Lotura Kimikoak, Bioelementuak eta Ura: Zelularen Barne-Ingurunearen Erregulazioa

1. LOTURA KIMIKOAK

Lotura kimikoak atomoen arteko elkarketak dira eta atomoei egonkortasuna ematen diete. Haien geruzan zortzi elektroi izatea lortzen dute (bi, hidrogenoaren kasuan) eta elektroiak ematen, hartzen edo partekatzen dituzte. Azken balentzia-geruzan zortzi elektroi badaude egonkortasun handia ematen die elementu kimikoei.

LOTURA IONIKOAK

Lotura ionikoa kontrako carga duten ioien arteko erakarpen elektrostatikoak eratutako elkartze kimikok dira. Elementuetako batek elektroiak galtzen baditu eta iol positibo bat bihurtzen da (katioia); eta irabazten baditu ioi negatibo bat (aniola). Kontrako zeinuko kargak sortzen direnean, ioi horien artean erakarpen-indar elektrostatiko handiak daude.

LOTURA KOBALENTEA

Lotura kobalentea afinitate elektroniko handia duten bi elementuren artean sortzen da. Atomoak lotzen dira elektroiak partekatzen dituztelako eta elementuek pare bat elektroi, bi pare edo hiru pare parteka ditzakete. Lotura bakunak, lotura bikoitzak eta lotura hirukoitza.

Elektronegatibotasun antzekoa dutenean, apolarra esaten zaio eta elektronegatibotasun desberdina denean polarra.

MOLEKULEN ARTEKO INDARRAK (LOTURA KIMIKOAK) Van der Waalsen indarrak

Intentsitate aldakorreko indarrak dira. Indar horiei esker hainbat fenomeno fisiko gertatzen dira hala nola, uraren propietateak, eta biologikoak hala nola, entzimen loturak. Bi mota: -Sakabanatze indarrak: dipolo iraunkorrak ez dituzten molekulen artean gertatzten dira

-Dipolo-dipolo indarrak dipolo iraunkorrak dituzten molekulen karga partzialen arteko erakarpen elektroestatikoz gertatzen dira.

Hidrogeno-zubien bidezko loturak

Oso dipolo nabarmenen karga partzialen arteko erakarpen elektrostatikoagatik gertatzen da. Ur molekuletan, hidrogeno zubiak, molekula baten hidrogenoaren eta beste baten oxigenoaren artean eratzen dira

2. BIOELEMENTUAK

EZAUGARRI OROKORRAK O,Si,Al,Fe,Ca,Na,K,Mg eta Ni dira. Bioelementuak izaki bizidunen materia osatzen duten elementu kimikoak dira eta hiru mota daude lehen mailakoak, bigarren mailakoak eta oligoelementuak. Portaera akuosoa dute, masa atomiko txikienekoak dira, baina, erreaktiboagoak dira eta lotura-indar handia dute.

LEHEN MAILAKO BIOELEMENTUAK

Lehen mailako bioelementuak materia organiko lehorraren %96 dira. Masa atomikoa baxua da, eta oso lotura kobalente egonkorrak eratzen dituzte. Karbonoa (C)Hidrogenoa (H)Oxigenoa (O), Nitrogenoa (N)Fosforoa (P) eta sufrea (S) dira.

-Karbonoa (C) oinarrizko elementua da. Zenbait molekula inorganikoren eta organikoaen osagaia da. Bakarrik konbinatzen da eta egitura linealak, adarkatuak edo ziklikoak sortzen ditu eta lotura bakunak bikoitzak edo hirukoitzak eratzen ditu. -Hidrogenoa (H) elektroi-emaile unibertsala da. -Oxigenoa (O) oso elementu elektronegatiboa da elektroi-hartzailea. -Nitrogenoa (N) hidrogenoarekin edo oxigenoarekin konbinatzen da propietate desberdineko molekulak eratzeko. Funtsezkoa da proteinak eta azido nukleikoak sorzteko. -Fosforoak (P) Bere loturetan energia handia pilatzen da eta azido nukleikoen funtsezko osagaia da. -Sufrea (S) aminoazidoetan agertzen da eta A koentzimaren parte da, erreakzio metabolikoetan dagoena KARBONOAREN EZAUGARRIAK Tetrabalentzia du, au atomorekin elkartzen da eta lotura kobalenteak egiten ditu. Lotura egonkorrak dira eta energia handia pilatzen dute. Kate karbonatuak eratzen dituzte eta linealak,adarkatuak edo ziklikoak. Hidrogeno,oxigeno eta nitrogenoarekin modu egonkorrean konbinatzen da zenbait funtzio talde eratuz eta oxidazio-erredukzio erreakzioak bihurtu. Oxidazioa (atomo batek elektroiak galtzean) eta erredukzioa (elektroiak hartzean) BIGARREN MAILAKO BIOELEMENTUAK Sodioa(Na), potasio (K), magnesioa (Mg), kaltzioa (Ca) eta kloroa (Cl) dira. Izaki bizidunetan ez dira asko agertzen. Funtzio fisiologiko garrantzitsuak betetzen dituzte. Muskuluen uzkurduran, nerbio-bulkadaren transmisioan eta barne-ingurunearen erregulazioan parte hartzen dute OLIGOELEMENTUAK Oligoelementuak dira, burdina (Fe), kobrea (Cu), iodoa (I) eta litioa (Li).

