CÁC PHÂN TỬ SINH HỌC VÔ CƠ: ĐẶC ĐIỂM, CHỨC NĂNG, LOẠI - SINH HỌC - 2026

Các phân tử sinh học vô cơ là một nhóm lớn các cấu hình phân tử có trong cơ thể sống. Theo định nghĩa, cấu trúc cơ bản của các phân tử vô cơ không bao gồm một khung carbon hoặc các nguyên tử carbon liên kết.

Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là các hợp chất vô cơ phải hoàn toàn không có cacbon để được đưa vào danh mục lớn này, mà đúng hơn là cacbon không được là nguyên tử chính và nhiều nhất trong phân tử. Các hợp chất vô cơ là một phần của cơ thể sống chủ yếu là nước và một loạt các khoáng chất rắn hoặc dung dịch.

Nguồn: I, Splette

Nước - phân tử sinh học vô cơ phong phú nhất trong sinh vật - có một loạt các đặc điểm khiến nó trở thành yếu tố cần thiết cho sự sống, chẳng hạn như nhiệt độ sôi cao, hằng số điện môi cao, khả năng đệm thay đổi nhiệt độ và pH, trong số đó khác.

Mặt khác, các ion và khí bị giới hạn trong các chức năng rất cụ thể bên trong các sinh vật hữu cơ, chẳng hạn như xung thần kinh, đông máu, điều hòa thẩm thấu, trong số những chức năng khác. Ngoài ra, chúng là đồng yếu tố quan trọng của một số enzym.

nét đặc trưng

Đặc điểm phân biệt của các phân tử vô cơ được tìm thấy trong vật chất sống là không có liên kết cacbon-hydro.

Các phân tử sinh học này tương đối nhỏ và bao gồm nước, khí và một số anion và cation tham gia tích cực vào quá trình trao đổi chất.

Phân loại và chức năng

Không nghi ngờ gì nữa, phân tử vô cơ có liên quan nhất trong vật chất sống là nước. Thêm vào đó, các thành phần vô cơ khác có mặt và được phân loại thành khí, anion và cation.

Trong các loại khí, chúng ta có oxy, carbon dioxide và nitơ. Trong các anion là clorua, phốt phát, cacbonat, trong số những chất khác. Và trong các cation là natri, kali, amoni, canxi, magiê và các ion dương khác.

Dưới đây, chúng tôi sẽ mô tả từng nhóm này, với những đặc điểm nổi bật nhất và chức năng của chúng bên trong chúng sinh.

-Nước

Nước là thành phần vô cơ phong phú nhất trong cơ thể sống. Nó được biết đến rộng rãi rằng sự sống phát triển trong một môi trường nước. Mặc dù có những sinh vật không sống trong môi trường nước, nhưng môi trường bên trong của những cá thể này chủ yếu là hydric. Các sinh vật được cấu tạo từ 60% đến 90% là nước.

Thành phần nước trong cùng một sinh vật có thể khác nhau, tùy thuộc vào loại tế bào được nghiên cứu. Ví dụ, một tế bào trong xương trung bình có 20% nước, trong khi tế bào não có thể dễ dàng đạt 85%.

Nước quan trọng như vậy bởi vì phần lớn các phản ứng sinh hóa tạo nên sự trao đổi chất của các cá thể diễn ra trong môi trường nước.

Ví dụ, quang hợp bắt đầu với sự phân hủy các thành phần của nước do tác động của năng lượng ánh sáng. Quá trình hô hấp tế bào tạo ra nước bằng cách phân cắt các phân tử glucose để lấy năng lượng.

Các con đường trao đổi chất khác ít được biết đến cũng liên quan đến việc sản xuất nước. Quá trình tổng hợp các axit amin được tạo ra bởi nước.

Tính chất của nước

Nước có một loạt các đặc tính khiến nó trở thành nguyên tố không thể thay thế trên hành tinh trái đất, cho phép tạo ra sự kiện tuyệt vời của sự sống. Trong số các tài sản này, chúng tôi có:

Nước như một dung môi: về mặt cấu trúc, nước được tạo thành từ hai nguyên tử hydro gắn với một nguyên tử oxy, chia sẻ các điện tử của chúng thông qua liên kết cộng hóa trị có cực. Do đó, phân tử này có các đầu tích điện, một đầu dương và một đầu âm.

