BIOMOLÉCULES INORGANIQUES: CARACTÉRISTIQUES, FONCTIONS, TYPES - LA BIOLOGIE - 2024

Les biomolécules inorganiques sont un grand groupe de configurations moléculaires présentes chez les êtres vivants. Par définition, la structure de base des molécules inorganiques n'est pas composée d'un squelette carboné ou d'atomes de carbone liés.

Cependant, cela ne signifie pas que les composés inorganiques doivent être complètement dépourvus de carbone pour être inclus dans cette grande catégorie, mais plutôt que le carbone ne doit pas être l'atome principal et le plus abondant de la molécule. Les composés inorganiques qui font partie des êtres vivants sont principalement l'eau et une série de minéraux solides ou en solution.

Source: Moi, Splette

L'eau - la biomolécule inorganique la plus abondante dans les organismes - a une série de caractéristiques qui en font un élément essentiel pour la vie, comme un point d'ébullition élevé, une constante diélectrique élevée, la capacité de tamponner les changements de température et de pH, entre autres. autres.

Les ions et les gaz, en revanche, sont limités à des fonctions très spécifiques au sein des êtres organiques, telles que l'impulsion nerveuse, la coagulation sanguine, la régulation osmotique, entre autres. De plus, ce sont des cofacteurs importants de certaines enzymes.

caractéristiques

La caractéristique distinctive des molécules inorganiques présentes dans la matière vivante est l'absence de liaisons carbone-hydrogène.

Ces biomolécules sont relativement petites et comprennent de l'eau, des gaz et un certain nombre d'anions et de cations qui participent activement au métabolisme.

Classification et fonctions

La molécule inorganique la plus pertinente dans la matière vivante est, sans aucun doute, l'eau. En plus de cela, d'autres composants inorganiques sont présents et sont classés en gaz, anions et cations.

Dans les gaz, nous avons de l'oxygène, du dioxyde de carbone et de l'azote. Dans les anions se trouvent des chlorures, des phosphates, des carbonates, entre autres. Et dans les cations se trouvent le sodium, le potassium, l'ammonium, le calcium, le magnésium et d'autres ions positifs.

Nous décrirons ci-dessous chacun de ces groupes, avec leurs caractéristiques les plus marquantes et leur fonction au sein des êtres vivants.

-L'eau

L'eau est le composant inorganique le plus abondant chez les êtres vivants. Il est bien connu que la vie se développe dans un environnement aquatique. Bien qu'il existe des organismes qui ne vivent pas dans une masse d'eau, l'environnement interne de ces individus est principalement hydrique. Les êtres vivants sont composés entre 60% et 90% d'eau.

La composition de l'eau dans un même organisme peut varier en fonction du type de cellule étudié. Par exemple, une cellule dans un os contient, en moyenne, 20% d'eau, tandis qu'une cellule cérébrale peut facilement atteindre 85%.

L'eau est si importante parce que la grande majorité des réactions biochimiques qui composent le métabolisme des individus ont lieu dans un environnement aqueux.

Par exemple, la photosynthèse commence par la décomposition des composants de l'eau par l'action de l'énergie lumineuse. La respiration cellulaire entraîne la production d'eau par clivage des molécules de glucose pour l'extraction d'énergie.

D'autres voies métaboliques moins connues impliquent également la production d'eau. La synthèse des acides aminés est produite par l'eau.

Propriétés de l'eau

L'eau a une série de caractéristiques qui en font un élément irremplaçable sur la planète Terre, permettant le merveilleux événement de la vie. Parmi ces propriétés, nous avons:

L'eau comme solvant: structurellement, l'eau est constituée de deux atomes d'hydrogène liés à un atome d'oxygène, partageant leurs électrons par une liaison covalente polaire. Ainsi, cette molécule a des extrémités chargées, une positive et une négative.

Grâce à cette conformation, la substance est appelée polaire. De cette manière, l'eau peut dissoudre des substances avec la même tendance polaire, car les parties positives attirent les parties négatives de la molécule pour se dissoudre et vice versa. Les molécules que l'eau dissout sont appelées hydrophiles.

Souvenez-vous qu'en chimie, nous avons la règle que «le même dissout le même». Cela signifie que les substances polaires se dissolvent exclusivement dans d'autres substances également polaires.

