(!KEEL:Orgaanilised ained. Üldbioloogia: Orgaanilised ained

Orgaaniline aine on keemiline ühend, mis sisaldab süsinikku. Ainsad erandid on süsihape, karbiidid, karbonaadid, tsüaniidid ja süsinikoksiidid.

Lugu

Mõiste "orgaanilised ained" ise ilmus teadlaste igapäevaellu etapil varajane areng keemia. Sel ajal domineerisid vitalistlikud maailmavaated. See oli Aristotelese ja Pliniuse traditsioonide jätk. Sel perioodil tegelesid asjatundjad maailma jagamisega elavateks ja elututeks. Pealegi jagunesid kõik ained ilma eranditeta selgelt mineraalseteks ja orgaanilisteks. Usuti, et "elusate" ainete ühendite sünteesimiseks on vaja erilist "jõudu". See on omane kõigile elusolenditele ja ilma selleta ei saa moodustuda orgaanilisi elemente.

See moodsa teaduse jaoks naeruväärne väide kehtis väga pikka aega, kuni 1828. aastal Friedrich Wöhler selle eksperimentaalselt ümber lükkas. Ta suutis saada orgaanilist uureat anorgaanilisest ammooniumtsüanaadist. See lükkas keemia edasi. Olevikus on aga säilinud ainete jaotus orgaanilisteks ja anorgaanilisteks. See on klassifitseerimise aluseks. On teada ligi 27 miljonit orgaanilist ühendit.

Miks on nii palju orgaanilisi ühendeid?

Orgaaniline aine on mõne erandiga süsinikuühend. See on tegelikult väga huvitav element. Süsinik on võimeline moodustama oma aatomitest ahelaid. On väga oluline, et nendevaheline ühendus oleks stabiilne.

Lisaks süsinik sisse orgaaniline aine ah eksponeerib valentsi - IV. Sellest järeldub, et see element on võimeline moodustama teiste ainetega mitte ainult üksik-, vaid ka topelt- ja kolmiksidemeid. Kui nende paljusus suureneb, lüheneb aatomitest koosnev ahel. Samal ajal ühenduse stabiilsus ainult suureneb.

Süsinikul on ka võime moodustada tasaseid, lineaarseid ja kolmemõõtmelisi struktuure. Seetõttu on looduses nii palju erinevaid orgaanilisi aineid.

Ühend

Nagu eespool mainitud, on orgaaniline aine süsinikuühendid. Ja see on väga oluline. tekivad siis, kui see on seotud peaaegu iga perioodilisuse tabeli elemendiga. Looduses sisaldab nende koostis (lisaks süsinikule) enamasti hapnikku, vesinikku, väävlit, lämmastikku ja fosforit. Ülejäänud elemendid on palju vähem levinud.

Omadused

Seega on orgaaniline aine süsinikuühend. Siiski on mitmeid olulisi kriteeriume, millele see peab vastama. Kõigil orgaanilise päritoluga ainetel on ühised omadused:

1. Aatomite vahel eksisteerivate sidemete erinev tüpoloogia toob kindlasti kaasa isomeeride ilmumise. Esiteks tekivad need süsiniku molekulide ühinemisel. Isomeerid on erinevad ained, millel on sama molekulmass ja koostis, kuid erinevad keemilised ja füüsikalised omadused. Seda nähtust nimetatakse isomeeriaks.

2. Teiseks kriteeriumiks on homoloogia fenomen. Need on orgaaniliste ühendite sarjad, milles naaberainete valem erineb eelmistest ühe CH 2 rühma võrra. Seda olulist omadust kasutatakse materjaliteaduses.

Millised orgaaniliste ainete klassid on olemas?

Orgaanilised ühendid hõlmavad mitut klassi. Nad on kõigile teada. lipiidid ja süsivesikud. Neid rühmi võib nimetada bioloogilisteks polümeerideks. Nad osalevad ainevahetuses mis tahes organismis rakutasandil. Sellesse rühma kuuluvad ka nukleiinhapped. Seega võime öelda, et orgaaniline aine on see, mida me iga päev sööme, millest me koosneme.

