人体通过尿液,粪便和汗水不断流失这些矿物质。这些成分必须通过食物(主要是水果,蔬菜和肉类)重新输入系统。
离子功能
辅助因子:离子可以充当化学反应的辅助因子。氯离子通过淀粉酶参与淀粉的水解。钾和镁是酶功能的必需离子,这些酶在新陈代谢中非常重要。
维持渗透压:另一个非常重要的功能是维持最佳渗透压条件,以促进生物过程的发展。
必须以一种特殊的方式调节溶解的代谢物的量,因为如果该系统失效,细胞可能会爆炸或损失大量的水。
例如,在人类中,钠和氯是有助于维持渗透平衡的重要元素。这些相同的离子也促进酸碱平衡。
膜电位:在动物中,离子积极参与可激发细胞膜中膜电位的产生。
膜的电学性质会影响关键事件,例如神经元传递信息的能力。
在这些情况下,膜的作用类似于电容器,由于膜两侧的阳离子和阴离子之间的静电相互作用,电荷得以积累和存储。
离子在溶液中在膜的每一侧上的不对称分布转化为电位-取决于膜对存在的离子的渗透性。电位的大小可以通过遵循能斯特或高盛方程来计算。
结构:某些离子具有结构功能。例如,羟基磷灰石调节骨骼的晶体微观结构。同时,钙和磷是形成骨骼和牙齿的必要元素。
其他功能:最后,离子还参与多种功能,例如血液凝结(通过钙离子),视觉和肌肉收缩。
有机和无机生物分子之间的差异
大约99%的生物组成仅包含四个原子:氢,氧,碳和氮。这些原子起碎片或块的作用,可以排列成各种各样的三维构型,形成允许生命的分子。
尽管无机化合物趋向于小,简单而不是非常多样化,但有机化合物趋于更为显着和多样化。
除此之外,有机生物分子的复杂性增加了,因为除碳骨架外,它们还具有决定化学特性的官能团。
但是,两者对于生物的最佳发展都是同样必要的。
在日常生活中使用有机和无机术语
现在我们描述了两种类型的生物分子之间的区别,有必要阐明我们在日常生活中以模糊和不精确的方式使用这些术语。
当我们将水果和蔬菜指定为“有机”时(这在当今非常流行),这并不意味着其余产品都是“无机”的。由于这些可食用元素的结构是碳骨架,因此有机的定义被认为是多余的。
实际上,术语“有机物”源于生物体合成这些化合物的能力。
参考文献
- Audesirk,T.,Audesirk,G.,&Byers,BE(2003)。生物学:地球上的生命。培生教育。
- Aracil,CB,Rodríguez,MP,Magraner,JP&Pérez,RS(2011)。生物化学基础。瓦伦西亚大学。
- Battaner Arias,E.(2014年)。酶学纲要。萨拉曼卡大学版。
- Berg,JM,Stryer,L。和Tymoczko,JL(2007)。生物化学。我扭转了。
- Devlin,TM(2004)。生物化学:带有临床应用的教科书。我扭转了。
- Díaz,美联社和佩纳,A。(1988)。生物化学。社论Limusa。
- Macarulla,JM和Goñi,FM(1994)。人类生物化学:基础课程。我扭转了。
- Macarulla,JM和Goñi,FM(1993)。生物分子:结构生物化学课程。我扭转了。
- Müller– Esterl,W.(2008)。生物化学。医学和生命科学的基础知识。我扭转了。
- Teijón,JM(2006)。结构生物化学基础。编辑Tébar。
- Monge-Nájera,J。(2002)。一般生物学。太黑了。