1. Compoziţia chimică şi organizarea materiei vii
1.1. Compoziţia chimica generală a organismelor
Compuşii chimici care se găsesc în organismele vii sunt foarte complecşi şi diferiţi. Alături de moleculele de apă şi dioxidul de carbon, care au o masa moleculară mică, se găsesc molecule gigant a căror masă moleculara se măsoară cu sutele de mii şi milioane de daltoni (moleculele de proteine şi acizi nucleici).
Moleculele compuşilor care alcătuiesc materia vie poartă denumirea de biomolecule. Ele condiţionează organizarea biochimică structurală şi funcţională specifică tuturor organismelor vii.
Biomoleculele pot fi:
- anorganice: apa şi sărurile minerale;
- organice: proteine, lipide, glucide, enzime, hormoni etc.
La rândul lor, biomoleculele reprezintă combinaţii ale elementelor chimice prezente în materia vie şi care poartă denumirea de bioelemente.
1.1.1. Bioelemente
Materia vie este formată din aceleaşi elemente chimice care există şi în natura anorganică, iar organismele vii preiau în mod selectiv din mediul înconjurător substanţele chimice necesare desfăşurării activităţilor lor vitale.
Fiecare substanţă care intră în alcătuirea materiei vii are o anumită constituţie care este caracterizată în primul rând prin natura şi proporţia diferitelor elemente chimice care o compun şi în al doilea rând, de modul de aranjare sau de legare al atomilor în moleculă.
În compoziţia materiei vii intră următoarele elemente :
a) C, H, O, N, S, P, Cl, Ca, Mg, K, Na, care se găsesc în proporţie mare şi formează 99% din masa organismelor, din care cauză se numesc şi elemente plastice. Ele reprezintă macroelementele ;
b) Fe, I, F, B, Cu, Zn, Co, Mn, Si, Mo, Va, Ba, Li etc., care se găsesc în cantitate mică însă, sub 1% din total. Unele din aceste elemente apar în cantităţi extrem de mici, în limitele unei sutimi sau miimi de miligram pentru fiecare ; ele sunt numite microelemente şi îndeplinesc, în general, un rol biocatalitic. Microelementele intră în alcătuirea unor enzime, hormoni şi participă astfel la reglarea proceselor biochimice care au loc în organism.
Pe plan general, numai 21 de elemente sunt totdeauna prezente în materia vie, denumite şi bioelemente sau elemente esenţiale, care au fost împărţite în trei grupe în funcţie de concentraţia lor în organisme :
Grupa I : elemente abundente (prezente în proporţie de 60% din totalul atomilor) : C, H, O şi N.
Grupa II : elemente puţin abundente (prezente în proporţie de 0,02-0,1 atomi%) : Na, Mg, P, S, Cl, Ca, K.
Grupa III : elemente rare (prezente în proporţie mai mică de 0,02 atomi%) : Si, B, Fe, Cu, Mn, Zn, Va, I, Ni, Co.
În toţi compuşii existenţi în materia vie, carbonul joacă un rol predominant, datorită poziţiei centrale pe care o ocupă în sistemul periodic al elementelor, adică configuraţiei sale electronice (structurii sale cuantice) care-i permite să realizeze combinaţii atât cu elementele electronegative (oxigen, sulf, azot, fosfor, clor), cât şi cu elemente electropozitive (hidrogen). Acest element mai posedă proprietatea de a se combina cu el însuşi, participând astfel la formarea de edificii moleculare din ce în ce mai complexe atât prin lungimea şi ramificarea catenelor ce iau naştere, cât şi prin formarea de cicluri şi heterocicluri.
Atomii de H şi O, alături de atomul de C, formează primii constituenţi elementari ai materiei vii. Atomul de N este, de asemenea, un element esenţial, dearece alături de C, H, şi O intră în compoziţia substanţelor proteice, adică a compuşilor care reprezintă structurile moleculare cele mai importante ale materiei vii. Atomii de C, H, O şi N sunt înzestraţi cu o proprietate comună şi anume pot stabili legături covalente prin distribuirea de perechi de electroni.
Elementele mai puţin abundente (P, S, Ca, Mg) iau parte ca elemente de construcţie în alcătuirea moleculelor ce intră în alcătuirea organismelor vii, iar Cl, Na şi K s-au dovedit şi ele indispensabile vieţii.
Elementele rare participă în concentraţii extrem de mici în procesele metabolice celulare fundamentale în calitate de componenţi ai numeroase enzime, sau de activatori ai acestora. Ca urmare, absenţa lor ar determina perturbări grave ale metabolismului celular.
Dacă se examinează locul, din sistemul periodic al elementelor, pe care-l ocupă elementele ce intră frecvent în alcătuirea materiei vii, se constată că aproape toate fac parte din primele patru perioade ale acestui sistem ; ca o consecinţă, natura vie este aproape toată constituită din atomi uşori, care dau compuşi puţin complecşi, solubili în apă, ce permit circulaţia şi schimburile nutritive din celule.
Cea mai mare parte din compuşii atomilor uşori sunt rău conducători de căldură şi electricitate şi au o căldură specifică ridicată. Datorită acestor proprietăţi, compuşii celulari sunt instabili, instabilitate necesară desfăşurării proceselor metabolice.
1.1.2. Biomolecule anorganice
Acestea sunt reprezentate de apă şi sărurile minerale.
Apa este cel mai important lichid pentru viaţă. Este importantă nu numai pentru faptul că este principalul constituent din punct de vedere cantitativ al organismelor vii, ea depăşind, de cele mai multe ori, totalul celorlalţi constituenţi, dar prezintă importanţă şi pentru faptul că ia parte la organizarea structurală a sistemelor biologice şi la activitatea metabolică a acestora.
Datorită structurii sale moleculare simetrice, în care fiecare atom de oxigen este centrul unui tetraedru, apa are o serie de proprietăţi fizico-chimice propice vieţii:
- capacitate calorică mare, ce face să-şi păstreze timp îndelungat temperatura constantă, utilă proceselor metabolice ;
- căldură specifică aproape constantă, între +270C şi +400C ;
- formează cu uşurinţă legături de hidrogen ;
- disociază uşor în (H3O)+ şi (HO)- .
Datorită acestor proprietăţi particulare, apa îndeplineşte în organism o serie de funcţii. Apa participă în calitate de component de bază la formarea structurilor intracelulare şi în cea mai mare măsură determină activitatea acestora. De exemplu, de gradul de hidratare a mitocondriilor depinde intensitatea proceselor de fosforilare oxidativă care au loc în ele. Apa participă direct la formarea citoplasmei celulare, de a cărei stare fizică depinde funcţia sa fiziologică. Apa este un excelent solvent pentru unii componenţi celulari. Formează legături de hidrogen şi participă la structura unor compuşi macromoleculari.
Documentul este oferit gratuit,
trebuie doar să te autentifici in contul tău.