Oravad

Valgud koosnevad struktuurikomponentidest – aminohapetest. Need on nende monomeerid. Valke nimetatakse ka valkudeks. On teada umbes 200 tüüpi aminohappeid. Neid kõiki leidub elusorganismides. Kuid ainult kakskümmend neist on valkude komponendid. Neid nimetatakse põhilisteks. Kuid kirjandusest võib leida ka vähempopulaarseid termineid – proteinogeensed ja valke moodustavad aminohapped. Selle klassi orgaanilise aine valem sisaldab amiini (-NH 2) ja karboksüüli (-COOH) komponente. Need on üksteisega ühendatud samade süsiniksidemetega.

Valkude funktsioonid

Valgud täidavad taimede ja loomade kehas palju olulisi funktsioone. Kuid peamine on struktuurne. Valgud on rakumembraani põhikomponendid ja rakkude organellide maatriks. Meie kehas koosnevad kõik arterite seinad, veenid ja kapillaarid, kõõlused ja kõhred, küüned ja juuksed peamiselt erinevatest valkudest.

Järgmine funktsioon on ensümaatiline. Valgud toimivad ensüümidena. Nad katalüüsivad voolu kehas keemilised reaktsioonid. Nad vastutavad toitainete komponentide lagunemise eest seedetraktis. Taimedes fikseerivad ensüümid fotosünteesi käigus süsiniku asendi.

Mõned transpordivad kehas erinevaid aineid, näiteks hapnikku. Orgaaniline aine on samuti võimeline nende külge kinnituma. Nii teostatakse transpordifunktsiooni. Valgud kannavad veresoonte kaudu metalliioone, rasvhappeid, hormoone ja loomulikult süsihappegaasi ja hemoglobiini. Transport toimub ka rakkudevahelisel tasandil.

Valguühendid - immunoglobuliinid - vastutavad kaitsefunktsiooni täitmise eest. Need on vere antikehad. Näiteks trombiin ja fibrinogeen osalevad aktiivselt hüübimisprotsessis. Seega hoiavad nad ära suure verekaotuse.

Valgud vastutavad ka kontraktiilse funktsiooni täitmise eest. Tulenevalt asjaolust, et müosiini ja aktiini protofibrillid teevad üksteise suhtes pidevalt libisevaid liigutusi, tõmbuvad lihaskiud kokku. Kuid sarnased protsessid toimuvad ka üherakulistes organismides. Bakterite viburite liikumine on samuti otseselt seotud mikrotuubulite libisemisega, mis on oma olemuselt valgulised.

Orgaaniliste ainete oksüdeerumisel vabaneb suur hulk energiat. Kuid reeglina kulutatakse valke energiavajadustele väga harva. See juhtub siis, kui kõik reservid on ammendatud. Selleks sobivad kõige paremini lipiidid ja süsivesikud. Seetõttu võivad valgud täita energiafunktsiooni, kuid ainult teatud tingimustel.

Lipiidid

Orgaaniline aine on ka rasvataoline ühend. Lipiidid kuuluvad kõige lihtsamate bioloogiliste molekulide hulka. Need on vees lahustumatud, kuid lagunevad mittepolaarsetes lahustes, nagu bensiin, eeter ja kloroform. Nad on osa kõigist elusrakkudest. Keemiliselt on lipiidid alkoholid ja karboksüülhapped. Kõige kuulsamad neist on rasvad. Loomade ja taimede kehas täidavad need ained mitmeid olulisi funktsioone. Paljusid lipiide kasutatakse meditsiinis ja tööstuses.

