الجزيئات الحيوية غير العضوية: الخصائص والوظائف والأنواع - مادة الاحياء - 2026

و الجزيئات الحيوية غير العضوية هي مجموعة كبيرة من تكوينات الجزيئية الموجودة في الكائنات الحية. بحكم التعريف ، لا يتكون الهيكل الأساسي للجزيئات غير العضوية من هيكل عظمي كربوني أو ذرات كربون مرتبطة.

ومع ذلك ، فإن هذا لا يعني أن المركبات غير العضوية يجب أن تكون خالية تمامًا من الكربون ليتم تضمينها في هذه الفئة العظيمة ، ولكن يجب ألا يكون الكربون هو الذرة الرئيسية والأكثر وفرة في الجزيء. المركبات غير العضوية التي تشكل جزءًا من الكائنات الحية هي أساسًا الماء وسلسلة من المعادن الصلبة أو المحاليل.

المصدر: I، Splette

يحتوي الماء - أكثر الجزيئات الحيوية غير العضوية وفرة في الكائنات الحية - على سلسلة من الخصائص التي تجعله عنصرًا أساسيًا للحياة ، مثل نقطة الغليان العالية ، وثابت العزل الكهربائي ، والقدرة على صد التغيرات في درجة الحرارة ودرجة الحموضة ، من بين الآخرين.

من ناحية أخرى ، تقتصر الأيونات والغازات على وظائف محددة للغاية داخل الكائنات العضوية ، مثل النبض العصبي ، وتجلط الدم ، والتنظيم التناضحي ، من بين أمور أخرى. بالإضافة إلى ذلك ، فهي عوامل مساعدة مهمة لبعض الإنزيمات.

مميزات

السمة المميزة للجزيئات غير العضوية الموجودة في المادة الحية هي عدم وجود روابط كربون-هيدروجين.

هذه الجزيئات الحيوية صغيرة نسبيًا وتشمل الماء والغازات وعددًا من الأنيونات والكاتيونات التي تشارك بنشاط في عملية التمثيل الغذائي.

التصنيف والوظائف

إن الجزيء غير العضوي الأكثر صلة بالمادة الحية هو بلا شك الماء. بالإضافة إلى ذلك ، توجد مكونات غير عضوية أخرى ويتم تصنيفها إلى غازات وأنيونات وكاتيونات.

يوجد داخل الغازات الأكسجين وثاني أكسيد الكربون والنيتروجين. في الأنيونات يوجد الكلوريدات والفوسفات والكربونات وغيرها. وفي الكاتيونات يوجد الصوديوم والبوتاسيوم والأمونيوم والكالسيوم والمغنيسيوم والأيونات الموجبة الأخرى.

سنصف أدناه كل مجموعة من هذه المجموعات ، بأبرز خصائصها ووظائفها داخل الكائنات الحية.

-الماء

الماء هو المكون غير العضوي الأكثر وفرة في الكائنات الحية. من المعروف على نطاق واسع أن الحياة تتطور في بيئة مائية. على الرغم من وجود كائنات حية لا تعيش في جسم مائي ، إلا أن البيئة الداخلية لهؤلاء الأفراد تكون في الغالب مائية. تتكون الكائنات الحية من 60٪ إلى 90٪ ماء.

يمكن أن يختلف تكوين الماء في نفس الكائن ، اعتمادًا على نوع الخلية المدروسة. على سبيل المثال ، تحتوي خلية في العظم ، في المتوسط ​​، على 20٪ ماء ، بينما يمكن أن تصل خلية الدماغ بسهولة إلى 85٪.

الماء مهم للغاية لأن الغالبية العظمى من التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تشكل عملية التمثيل الغذائي للأفراد تحدث في بيئة مائية.

على سبيل المثال ، تبدأ عملية التمثيل الضوئي بتفكك مكونات الماء بفعل الطاقة الضوئية. ينتج عن التنفس الخلوي إنتاج الماء عن طريق شق جزيئات الجلوكوز لاستخراج الطاقة.

تتضمن مسارات التمثيل الغذائي الأخرى الأقل شهرة أيضًا إنتاج الماء. يتم إنتاج تركيب الأحماض الأمينية بواسطة الماء.

