Izadi Jakintza»Izadi jakintza

Bizitzaren oinarri kimikoa

Izaki biziek Lurraren azalean diren osagai kimiko egonkor gehien-gehienak erabiltzen dituzte; baina osagai horiek proportzio desberdinetan daude Lurrean eta organismoetan.

Izaki biziek atomo mota jakin batzuk erabiltzen dituzte batez ere, bizitzaren beharretarako hobeto egokitzen direnak, bioelementuak alegia. Organismoetan dituzten proportzioen arabera, biolementu nagusiak, bigarren mailakoak eta oligoelementuak bereizten dira.

Bioelementuak beren artean elkartzen dira eta era horretan biomolekulak sortzen dituzte. Berriz ere, izaki bizien dinamikaren beharrak direla-eta, lotura kimiko jakin batzuk besterik ezin dira gertatu, materia biziaren molekulak osatzeko.Antzina-antzinatik, materiaren nolakotasuna ezagutzen saiatu dira zientzialariak, materia osatzen duten oinarrizko zatikiak bakartuz. Grekoek atomo deitu zituzten materiaren zati txikienak, materiak bere tasunak galtzen baititu atomoaz behetiko osagaietan.

XX. mendea ondo sartu arte, Lurraren eta espazioaren zokoak miatu dituzte zientzialariek, eta atomo mota desberdinak aurkitu dituzte, gai bakun edo elementu izendatu direnak. Gaur egun, eskura dugu oinarrizko gaien zerrenda bat, gai bakunen taula periodikoa deritzana, oraingoz dakigunaren arabera, materiaren edozein zati osatzen duten 105 atomo motak ordenaturik ageri direna.

Gai bakunak elkarren artean konbinatzen dira, eta era horretan gai kimiko elkartuak sortzen dituzte; horiek osatzen dituzte unibertsoan diren gauzakiak, huts-hutsean nahiz elkarrekin nahasturik.

Bizitzaren muinarena da antzina-antzinatik zientzialariak kezkatu dituen beste arazo bat. Gauza da, oharkabean ia, gai izaten garela kasurik gehienetan ?gauzaki? biziak, edo izaki bizietatik datozenak, eta bizigabeak edo mineralak bereizteko. Horrek pentsarazten digu alde guztiz funtsezkoa behar duela izan organismoei dagokien materia biziaren, eta materia bizigabe edo mineralaren artean, ez baitute itxuraz erlaziorik.

Arazo hori argitzeko, izaki biziak batetik, eta, bestetik, Lur planetaren geruzak osatzen dituzten kimika gai bakunen analisiak egin dira. Analisi horien emaitzen arabera, 70 gai bakun dituzte guztira izaki biziek beren batez besteko osakeran; hau da, gas noble deritzaienak salbuetsita, Lurraren azalean diren gai iraunkor gehienak.

Materia bizia osatzen duten gai bakun horiei bioelementu deitzen zaie.I. Taulan, izaki bizietan eta planetaren geruzetan ugarien diren elementuen batez besteko portzentzaiak alderatzen dira.Taula xehetasunez aztertzen bada, izaki biziek ez dituzte erabiltzen ingurunean eskura dituzten elementuak ingurune horretan duten proportzio beraren arabera; aitzitik, hautatu egiten dituzte. Hori dela-eta, pentsatzekoa da gehiago erabiltzen dituztela beren beharrei ondoen egokitzen zaizkien gaiak.

II. taulan oso izaki bizi desberdinen osakera ageri da (erreinu desberdineko izakiak dira), eta guztiz agerikoa da osakera hori oso 71antzekoa dela kasu guztietan. Garbi ikusten da beraz elkarrekin harremanetan daudela izaki bizi guztiak; hau da, jatorrizko organismo mota bakar batetik bilakaeraz garatu direla, eta organismo horrek ordurako egina izango zuela bizitzaren beharrei ondoen egokitzen zaizkien atomoen hautaketa.Ez da oraindik argitu nahitaezkoak ote diren bioelementuak ?bizitza? ezaugarria sorrarazteko; horren erantzuna exobiologiak (Lurretik kanpora izan daitekeen bizitza aztertzen duen biologiaren adarrak) lehen fruituak ematen dituenean etorriko da, Lurraz kanpoko organismoek Lurrekoen antzeko konposizioa duten ala ez aztertzen duenean.

