Biomolekulak: Ura, Bioelementuak eta Makromolekulak

1. Uraren propietate fisiko-kimikoak

Urak hurrengo propietate fisiko-kimikoak ditu:

a) Disolbatzaile-boterea

Ura substantzia kopuru maximoa disolbatzen duen likidoa da (disolbatzaile unibertsala). Propietate hau beste substantziekin hidrogeno-zubiak sortzeko duen gaitasunagatik du; substantziak disolbatzen dira uraren molekula polarrekin elkarrekintza eginez.

Disolbatzaile izateagatik, bizidunetan bi funtzio garrantzitsuren arduraduna da:

• Metabolismoa: Erreakzio gehienak inguru urtsuetan ematen dira.
• Garraioa: Elikagaien garraioak eta hondakinen kanporatzeak inguru urtsua behar dute.

b) Kohesio-indarra molekulen artean

Hidrogeno-zubiek mantentzen dituzte uraren molekulak indarrez lotuta, egitura konpaktua sortuz eta likidoa ia konprimaezina bihurtuz.

c) Atxikidura edo itsaspen-indar handia

Berriro ere, uraren hidrogeno-zubiak dira propietate honen arduradunak. Zubi hauek beste molekula polarrekin itsasten dira eta horrela lortzen da, adibidez, izerdi landugabea garraiatzea sustraietatik hostoetara.

d) Bero espezifiko handia

Urak bero kantitate handiak xurgatzen ditu hidrogeno-zubiak apurtzeko. Bere tenperatura beste likidoetan baino motelago jaisten da energia kanporatzen denean hozterakoan. Propietate honek babes termiko gisa balio du, inguruko aldaketek barneko organoei gutxiago eragiteko.

e) Lurrintze-bero handia

20ºC-tan 540 kaloria behar izaten dira gramo bat ur lurrintzeko, lehenengo hidrogeno-zubiak apurtu behar direlako eta, ondoren, molekulak lasaituz eta energia gehiagoz gas moduan ezartzeko.

f) Konstante dielektriko handia

Uraren molekulak dipoloak izanik, konposatu ioniko guztiak (gatzak) eta konposatu kobalente polarrak (gluzidoak) disolbatzen ditu. Uraren molekula polarrak solutu polarren inguruan ezartzen dira, konposatu ionikoak anioi eta katioietan sakabanatuz. Fenomeno hau solbatazio ioniko gisa ezagutzen da.

g) Ionizazio-gradu txikia

H₂O + H₂O ↔ H₃O⁺ + OH^-

Horregatik, ioi hidronio (H₃O⁺) eta ioi hidroxilo (OH^-) kontzentrazioa oso txikia da. Kontzentrazioak txikiak direnez, azido edo base bat nahastean, ioien kontzentrazioak izugarri aldatzen dira, pH-a azido edo basiko bihurtuz.

2. Uraren propietate biokimikoak

Izaki bizidunak moldatu egin dira ura kimikoki erabiltzeko bi eratako erreakziotan:

• Fotosintesian: Entzimek ura erabiltzen dute H⁺ emaile edo iturri gisa.
• Hidrolisi-erreakziotan: Entzima hidrolitikoek uraren gaitasuna aprobetxatzen dute molekula organiko batzuk apurtzeko, molekula xeheagoetan bihurtuz digestio-prozesuetan.

Uraren ionizazioa eta pH eskala

Hurrengo irudian ikus daitekeenez, ur-molekula polar bi ioniza daitezke euren artean ezartzen diren hidrogeno-zubien bidezko erakarpen-indarren ondorioz. Hidrogeno ioi bat bere molekulako oxigeno atomotik bereizten da (lotura kobalente bidez lotua) eta beste molekulako oxigeno atomoarekin batzera pasatzen da, lehendik hidrogeno-lotura bidez lotura baitzuen.

Ikusten dugunez, ura ez da likido kimikoki purua, ioi batzuk (H₃O⁺ eta OH^-) dituen soluzio ionikoa baita. [H⁺] · [OH^-] = 10^-14 produktuari uraren produktu ionikoa deitzen zaio, eta pH eskalaren oinarria da. pH-a honela definitzen dugu: pH = -log[H⁺].

Uraren pH-a 7 da (neutroa), karga positiboak eta negatiboak berdinak direlako. 7 baino handiagoa denean basikoa da, eta 7 baino txikiagoa denean, azidoa.

