อนินทรีย์ชีวโมเลกุล: ลักษณะหน้าที่ประเภท - ชีววิทยา

สารชีวโมเลกุลนินทรีย์เป็นกลุ่มที่มีขนาดใหญ่ของการกำหนดค่าโมเลกุลนำเสนอในสิ่งมีชีวิต ตามความหมายโครงสร้างพื้นฐานของโมเลกุลอนินทรีย์ไม่ได้ประกอบด้วยโครงกระดูกคาร์บอนหรืออะตอมของคาร์บอนที่ถูกผูกมัด

อย่างไรก็ตามนี่ไม่ได้หมายความว่าสารประกอบอนินทรีย์จะต้องปราศจากคาร์บอนอย่างสมบูรณ์เพื่อให้รวมอยู่ในหมวดหมู่ที่ยอดเยี่ยมนี้ แต่คาร์บอนนั้นจะต้องไม่เป็นอะตอมหลักและมีปริมาณมากที่สุดในโมเลกุล สารประกอบอนินทรีย์ที่เป็นส่วนหนึ่งของสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่เป็นน้ำและชุดของแร่ธาตุที่เป็นของแข็งหรือสารละลาย

ที่มา: I, Splette

น้ำ - โมเลกุลอนินทรีย์อนินทรีย์ที่มีอยู่มากที่สุดในสิ่งมีชีวิต - มีลักษณะหลายอย่างที่ทำให้เป็นองค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับชีวิตเช่นจุดเดือดสูงค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสูงความสามารถในการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและ pH ของบัฟเฟอร์ คนอื่น ๆ

ในทางกลับกันไอออนและก๊าซถูก จำกัด การทำงานที่เฉพาะเจาะจงมากภายในสิ่งมีชีวิตอินทรีย์เช่นแรงกระตุ้นทางประสาทการแข็งตัวของเลือดการควบคุมออสโมติกเป็นต้น นอกจากนี้ยังเป็นปัจจัยสำคัญของเอนไซม์บางชนิด

ลักษณะเฉพาะ

ลักษณะเด่นของโมเลกุลอนินทรีย์ที่พบในสิ่งมีชีวิตคือไม่มีพันธะคาร์บอน - ไฮโดรเจน

สารชีวโมเลกุลเหล่านี้มีขนาดค่อนข้างเล็กและรวมถึงน้ำก๊าซและแอนไอออนและไอออนบวกจำนวนหนึ่งที่มีส่วนร่วมในการเผาผลาญ

การจำแนกประเภทและหน้าที่

โมเลกุลอนินทรีย์ที่เกี่ยวข้องมากที่สุดในสิ่งมีชีวิตคือน้ำอย่างไม่ต้องสงสัย นอกจากนี้ส่วนประกอบอนินทรีย์อื่น ๆ ยังมีอยู่และจำแนกออกเป็นก๊าซแอนไอออนและไอออนบวก

ภายในก๊าซเรามีออกซิเจนคาร์บอนไดออกไซด์และไนโตรเจน ในแอนไอออนประกอบด้วยคลอไรด์ฟอสเฟตคาร์บอเนตและอื่น ๆ และในไอออนบวก ได้แก่ โซเดียมโพแทสเซียมแอมโมเนียมแคลเซียมแมกนีเซียมและไอออนบวกอื่น ๆ

ด้านล่างนี้เราจะอธิบายแต่ละกลุ่มเหล่านี้โดยมีลักษณะที่โดดเด่นที่สุดและหน้าที่ของพวกมันในสิ่งมีชีวิต

-น้ำ

น้ำเป็นองค์ประกอบอนินทรีย์ที่มีอยู่มากที่สุดในสิ่งมีชีวิต เป็นที่ทราบกันอย่างแพร่หลายว่าสิ่งมีชีวิตพัฒนาในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำ แม้ว่าจะมีสิ่งมีชีวิตที่ไม่ได้อาศัยอยู่ในแหล่งน้ำ แต่สภาพแวดล้อมภายในของบุคคลเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นไฮดริก สิ่งมีชีวิตประกอบด้วยน้ำระหว่าง 60% ถึง 90%

องค์ประกอบของน้ำในสิ่งมีชีวิตเดียวกันอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์ที่ศึกษา ตัวอย่างเช่นเซลล์ในกระดูกมีน้ำโดยเฉลี่ย 20% ในขณะที่เซลล์สมองสามารถเข้าถึง 85% ได้อย่างง่ายดาย

