Biomoléculas inorgânicas: características, funções, tipos - Ciência - 2023

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

No entanto, isso não significa que os compostos inorgânicos devem ser completamente desprovidos de carbono para serem incluídos nesta grande categoria, mas sim que o 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.

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

Os íons e gases, por outro lado, estão restritos a funções muito específicas dentro dos seres orgânicos, como o impulso nervoso, a coagulação sanguínea, a regulação osmótica, entre outras. Além disso, eles são cofatores 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 são classificados em gases, ânions e cátions.

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

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

-A água

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

A composição da água em um mesmo organismo pode variar, dependendo do tipo de célula estudada. Por exemplo, uma célula de um osso tem, em média, 20% de água, enquanto uma célula do cérebro pode facilmente chegar a 85%.

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

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

Outras vias metabólicas menos conhecidas também envolvem a produção de água. A síntese de aminoácidos é produzida pela água.

Propriedades da água

A água possui uma série de características que a tornam um elemento insubstituível no planeta Terra, possibilitando o maravilhoso acontecimento da vida. Dentre essas propriedades, temos:

Água como solvente: Estruturalmente, a água é composta de dois átomos de hidrogênio ligados a um átomo de oxigênio, compartilhando seus elétrons por meio de uma ligação covalente polar. Assim, essa molécula tem extremidades carregadas, uma positiva e outra negativa.

Graças a esta conformação, a substância é chamada polar. Dessa forma, a água pode dissolver substâncias com a mesma tendência polar, já que as porções positivas atraem as porções negativas da molécula para se dissolverem e vice-versa. As moléculas que a água dissolve são chamadas de hidrofílicas.

Lembre-se de que, em química, temos a regra de que "o mesmo dissolve o mesmo". Isso significa que as 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, podem se dissolver facilmente na água.

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

Calor específico da água: amortecer mudanças violentas de temperatura é um recurso 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 alto calor específico significa que uma célula pode receber quantidades significativas de calor e a temperatura da célula 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 térmica rompe 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 ocorrer. Da mesma forma, as enzimas também requerem pH específico para funcionar com a máxima eficiência.

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

Ponto de ebulição: o ponto de ebulição da água é 100 ° C. Esta propriedade permite que a água exista no estado líquido 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 para cada molécula de água. Essa característica também explica os altos pontos de fusão e calor de vaporização, se os compararmos com outros hidretos, como o NH₃, HF ou H₂S.

Isso permite a existência de alguns organismos Extremofílicos. Por exemplo, existem organismos que se desenvolvem perto de 0 ° C e são chamados de psicrófilos. Da mesma forma, os termofílicos desenvolvem-se em torno de 70 ou 80 ° C.

Variação de densidade: a densidade da água varia de uma maneira muito particular conforme a temperatura ambiente muda. O gelo apresenta uma rede cristalina aberta, ao contrário da água no estado líquido apresenta uma organização molecular mais aleatória, mais compacta e mais densa.

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

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

Papel ecológico da água

Para finalizar com o tema água, é necessário mencionar que o líquido vital não só tem um papel relevante no interior dos seres vivos, mas também molda o meio em que vivem.

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

-Gás

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

Em geral, os gases passam pelas células em diluições aquosas. Às vezes, eles são usados como substratos para reações químicas 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 aceptor final de elétrons nas cadeias de transporte de organismos que respiram aerobicamente. Além disso, 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 parece restrito a eventos muito particulares, mas essenciais para o funcionamento adequado 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 os componentes metálicos das enzimas. Outros são necessários em maior quantidade, 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 reintroduzidos no sistema por meio dos alimentos, principalmente frutas, vegetais e carnes.

Funções de íons

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

Manutenção da osmolaridade: Outra função de grande importância é a manutenção de condições osmóticas ótimas para o desenvolvimento dos processos biológicos.

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

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

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

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

Nesses casos, a membrana atua de forma análoga a um capacitor elétrico, onde cargas se acumulam e se armazenam graças às interações eletrostáticas entre cátions e ânions em ambos os 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 as equações de Nernst ou Goldman.

Estrutural: alguns íons desempenham funções estruturais. Por exemplo, a hidroxiapatita condiciona a microestrutura cristalina dos ossos. O cálcio e o fósforo, por sua vez, são um elemento necessário para a formação dos ossos e dentes.

Outras funções: finalmente, os íons participam de funções heterogêneas como a coagulação do sangue (por íons de 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 dispostos em uma ampla gama de configurações tridimensionais, formando as moléculas que dão vida.

Enquanto os compostos inorgânicos são geralmente pequenos, simples e não muito diversos, os compostos orgânicos são geralmente mais notáveis e variados.

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

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

Uso dos termos orgânico e inorgânico na vida cotidiana

Agora que descrevemos a diferença entre os dois tipos de biomoléculas, é necessário esclarecer que usamos esses termos de forma vaga e imprecisa no cotidiano.

Quando designamos frutas e vegetais como "orgânicos" - o que é muito popular hoje - 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.

Na verdade, o termo orgânico surge da capacidade dos organismos de sintetizar esses compostos.

Referências

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