خصائص الماء

يحتوي الماء على سلسلة من الخصائص التي تجعله عنصرًا لا يمكن الاستغناء عنه على كوكب الأرض ، مما يسمح بحدث رائع للحياة. من بين هذه الخصائص لدينا:

الماء كمذيب: يتكون الماء من الناحية الهيكلية من ذرتين من الهيدروجين متصلتين بذرة أكسجين ، وتتشاركان إلكتروناتهما من خلال رابطة تساهمية قطبية. وهكذا ، يكون لهذا الجزيء نهايات مشحونة ، واحدة موجبة والأخرى سلبية.

بفضل هذا التشكل ، تسمى المادة القطبية. وبهذه الطريقة ، يمكن للماء إذابة مواد لها نفس الاتجاه القطبي ، لأن الأجزاء الموجبة تجذب الأجزاء السلبية من الجزيء لتذوب والعكس صحيح. تسمى الجزيئات التي يذوبها الماء محبة للماء.

تذكر أنه في الكيمياء ، لدينا قاعدة أن "نفس الشيء يذوب نفسه". هذا يعني أن المواد القطبية تذوب حصريًا في مواد أخرى قطبية أيضًا.

على سبيل المثال ، يمكن للمركبات الأيونية ، مثل الكربوهيدرات والكلوريدات والأحماض الأمينية والغازات والمركبات الأخرى التي تحتوي على مجموعات الهيدروكسيل ، أن تذوب بسهولة في الماء.

ثابت العزل الكهربائي: يعتبر ثابت العزل العالي للسائل الحيوي أيضًا عاملاً يساهم في إذابة الأملاح غير العضوية بداخله. ثابت العزل هو العامل الذي بواسطته يتم فصل شحنتين من الإشارة المعاكسة فيما يتعلق بالفراغ.

حرارة الماء النوعية: إخماد التغيرات العنيفة في درجة الحرارة هو خاصية أساسية لتطور الحياة. بفضل الحرارة العالية للماء ، تستقر التغيرات في درجات الحرارة ، مما يخلق بيئة مناسبة للحياة.

تعني الحرارة النوعية العالية أن الخلية يمكن أن تتلقى كميات كبيرة من الحرارة ولا تزيد درجة حرارة الخلية بشكل كبير.

التماسك: التماسك خاصية أخرى تمنع التغيرات المفاجئة في درجة الحرارة. بفضل الشحنات المعاكسة لجزيئات الماء ، فإنها تجذب بعضها البعض ، مما يخلق ما يسمى التماسك.

يتيح التماسك عدم زيادة درجة حرارة المادة الحية أكثر من اللازم. تكسر الطاقة الحرارية الروابط الهيدروجينية بين الجزيئات ، بدلاً من تسريع الجزيئات الفردية.

التحكم في درجة الحموضة: بالإضافة إلى تنظيم درجة الحرارة والحفاظ عليها ، فإن الماء قادر على فعل الشيء نفسه مع درجة الحموضة. هناك بعض التفاعلات الأيضية التي تتطلب درجة حموضة معينة لكي تحدث. بنفس الطريقة ، تتطلب الإنزيمات أيضًا درجة حموضة معينة للعمل بأقصى قدر من الكفاءة.

يحدث تنظيم الأس الهيدروجيني بفضل مجموعات الهيدروكسيل (-OH) التي يتم استخدامها مع أيونات الهيدروجين (H ⁺). يرتبط الأول بتكوين وسط قلوي ، بينما يساهم الأخير في تكوين وسط حمضي.

نقطة الغليان: درجة غليان الماء 100 درجة مئوية. تتيح هذه الخاصية وجود الماء في حالة سائلة عند نطاق درجة حرارة واسع ، من 0 درجة مئوية إلى 100 درجة مئوية.

يتم تفسير نقطة الغليان العالية من خلال القدرة على تكوين أربعة روابط هيدروجينية لكل جزيء من الماء. تشرح هذه الخاصية أيضًا نقاط الانصهار العالية وحرارة التبخر ، إذا قارناها مع هيدرات أخرى ، مثل NH ₃ أو HF أو H ₂ S.

هذا يسمح بوجود بعض الكائنات الحية المتطرفة. على سبيل المثال ، هناك كائنات حية تتطور بالقرب من 0 درجة مئوية وتسمى بالميكروفيل. بنفس الطريقة ، تتطور المحبة للحرارة حوالي 70 أو 80 درجة مئوية.

اختلاف الكثافة: تختلف كثافة الماء بطريقة خاصة للغاية مع تغير درجة الحرارة المحيطة. يقدم الجليد شبكة بلورية مفتوحة ، على عكس الماء في الحالة السائلة ، فإنه يقدم تنظيمًا جزيئيًا أكثر عشوائية وأكثر إحكامًا وكثافة.

