ชีวโมเลกุลอนินทรีย์: คุณลักษณะหน้าที่การจำแนกและตัวอย่าง

โมเลกุลของอนินทรีย์อนินทรีย์ เป็นกลุ่มโมเลกุลขนาดใหญ่ที่มีอยู่ในสิ่งมีชีวิต ตามคำนิยามโครงสร้างพื้นฐานของโมเลกุลอนินทรีย์ไม่ได้ประกอบด้วยโครงกระดูกคาร์บอนหรืออะตอมของคาร์บอนที่ถูกผูกมัด

อย่างไรก็ตามนี่ไม่ได้หมายความว่าสารประกอบอนินทรีย์จะต้องปราศจากคาร์บอนทั้งหมดเพื่อรวมไว้ในหมวดหมู่ที่ยิ่งใหญ่นี้ แต่คาร์บอนนั้นจะต้องไม่เป็นอะตอมหลักและมีโมเลกุลมากที่สุดของโมเลกุล สารประกอบอนินทรีย์ที่เป็นส่วนหนึ่งของสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่เป็นน้ำและชุดของแร่ธาตุที่เป็นของแข็งหรือในสารละลาย

น้ำ - ชีวโมเลกุลอนินทรีย์ที่มีมากที่สุดในสิ่งมีชีวิต - มีคุณสมบัติหลายอย่างที่ทำให้มันเป็นองค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับชีวิตเช่นจุดเดือดสูง, ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสูง, ความสามารถในการบัฟเฟอร์การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและ pH ระหว่าง คนอื่น ๆ

ในทางตรงกันข้ามไอออนและก๊าซถูก จำกัด ให้ทำหน้าที่เฉพาะอย่างมากภายในสิ่งมีชีวิตอินทรีย์เช่นแรงกระตุ้นประสาทการแข็งตัวของเลือดการควบคุมออสโมติกและอื่น ๆ นอกจากนี้ยังเป็นปัจจัยสำคัญของเอนไซม์บางชนิด

คุณสมบัติ

คุณสมบัติที่โดดเด่นของโมเลกุลอนินทรีย์ที่พบในสิ่งมีชีวิตคือการไม่มีพันธะคาร์บอน - ไฮโดรเจน

โมเลกุลชีวโมเลกุลเหล่านี้มีขนาดค่อนข้างเล็กและรวมถึงน้ำก๊าซและชุดแอนไอออนและไอออนบวกที่มีส่วนร่วมในการเผาผลาญอาหาร

การจำแนกประเภทและฟังก์ชั่น

โมเลกุลอนินทรีย์ที่เกี่ยวข้องมากที่สุดในสิ่งมีชีวิตคือน้ำ นอกจากนี้ส่วนประกอบอนินทรีย์อื่น ๆ ก็มีอยู่และถูกจำแนกออกเป็นก๊าซแอนไอออนและไพเพอร์

ภายในกาซเรามีออกซิเจนคาร์บอนไดออกไซด์และไนโตรเจน ในแอนไอออนคือคลอไรด์ฟอสเฟตคาร์บอเนตและอื่น ๆ และในไพเพอร์ ได้แก่ โซเดียมโพแทสเซียมแอมโมเนียมแคลเซียมแมกนีเซียมและไอออนบวกอื่น ๆ

ต่อไปเราจะอธิบายแต่ละกลุ่มเหล่านี้พร้อมกับคุณสมบัติที่โดดเด่นที่สุดและหน้าที่ของพวกเขาภายในสิ่งมีชีวิต

น้ำรดน้ำ

น้ำเป็นองค์ประกอบอนินทรีย์ที่มีมากที่สุดในสิ่งมีชีวิต เป็นที่ทราบกันโดยทั่วไปว่าชีวิตพัฒนาขึ้นในสื่อที่เป็นน้ำ แม้ว่าจะมีสิ่งมีชีวิตที่ไม่ได้อาศัยอยู่ในร่างกายของน้ำสภาพแวดล้อมภายในของบุคคลเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นน้ำ สิ่งมีชีวิตอยู่ระหว่าง 60% ถึง 90% ของน้ำ