Bioelementuak

I. eta II. taulen azterketak lehen ondorio bat jartzen du agerian, alegia, elementu guztiak ez direla proportzio berean aurkitzen izaki bizietan. Hori dela-eta, hiru kategoria nagusitan sailkatu ahal izan dira: - Biolementu nagusiak edo primarioak Materia bizian gutxi gorabehera %96ko proportzioan ageri direnak dira. Kategoria horren baitan daude karbonoa (C), hidrogenoa (H), oxigenoa (O), nitrogenoa (N), fosforoa (N), eta sufrea (S).

Biolementu nagusiak izaki biziak osatzen dituzten molekulak osatuz konbinatzen dira elkarrekin; horiei biomolekula edo lehen osagai esaten zaie.

Zergatik nahiago ote dituzte izaki biziek bioelementu horiek? Bizitzaren ezaugarrietako batean aurkitu behar da erantzuna, hau da, gai horien plastikotasun izugarrian. Izaki biziek aldaera asko eta asko dituzte, ez formari dagozkionak bakarrik, baita funtzionamenduzkoak ere. Horrez gainera, metabolismoa da organismoen beste ezaugarri bat, hau da, materia bizia aldaketa prozesu etengabean egotera behartzen duten erreakzio saila.

Bestalde, ez da gauza ona biomolekulak oso egongaitzak izatea; izan ere, hala balitz, behar ez denean aldatuko lirateke, etahorrek, metabolismoaren prozesua desitxuratuz, arazo larriak sortuko lituzke, zenbaitetan izakia suntsitzeraino.

Hori dela-eta, beharrezkoa da aldatzeko gaitasunaren eta iraunkortasunaren arteko oreka ez galtzea. Eginkizun hori, oreka gordetzea alegia, ezin hobeto betetzen dute biolementu nagusiek, beren artean lotura kobalenteak sortzeko gauza direnez gero (aurrerago aztertuko da gai hau). Lotura kobalenteen ezaugarria da, iraunkor izanik ere, ez dutela hausteko zailtasunik, eta era horretan molekula berriak sortzen dituzte. Bestalde, karbonoak, oxigenoak eta nitrogenoak, elektroi bat baino gehiago komuna izateko ahalmena dute (lotura kobalentea, funtsean, elektroi pareak komunak dituzten atomoak dira), eta era horretan lotura bikoitzak eta hirukoitzak sor daitezke, biomolekulei are ugaritasun handiagoa eman dietenak (I. irudia).Horrez gainera, karbonoa gauza da karbonoarekin berarekin elkartzeko, eta era horretan biomolekulen hezurdura osatzen duten karbonozko katea luzeak sortzen dira, biziki tamaina luzeetaainokoak hain zuzen. Karbonoak karbonoarekin elkartzeko duen tasun hori dela-eta, katea linealak sor daitezke, baina baita katea adardunak eta ziklikoak ere; arrazoi bat gehiago bizitzaren molekulen aldakortasunaren alde.

Bioelementu nagusiak izadian diren arinenetakoak dira, eta, horregatik, horiez eratzen diren molekulak ere, neurriz handiak izan arren, ez dira astunegiak izaten. Horrela errazago egokitzen dira organismoak Lurraren grabitate eremura.

- Bigarren mailako bioelementuak Sail honetan sartzen dira organismoetan kopuru txikietan dauden elementu desberdin asko. Materia biziaren %3 baino gehiago osatzen dute.Izaki bizien jardunaren alderdi desberdinetan garrantzi erabakigarria duten arren, ez dira gai bizi guztietan ageri, eta horren arabera bi multzo handitan banatu dira: + Bigarren mailako bioelementu ezinbestekoak, izaki bizi guztietan ageri direnak. Sail horretakoak dira kaltzioa (Ca), sodioa (Na), potasioa (K), magnesioa (Mg), kloroa (Cl), burdina (Fe), silizioa (Si), kobrea (Cu), manganesoa (Mn), boroa (B), fluorra (F) eta iodoa (I).

Elementu horien eginkizunak zerikusi estua du organismoen baitako erreakzio eta funtzioekin; erreakzio eta funtzio horietako asko xehetasun handiz aztertzen dira liburu honetan. Hala, magnesioa klorofilaren molekularen oinarrizko osagaia da; burdina eta kobrea arnas pigmentuetan dira funtsezkoak, eta elektroi garraiatzaileetan; kaltzioa oinarri-oinarrizkoa da oskolak eta hezurrak osatzeko; nerbio bultzada gerta dadin nahitaezkoak dira kloroa, sodioa eta potasioa; iodoa gizakien hazkundea erregulatzen duenhormonan parte da; azkenik, fluorra hortzen funtsezko osagaia da, fluor faltak ahultasuna dakar eta kariesak errazago agertzen da fluorra eskas bada, eta, horregatik, herri askotan edateko urari gehitzen zaio zaio.