3. Bioelementuak: Bizitzaren elementuak

Izaki bizidun guztiak elementu kimiko berdinez osatzen dira. Lurrazaleko elementu guztietatik, 25 bakarrik daude izaki bizidunetan. Elementu biogenikoak edo bioelementuak hiru mailatan sailkatzen dira:

Bioelementu primarioak edo oinarrizkoak (C, H, O, N)

Materia bizidunaren %95 osatzen dute. Haien propietateak bikainak dira:

1. Lotura kobalente sendoak eratzen dituzte.
2. Lotura bikoitzak eta hirukoitzak sor ditzakete (C, N, O), molekulen aldakortasuna handituz.
3. Masa txikikoak direnez, loturak egonkorrak dira.
4. Karbonoaren loturek egitura tetraedrikoak eta hiru dimentsiokoak sortzen dituzte.

Bioelementu sekundarioak (S, P, Mg, Ca, Na, K, Cl)

Materiaren %4,5 osatzen dute:

• Sufrea (S): Aminoazidoetan (zisteina, metionina) eta Koentzima A-n dago.
• Fosforoa (P): Nukleotidoetan, azido nukleikoetan eta fosfolipidoetan dago.
• Magnesioa (Mg): Klorofilaren osagaia eta katalizatzailea da.
• Kaltzioa (Ca): Eskeletoetan eta muskuluen uzkurduran parte hartzen du.
• Sodioa (Na) eta Potasioa (K): Nerbio-kinada eta oreka gazia mantentzeko ezinbestekoak.

Oligoelementuak

Oso proportzio txikian agertzen dira (burdina, iodoa, fluorra, kobaltoa, etab.), baina funtzio garrantzitsuak dituzte, hala nola hemoglobina sortzea (burdina) edo tiroxina erregulatzea (iodoa).

4. Gluzidoak

Kontzeptua: Kimikoki polihidroxialdehidoak edo polihidroxizetonak dira. Funtzio energetikoa (glukosa, almidoia) eta egiturazkoa (zelulosa, kitina) dituzte.

Sailkapena:

• Monosakaridoak: Triosak, pentosak (erribosa), hexosak (glukosa). Solidoak, gozoak eta uretan disolbagarriak dira.
• Oligosakaridoak: 2-10 monosakarido (sakarosa, laktosa).
• Polisakaridoak: Kate luzeak. Almidoia (landare-erreserba), glukogenoa (animalia-erreserba) eta zelulosa (egitura).

5. Lipidoak

Uretan disolbagaitzak diren substantzia organikoak dira. Funtzio energetikoa, egiturazkoa (mintzak) eta babeslea dituzte.

Mota nagusiak:

• Saponifikagarriak: Gantz-azidoak dituzte (azilglizeridoak, fosfolipidoak).
• Ez-saponifikagarriak: Esteroideak (kolesterola, bitaminak).

Izaera anfipatikoa: Lipido askok zati hidrofilo bat eta zati hidrofobo bat dute, eta horri esker mizelak eta geruza bikoitzak eratzen dituzte mintzetan.

6. Proteinak

Lotura peptidiko bidez elkarturiko aminoazidoen polimeroak dira. C, H, O eta N elementuez osatuta daude.

Egitura mailak:

• Primarioa: Aminoazidoen sekuentzia.
• Sekundarioa: Helizea edo orria.
• Tertziarioa: Forma espazial globala (funtzioaren erantzulea).
• Kuaternarioa: Kate bat baino gehiagoren elkarketa.

Funtzioak: Entzimatikoa, defentsa (antigorputzak), garraioa (hemoglobina) eta egiturazkoa (kolagenoa).

7. Azido Nukleikoak (ADN eta ARN)

Nukleotidoz osaturiko biopolimeroak dira. Nukleotido bat pentosa batez, base nitrogenatu batez eta azido fosforiko batez osatuta dago.

• ADN (DNA): Informazio genetikoa gordetzen du. Helize bikoitzeko egitura du.
• ARN (RNA): Informazioa adierazteaz eta proteinak sintetizatzeaz arduratzen da. Mota desberdinak daude: ARNm (mezularia), ARNr (erribosomikoa) eta ARNt (garraiatzailea).

8. Zelula-mintza eta Garraioa

Mintz zelularrak substantzien sarrera eta irteera kontrolatzen ditu. Geruza lipidiko bikoitz batez eta proteinaz osatuta dago.

Garraio motak:

• Pasiboa: Energia gasturik gabe (difusio sinplea eta erraztua).
• Aktiboa: Energia gastuarekin (ATP), gradientearen kontra (adibidez, Sodio-Potasio bonba).

9. Kloroplastoak

Landare-zeluletan fotosintesia egiten duten organuluak dira. Hiru mintz dituzte: kanpokoa, barnekoa eta tilakoidala. Mintz tilakoidalean fotosistemak daude, argi-energia xurgatzeko klorofilari esker.