องค์ประกอบของน้ำในสิ่งมีชีวิตเดียวกันสามารถเปลี่ยนแปลงได้ขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์ที่ศึกษา ตัวอย่างเช่นเซลล์ในกระดูกโดยเฉลี่ยแล้วน้ำ 20% ในขณะที่เซลล์สมองสามารถเข้าถึง 85% ได้อย่างง่ายดาย

น้ำมีความสำคัญมากเนื่องจากปฏิกิริยาทางชีวเคมีส่วนใหญ่ที่ประกอบกันเป็นเมตาบอลิซึมของบุคคลเกิดขึ้นในสื่อที่เป็นน้ำ

ตัวอย่างเช่นการสังเคราะห์ด้วยแสงเริ่มต้นด้วยการแยกส่วนประกอบของน้ำโดยการกระทำของพลังงานแสง การหายใจของเซลล์ส่งผลให้เกิดการผลิตน้ำโดยการยึดโมเลกุลของกลูโคสเพื่อให้เกิดการสกัดพลังงาน

เส้นทางการเผาผลาญที่รู้จักกันน้อยกว่าอื่น ๆ ยังเกี่ยวข้องกับการผลิตน้ำ การสังเคราะห์กรดอะมิโนมีน้ำเป็นผลิตภัณฑ์

คุณสมบัติของน้ำ

น้ำมีคุณลักษณะหลายอย่างที่ทำให้องค์ประกอบนี้ไม่สามารถถูกแทนที่บนโลกได้ทำให้เกิดเหตุการณ์ที่ยอดเยี่ยมในชีวิต ในบรรดาคุณสมบัติเหล่านี้เรามี:

น้ำเป็นตัวทำละลาย: โครงสร้างน้ำประกอบด้วยอะตอมไฮโดรเจนสองอะตอมที่ยึดติดกับอะตอมออกซิเจนแบ่งปันอิเล็กตรอนของพวกเขาผ่านพันธะโควาเลนต์ขั้วโลก ดังนั้นโมเลกุลนี้มีประจุสิ้นสุดหนึ่งบวกและลบหนึ่ง

ด้วยโครงสร้างนี้สารนี้จึงถูกเรียกว่า ขั้วโลก ด้วยวิธีนี้น้ำสามารถละลายสารที่มีแนวโน้มขั้วเดียวกันเนื่องจากส่วนที่เป็นบวกจะดึงดูดเชิงลบของโมเลกุลที่จะละลายและในทางกลับกัน โมเลกุลที่ละลายในน้ำจะเรียกว่าชอบน้ำ

จำได้ว่าในวิชาเคมีเรามีกฎว่า "สิ่งเดียวกันละลาย" ซึ่งหมายความว่าสารขั้วโลกละลายเฉพาะในสารอื่น ๆ ที่มีขั้ว

ตัวอย่างเช่นสารประกอบไอออนิกเช่นคาร์โบไฮเดรตและคลอไรด์กรดอะมิโนก๊าซและสารประกอบอื่น ๆ ที่มีกลุ่มไฮดรอกซิลสามารถละลายได้ง่ายในน้ำ

ค่าคงที่ ไดอิเล็กทริก: ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสูงของของเหลวที่สำคัญยังเป็นปัจจัยที่ช่วยในการละลายเกลืออนินทรีย์ในแกนกลาง ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกคือปัจจัยที่มีประจุสองเครื่องหมายของเครื่องหมายตรงข้ามที่เกี่ยวกับสูญญากาศ

ความร้อนเฉพาะของน้ำ: การ รองรับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรุนแรงเป็นคุณสมบัติที่จำเป็นสำหรับการพัฒนาชีวิต ด้วยความร้อนที่เฉพาะเจาะจงสูงของน้ำอุณหภูมิจะเปลี่ยนแปลงอย่างคงที่สร้างสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมสำหรับชีวิต

ความร้อนจำเพาะสูงหมายความว่าเซลล์สามารถรับความร้อนจำนวนมากและอุณหภูมิไม่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ

การติดต่อกัน: การทำงาน ร่วมกันเป็นคุณสมบัติที่ช่วยป้องกันการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน ต้องขอบคุณโมเลกุลน้ำที่มีประจุตรงข้ามพวกมันดึงดูดซึ่งกันและกันและสร้างสิ่งที่เรียกว่าการทำงานร่วมกัน

การทำงานร่วมกันทำให้อุณหภูมิของสิ่งมีชีวิตไม่เพิ่มขึ้นมากเกินไป พลังงานความร้อนแบ่งพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลแทนการเร่งแต่ละโมเลกุล

การควบคุมค่า PH: นอกเหนือจากการควบคุมและรักษาอุณหภูมิให้คงที่แล้วน้ำก็สามารถทำได้เช่นเดียวกันกับค่า pH มีปฏิกิริยาเมแทบอลิซึมบางอย่างที่ต้องใช้ค่า pH เฉพาะเพื่อให้สามารถดำเนินการได้ ในทำนองเดียวกันเอนไซม์ยังต้องการค่า pH เฉพาะเพื่อให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด

การควบคุมค่า pH เกิดขึ้นเนื่องจากกลุ่มไฮดรอกซิล (-OH) ที่ใช้ร่วมกับไฮโดรเจนไอออน (H +) ครั้งแรกที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของกลางอัลคาไลน์ในขณะที่สองก่อให้เกิดการก่อตัวของสื่อที่เป็นกรด

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

จุดเดือดสูงนั้นสามารถอธิบายได้ด้วยความสามารถในการสร้างพันธะไฮโดรเจนสี่ต่อโมเลกุลน้ำ คุณลักษณะนี้ยังอธิบายถึงจุดหลอมเหลวสูงและความร้อนของการกลายเป็นไอถ้าเราเปรียบเทียบกับไฮไดรด์อื่น ๆ เช่น NH 3, HF หรือ H 2 s

สิ่งนี้ช่วยให้การดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิต extremophile ตัวอย่างเช่นมีสิ่งมีชีวิตที่พัฒนาอยู่ใกล้ 0 ° C และเรียกว่าpsychrofílos ในทำนองเดียวกัน thermophilics จะพัฒนาใกล้ 70 หรือ 80 ° C

การแปรผันของความหนาแน่น: ความหนาแน่นของน้ำแตกต่างกันไปในลักษณะเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเปลี่ยนอุณหภูมิของสภาพแวดล้อม น้ำแข็งนำเสนอเครือข่ายผลึกแบบเปิดในทางตรงกันข้ามกับน้ำในสถานะของเหลวจะนำเสนอการจัดระเบียบโมเลกุลแบบสุ่มที่แน่นและหนาแน่นขึ้น

คุณสมบัตินี้ช่วยให้น้ำแข็งลอยอยู่ในน้ำทำหน้าที่เป็นฉนวนกันความร้อนและให้ความมั่นคงของมวลมหาสมุทรขนาดใหญ่

หากสิ่งนี้ไม่เป็นเช่นนั้นน้ำแข็งก็จะจมลงไปในทะเลลึกและชีวิตอย่างที่เรารู้มันจะเป็นเหตุการณ์ที่ไม่น่าเป็นไปได้อย่างยิ่งว่าชีวิตจะเกิดขึ้นได้อย่างไรในน้ำแข็งจำนวนมาก

บทบาททางนิเวศวิทยาของน้ำ

เพื่อจบลงด้วยธีมของน้ำจำเป็นต้องพูดถึงว่าของเหลวที่สำคัญไม่เพียง แต่มีบทบาทที่เกี่ยวข้องในสิ่งมีชีวิตเท่านั้น แต่ยังสร้างสภาพแวดล้อมที่พวกเขาอาศัยอยู่

มหาสมุทรเป็นแหล่งกักเก็บน้ำที่ใหญ่ที่สุดในโลกซึ่งได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิและเป็นที่นิยมในกระบวนการระเหย น้ำจำนวนมากอยู่ในวัฏจักรคงที่ของการระเหยและการตกตะกอนของน้ำสร้างสิ่งที่เรียกว่าวัฏจักรของน้ำ