น้ำมีความสำคัญมากเนื่องจากปฏิกิริยาทางชีวเคมีส่วนใหญ่ที่ประกอบขึ้นเป็นเมแทบอลิซึมของแต่ละบุคคลเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำ

ตัวอย่างเช่นการสังเคราะห์แสงเริ่มต้นด้วยการสลายส่วนประกอบของน้ำโดยการกระทำของพลังงานแสง การหายใจของเซลล์ส่งผลให้เกิดการผลิตน้ำโดยการแยกโมเลกุลของกลูโคสเพื่อดึงพลังงานออกมา

เส้นทางการเผาผลาญที่รู้จักกันน้อยอื่น ๆ ยังเกี่ยวข้องกับการผลิตน้ำ การสังเคราะห์กรดอะมิโนเกิดจากน้ำ

คุณสมบัติของน้ำ

น้ำมีลักษณะหลายประการที่ทำให้เป็นองค์ประกอบที่ไม่สามารถถูกแทนที่ได้บนโลกใบนี้ทำให้เกิดเหตุการณ์มหัศจรรย์ของชีวิต ในคุณสมบัติเหล่านี้เรามี:

น้ำเป็นตัวทำละลาย: ในเชิงโครงสร้างน้ำประกอบด้วยอะตอมไฮโดรเจนสองอะตอมที่เชื่อมโยงกับออกซิเจนอะตอมหนึ่งโดยแบ่งปันอิเล็กตรอนของพวกเขาผ่านพันธะโควาเลนต์ที่มีขั้ว ดังนั้นโมเลกุลนี้จึงมีประจุสิ้นสุดหนึ่งบวกและหนึ่งลบ

ด้วยโครงสร้างนี้จึงเรียกสารนี้ว่าขั้วโลก ด้วยวิธีนี้น้ำสามารถละลายสารที่มีแนวโน้มเชิงขั้วเดียวกันได้เนื่องจากส่วนที่เป็นบวกจะดึงดูดส่วนที่เป็นลบของโมเลกุลให้ละลายและในทางกลับกัน โมเลกุลที่ละลายน้ำเรียกว่าชอบน้ำ

จำไว้ว่าในทางเคมีเรามีกฎว่า "ชอบละลาย" ซึ่งหมายความว่าสารมีขั้วละลายเฉพาะในสารอื่นที่มีขั้วด้วย

ตัวอย่างเช่นสารประกอบไอออนิกเช่นคาร์โบไฮเดรตและคลอไรด์กรดอะมิโนก๊าซและสารประกอบอื่น ๆ ที่มีหมู่ไฮดรอกซิลสามารถละลายในน้ำได้ง่าย

ค่าคงที่ของอิเล็กทริก:ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูงของของเหลวที่สำคัญยังเป็นปัจจัยที่มีส่วนช่วยในการละลายเกลืออนินทรีย์ภายใน ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกเป็นปัจจัยที่ประจุสองขั้วของเครื่องหมายตรงข้ามแยกออกจากกันเมื่อเทียบกับสุญญากาศ

ความร้อนจำเพาะของน้ำ: การลดอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรงเป็นลักษณะสำคัญสำหรับการพัฒนาชีวิต เนื่องจากความร้อนจำเพาะของน้ำสูงการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิจึงคงที่ทำให้เกิดสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมกับชีวิต

ความร้อนจำเพาะสูงหมายความว่าเซลล์สามารถรับความร้อนจำนวนมากได้และอุณหภูมิของเซลล์จะไม่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ

การทำงานร่วมกัน: การทำงานร่วมกันเป็นอีกหนึ่งคุณสมบัติที่ป้องกันการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างกะทันหัน เนื่องจากโมเลกุลของน้ำที่มีประจุตรงข้ามกันทำให้พวกมันดึงดูดซึ่งกันและกันทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าการเกาะกัน

การทำงานร่วมกันช่วยให้อุณหภูมิของสิ่งมีชีวิตไม่เพิ่มขึ้นมากเกินไป พลังงานความร้อนทำลายพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลแทนที่จะเร่งโมเลกุลแต่ละโมเลกุล

การควบคุมค่า pH:นอกเหนือจากการควบคุมและรักษาอุณหภูมิให้คงที่แล้วน้ำยังสามารถทำเช่นเดียวกันกับ pH ได้ มีปฏิกิริยาการเผาผลาญบางอย่างที่ต้องใช้ pH เฉพาะเพื่อที่จะเกิดขึ้น ในทำนองเดียวกันเอนไซม์ยังต้องการ pH เฉพาะเพื่อให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด

การควบคุม pH เกิดขึ้นเนื่องจากหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) ที่ใช้ร่วมกับไฮโดรเจนไอออน (H ⁺ ) อดีตเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของตัวกลางที่เป็นด่างในขณะที่สารหลังก่อให้เกิดการสร้างตัวกลางของกรด

จุดเดือด: จุดเดือดของน้ำคือ 100 ° C คุณสมบัตินี้ช่วยให้น้ำอยู่ในสถานะของเหลวในช่วงอุณหภูมิกว้างตั้งแต่ 0 ° C ถึง 100 ° C

จุดเดือดสูงอธิบายได้จากความสามารถในการสร้างพันธะไฮโดรเจนสี่พันธะสำหรับแต่ละโมเลกุลของน้ำ คุณสมบัตินี้ยังอธิบายจุดหลอมเหลวสูงและความร้อนของการกลายเป็นไอหากเราเปรียบเทียบกับไฮไดรด์อื่น ๆ เช่น NH ₃ , HF หรือ H ₂ S

สิ่งนี้ช่วยให้การดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตนอกโลกบางชนิด ตัวอย่างเช่นมีสิ่งมีชีวิตที่พัฒนาใกล้ 0 ° C และเรียกว่าไซโครฟิล ในทำนองเดียวกันพวกเทอร์โมฟิลิกจะพัฒนาประมาณ 70 หรือ 80 ° C

การแปรผันของความหนาแน่น:ความหนาแน่นของน้ำจะแตกต่างกันไปโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่ออุณหภูมิแวดล้อมเปลี่ยนแปลงไป น้ำแข็งนำเสนอโครงตาข่ายผลึกแบบเปิดซึ่งตรงกันข้ามกับน้ำในสถานะของเหลวจะนำเสนอการจัดเรียงโมเลกุลแบบสุ่มแน่นและหนาแน่นกว่า

คุณสมบัตินี้ช่วยให้น้ำแข็งลอยอยู่บนน้ำทำหน้าที่เป็นฉนวนระยะและให้เสถียรภาพของมวลมหาสมุทรขนาดใหญ่

หากไม่เป็นเช่นนั้นน้ำแข็งจะจมลงไปในส่วนลึกของทะเลและสิ่งมีชีวิตอย่างที่เราทราบกันดีว่ามันจะเป็นเหตุการณ์ที่ไม่น่าเกิดขึ้นอย่างยิ่งชีวิตจะเกิดขึ้นในน้ำแข็งก้อนใหญ่ได้อย่างไร?

บทบาทต่อระบบนิเวศของน้ำ

ในการจบด้วยหัวข้อของน้ำจำเป็นต้องพูดถึงว่าของเหลวที่สำคัญไม่เพียง แต่มีบทบาทเกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิตเท่านั้น แต่ยังกำหนดสภาพแวดล้อมที่พวกมันอาศัยอยู่ด้วย

มหาสมุทรเป็นแหล่งกักเก็บน้ำที่ใหญ่ที่สุดในโลกซึ่งได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิทำให้เกิดกระบวนการระเหย น้ำจำนวนมหาศาลอยู่ในวัฏจักรของการระเหยและการตกตะกอนของน้ำอย่างต่อเนื่องทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าวัฏจักรของน้ำ

-แก๊ส

ถ้าเราเปรียบเทียบการทำงานที่กว้างขวางของน้ำในระบบชีวภาพบทบาทของโมเลกุลอนินทรีย์ที่เหลือจะถูก จำกัด ไว้เฉพาะบทบาทที่เฉพาะเจาะจงเท่านั้น

โดยทั่วไปก๊าซจะผ่านเซลล์ในการเจือจางในน้ำ บางครั้งพวกมันถูกใช้เป็นสารตั้งต้นสำหรับปฏิกิริยาทางเคมีและในกรณีอื่น ๆ ก็เป็นของเสียจากกระบวนการเผาผลาญ ที่เกี่ยวข้องมากที่สุดคือออกซิเจนคาร์บอนไดออกไซด์และไนโตรเจน