4. URA

Biomolekula inorganikoa da eta ezinbestekoa izaki bizidunentzat, bizirik mantentzen gaituzten erreakzio kimikoak uretan gertatzen direlako Honela egoten da ura izaki bizidunetan: -Zelula barneko ur gisa, zitosolaren eta zelulako organuluetan //-Ur interstizial gisa, ehunen eta organoetan. //-Ur zirkulatzaile gisa, odolarena eta izerdiarena //Izaki bizidunetako ura etengabe aldatzen doa hori dela eta, beharrezkoa da ura irabazteko bideak (elikagaietan dagoen ura) eta ura galtzekoak (arnasketan)

URAREN EGITURA Ur molekula bakuna da, bi hidrogeno atomoz eta oxigeno atomo batez osatuta dago. Atomoak 104,5°-ko angelua eratzen du. Uraren molekula elektrikoki neutroa da protoi eta elektroi kopurua berdina delako. Oxigenoa hidrogenoa baino elektronegatiboagoa denez indar handiagoz erakartzen ditu elektroiei. Horrek karga negatibo handiagoa (& karga-dentsitate negatiboa) sortzen du oxigenoaren eremuan, eta hidrogeno atomoen eremuan &* karga positibo handiagoa gelditzen da eta horregatik molekulak dipolo baten moduan jokatzen du. (FOTO PAG30). Dipolarrari esker, hidrogeno-zubien loturak sortzen dira. Nahiz eta likido eta solido egoeran egon barne-kohesio handiko sare-egitura garatzen du eta urari propietate bereziak ematen dio

UR MOLEKULAREN PROPIETATEAK Disolbatzaile izateko ahalmen handia Disolbatzaile biologiko nagusia da, polaritateagatik. Propietate hori hidrogeno-zubiak eratzeko duen ahalmenari zor dio. Horrela sortzen dira disoluzio molekularrak. Disoluzio ionikoak eratzen dituzte. Bero espezifiko altua Ura berotzen denean, energiaren zati bat hidrogeno-zubi bidezko loturak hausteko erabiltzen da, ez tenperatura igotzeko. Kohesio-indar handia Hidrogeno-zubiek indar handiz lotuta mantentzen dituzte ur molekulak, eta eratutako egiturak lIkido bihurtzen du ura. Horregatik gainazal-tentsio handiko likidoa da. Lurruntze- eta urtze-bero sor altua Propietate hau ere hidrogeno-zubiei zor die urak. Lehenik hidrogeno-zubiak hausten dira eta gero, ur molekulei egoera-aldaketa egiteko behar duten beroa eman.

Atxikidura-indar handia Ur molekulen eta molekula polar batzuen artean jartzen diren hidrogeno zubien ondorioa da. Atxikidura-indar handia izan kapilaritatearen fenomenoa eragiten du Gardentasun nabarmena Algei sakonera txikian bizitzeko aukera ematen die Ezohiko dilatazioa Izotzak ur likidoak baino dentsitate txikiagoa duenez flotatzen du. Propietate horri esker, ur likidoa egon daiteke izotzaren azpian uretako organismoak bizi daitezke ur horretan.