Nhờ cấu tạo này, chất được gọi là phân cực. Bằng cách này, nước có thể hòa tan các chất có cùng xu hướng phân cực, vì các phần dương hút các phần âm của phân tử hòa tan và ngược lại. Các phân tử mà nước hòa tan được gọi là ưa nước.

Hãy nhớ rằng trong hóa học, chúng ta có quy tắc "giống nhau tan biến". Điều này có nghĩa là các chất phân cực chỉ hòa tan trong các chất khác cũng phân cực.

Ví dụ, các hợp chất ion, chẳng hạn như cacbohydrat và clorua, axit amin, khí và các hợp chất khác có nhóm hydroxyl, có thể dễ dàng hòa tan trong nước.

Hằng số điện môi: hằng số điện môi cao của chất lỏng quan trọng cũng là một yếu tố góp phần hòa tan các muối vô cơ bên trong nó. Hằng số điện môi là hệ số mà hai điện tích trái dấu được phân cách trong chân không.

Nhiệt dung riêng của nước: làm giảm sự thay đổi dữ dội của nhiệt độ là một đặc tính cần thiết cho sự phát triển của sự sống. Nhờ nhiệt dung riêng của nước cao, sự thay đổi nhiệt độ ổn định, tạo môi trường thích hợp cho sự sống.

Nhiệt lượng riêng cao có nghĩa là một tế bào có thể nhận được một lượng nhiệt đáng kể và nhiệt độ của tế bào không tăng đáng kể.

Tính kết dính: Tính kết dính là một tính chất khác giúp ngăn chặn sự thay đổi đột ngột của nhiệt độ. Nhờ các điện tích trái dấu của các phân tử nước, chúng hút nhau, tạo ra cái gọi là lực dính.

Sự kết dính cho phép nhiệt độ của vật chất sống không tăng quá nhiều. Năng lượng nhiệt phá vỡ liên kết hydro giữa các phân tử, thay vì tăng tốc các phân tử riêng lẻ.

Kiểm soát độ pH: ngoài việc điều chỉnh và giữ nhiệt độ không đổi, nước có khả năng làm điều tương tự với độ pH. Có một số phản ứng trao đổi chất nhất định đòi hỏi độ pH cụ thể để diễn ra. Theo cách tương tự, các enzym cũng yêu cầu độ pH cụ thể để hoạt động với hiệu quả tối đa.

Sự điều chỉnh độ pH xảy ra nhờ các nhóm hydroxyl (-OH) được sử dụng cùng với các ion hydro (H ⁺ ). Chất thứ nhất liên quan đến sự hình thành môi trường kiềm, trong khi chất thứ hai góp phần hình thành môi trường axit.

Điểm sôi: nhiệt độ sôi của nước là 100 ° C. Tính chất này cho phép nước tồn tại ở trạng thái lỏng ở khoảng nhiệt độ rộng, từ 0 ° C đến 100 ° C.

Nhiệt độ sôi cao được giải thích là do khả năng hình thành bốn liên kết hydro cho mỗi phân tử nước. Đặc điểm này cũng giải thích điểm nóng chảy và nhiệt hóa hơi cao, nếu chúng ta so sánh chúng với các hyđrua khác, chẳng hạn như NH ₃ , HF hoặc H ₂ S.

Điều này cho phép sự tồn tại của một số sinh vật Cực đoan. Ví dụ, có những sinh vật phát triển gần 0 ° C và được gọi là psychrophiles. Theo cách tương tự, những con ưa nhiệt phát triển ở khoảng 70 hoặc 80 ° C.

Sự thay đổi tỷ trọng: tỷ trọng của nước thay đổi theo một cách rất cụ thể khi nhiệt độ môi trường thay đổi. Nước đá thể hiện một mạng tinh thể mở, trái ngược với nước ở trạng thái lỏng, nó thể hiện một tổ chức phân tử ngẫu nhiên hơn, chặt chẽ hơn và đặc hơn.