Lipiidide funktsioonid

Need orgaanilised kemikaalid koos rakkude valkudega moodustavad bioloogilisi membraane. Kuid nende peamine ülesanne on energia. Kui rasvamolekulid oksüdeeritakse, vabaneb tohutul hulgal energiat. See osaleb rakkudes ATP moodustumisel. Märkimisväärses koguses energiavarusid saab kehasse salvestada lipiidide kujul. Mõnikord on neid isegi rohkem, kui normaalseks elutegevuseks vaja läheb. Ainevahetuse patoloogiliste muutustega on "rasva" rakke rohkem. Kuigi ausalt öeldes tuleb märkida, et sellised ülemäärased varud on lihtsalt vajalikud loomade ja taimede talveunestamiseks. Paljud inimesed usuvad, et külmal aastaajal toituvad puud ja põõsad mullast. Tegelikkuses kasutavad nad ära oma suve jooksul tehtud õlide ja rasvade varud.

Inimese ja loomade kehas võivad rasvad täita ka kaitsefunktsiooni. Need ladestuvad nahaalusesse koesse ja elundite, näiteks neerude ja soolte, ümber. Seega on need hea kaitse mehaaniliste kahjustuste, st löökide eest.

Lisaks on rasvadel madal tase soojusjuhtivus, mis aitab soojust säilitada. See on väga oluline, eriti külmas kliimas. Mereloomadel aitab heale ujuvusele kaasa ka nahaalune rasvakiht. Kuid lindudel täidavad lipiidid ka vetthülgavaid ja määrivaid funktsioone. Vaha katab nende suled ja muudab need paindlikumaks. Teatud tüüpi taimedel on lehtedel sama kate.

Süsivesikud

Orgaanilise aine valem C n (H 2 O) m näitab, et ühend kuulub süsivesikute klassi. Nende molekulide nimi viitab asjaolule, et need sisaldavad hapnikku ja vesinikku samas koguses kui vesi. Peale nende keemilised elemendidÜhendid võivad sisaldada näiteks lämmastikku.

Rakus olevad süsivesikud on orgaaniliste ühendite põhirühm. Need on primaarsed tooted. Need on ka teiste ainete, näiteks alkoholide, orgaaniliste hapete ja aminohapete sünteesi algproduktid. Süsivesikuid leidub ka loomade ja seente rakkudes. Neid leidub ka bakterite ja algloomade põhikomponentide hulgas. Seega on loomarakus neid 1–2% ja taimerakus võib nende kogus ulatuda 90% -ni.

Tänapäeval on ainult kolm süsivesikute rühma:

Lihtsad suhkrud (monosahhariidid);

Oligosahhariidid, mis koosnevad mitmest järjestikku ühendatud lihtsuhkru molekulist;

Polüsahhariidid, need sisaldavad rohkem kui 10 molekuli monosahhariide ja nende derivaate.

Süsivesikute funktsioonid

Kõik rakus olevad orgaanilised ained täidavad teatud funktsioone. Näiteks glükoos on peamine energiaallikas. See laguneb rakkudes, mis kõik toimub rakulise hingamise ajal. Glükogeen ja tärklis moodustavad peamised energiavarud, millest esimene on loomadel ja teine ​​​​taimedel.

Süsivesikud täidavad ka struktuurset funktsiooni. Tselluloos on taime rakuseinte põhikomponent. Ja lülijalgsetes täidab kitiin sama funktsiooni. Seda leidub ka kõrgemate seente rakkudes. Kui võtame näitena oligosahhariidid, siis need on osa tsütoplasmaatilisest membraanist – glükolipiidide ja glükoproteiinide kujul. Glükokalüksi tuvastatakse sageli ka rakkudes. Pentoosid osalevad nukleiinhapete sünteesis. Millal sisaldub DNA-s ja riboos sisaldub RNA-s. Neid komponente leidub ka koensüümides, näiteks FAD, NADP ja NAD.

Süsivesikud on võimelised täitma ka kehas kaitsefunktsiooni. Loomadel takistab aine hepariin aktiivselt vere kiiret hüübimist. See moodustub koekahjustuse ajal ja blokeerib verehüüvete moodustumist veresoontes. Hepariini leidub suures koguses nuumrakkudes graanulites.

