Biomoléculas inorgânicas: características, funções, tipos

As biomoléculas inorgânicos são um grupo grande de configurações moleculares presentes nos seres vivos. Por definição, a estrutura básica das moléculas inorgânicas não é composta por um esqueleto de carbono ou átomos de carbono ligados.

No entanto, isso não significa que os compostos inorgânicos devam ser totalmente livres de carbono para serem incluídos nessa grande categoria, mas esse carbono não deve ser o átomo principal e mais abundante na molécula.Os compostos inorgânicos que fazem parte dos seres vivos são principalmente água e uma série de minerais sólidos ou em solução.

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Fonte: I, Splette [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) ou CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) ]

A água – a biomolécula inorgânica mais abundante nos organismos – apresenta uma série de características que a tornam um elemento essencial para a vida, como alto ponto de ebulição, alta constante dielétrica, capacidade de amortecer mudanças de temperatura e pH, entre outros.

Íons e gases, por outro lado, estão restritos a funções muito específicas nos seres orgânicos, como impulso nervoso, coagulação sanguínea, regulação osmótica, entre outros. Além disso, são co-fatores importantes de certas enzimas.

Caracteristicas

A característica distintiva das moléculas inorgânicas encontradas na matéria viva é a ausência de ligações carbono-hidrogênio.

Essas biomoléculas são relativamente pequenas e incluem água, gases e uma série de ânions e cátions que participam ativamente do metabolismo.

Classificação e funções

A molécula inorgânica mais relevante na matéria viva é, sem dúvida, a água. Além disso, outros componentes inorgânicos estão presentes e classificados em gases, ânions e cátions.

Dentro dos gases, temos oxigênio, dióxido de carbono e nitrogênio. Nos ânions estão cloretos, fosfatos, carbonatos, entre outros. E nos cátions estão sódio, potássio, amônio, cálcio, magnésio e outros íons positivos.

A seguir, descreveremos cada um desses grupos, com suas características mais marcantes e sua função nos seres vivos.

-A água

A água é o componente inorgânico mais abundante nos seres vivos. É sabido que a vida se desenvolve em um ambiente aquoso. Embora existam organismos que não vivem dentro de um corpo de água, o ambiente interno desses indivíduos é principalmente água. Os seres vivos são compostos de 60% a 90% de água.

A composição da água no mesmo organismo pode variar, dependendo do tipo de célula estudada. Por exemplo, uma célula de um osso possui, em média, 20% de água, enquanto uma célula cerebral pode facilmente atingir 85%.

A água é tão importante porque a grande maioria das reações bioquímicas que compõem o metabolismo dos indivíduos ocorre em meio aquoso.

Por exemplo, a fotossíntese começa com a quebra dos componentes da água pela ação da energia luminosa. A respiração celular resulta na produção de água dividindo moléculas de glicose para obter extração de energia.

Outras vias metabólicas menos conhecidas também envolvem produção de água. A síntese de aminoácidos tem a água como produto.

Propriedades da água

A água tem uma série de características que a tornam um elemento insubstituível no planeta Terra, permitindo o maravilhoso evento da vida. Entre essas propriedades, temos:

Água como solvente: estruturalmente, a água é formada com dois átomos de hidrogênio ligados a um átomo de oxigênio, compartilhando seus elétrons através de uma ligação covalente polar. Assim, esta molécula carregou extremidades, uma positiva e outra negativa.

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Graças a essa conformação, a substância é chamada de polar. Dessa maneira, a água pode dissolver substâncias com a mesma tendência polar, uma vez que as porções positivas atraem os negativos da molécula para dissolver e vice-versa. As moléculas que a água consegue dissolver são chamadas hidrofílicas.

Lembre-se de que, na química, temos a regra de que “o mesmo se dissolve do mesmo”. Isso significa que substâncias polares se dissolvem exclusivamente em outras substâncias que também são polares.

