biomolekul anorganik merupakan kelompok besar konfigurasi molekul hadir dalam makhluk hidup. Menurut definisi, struktur dasar molekul anorganik tidak terdiri dari kerangka karbon atau atom karbon yang terikat.
Namun, ini tidak berarti bahwa senyawa anorganik harus benar-benar tanpa karbon untuk dimasukkan dalam kategori besar ini, melainkan karbon tidak boleh menjadi atom utama dan paling melimpah dalam molekul. Senyawa anorganik yang merupakan bagian dari makhluk hidup terutama air dan serangkaian mineral padat atau dalam larutan.
Sumber: I, Splette [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) atau CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) ]
Air – biomolekul anorganik paling melimpah dalam organisme – memiliki serangkaian karakteristik yang menjadikannya unsur penting bagi kehidupan, seperti titik didih yang tinggi , konstanta dielektrik yang tinggi, kemampuan untuk menyangga perubahan suhu dan pH, antara lain.
Ion dan gas, di sisi lain, terbatas pada fungsi yang sangat spesifik dalam makhluk organik, seperti impuls saraf, pembekuan darah, regulasi osmotik, dan lain-lain. Selain itu, mereka adalah kofaktor penting dari enzim tertentu.
Indeks artikel
Karakteristik
Ciri khas dari molekul anorganik yang ditemukan dalam hidup materi adalah tidak adanya ikatan karbon-hidrogen.
Biomolekul ini relatif kecil dan termasuk air, gas, dan sejumlah anion dan kation yang secara aktif berpartisipasi dalam metabolisme.
Klasifikasi dan fungsi
Molekul anorganik yang paling relevan dalam materi hidup, tanpa diragukan lagi, adalah air. Selain itu, ada komponen anorganik lainnya dan diklasifikasikan menjadi gas, anion, dan kation.
Dalam gas kita memiliki oksigen, karbon dioksida dan nitrogen. Dalam anion adalah klorida, fosfat, karbonat, antara lain. Dan di dalam kation terdapat natrium, kalium, amonium, kalsium, magnesium dan ion positif lainnya.
Di bawah ini kita akan menjelaskan masing-masing kelompok ini, dengan karakteristik dan fungsinya yang paling menonjol dalam makhluk hidup.
-air
Air merupakan komponen anorganik yang paling melimpah pada makhluk hidup. Telah diketahui secara luas bahwa kehidupan berkembang di lingkungan yang berair. Meskipun ada organisme yang tidak hidup di dalam badan air, lingkungan internal individu-individu ini sebagian besar bersifat hidrik. Makhluk hidup terdiri dari antara 60% dan 90% air.
Komposisi air dalam organisme yang sama dapat bervariasi, tergantung pada jenis sel yang dipelajari. Misalnya, sel dalam tulang memiliki rata-rata 20% air, sedangkan sel otak dapat dengan mudah mencapai 85%.
Air sangat penting karena sebagian besar reaksi biokimia yang membentuk metabolisme individu berlangsung di lingkungan berair.
Misalnya, fotosintesis dimulai dengan pemecahan komponen air oleh aksi energi cahaya. respirasi sel yang dihasilkan dalam produksi air pada molekul glukosa dibelah untuk mencapai ekstraksi energi.
Jalur metabolisme lain yang kurang dikenal juga melibatkan produksi air. Sintesis asam amino dihasilkan oleh air.
Sifat air
Air memiliki serangkaian karakteristik yang menjadikannya unsur tak tergantikan di planet bumi, memungkinkan peristiwa kehidupan yang luar biasa. Di antara properti ini kita memiliki:
Air sebagai pelarut: secara struktural, air terdiri dari dua atom hidrogen yang terikat pada atom oksigen, berbagi elektron melalui ikatan kovalen polar. Dengan demikian, molekul ini memiliki ujung bermuatan, satu positif dan satu negatif.
Berkat konformasi ini, zat tersebut disebut polar. Dengan cara ini, air dapat melarutkan zat dengan kecenderungan polar yang sama, karena bagian positif menarik bagian negatif dari molekul untuk larut dan sebaliknya. Molekul yang larut dalam air disebut hidrofilik.
Ingatlah bahwa dalam kimia, kita memiliki aturan bahwa “hal yang sama larut dengan cara yang sama.” Ini berarti bahwa zat polar larut secara eksklusif dalam zat lain yang juga polar.
Misalnya, senyawa ionik, seperti karbohidrat dan klorida, asam amino, gas, dan senyawa lain yang memiliki gugus hidroksil, dapat dengan mudah larut dalam air.
Konstanta dielektrik : konstanta dielektrik yang tinggi dari cairan vital juga merupakan faktor yang berkontribusi untuk melarutkan garam anorganik di dalamnya. Konstanta dielektrik adalah faktor di mana dua muatan yang berlawanan tanda dipisahkan sehubungan dengan ruang hampa.