Tính chất này cho phép băng nổi trên mặt nước, hoạt động như một chất cách nhiệt và cho phép sự ổn định của các khối đại dương lớn.

Nếu không phải như vậy, băng sẽ bị chìm dưới đáy biển sâu, và sự sống, như chúng ta biết, sẽ là một sự kiện cực kỳ khó xảy ra, làm sao sự sống có thể nảy sinh trong khối băng lớn?

Vai trò sinh thái của nước

Để kết thúc chủ đề về nước, cần đề cập rằng chất lỏng quan trọng không chỉ có vai trò liên quan bên trong các sinh vật sống, nó còn định hình môi trường nơi chúng sinh sống.

Đại dương là nơi chứa nước lớn nhất trên trái đất, nơi bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, tạo điều kiện cho các quá trình bốc hơi. Một lượng nước khổng lồ đang trong một chu kỳ bay hơi và kết tủa liên tục của nước, tạo ra cái được gọi là chu trình nước.

-Khí ga

Nếu chúng ta so sánh các chức năng mở rộng của nước trong các hệ thống sinh học, vai trò của phần còn lại của các phân tử vô cơ chỉ bị giới hạn ở những vai trò rất cụ thể.

Nói chung, các chất khí đi qua các tế bào trong dung dịch nước pha loãng. Đôi khi chúng được sử dụng làm chất nền cho các phản ứng hóa học, và trong những trường hợp khác, chúng là chất thải của quá trình trao đổi chất. Có liên quan nhất là oxy, carbon dioxide và nitơ.

Oxy là chất nhận electron cuối cùng trong chuỗi vận chuyển của các sinh vật ưa thích khí hậu. Ngoài ra, carbon dioxide là chất thải ở động vật và là chất nền cho thực vật (cho quá trình quang hợp).

-Con trai

Giống như các chất khí, vai trò của các ion trong cơ thể sống dường như bị hạn chế trong các sự kiện rất cụ thể, nhưng rất cần thiết cho hoạt động bình thường của một cá nhân. Chúng được phân loại tùy thuộc vào điện tích của chúng thành anion, ion mang điện tích âm và cation, ion mang điện tích dương.

Một số trong số này chỉ được yêu cầu với một lượng rất nhỏ, chẳng hạn như các thành phần kim loại của enzym. Những chất khác cần thiết với số lượng cao hơn, chẳng hạn như natri clorua, kali, magiê, sắt, iốt, trong số những chất khác.

Cơ thể con người liên tục mất các khoáng chất này qua nước tiểu, phân và mồ hôi. Các thành phần này phải được tái nhập vào hệ thống thông qua thực phẩm, chủ yếu là trái cây, rau và thịt.

Chức năng ion

Đồng yếu tố : Các ion có thể hoạt động như đồng yếu tố của các phản ứng hóa học. Ion clo tham gia phản ứng thủy phân tinh bột bởi các amylase. Kali và magiê là những ion cần thiết cho hoạt động của các enzym rất quan trọng trong quá trình trao đổi chất.

Duy trì độ thẩm thấu: một chức năng khác có tầm quan trọng lớn là duy trì các điều kiện thẩm thấu tối ưu cho sự phát triển của các quá trình sinh học.

Lượng chất chuyển hóa hòa tan phải được điều chỉnh theo cách đặc biệt, vì nếu hệ thống này không thành công, tế bào có thể phát nổ hoặc có thể mất một lượng nước đáng kể.

Ví dụ ở người, natri và clo là những nguyên tố quan trọng góp phần duy trì sự cân bằng thẩm thấu. Các ion này cũng thúc đẩy cân bằng axit-bazơ.

Điện thế màng: ở động vật, các ion tham gia tích cực vào quá trình tạo điện thế màng trong tế bào kích thích.

Các đặc tính điện của màng ảnh hưởng đến các sự kiện quan trọng, chẳng hạn như khả năng truyền thông tin của tế bào thần kinh.