Por exemplo, compostos iônicos, como carboidratos e cloretos, aminoácidos, gases e outros compostos com grupos hidroxila, se dissolvem facilmente na água.

Constante dielétrica: a alta constante dielétrica do líquido vital também é um fator que contribui para dissolver sais inorgânicos dentro dele. A constante dielétrica é o fator pelo qual duas cargas de sinal opostas são separadas do vácuo.

Calor específico da água: amortecer violentas mudanças de temperatura é uma característica indispensável para o desenvolvimento da vida. Graças ao alto calor específico da água, as mudanças de temperatura se estabilizam, criando um ambiente adequado para a vida.

Um calor específico alto significa que uma célula pode receber quantidades significativas de calor e sua temperatura não aumenta significativamente.

Coesão: a coesão é outra propriedade que evita mudanças bruscas de temperatura. Graças às cargas opostas das moléculas de água, elas se atraem, criando o que é chamado de coesão.

A coesão permite que a temperatura da matéria viva não aumente muito. A energia calórica quebra as ligações de hidrogênio entre as moléculas, em vez de acelerar as moléculas individuais.

Controle de PH: além de regular e manter a temperatura constante, a água é capaz de fazer o mesmo com o pH. Existem certas reações metabólicas que requerem um pH específico para serem realizadas. Da mesma forma, as enzimas também exigem pH específico para trabalhar com a máxima eficiência.

A regulação do pH ocorre graças aos grupos hidroxila (-OH) que são usados ​​juntamente com os íons hidrogênio (H + ). O primeiro refere-se à formação de um meio alcalino, enquanto o segundo contribui para a formação de um meio ácido.

Ponto de ebulição: o ponto de ebulição da água é de 100 ° C. Esta propriedade permite que a água líquida exista em uma ampla faixa de temperatura, de 0 ° C a 100 ° C.

O alto ponto de ebulição é explicado pela capacidade de formar quatro ligações de hidrogênio por molécula de água. Essa característica também explica os altos pontos de fusão e o calor da vaporização, se os compararmos com outros hidretos, como NH 3 , HF ou H 2 S.

Isso permite a existência de alguns organismos extremofílicos. Por exemplo, existem organismos que se desenvolvem perto de 0 ° C e são chamados psicrófilos. Da mesma forma, as plantas termofílicas se desenvolvem perto de 70 ou 80 ° C.

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Variação da densidade : a densidade da água varia de maneira muito particular quando a temperatura ambiente muda. O gelo possui uma rede cristalina aberta; em contraste com a água em estado líquido, apresenta uma organização molecular mais aleatória, mais rígida e mais densa.

Essa propriedade permite que o gelo flutue na água, atua como termo isolante e permite a estabilidade de grandes massas oceânicas.

Se não fosse assim, o gelo seria afundado nas profundezas dos mares, e a vida, como a conhecemos, seria um evento extremamente improvável. Como a vida poderia surgir em grandes massas de gelo?

Papel ecológico da água

Para terminar com a questão da água, é necessário mencionar que o líquido vital não apenas desempenha um papel relevante nos seres vivos, mas também molda o ambiente em que vive.

O oceano é o maior reservatório de água da Terra, afetado pelas temperaturas, favorecendo os processos de evaporação. Enormes quantidades de água estão em constante ciclo de evaporação e precipitação da água, criando o que é conhecido como ciclo da água.

-Gases

Se compararmos as extensas funções da água em sistemas biológicos, o papel do restante das moléculas inorgânicas é restrito apenas a papéis muito específicos.

Em geral, os gases transitam pelas células em diluições aquosas. Às vezes, eles são usados ​​como substratos de reação química e, em outros casos, são o produto residual da via metabólica. Os mais relevantes são oxigênio, dióxido de carbono e nitrogênio.

O oxigênio é o aceitador final de elétrons nas cadeias de transporte de organismos com respiração aeróbica. Da mesma forma, o dióxido de carbono é um resíduo em animais e um substrato para plantas (para processos fotossintéticos).