Panas spesifik air: meredam perubahan suhu yang hebat merupakan karakteristik penting untuk perkembangan kehidupan. Berkat panas spesifik air yang tinggi, perubahan suhu menjadi stabil, menciptakan lingkungan yang cocok untuk kehidupan.
Panas spesifik yang tinggi berarti sel dapat menerima panas dalam jumlah yang signifikan dan suhu sel tidak meningkat secara signifikan.
Kohesi: Kohesi adalah properti lain yang mencegah perubahan suhu yang tiba-tiba. Berkat muatan berlawanan dari molekul air, mereka menarik satu sama lain, menciptakan apa yang disebut kohesi.
Kohesi memungkinkan suhu materi hidup tidak meningkat terlalu banyak. Energi panas memutuskan ikatan hidrogen antar molekul, bukannya mempercepat molekul individu.
Kontrol PH: selain mengatur dan menjaga suhu tetap konstan, air mampu melakukan hal yang sama dengan pH. Ada reaksi metabolisme tertentu yang memerlukan pH tertentu untuk berlangsung. Dengan cara yang sama, enzim juga membutuhkan pH spesifik untuk bekerja dengan efisiensi maksimum.
Pengaturan pH terjadi berkat gugus hidroksil (-OH) yang digunakan bersama dengan ion hidrogen (H + ). Yang pertama terkait dengan pembentukan media basa, sedangkan yang kedua berkontribusi pada pembentukan media asam.
Didih titik : yang mendidih titik air adalah 100 ° C. Sifat ini memungkinkan air berada dalam keadaan cair pada kisaran suhu yang luas, dari 0 ° C hingga 100 ° C.
Titik didih yang tinggi dijelaskan oleh kemampuan untuk membentuk empat ikatan hidrogen untuk setiap molekul air. Sifat ini juga menjelaskan tingginya titik leleh dan panas penguapan jika dibandingkan dengan hidrida lain, seperti NH 3 , HF atau H 2 S.
Hal ini memungkinkan keberadaan beberapa organisme Extremophilic. Misalnya, ada organisme yang berkembang mendekati 0 ° C dan disebut psikrofil. Dengan cara yang sama, yang termofilik berkembang sekitar 70 atau 80 ° C.
Variasi densitas : densitas air bervariasi dengan cara yang sangat khusus seiring dengan perubahan suhu lingkungan. Es menyajikan kisi kristal terbuka, berbeda dengan air dalam keadaan cair, ia menyajikan organisasi molekul yang lebih acak, lebih rapat, dan lebih padat.
Properti ini memungkinkan es mengapung di air, bertindak sebagai isolator istilah dan memungkinkan stabilitas massa samudera yang besar.
Jika ini tidak terjadi, es akan tenggelam di kedalaman laut, dan kehidupan, seperti yang kita ketahui, akan menjadi peristiwa yang sangat tidak mungkin, bagaimana mungkin kehidupan muncul dalam massa es yang besar?
Peran ekologis air
Untuk mengakhiri topik air, perlu disebutkan bahwa cairan vital tidak hanya memiliki peran yang relevan dalam interior makhluk hidup, tetapi juga membentuk lingkungan tempat mereka tinggal.
Lautan adalah reservoir air terbesar di bumi, yang dipengaruhi oleh suhu, mendukung proses penguapan. Sejumlah besar air berada dalam siklus penguapan dan pengendapan air yang konstan, menciptakan apa yang dikenal sebagai siklus air.
-Gas
Jika kita membandingkan fungsi ekstensif air dalam sistem biologis, peran molekul anorganik lainnya dibatasi hanya pada peran yang sangat spesifik.
Secara umum, gas melewati sel dalam pengenceran berair. Kadang-kadang mereka digunakan sebagai substrat untuk reaksi kimia, dan dalam kasus lain mereka adalah produk limbah dari jalur metabolisme. Yang paling relevan adalah oksigen, karbon dioksida dan nitrogen.
Oksigen adalah akseptor elektron terakhir dalam rantai transpor organisme yang melakukan respirasi aerobik. Juga, karbon dioksida adalah produk limbah pada hewan dan substrat untuk tanaman (untuk proses fotosintesis).
-Ion
Seperti gas, peran ion dalam organisme hidup tampaknya terbatas pada peristiwa yang sangat khusus, tetapi penting untuk berfungsinya individu. Mereka diklasifikasikan berdasarkan muatannya menjadi anion, ion dengan muatan negatif, dan kation, ion dengan muatan positif.
Beberapa di antaranya diperlukan hanya dalam jumlah yang sangat kecil, seperti komponen logam dari enzim. Lainnya dibutuhkan dalam jumlah yang lebih tinggi, seperti natrium klorida, kalium, magnesium, besi, yodium, antara lain.