+ Bigarren mailako bioelementu aldakorrak ez daude izaki bizi guztietan, baina guztiz garrantzitsuak dira ageri diren organismoen jardunean. Horien artean aipatzekoak dira aluminioa (Al), bromoa (Br), zinka (Zn), titanioa (Ti), banadioa (V), molibdenoa (Mo), eta beruna (Pb).

Adibide gisa, molibdenoa nahitaezkoa da bakterio batzuek atmosferako nitrogenoa finka dezaten; zinka erabakigarria da entzima batzuek jardun dezaten, entzimen osagaiek loturari eusten baitiote; zenbait animalia hezurgaberen odoleko zelulek dauzkaten pigmentuetan ageri da banadioa; horrez gainera, landare batzuek aluminio edo berun apur bat behar izaten dute (garoak adibidez), garatu ahal izateko.

- Oligoelementuak Izaki bizietan oso kopuru txikietan agertu ohi dira (%0,1 bat baino gutxiago). Hala ere, guztiz garrantzitsuak dira. Hauetakoa da kobaltoa (Co), bitamina baten oinarrizko osagaia dena (B arena).

12 Organismo jakinei begiratuz gero, sail bateko elementu bat igaro daiteke beste batera. Hala, izaki bizien multzoari dagokionez, silizioa bigarren mailako biolementua da; baina, diatomoetan (alga mota bat), primarioa da, oskol babeslearen osagaia baita.

Biomolekulak osatzen: loturak

Alferrik hautatuko lituzkete izaki biziek kimika osagaiak, elementu horiek biomolekulak sorrarazteko elkartuko ez balira; izanere, organismoen osagai funtsezkoak dira biomolekulak. Hala ere, kimika elementuekin gertatzen den bezala, kimika lotura guztiak ez dira egokiak substantzia biziaren eskakizunetarako, hau da, egonkortasun eta malgutasun beharretarako. Horregatik, lotura mota hauek ageri dira biomolekuletan:- Lotura kobalentea Elektronegatibitatea duten bi atomoen arteko lotura da; hau da, elektroi kopuru bertsua falta zaie beren azken geruzak (maila edo geruza desberdinetan ibiltzen baitira elektroiak orbitan), taula periodikoan beren lerroko bukaeran dagoen gas nobleak duen kopuru bera izan dezan (eta horrek egonkortasuna ematen die). Atomo horien soluzioa elektroi pare komunak izatea da, atomo bakoitzak elektroi bana emanez. Era horretan, bi atomoen arteko lotura kobalenteen kopurua elektroi pare komunen kopuruaren berdina da (3. irudia).

Nahiko lotura gogorra da, hausteko aski energia behar duena.- Ioi lotura Lotura mota hau oso elektronegatibitate desberdina duten atomoen artean sortzen da. Beste era batera esanda, horietako bati oso elektroi gutxi falta zaizkio azken geruzan dagokion gas noblearen pareko izateko (eta horregatik, elektroi gose handia du), eta besteari berriz asko falta zaizkio egitura horretara heltzeko (eta, horregatik, elektroiak galtzeko eta taula periodikoko aurre-aurreko zerrendako gas noblearen elektroi egitura hartzeko joera du, eta horrek ere egonkortasuna ematen du). Kasu honetan ere erraza da soluzioa: atomo elektronegatiboenak bestearen elektroiak beretzen ditu, era horretan karga negatibo handiagoa hartzen duela, eta ioi negatibo, edo anioi, bihurtzen da; emaileak karga negatiboa galtzen du, eta ioi positibo edo katioi bihurtzen da (4. irudia).Lotura mota hori oso gogorra da, baina ur soluzioetan oso erraz hausten da. Urak molekula bipolarra izateko tasuna du (hauda, ertz positibo bat du, eta beste bat negatiboa), soluzioan; ioi bakoitza ur molekula orientatuz inguratua geratzen da, halako eran non ioiarekin elkartzen baita ioi horren kontrako karga duen molekularen partea; era horretan elkarrengandik bereiz daitezke, eta ioi hidratutatuak sortzen dira (4. irudia).