-Gases

ถ้าเราเปรียบเทียบฟังก์ชั่นที่กว้างขวางของน้ำในระบบชีวภาพบทบาทของโมเลกุลอนินทรีย์ที่เหลือจะถูก จำกัด เฉพาะบทบาทที่เฉพาะเจาะจงเท่านั้น

โดยทั่วไปแล้วก๊าซที่ผ่านเข้าไปในเซลล์ในน้ำเจือจาง บางครั้งพวกมันถูกใช้เป็นสารตั้งต้นสำหรับปฏิกิริยาเคมีและในกรณีอื่น ๆ พวกเขาเป็นของเสียจากเส้นทางการเผาผลาญ สิ่งที่เกี่ยวข้องมากที่สุดคือออกซิเจนคาร์บอนไดออกไซด์และไนโตรเจน

ออกซิเจนเป็นตัวรับสุดท้ายของอิเล็กตรอนในห่วงโซ่การขนส่งของสิ่งมีชีวิตที่มีการหายใจแบบใช้ออกซิเจน นอกจากนี้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ยังเป็นของเสียในสัตว์และสารตั้งต้นสำหรับพืช (สำหรับกระบวนการสังเคราะห์แสง)

-ions

เช่นเดียวกับแก๊สบทบาทของไอออนในสิ่งมีชีวิตนั้น จำกัด อยู่เฉพาะในเหตุการณ์ที่เฉพาะเจาะจง แต่จำเป็นสำหรับการทำงานที่เหมาะสมของแต่ละบุคคล พวกมันถูกจำแนกตามประจุในประจุลบประจุลบประจุบวกประจุบวกประจุบวก

บางส่วนจำเป็นต้องใช้ในปริมาณที่น้อยมากเช่นส่วนประกอบโลหะของเอนไซม์ จำเป็นต้องใช้คนอื่นในปริมาณที่สูงขึ้นเช่นโซเดียมคลอไรด์โพแทสเซียมแมกนีเซียมเหล็กไอโอดีนและอื่น ๆ

ร่างกายมนุษย์สูญเสียแร่ธาตุเหล่านี้อย่างต่อเนื่องผ่านทางปัสสาวะอุจจาระและเหงื่อ ส่วนประกอบเหล่านี้จะต้องถูกป้อนเข้าสู่ระบบอีกครั้งผ่านทางอาหารส่วนใหญ่เป็นผลไม้ผักและเนื้อสัตว์

ฟังก์ชั่นไอออน

โคแฟคเตอร์: ไอออนสามารถทำหน้าที่เป็นโคแฟคเตอร์ของปฏิกิริยาเคมี คลอรีนไอออนมีส่วนร่วมในการย่อยสลายแป้งโดยอะไมเลส โพแทสเซียมและแมกนีเซียมเป็นไอออนที่ขาดไม่ได้สำหรับการทำงานของเอนไซม์ที่สำคัญมากในการเผาผลาญ

การบำรุงรักษาออสโมลาริตี: หน้าที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งคือการบำรุงรักษาออสโมติกที่เหมาะสมสำหรับการพัฒนากระบวนการทางชีวภาพ

ปริมาณของสารที่ละลายต้องถูกควบคุมเป็นพิเศษเนื่องจากหากระบบนี้ล้มเหลวเซลล์อาจระเบิดหรืออาจสูญเสียน้ำในปริมาณมาก

ในมนุษย์เช่นโซเดียมและคลอรีนเป็นองค์ประกอบสำคัญที่ช่วยในการรักษาสมดุลของออสโมติก ไอออนที่เหมือนกันเหล่านี้ยังชอบความสมดุลของกรดเบสด้วย

ศักยภาพของเมมเบรน: ในสัตว์ไอออนมีส่วนร่วมอย่างแข็งขันในการสร้างศักยภาพของเมมเบรนในเยื่อหุ้มเซลล์ที่เคลื่อนไหวได้