Par exemple, les composés ioniques, tels que les hydrates de carbone et les chlorures, les acides aminés, les gaz et d'autres composés avec des groupes hydroxyle, peuvent facilement se dissoudre dans l'eau.

Constante diélectrique: la constante diélectrique élevée du liquide vital est également un facteur qui contribue à dissoudre les sels inorganiques en son sein. La constante diélectrique est le facteur par lequel deux charges de signe opposé sont séparées par rapport au vide.

Chaleur spécifique de l'eau: amortir les violents changements de température est une caractéristique essentielle au développement de la vie. Grâce à la chaleur spécifique élevée de l'eau, les changements de température se stabilisent, créant un environnement propice à la vie.

Une chaleur spécifique élevée signifie qu'une cellule peut recevoir des quantités importantes de chaleur et la température de la cellule n'augmente pas de manière significative.

Cohésion: La cohésion est une autre propriété qui empêche les changements brusques de température. Grâce aux charges opposées des molécules d'eau, elles s'attirent les unes les autres, créant ce qu'on appelle la cohésion.

La cohésion permet à la température de la matière vivante de ne pas trop augmenter. L'énergie thermique rompt les liaisons hydrogène entre les molécules, au lieu d'accélérer les molécules individuelles.

Contrôle du pH: en plus de réguler et de maintenir la température constante, l'eau est capable de faire de même avec le pH. Il existe certaines réactions métaboliques qui nécessitent un pH spécifique pour se produire. De la même manière, les enzymes nécessitent également un pH spécifique pour fonctionner avec une efficacité maximale.

La régulation du pH se fait grâce aux groupes hydroxyle (-OH) qui sont utilisés avec les ions hydrogène (H ⁺). Le premier est lié à la formation d'un milieu alcalin, tandis que le second contribue à la formation d'un milieu acide.

Point d' ébullition: le point d' ébullition de l'eau est de 100 ° C. Cette propriété permet à l'eau d'exister à l'état liquide dans une large plage de température, de 0 ° C à 100 ° C.

Le point d'ébullition élevé s'explique par la capacité à former quatre liaisons hydrogène pour chaque molécule d'eau. Cette caractéristique explique également les points de fusion élevés et la chaleur de vaporisation, si on les compare avec d'autres hydrures, tels que NH ₃, HF ou H ₂ S.

Cela permet l'existence de certains organismes extrémophiles. Par exemple, il existe des organismes qui se développent près de 0 ° C et qui sont appelés psychrophiles. De la même manière, les thermophiles se développent autour de 70 ou 80 ° C.

Variation de densité: la densité de l'eau varie d'une manière très particulière à mesure que la température ambiante change. La glace présente un réseau cristallin ouvert, contrairement à l'eau à l'état liquide, elle présente une organisation moléculaire plus aléatoire, plus serrée et plus dense.

Cette propriété permet à la glace de flotter sur l'eau, agit comme un isolant du terme et permet la stabilité de grandes masses océaniques.

Si ce n'était pas le cas, la glace serait coulée dans les profondeurs des mers, et la vie, telle que nous la connaissons, serait un événement extrêmement improbable, comment la vie pourrait-elle surgir dans de grandes masses de glace?

Rôle écologique de l'eau

Pour terminer avec le thème de l'eau, il faut mentionner que le liquide vital a non seulement un rôle important à l'intérieur des êtres vivants, mais il façonne également l'environnement dans lequel ils vivent.

L'océan est le plus grand réservoir d'eau sur terre, qui est affecté par les températures, favorisant les processus d'évaporation. D'énormes quantités d'eau sont dans un cycle constant d'évaporation et de précipitation de l'eau, créant ce que l'on appelle le cycle de l'eau.

-Gaz

Si nous comparons les fonctions étendues de l'eau dans les systèmes biologiques, le rôle du reste des molécules inorganiques se limite à des rôles très spécifiques.

En général, les gaz passent à travers les cellules dans des dilutions aqueuses. Parfois, ils sont utilisés comme substrats pour des réactions chimiques, et dans d'autres cas, ils sont le déchet de la voie métabolique. Les plus pertinents sont l'oxygène, le dioxyde de carbone et l'azote.