تسمح هذه الخاصية للجليد بأن يطفو على الماء ، وتعمل كمصطلح عازل وتسمح باستقرار كتل المحيط الكبيرة.

إذا لم يكن الأمر كذلك ، فسيغرق الجليد في أعماق البحار ، وستكون الحياة ، كما نعرفها ، حدثًا بعيد الاحتمال للغاية ، فكيف يمكن أن تنشأ الحياة في كتل كبيرة من الجليد؟

الدور البيئي للمياه

للانتهاء من موضوع الماء ، من الضروري الإشارة إلى أن السائل الحيوي ليس له دور مهم داخل الكائنات الحية فحسب ، بل إنه يشكل أيضًا البيئة التي يعيشون فيها.

المحيط هو أكبر خزان للمياه على الأرض ، يتأثر بدرجات الحرارة ، ويفضل عمليات التبخر. توجد كميات هائلة من المياه في دورة مستمرة من التبخر وتساقط المياه ، مما ينتج عنه ما يعرف بدورة الماء.

-غاز

إذا قارنا الوظائف الواسعة للمياه في الأنظمة البيولوجية ، فإن دور بقية الجزيئات غير العضوية يقتصر فقط على أدوار محددة للغاية.

بشكل عام ، تمر الغازات عبر الخلايا في التخفيفات المائية. تُستخدم أحيانًا كركائز للتفاعلات الكيميائية ، وفي حالات أخرى تكون ناتجًا عن نفايات المسار الأيضي. والأكثر صلة هي الأكسجين وثاني أكسيد الكربون والنيتروجين.

الأكسجين هو متقبل الإلكترون النهائي في سلاسل النقل للكائنات التي تتنفس هوائيًا. أيضًا ، ثاني أكسيد الكربون هو منتج نفايات في الحيوانات وركيزة للنباتات (لعمليات التمثيل الضوئي).

-أيونات

مثل الغازات ، يبدو دور الأيونات في الكائنات الحية مقيدًا بأحداث معينة جدًا ، ولكنه ضروري للتشغيل السليم للفرد. يتم تصنيفها اعتمادًا على شحنتها إلى أنيونات ، وأيونات ذات شحنات سالبة ، وكاتيونات ، وأيونات ذات شحنات موجبة.

بعضها مطلوب فقط بكميات صغيرة جدًا ، مثل المكونات المعدنية للإنزيمات. هناك حاجة للبعض الآخر بكميات أعلى ، مثل كلوريد الصوديوم والبوتاسيوم والمغنيسيوم والحديد واليود وغيرها.

يفقد جسم الإنسان هذه المعادن باستمرار عن طريق البول والبراز والعرق. يجب إعادة إدخال هذه المكونات في النظام من خلال الطعام ، وخاصة الفواكه والخضروات واللحوم.

وظائف أيون

العوامل المساعدة: يمكن أن تعمل الأيونات كعوامل مساعدة للتفاعلات الكيميائية. يشارك أيون الكلور في التحلل المائي للنشا بواسطة الأميليز. البوتاسيوم والمغنيسيوم من الأيونات الأساسية لعمل الإنزيمات المهمة جدًا في عملية التمثيل الغذائي.

الحفاظ على الأسمولية: وظيفة أخرى ذات أهمية كبيرة هي الحفاظ على الظروف التناضحية المثلى لتطوير العمليات البيولوجية.

يجب تنظيم كمية المستقلبات المذابة بطريقة استثنائية ، لأنه في حالة فشل هذا النظام ، يمكن أن تنفجر الخلية أو قد تفقد كميات كبيرة من الماء.

في البشر ، على سبيل المثال ، يعتبر الصوديوم والكلور من العناصر المهمة التي تساهم في الحفاظ على التوازن الأسموزي. تعمل هذه الأيونات نفسها أيضًا على تعزيز التوازن الحمضي القاعدي.

إمكانات الغشاء: في الحيوانات ، تشارك الأيونات بنشاط في توليد إمكانات الغشاء في غشاء الخلايا القابلة للاستثارة.

تؤثر الخواص الكهربائية للأغشية على الأحداث الحاسمة ، مثل قدرة الخلايا العصبية على نقل المعلومات.

في هذه الحالات ، يعمل الغشاء بشكل مشابه للمكثف الكهربائي ، حيث تتراكم الشحنات وتخزن بفضل التفاعلات الكهروستاتيكية بين الكاتيونات والأنيونات على جانبي الغشاء.