URAREN GARRANTZIA IZAKI BIZIDUNENTZAT (funtzioak) Garraio-funtzioa Disolbazteko ahalmen handiari esker betetzen da, eta substantzia gehienek zirkulatzen dute organismoan Funtzio metabolikoa Disolbatzaile ona izanik, izaki bizidunen metabolismoa osatzen duten erreakzio kimiko gehienak ur- ingurunean gertatzen dira. Termoerrgulazio-funtzioa Bero espezifiko handiari esker, zitoplasma urtsuak tenperatura-aldaketatik babesten du zelula. Gai da bero kantitate handiak pilatzeko eta poliki-poliki askatzeko. Hozte-funtzioa Lurruntze-bero sor altuagatik urak organismoaren tenperatura konstante mantentzen du. Egitura-funtzioa Kohesio-indar handiaren ondorioz,urak,konprimatu ezin denez, bolumena ematen die zelulei eta batzuetan, hezurdura hidrostatiko gisa jokatzen du. Harrietan bizi diren har batzuk gai dira harri horiek zulatzeko presioagatik eta uraren gainazal-tentsio handiagatik organismo txiki batzuk ur gainean ibil daitezke.Indargetze-funtzioa Uraren kohesio-indarrak indaargetze funtzio mekanikoa ematen dio, beraz organoen marruskadura indartzen da Kapilaritatea errazten du Ur molekulen arteko atxikidura eta kohesio-indarrek ahalbidetu egiten dute izerdi landugabea sustraietatik hostoetara igotzea landareetako baso zurkaretan zehar, energiarik gastatu gabe. Funtzio bero-isolatzailea Solido-egoeran dentsitate txikiagoa duenez, flotatzen ari den izotzak ura isolatzen du eta izoztetik babesten du. Izaki fotosintetikoei ur azpian bizitzeko aukera ematen die Uraren gardentasun handiagatik eguzki-izpiak ur azpira sartzen dira eta uretako bizi fotosintetikoa garatzen da sakontasun bateraino

3. BIOMOLEKULAK ETA KONPOSATU EZ ORGANIKOAK

Biomolekula (organikoak) gluzidoak, lipidoak, proteinak eta azido nukleioikoak dira eta soilik izaki bizidunek dituzte, zenbait bioelementu konbinatuz eratuak. Konposatu ez-organikoak ura, gatz mineralak eta zenbait gas dira eta ez daude izaki biziduetan.

BIOMOLEKULA ORGANIKOEN EZAUGARRIAK -Lehen mailako bioelementuz osatuta daude.//-Oinarri kimikoa karbonoa da.//-Tamaina handiko makromolekulak dira. Horietako asko polimeroak dira, monomero asko elkartuz eratutako molekulak//-Egitura tridimentsionala dute.//- Aldakortasun molekular handia dute loturak egiteko duen ahalmenagatik. Zenbait funtzio-talde izaten dituzte eta ematen dizkieten propietate bereziek erreakzio kimikoetan agertzea ematen die aukera//-Isomeroak eratzen dira, formula molekular bera duten molekula desberdinak

FUNTZIO TALDEAK (TALDE FUNZTZIONALA) Funtzio-taldea molekula bati funtzio baten propietate bereizgarriak ezartzen dizkion atomoa edo atomo multzoa da eta kate karbonatuari lotutako hidrogenoetako bat edo gehiago ordezkatzen ditu. (FOTO TABLA PAG29)

5. GATZ MINERALAK

Gatz mineralak konposatu ez-organikoak dira. Organismoetan solido egoeran eta uretan disolbatuta daude eta gatz mineralen ioiak, beste konposatu batzuei lotuta.

GATZ MINERALAK SOLIDO EGOERAN Solido-egoeran,gatz mineralek funtzio eskeletikoa betetzen dute. Babesa ematen diete. Gatz mineralik garrantzitsuenak: -Kaltzio karbonatoa, CaCO3: moluskuen oskolak eratzen ditu -Kaltzio fosfatoa, Ca3(PO4)2: ornodunen hezurrek eta hortzek -Silizea SiO2: belakien eskeletoa osatzen dute

GATZ DISOLBATUAK Gatz mineralak uretan disolbatuta egon daitezke. Ioietan disoziatuta egoten dira funtzio erregulatzaileak eta espezifikoak betetzen dituztenak

Gatz mineralen funtzio erregulatzaileak - Organismoaren pH-a mantentzea: gatz mineral asko sistema indargetzaileak dira eta pH-aldaketak arintzen dituzte. // - Entzimen aktibitatea erregulatzea // -Presio osmotikoa erregulatzea: gatz mineral disolabatuak zeluletako eta jariagai organikoetako gazitazunari eusten dute.

pH-a eta disoluzio indargetzaileak Disoluzio indargetzaileek arindu egiten dituzte zelulen barne-ingurunean izandako pH-aldaketak