คุณสมบัติทางไฟฟ้าของเยื่อหุ้มเซลล์มีผลต่อเหตุการณ์สำคัญเช่นความสามารถของเซลล์ประสาทในการส่งข้อมูล

ในกรณีเหล่านี้เมมเบรนจะทำหน้าที่คล้ายกับตัวเก็บประจุไฟฟ้าซึ่งประจุจะถูกสะสมและเก็บไว้เนื่องจากการโต้ตอบระหว่างประจุบวกกับประจุลบทั้งสองด้านของเมมเบรน

การกระจายแบบไม่สมมาตรของไอออนในสารละลายในแต่ละด้านของเยื่อหุ้มเซลล์ส่งผลให้เกิดศักย์ไฟฟ้า - ขึ้นอยู่กับการซึมผ่านของเยื่อหุ้มเซลล์ไปยังไอออนที่มีอยู่ ขนาดของศักยภาพสามารถคำนวณได้โดยทำตามสมการ Nernst หรือสมการโกลด์แมน

โครงสร้าง: ไอออนบางตัวทำหน้าที่โครงสร้าง ยกตัวอย่างเช่นไฮดรอกซีอะพาไทต์ทำให้โครงสร้างผลึกของกระดูก ในทางกลับกันแคลเซียมและฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับการก่อตัวของกระดูกและฟัน

ฟังก์ชั่นอื่น ๆ : ในที่สุดไอออนมีส่วนร่วมในการทำงานที่แตกต่างกันเช่นการแข็งตัวของเลือด (โดยแคลเซียมไอออน) วิสัยทัศน์และการหดตัวของกล้ามเนื้อ

ความแตกต่างระหว่างโมเลกุลของสารอินทรีย์และอนินทรีย์

ประมาณ 99% ขององค์ประกอบของสิ่งมีชีวิตมีเพียงสี่อะตอม: ไฮโดรเจนออกซิเจนคาร์บอนและไนโตรเจน อะตอมเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นชิ้นส่วนหรือบล็อกซึ่งสามารถจัดเรียงในช่วงกว้างของการกำหนดค่าสามมิติสร้างโมเลกุลที่ให้ชีวิต

ในขณะที่สารประกอบอนินทรีย์มีแนวโน้มที่จะมีขนาดเล็กเรียบง่ายและไม่หลากหลายมากสารประกอบอินทรีย์มีแนวโน้มที่จะโดดเด่นและหลากหลายมากขึ้น

นอกจากนี้ความซับซ้อนของสารชีวโมเลกุลอินทรีย์เพิ่มขึ้นเนื่องจากนอกเหนือจากโครงกระดูกคาร์บอนแล้วยังมีกลุ่มฟังก์ชันที่กำหนดคุณสมบัติทางเคมี

อย่างไรก็ตามทั้งสองมีความจำเป็นเท่าเทียมกันสำหรับการพัฒนาที่ดีที่สุดของสิ่งมีชีวิต

การใช้คำอินทรีย์และอนินทรีย์ในชีวิตประจำวัน

ตอนนี้เราอธิบายความแตกต่างระหว่างชีวโมเลกุลทั้งสองชนิดแล้วเราจำเป็นต้องชี้แจงว่าเราใช้คำศัพท์เหล่านี้ในทางที่คลุมเครือและไม่แน่นอนในชีวิตประจำวัน

เมื่อเรากำหนดผักและผลไม้เป็น "ออร์แกนิก" - ซึ่งเป็นที่นิยมมากในปัจจุบัน - ไม่ได้หมายความว่าผลิตภัณฑ์ที่เหลือเป็น "อนินทรี" เนื่องจากโครงสร้างขององค์ประกอบที่กินได้เหล่านี้เป็นโครงกระดูกคาร์บอนความหมายของสารอินทรีย์จึงถือเป็นความซ้ำซ้อน

ในความเป็นจริงแล้วสารอินทรีย์เกิดขึ้นจากความสามารถของสิ่งมีชีวิตในการสังเคราะห์สารประกอบดังกล่าว