Tubuh manusia terus menerus kehilangan mineral ini, melalui urin, feses, dan keringat. Komponen-komponen ini harus dimasukkan kembali ke dalam sistem melalui makanan, terutama buah-buahan, sayuran, dan daging.
Fungsi ion
Kofaktor: ion dapat bertindak sebagai kofaktor reaksi kimia. Ion klorin berpartisipasi dalam hidrolisis pati oleh amilase. Kalium dan magnesium merupakan ion esensial untuk berfungsinya enzim yang sangat penting dalam metabolisme.
Pemeliharaan osmolaritas: fungsi lain yang sangat penting adalah pemeliharaan kondisi osmotik yang optimal untuk pengembangan proses biologis.
Jumlah metabolit terlarut harus diatur dengan cara yang luar biasa, karena jika sistem ini gagal, sel dapat meledak atau kehilangan air dalam jumlah yang signifikan.
Pada manusia, misalnya, natrium dan klorin adalah unsur penting yang berkontribusi pada pemeliharaan keseimbangan osmotik. Ion-ion yang sama ini juga meningkatkan keseimbangan asam-basa.
Potensial membran: pada hewan, ion secara aktif berpartisipasi dalam pembentukan potensial membran di membran sel yang dapat dirangsang.
Sifat listrik membran mempengaruhi peristiwa penting, seperti kemampuan neuron untuk mengirimkan informasi.
Dalam kasus ini, membran bertindak secara analog dengan kapasitor listrik, di mana muatan diakumulasikan dan disimpan berkat interaksi elektrostatik antara kation dan anion di kedua sisi membran.
Distribusi asimetris ion dalam larutan di setiap sisi membran diterjemahkan menjadi potensial listrik – tergantung pada permeabilitas membran terhadap ion yang ada. Besarnya potensial dapat dihitung dengan mengikuti persamaan Nernst atau Goldman.
Struktural: beberapa ion melakukan fungsi struktural. Misalnya, hidroksiapatit mengkondisikan struktur mikro kristal tulang. Kalsium dan fosfor, sementara itu, merupakan unsur penting untuk pembentukan tulang dan gigi.
Fungsi lain: akhirnya, ion berpartisipasi dalam fungsi heterogen seperti pembekuan darah (oleh ion kalsium), penglihatan, dan kontraksi otot.
Perbedaan antara biomolekul organik dan anorganik
Sekitar 99% komposisi makhluk hidup hanya mencakup empat atom: hidrogen, oksigen, karbon, dan nitrogen. Atom-atom ini berfungsi sebagai potongan atau blok, yang dapat diatur dalam berbagai konfigurasi tiga dimensi, membentuk molekul yang memungkinkan kehidupan.
Sementara senyawa anorganik biasanya kecil, sederhana dan tidak terlalu beragam, senyawa organik biasanya lebih menonjol dan bervariasi.
Selain itu, kompleksitas biomolekul organik meningkat karena, selain kerangka karbon, mereka memiliki gugus fungsi yang menentukan karakteristik kimia.
Namun, keduanya sama-sama diperlukan untuk perkembangan makhluk hidup yang optimal.
Penggunaan istilah organik dan anorganik dalam kehidupan sehari-hari
Sekarang setelah kita menjelaskan perbedaan antara kedua jenis biomolekul, perlu diklarifikasi bahwa kita menggunakan istilah ini secara samar dan tidak tepat dalam kehidupan sehari-hari.
Ketika kita menyebut buah-buahan dan sayuran sebagai “organik” – yang sangat populer akhir-akhir ini – tidak berarti bahwa produk lainnya “anorganik”. Karena struktur unsur yang dapat dimakan ini adalah kerangka karbon, definisi organik dianggap berlebihan.
Sebenarnya, istilah organik muncul dari kemampuan organisme untuk mensintesis senyawa ini.
Referensi
- Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologi: Kehidupan di Bumi . pendidikan Pearson.
- Aracil, CB, Rodríguez, MP, Magraner, JP, & Pérez, RS (2011). Dasar-dasar biokimia . Universitas Valencia.
- Battaner Arias, E. (2014). Ringkasan enzimologi . Edisi Universitas Salamanca.
- Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biokimia . saya terbalik.
- Devlin, TM (2004). Biokimia: buku teks dengan aplikasi klinis . saya terbalik.
- Díaz, AP, & Pena, A. (1988). Biokimia . Redaksi Limusa.
- Macarulla, JM, & Goñi, FM (1994). Biokimia manusia: kursus dasar . saya terbalik.
- Macarulla, JM, & Goñi, FM (1993). Biomolekul: Pelajaran dalam Biokimia Struktural . saya terbalik.
- Muller – Esterl, W. (2008). Biokimia. Dasar-dasar kedokteran dan ilmu kehidupan . saya terbalik.
- Teijón, JM (2006). Dasar-dasar biokimia struktural . Redaksi Tebar.
- Monge-Nájera, J. (2002). Biologi umum . EUNED.