ออกซิเจนเป็นตัวรับอิเล็กตรอนขั้นสุดท้ายในห่วงโซ่การขนส่งของสิ่งมีชีวิตที่หายใจแบบใช้ออกซิเจน นอกจากนี้คาร์บอนไดออกไซด์ยังเป็นของเสียในสัตว์และเป็นสารตั้งต้นของพืช (สำหรับกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง)

-Ions

เช่นเดียวกับก๊าซบทบาทของไอออนในสิ่งมีชีวิตนั้นถูก จำกัด ไว้เฉพาะเหตุการณ์ที่เฉพาะเจาะจงเท่านั้น แต่จำเป็นสำหรับการทำงานที่เหมาะสมของแต่ละบุคคล พวกมันถูกจัดประเภทขึ้นอยู่กับประจุของมันเป็นแอนไอออนไอออนที่มีประจุลบและไอออนบวกไอออนที่มีประจุบวก

สิ่งเหล่านี้บางอย่างจำเป็นในปริมาณที่น้อยมากเช่นส่วนประกอบโลหะของเอนไซม์ อื่น ๆ มีความจำเป็นในปริมาณที่สูงขึ้นเช่นโซเดียมคลอไรด์โพแทสเซียมแมกนีเซียมเหล็กไอโอดีนเป็นต้น

ร่างกายมนุษย์สูญเสียแร่ธาตุเหล่านี้อยู่ตลอดเวลาทางปัสสาวะอุจจาระและเหงื่อ ส่วนประกอบเหล่านี้จะต้องถูกป้อนเข้าไปในระบบอีกครั้งโดยใช้อาหารผลไม้ผักและเนื้อสัตว์เป็นหลัก

ฟังก์ชั่นไอออน

ปัจจัยร่วม:ไอออนสามารถทำหน้าที่เป็นปัจจัยร่วมของปฏิกิริยาทางเคมี ไอออนของคลอรีนมีส่วนร่วมในการย่อยแป้งโดยอะไมเลส โพแทสเซียมและแมกนีเซียมเป็นไอออนที่จำเป็นสำหรับการทำงานของเอนไซม์ที่สำคัญมากในการเผาผลาญ

การบำรุงรักษาออสโมลาริตี:อีกหน้าที่หนึ่งที่มีความสำคัญอย่างยิ่งคือการบำรุงรักษาสภาวะออสโมติกที่เหมาะสมสำหรับการพัฒนากระบวนการทางชีวภาพ

ปริมาณของสารที่ละลายในน้ำต้องได้รับการควบคุมอย่างดีเยี่ยมเนื่องจากหากระบบนี้ล้มเหลวเซลล์อาจระเบิดหรือสูญเสียน้ำจำนวนมากได้

ตัวอย่างเช่นในมนุษย์โซเดียมและคลอรีนเป็นองค์ประกอบสำคัญที่มีส่วนช่วยในการรักษาสมดุลออสโมติก ไอออนเดียวกันเหล่านี้ยังส่งเสริมความสมดุลของกรดเบส

ศักยภาพของเมมเบรน:ในสัตว์ไอออนมีส่วนร่วมอย่างแข็งขันในการสร้างศักยภาพของเมมเบรนในเยื่อหุ้มเซลล์ที่เคลื่อนไหวได้

คุณสมบัติทางไฟฟ้าของเมมเบรนมีผลต่อเหตุการณ์สำคัญเช่นความสามารถของเซลล์ประสาทในการส่งข้อมูล

ในกรณีเหล่านี้เมมเบรนจะทำหน้าที่คล้ายกับตัวเก็บประจุไฟฟ้าซึ่งประจุจะสะสมและกักเก็บเนื่องจากปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตระหว่างไอออนบวกและแอนไอออนทั้งสองด้านของเมมเบรน

การกระจายแบบไม่สมมาตรของไอออนในสารละลายในแต่ละด้านของเมมเบรนจะถูกแปลเป็นศักย์ไฟฟ้า - ขึ้นอยู่กับความสามารถในการซึมผ่านของเมมเบรนไปยังไอออนที่มีอยู่ ขนาดของศักย์สามารถคำนวณได้โดยทำตามสมการ Nernst หรือ Goldman

โครงสร้าง:ไอออนบางตัวทำหน้าที่โครงสร้าง ตัวอย่างเช่นไฮดรอกซีแอปาไทต์ทำให้โครงสร้างจุลภาคของกระดูกเป็นผลึก แคลเซียมและฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับการสร้างกระดูกและฟัน