-Ions

Como os gases, o papel dos íons nos organismos vivos é restrito a eventos muito particulares, mas essencial para o bom funcionamento de um indivíduo. Eles são classificados dependendo de sua carga em ânions, íons com cargas negativas e cátions, íons com cargas positivas.

Alguns deles são necessários apenas em quantidades muito pequenas, como componentes metálicos de enzimas. Outros são necessários em quantidades maiores, como cloreto de sódio, potássio, magnésio, ferro, iodo, entre outros.

O corpo humano está constantemente perdendo esses minerais, através da urina, fezes e suor. Esses componentes devem ser reinseridos no sistema através de alimentos, principalmente frutas, legumes e carnes.

Funções de íons

Co-fatores: os íons podem atuar como co-fatores para reações químicas. O íon cloro participa da hidrólise do amido pelas amilases. Potássio e magnésio são íons essenciais para o funcionamento de enzimas que são muito importantes no metabolismo.

Manutenção da osmolaridade: outra função importante é a manutenção de condições osmóticas ideais para o desenvolvimento de processos biológicos.

A quantidade de metabólitos dissolvidos deve ser regulada excepcionalmente, pois, se esse sistema falhar, a célula poderá explodir ou perder quantidades significativas de água.

Nos seres humanos, por exemplo, sódio e cloro são elementos importantes que contribuem para a manutenção do equilíbrio osmótico. Esses mesmos íons também favorecem o equilíbrio ácido-base.

Potencial de membrana: em animais, os íons participam ativamente da geração de potencial de membrana na membrana de células excitáveis.

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As propriedades elétricas das membranas afetam eventos cruciais, como a capacidade dos neurônios de transmitir informações.

Nestes casos, a membrana atua de forma análoga a um capacitor elétrico, onde as cargas se acumulam e armazenam graças às interações eletrostáticas entre os cátions e os ânions dos dois lados da membrana.

A distribuição assimétrica dos íons em solução em cada lado da membrana se traduz em um potencial elétrico – dependendo da permeabilidade da membrana aos íons presentes. A magnitude do potencial pode ser calculada seguindo a equação de Nernst ou Goldman.

Estrutural: alguns íons desempenham funções estruturais. Por exemplo, a hidroxiapatita condiciona a microestrutura cristalina dos ossos. Cálcio e fósforo, enquanto isso, é um elemento necessário para a formação de ossos e dentes.

Outras funções: Finalmente, os íons participam de funções tão heterogêneas quanto a coagulação do sangue (por íons cálcio), visão e contração muscular.

Diferenças entre biomoléculas orgânicas e inorgânicas

Aproximadamente 99% da composição dos seres vivos inclui apenas quatro átomos: hidrogênio, oxigênio, carbono e nitrogênio. Esses átomos funcionam como peças ou blocos, que podem ser organizados em uma ampla gama de configurações tridimensionais, formando as moléculas que permitem a vida.

Enquanto os compostos inorgânicos tendem a ser pequenos, simples e pouco diversificados, os compostos orgânicos tendem a ser mais notáveis ​​e variados.

Além disso, a complexidade das biomoléculas orgânicas aumenta, pois, além do esqueleto de carbono, eles possuem grupos funcionais que determinam características químicas.

No entanto, ambos são igualmente necessários para o desenvolvimento ideal dos seres vivos.

Uso de termos orgânicos e inorgânicos na vida cotidiana

Agora que descrevemos a diferença entre os dois tipos de biomoléculas, é necessário esclarecer que usamos esses termos de maneira vaga e imprecisa na vida cotidiana.

Quando designamos frutas e vegetais como “orgânicos” – o que é muito popular hoje em dia – não significa que o restante dos produtos seja “inorgânico”. Como a estrutura desses elementos comestíveis é um esqueleto de carbono, a definição de orgânico é considerada redundante.

De fato, o termo orgânico surge da capacidade dos organismos de sintetizar os referidos compostos.

Referências

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