L'oxygène est le dernier accepteur d'électrons dans les chaînes de transport des organismes à respiration aérobie. De plus, le dioxyde de carbone est un déchet chez les animaux et un substrat pour les plantes (pour les processus photosynthétiques).

-Ions

A l'instar des gaz, le rôle des ions dans les organismes vivants apparaît restreint à des événements très particuliers, mais indispensable au bon fonctionnement d'un individu. Ils sont classés en fonction de leur charge en anions, ions à charges négatives et cations, ions à charges positives.

Certains d'entre eux ne sont nécessaires qu'en très petites quantités, comme les composants métalliques des enzymes. D'autres sont nécessaires en quantités plus élevées, comme le chlorure de sodium, le potassium, le magnésium, le fer, l'iode, entre autres.

Le corps humain perd constamment ces minéraux, par l'urine, les matières fécales et la sueur. Ces composants doivent être réintroduits dans le système par les aliments, principalement les fruits, les légumes et les viandes.

Fonctions ioniques

Cofacteurs: les ions peuvent agir comme cofacteurs de réactions chimiques. L'ion chlore participe à l'hydrolyse de l'amidon par les amylases. Le potassium et le magnésium sont des ions essentiels au fonctionnement d'enzymes très importantes dans le métabolisme.

Maintien de l'osmolarité: une autre fonction de grande importance est le maintien de conditions osmotiques optimales pour le développement des processus biologiques.

La quantité de métabolites dissous doit être régulée de manière exceptionnelle, car en cas de défaillance de ce système, la cellule pourrait exploser ou perdre des quantités importantes d'eau.

Chez l'homme, par exemple, le sodium et le chlore sont des éléments importants qui contribuent au maintien de l'équilibre osmotique. Ces mêmes ions favorisent également l'équilibre acido-basique.

Potentiel membranaire: chez l'animal, les ions participent activement à la génération du potentiel membranaire dans la membrane des cellules excitables.

Les propriétés électriques des membranes affectent des événements cruciaux, tels que la capacité des neurones à transmettre des informations.

Dans ces cas, la membrane agit de manière analogue à un condensateur électrique, où les charges sont accumulées et stockées grâce aux interactions électrostatiques entre les cations et les anions des deux côtés de la membrane.

La distribution asymétrique des ions en solution de chaque côté de la membrane se traduit par un potentiel électrique - en fonction de la perméabilité de la membrane aux ions présents. L'amplitude du potentiel peut être calculée en suivant l'équation de Nernst ou Goldman.

Structurel: certains ions remplissent des fonctions structurelles. Par exemple, l'hydroxyapatite conditionne la microstructure cristalline des os. Le calcium et le phosphore, quant à eux, sont un élément nécessaire à la formation des os et des dents.

Autres fonctions: enfin, les ions participent à des fonctions hétérogènes telles que la coagulation sanguine (par les ions calcium), la vision et la contraction musculaire.

Différences entre les biomolécules organiques et inorganiques

Environ 99% de la composition des êtres vivants ne comprennent que quatre atomes: l'hydrogène, l'oxygène, le carbone et l'azote. Ces atomes fonctionnent comme des morceaux ou des blocs, qui peuvent être disposés dans une large gamme de configurations tridimensionnelles, formant les molécules qui permettent la vie.

Alors que les composés inorganiques ont tendance à être petits, simples et peu diversifiés, les composés organiques ont tendance à être plus notables et variés.

De plus, la complexité des biomolécules organiques augmente car, en plus du squelette carboné, elles ont des groupes fonctionnels qui déterminent les caractéristiques chimiques.

Cependant, les deux sont également nécessaires au développement optimal des êtres vivants.

Utilisation des termes organique et inorganique dans la vie quotidienne

Maintenant que nous décrivons la différence entre les deux types de biomolécules, il est nécessaire de préciser que nous utilisons ces termes de manière vague et imprécise dans la vie quotidienne.

Lorsque nous désignons les fruits et légumes comme «biologiques» - ce qui est très populaire aujourd'hui - cela ne signifie pas que le reste des produits sont «inorganiques». Comme la structure de ces éléments comestibles est un squelette carboné, la définition de organique est considérée comme redondante.

En fait, le terme organique découle de la capacité des organismes à synthétiser ces composés.

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