يُترجم التوزيع غير المتماثل للأيونات في المحلول على كل جانب من الغشاء إلى جهد كهربائي - اعتمادًا على نفاذية الغشاء للأيونات الموجودة. يمكن حساب حجم الإمكانات باتباع معادلة Nernst أو Goldman.

الهيكلية: تؤدي بعض الأيونات وظائف هيكلية. على سبيل المثال ، هيدروكسيباتيت يضبط البنية المجهرية البلورية للعظام. في غضون ذلك ، يعتبر الكالسيوم والفوسفور عنصرًا ضروريًا لتكوين العظام والأسنان.

وظائف أخرى: أخيرًا ، تشارك الأيونات في وظائف غير متجانسة مثل تخثر الدم (بواسطة أيونات الكالسيوم) ، والرؤية وتقلص العضلات.

الاختلافات بين الجزيئات الحيوية العضوية وغير العضوية

ما يقرب من 99 ٪ من تكوين الكائنات الحية تشمل أربع ذرات فقط: الهيدروجين والأكسجين والكربون والنيتروجين. تعمل هذه الذرات كقطع أو كتل ، والتي يمكن ترتيبها في مجموعة واسعة من التكوينات ثلاثية الأبعاد ، لتشكيل الجزيئات التي تسمح بالحياة.

بينما تميل المركبات غير العضوية إلى أن تكون صغيرة وبسيطة وليست شديدة التنوع ، إلا أن المركبات العضوية تميل إلى أن تكون أكثر وضوحًا وتنوعًا.

بالإضافة إلى ذلك ، يزداد تعقيد الجزيئات الحيوية العضوية نظرًا لأن لديها مجموعات وظيفية ، بالإضافة إلى الهيكل الكربوني ، تحدد الخصائص الكيميائية.

ومع ذلك ، كلاهما ضروري بنفس القدر من أجل التطور الأمثل للكائنات الحية.

استخدام المصطلحات العضوية وغير العضوية في الحياة اليومية

الآن بعد أن وصفنا الفرق بين كلا النوعين من الجزيئات الحيوية ، من الضروري توضيح أننا نستخدم هذه المصطلحات بطريقة غامضة وغير دقيقة في الحياة اليومية.

عندما نصنف الفواكه والخضروات على أنها "عضوية" - والتي تحظى بشعبية كبيرة هذه الأيام - فإن هذا لا يعني أن باقي المنتجات "غير عضوية". نظرًا لأن بنية هذه العناصر الصالحة للأكل عبارة عن هيكل عظمي كربوني ، فإن تعريف العناصر العضوية يعتبر زائدًا عن الحاجة.

في الواقع ، ينشأ المصطلح عضوي من قدرة الكائنات الحية على تصنيع هذه المركبات.

المراجع

1. Audesirk ، T. ، Audesirk ، G. ، & Byers ، BE (2003). علم الأحياء: الحياة على الأرض. تعليم بيرسون.
2. Aracil، CB، Rodríguez، MP، Magraner، JP، & Pérez، RS (2011). أساسيات الكيمياء الحيوية. جامعة فالنسيا.
3. باتانير أرياس ، إي. (2014). خلاصة وافية للأنزيمات. إصدارات جامعة سالامانكا.
4. بيرج ، جي إم ، سترير ، إل ، وتيموكزكو ، جي إل (2007). الكيمياء الحيوية. أنا عكس.
5. ديفلين ، TM (2004). الكيمياء الحيوية: كتاب مدرسي مع التطبيقات السريرية. أنا عكس.
6. دياز ، أ.ب. ، وبينا ، أ. (1988). الكيمياء الحيوية. التحرير ليموزا.
7. Macarulla ، JM ، & Goñi ، FM (1994). الكيمياء الحيوية البشرية: دورة أساسية. أنا عكس.
8. Macarulla ، JM ، & Goñi ، FM (1993). الجزيئات الحيوية: دروس في الكيمياء الحيوية الإنشائية. أنا عكس.
9. مولر - إسترل ، و. (2008). الكيمياء الحيوية. أساسيات الطب وعلوم الحياة. أنا عكس.
10. تيخون ، جي إم (2006). أساسيات الكيمياء الحيوية الإنشائية. افتتاحية Tébar.
11. Monge-Nájera ، J. (2002). علم الأحياء العام. EUNED.