Gatz mineralen funtzio espezifikoak - Muskuluen uzkurdura: sodioak (Na+), potasioak (K+) eta magnesioak (Mg+)  // - Odolaren koagulazioa: kaltzioa (Ca++).// - Nerbio bulkadaren transmisioa: sodioak (Na+), potasioak (K+) eta kaltziaok (Mg+)

BESTE BIOMOLEKULA BATZUEKIN LOTUTAKO GATZ MINERALEN IOIAK- Burdina (Fe2+) hemogoblinaren osagaietako bat da. Hemogoblina lau kate polipeptidikoz osatuta dago. Bakoitza hemo-talde bati lotuta dago. Burdinak oxigenoarekin lotzeko eta zirkulazio-sisteman zehar garraiatzeko gaitasuna ematen dio. - Kobrea (Cu2+) hemozianinaren parte da. Hemozianina hemogoblinaren funtzioa ia berdinak dituen proteina bat da eta ornogabeak daukate. O2a garraiatzen du. - Iodoa (I-) hormona tiroideek duten osagaia da. - Magnesioa (Mg2+) klorofilaren egituran dago. Kate hidrokarbonatu bat du eta ematen dio klorofilari fotosintesirako behar duen eguzki-energi xurgatzeko gaitasuna. (FOTO HEMOGLOBINA PAG 35)

6.ZELULAREN BARNE-INGURUNEAREN ERREGULAZIOA Zelulen barne ingurunea zitosola edo hialoplasma izeneko disoluzio urtsu batez osatuta dago. Hialoplasman gertatzen dira hainbat prozesu zelularrak eta erreakzio kimikoak. Izaki bizidun batzuk ditugun ezaugarri bat da bizirik mantentzeko. Hainbat propietate fisiko-kimiko erabiliz, ezaugarri horiek mantentzea beharrezkoa da gure bizimodua mantentzeko. Adibidez, tenperatura (T): gizakiok behar dugun tenperatura tartea 36º-37ºC-koa da.  Homeostasiaren erregulazio-mekanismo garrantzitsuenak: -Zelula barruko pH-aren erregulazioa. //-Presio osmotikoaren erregulazioa.// -Substantziak garraiatzea mintz plasmatikoan zehar.

ZELULA BARRUKO PH-AREN ERREGULAZIOA Bikarbonato sistema indargatzailea da, baina, oinarrizko eginkizuna betetzen du giza odolean. Odolaren pH-a aldatu egin daiteke bikabonato ioien kontzentrazioaren arabera. Bikarbonato ioien kontzentrazioa jaisten bada azidosi metabolikoa da. Organismoaren erantzunaren helburua pH-a konstante mantentzea da. Honela jarduten du bikarbonato sistema indargatzaile (Odolaren pH kontrolatzeko)  CO2 + 2 H2OH H2CO3 + H2O H3O+ + HCO3- Hidronio ioien kontzentrazioa gutxitzen denean, erreakzioak azido karbonikoa disoziatzeko joera hartzen du. 

SUBSTANTZIAK GARRAIATZEA MINTZ PLASMATIKOAN ZEHAR Funtzio garrantzitsuena substantziak erregulatzea da. Aldea egon behar du zitoplasmako eta zelulaz kanpoko inguruneko zenbait substantziaren kontzentrazioan beraz, mintz biologikoak erdiirazgazkorrak dira, hau da, ura eta zenbait gas pasatzen uzten diete, eta makromolekulei ez. Presio osmotikoa erreguatzeko substantziak mintz plasmatikoan zehar garraiatzeko mekanismo asko daude. Ura gai da mintz plasmatikoa zeharkatu eta gatz mineralak (ioiak) ezin dute. Disoluzioan: disolbatzailea —>ura eta solutua—>gatz minerala

Presio osmotikoaren erregulazioa Uraren kasuan difusio-prozesua substantzia batek mintz plasmatikoa zeharkatzen denean gertatzen da. Substanztia kontzentrazio handitik kontzentrazio txikira joaten da, bi kontzentrazioak berdintxen diren arte.  Osmosia substantziak mintza zeharkatu ezin duenean gertatzen den garraio mota bat da. Difusioa egiten duen molekula substantziaren disolbatzailea da (ura). Ingurune mota hauek dira: ingurune isotonikoak (hialoplasmakoaren antzekoa), ingurune hipertonikoak (hialoplasmakoaren baino handiagoa), eta ingurune hipotonikoak  (hialoplasmakoaren baino txikiagoa). (FOTO PAG37)