- Lotura ahulak Lotura mota hauek ez dira atomoen artean sortzen, molekula desberdinen artean baizik, eta oso erraz hausten dira. Hain zuzen ere, ahultasun horretantxe dago izaki bizientzat duten baliagarritasuna, lotura horiez baliatzen baitira molekula handiak eta zelula egiturak sortzeko; era horretan malguak gertatzen dira, eta guztiz egokiak molekulek izan ohi dituzten sorrera eta suntsitze prozesu etengabeentzat.

Lotura ahuletan, lau mota nagusi bereizten dira: + Hidrogeno zubiak. Hidrogeno atomoak beste atomo mota oso elektronegatibo batzuekin (nitrogeno eta oxigenoarekin, adibidez) lotura kobalentez elkartuta daudenean gertatzen dira. Hori dela-eta, elektronegatiboenak areago erakartzen du elektroi pare komuna, eta, hala, hidrogenoa haietatik urruti eta karga birtual positiboarekin geratzen da (ez du elektroirik galtzen, eta, hortaz, ez da ioi izatera heltzen). Bestalde, badira oso atomo elektronegatiboak karbonoarekin kobalentziaz lotuak (biomolekuletan, oxigenoa batez ere), eta, arrazoi beragatik, indartsuago erakartzen dituzte elektroiak, eta karga birtual negatiboarekin geratzen dira (5. A irudia).

Hidrogenozko zubia sortzen da, toles efektu batez, karga desberdina duten molekula beraren bi segmentu elkarren aurrez aurre jartzen direnean, edota bi molekula desberdinetan dauden kontrako karga duten bi zona elkarren aurrez aurre jartzen direnean (5 B irudia).

+ Van der Waalseen indarrak. Molekula baten nukleoek beste baten nukleoak erakartzen dituztenean sortzen dira, edo, toles batean, molekularen beraren beste segmentu bat erakartzen dutenean.

Atomoen nukleoek positiboki kargaturiko protoiak dauzkate beren baitan, atomoaren beraren elektroiak erakartzen eta nukleoaren inguruan orbitan edukitzen dituztenak. Alabaina, eta ahulagoa bada ere, erakarpen horrek badu eraginik inguruko molekuletan dauden atomoen elektroietan ere. Eta jakina, bada halaber bi molekulen atomoen elektroiek eragindako efektua ere, eta, karga bera izanik, elkarrengandik aldaratzeko joera dute (6 A irudia). Nolanahi ere, nukleoak direla-eta, aldaratze indarra ez da erakarmena adinakoa, eta era horretan molekulak lotuak gertatzen dira.

Era honetako sistema batean, zenbat eta gehiago izan eragindako molekulak dituzten atomoak, hainbat eta handiagoa izaten da erakarpena, eta horregatik, loturaren indarra areagotu egiten da molekula pisuarekin batera. Horrez gainera, zenbat eta hurbilagoegon eragindako gaiak, handiagoa izango da erakarpena (6 B irudia).

+ Lotura hidrofobikoak urarekin afinitaterik ez duten atomoen artean sortzen diren indarrak dira. Hori ulertzeko nahikoa da uretan nahastezina den gai bat gogoratzea, olioa adibidez. Ontzi batean uretan olio pixka bat botatzen denean, olioaren molekulek elkarturik egoteko joera dute. Ontziari eragiten bazaio, olio tanta txikiak geratuko dira uretan suspentsioan (hau da, molekula multzo handiak, bakarturik geratzera jotzen dutenak), eta oso bizkor lotzen dira berriro elkarrekin berriz ere hasierako egoerara itzultzeko.

+ Ioi lotura ahulak sortzen dira ur soluzioan atomo sailak positiboki edo negatiboki kargatuak geratzen direnean.

Molekula organiko jakin batzuk ur soluzioan jartzean, atomo sail batzuek ioitze prozesu bat jasaten dute, eta ioi hidratatuak sorrarazten dituzte; era horretan, karga elektriko desberdineko atomo sailak sortzen dira, eta horiek, aurrez aurre geratzean, molekula baten edo molekula desberdinen segmentuak lotzeko balio dute (7. irudia).

Elkarri eragiten dioten atomo sailen arteko distantziak eragotzi egiten du zeinu desberdineko kargen arteko erakarpena ioi lotura benetakoaren kasuan bezain indartsua izatea, lotura horretan molekula bakarraren atomoek parte hartzen baitute.