ฟังก์ชั่นอื่น ๆ :สุดท้ายไอออนมีส่วนร่วมในการทำงานที่แตกต่างกันเช่นการแข็งตัวของเลือด (โดยแคลเซียมไอออน) การมองเห็นและการหดตัวของกล้ามเนื้อ

ความแตกต่างระหว่างชีวโมเลกุลอินทรีย์และอนินทรีย์

องค์ประกอบประมาณ 99% ของสิ่งมีชีวิตมีเพียงสี่อะตอมเท่านั้นคือไฮโดรเจนออกซิเจนคาร์บอนและไนโตรเจน อะตอมเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นชิ้นส่วนหรือบล็อกซึ่งสามารถจัดเรียงในรูปแบบสามมิติได้หลากหลายรูปแบบทำให้โมเลกุลมีชีวิต

ในขณะที่สารประกอบอนินทรีย์มักจะมีขนาดเล็กเรียบง่ายและมีความหลากหลายไม่มากนัก แต่สารประกอบอินทรีย์มักจะมีความโดดเด่นและหลากหลายกว่า

นอกจากนี้ความซับซ้อนของสารชีวโมเลกุลอินทรีย์ยังเพิ่มขึ้นเนื่องจากนอกจากโครงกระดูกคาร์บอนแล้วพวกมันยังมีหมู่ฟังก์ชันที่กำหนดลักษณะทางเคมี

อย่างไรก็ตามทั้งสองอย่างมีความจำเป็นเท่าเทียมกันสำหรับการพัฒนาสิ่งมีชีวิตที่ดีที่สุด

การใช้คำว่าอินทรีย์และอนินทรีย์ในชีวิตประจำวัน

ตอนนี้เราได้อธิบายถึงความแตกต่างระหว่างชีวโมเลกุลทั้งสองประเภทแล้วจำเป็นต้องชี้แจงว่าเราใช้คำเหล่านี้อย่างคลุมเครือและไม่ชัดเจนในชีวิตประจำวัน

เมื่อเรากำหนดให้ผักและผลไม้เป็น "ออร์แกนิก" - ซึ่งเป็นที่นิยมอย่างมากในปัจจุบัน - ไม่ได้หมายความว่าผลิตภัณฑ์ที่เหลือเป็น "อนินทรีย์" เนื่องจากโครงสร้างขององค์ประกอบที่กินได้เหล่านี้เป็นโครงกระดูกคาร์บอนคำจำกัดความของอินทรีย์จึงถือว่าซ้ำซ้อน

ในความเป็นจริงคำว่าอินทรีย์เกิดจากความสามารถของสิ่งมีชีวิตในการสังเคราะห์สารประกอบเหล่านี้

อ้างอิง

Audesirk, T. , Audesirk, G. , & Byers, พ.ศ. (2546). ชีววิทยา: สิ่งมีชีวิตบนโลก การศึกษาของ Pearson
Aracil, CB, Rodríguez, MP, Magraner, JP, & Pérez, RS (2011) พื้นฐานทางชีวเคมี มหาวิทยาลัยวาเลนเซีย.
แบททาเนอร์เรียส, E. (2014). บทสรุปของเอนไซม์วิทยา. Salamanca University Editions.
Berg, JM, Stryer, L. , และ Tymoczko, JL (2007) ชีวเคมี. ฉันย้อนกลับ
Devlin, TM (2004) ชีวเคมี: ตำราที่มีการใช้งานทางคลินิก ฉันย้อนกลับ
Díaz, AP, & Pena, A. (1988). ชีวเคมี. กองบรรณาธิการ Limusa
Macarulla, JM และGoñi, FM (1994) ชีวเคมีของมนุษย์: หลักสูตรพื้นฐาน ฉันย้อนกลับ
Macarulla, JM และGoñi, FM (1993) สารชีวโมเลกุล: บทเรียนทางชีวเคมีโครงสร้าง. ฉันย้อนกลับ
Müller - Esterl, W. (2008). ชีวเคมี. พื้นฐานด้านการแพทย์และวิทยาศาสตร์ชีวภาพ ฉันย้อนกลับ
Teijón, JM (2549). พื้นฐานของชีวเคมีโครงสร้าง บรรณาธิการTébar
Monge-Nájera, J. (2002). ชีววิทยาทั่วไป. EUNED

อนินทรีย์ชีวโมเลกุล: ลักษณะหน้าที่ประเภท - ชีววิทยา - 2026