Trong những trường hợp này, màng hoạt động tương tự như một tụ điện, nơi các điện tích tích tụ và lưu trữ nhờ tương tác tĩnh điện giữa các cation và anion ở cả hai mặt của màng.

Sự phân bố không đối xứng của các ion trong dung dịch ở mỗi bên của màng chuyển thành một điện thế - tùy thuộc vào tính thấm của màng đối với các ion hiện diện. Độ lớn của điện thế có thể được tính theo phương trình Nernst hoặc Goldman.

Cấu trúc: một số ion thực hiện chức năng cấu trúc. Ví dụ, hydroxyapatite tạo điều kiện cho cấu trúc vi tinh thể của xương. Trong khi đó, canxi và phốt pho là nguyên tố cần thiết cho sự hình thành xương và răng.

Các chức năng khác: cuối cùng, các ion tham gia vào các chức năng không đồng nhất như đông máu (bởi các ion canxi), thị lực và co cơ.

Sự khác biệt giữa phân tử sinh học hữu cơ và vô cơ

Khoảng 99% thành phần của sinh vật chỉ bao gồm bốn nguyên tử: hydro, oxy, carbon và nitơ. Các nguyên tử này hoạt động như các mảnh hoặc khối, có thể được sắp xếp theo nhiều dạng cấu hình ba chiều, tạo thành các phân tử cho phép sự sống.

Trong khi các hợp chất vô cơ có xu hướng nhỏ, đơn giản và không đa dạng, các hợp chất hữu cơ có xu hướng đáng chú ý và đa dạng hơn.

Thêm vào đó, sự phức tạp của các phân tử sinh học hữu cơ tăng lên vì ngoài bộ xương carbon, chúng còn có các nhóm chức năng xác định các đặc tính hóa học.

Tuy nhiên, cả hai đều cần thiết như nhau cho sự phát triển tối ưu của chúng sinh.

Sử dụng các thuật ngữ hữu cơ và vô cơ trong cuộc sống hàng ngày

Bây giờ chúng ta mô tả sự khác biệt giữa cả hai loại phân tử sinh học, cần phải làm rõ rằng chúng ta sử dụng các thuật ngữ này một cách mơ hồ và không chính xác trong cuộc sống hàng ngày.

Khi chúng tôi chỉ định trái cây và rau quả là "hữu cơ" - vốn rất phổ biến hiện nay - không có nghĩa là phần còn lại của các sản phẩm là "vô cơ". Vì cấu trúc của các nguyên tố ăn được này là bộ xương cacbon nên định nghĩa về chất hữu cơ được coi là thừa.

Trong thực tế, thuật ngữ hữu cơ phát sinh từ khả năng sinh vật tổng hợp các hợp chất này.

Người giới thiệu

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Sinh học: Sự sống trên Trái đất. Giáo dục Pearson.
2. Aracil, CB, Rodríguez, MP, Magraner, JP, & Pérez, RS (2011). Các nguyên tắc cơ bản của hóa sinh. Đại học Valencia.
3. Battaner Arias, E. (2014). Tổng hợp nghiên cứu. Phiên bản Đại học Salamanca.
4. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Hóa sinh. Tôi đã đảo ngược.
5. Devlin, TM (2004). Hóa sinh: sách giáo khoa với các ứng dụng lâm sàng. Tôi đã đảo ngược.
6. Díaz, AP, & Pena, A. (1988). Hóa sinh. Biên tập Limusa.
7. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1994). Hóa sinh con người: khóa học cơ bản. Tôi đã đảo ngược.
8. Macarulla, JM, & Goñi, FM (1993). Phân tử sinh học: các bài học về hóa sinh cấu trúc. Tôi đã đảo ngược.
9. Müller - Esterl, W. (2008). Hóa sinh. Cơ bản về y học và khoa học đời sống. Tôi đã đảo ngược.
10. Teijón, JM (2006). Các nguyên tắc cơ bản của hóa sinh cấu trúc. Biên tập Tébar.
11. Monge-Nájera, J. (2002). Sinh học đại cương. LIÊN KẾT.