Nukleiinhapped

Valgud, süsivesikud ja lipiidid ei ole kõik teadaolevad orgaaniliste ainete klassid. Keemia hõlmab ka nukleiinhappeid. Need on fosforit sisaldavad biopolümeerid. Need, mis paiknevad kõigi elusolendite rakutuumas ja tsütoplasmas, tagavad geneetiliste andmete edastamise ja säilitamise. Need ained avastati tänu biokeemikule F. Miescherile, kes uuris lõhe spermat. See oli "juhuslik" avastus. Veidi hiljem avastati RNA ja DNA kõigis taime- ja loomaorganismides. Nukleiinhappeid eraldati ka seente ja bakterite, aga ka viiruste rakkudes.

Kokku on loodusest leitud kahte tüüpi nukleiinhappeid – ribonukleiinhappeid (RNA) ja desoksüribonukleiinhappeid (DNA). Erinevus on nimest selge. desoksüriboos on viie süsinikusisaldusega suhkur. Ja riboosi leidub RNA molekulis.

Orgaaniline keemia tegeleb nukleiinhapete uurimisega. Uurimisteemasid dikteerib ka meditsiin. DNA koodid peidavad endas palju geneetilisi haigusi, mida teadlased pole veel avastanud.

Orgaanilised ained, erinevalt anorgaanilistest, moodustavad elusorganismide kudesid ja elundeid. Nende hulka kuuluvad valgud, rasvad, süsivesikud, nukleiinhapped ja teised.

Orgaanilise aine koostis taimerakkudes

Need ained on keemilised ühendid, mis sisaldavad süsinikku. Harvad erandid sellest reeglist on karbiidid, süsihape, tsüaniidid, süsinikoksiidid, karbonaadid. Orgaanilised ühendid tekivad süsiniku sidemetel perioodilisuse tabeli mis tahes elemendiga. Enamasti sisaldavad need ained hapnikku, fosforit, lämmastikku ja vesinikku.

Iga meie planeedi taime rakk koosneb orgaanilistest ainetest, mida saab jagada nelja klassi. Need on süsivesikud, rasvad (lipiidid), valgud (valgud), nukleiinhapped. Need ühendid on bioloogilised polümeerid. Nad osalevad ainevahetusprotsessides nii taimede kui loomade kehas rakutasandil.

Neli orgaaniliste ainete klassi

1. – need on seosed, peamised konstruktsioonielemendid mis on aminohapped. Taimekehas täidavad valgud erinevaid olulisi funktsioone, millest peamine on struktuurne. Need on osa erinevatest rakulistest moodustistest, reguleerivad elutähtsaid protsesse ja neid hoitakse varus.

2. kuuluvad ka absoluutselt kõikidesse elusrakkudesse. Need koosnevad kõige lihtsamatest bioloogilistest molekulidest. Need on karboksüülhapete ja alkoholide estrid. Peamine roll rasvad rakkude elus – energia. Rasvad ladestuvad seemnetesse ja teistesse taimeosadesse. Nende lagunemise tulemusena vabaneb organismi eluks vajalik energia. Talvel toituvad paljud põõsad ja puud, kasutades ära suve jooksul kogunenud rasvade ja õlide varud. Märkida tuleb ka lipiidide olulist rolli rakumembraanide – nii taimsete kui ka loomsete – membraanide ehitamisel.

3. Süsivesikud on orgaaniliste ainete põhirühm, mille lagundamisel saavad organismid eluks vajalikku energiat. Nende nimi räägib enda eest. Süsivesikute molekulide struktuuris on koos süsinikuga hapnik ja vesinik. Kõige tavalisem säilitussüsivesik, mis rakkudes fotosünteesi käigus tekib, on tärklis. Suur kogus seda ainet ladestub näiteks kartulimugulate või teraviljaseemnete rakkudesse. Teised süsivesikud annavad taimede viljadele magusa maitse.

Elusraku koostis sisaldab samu keemilisi elemente, mis on osa elutust loodusest. 104 elemendist perioodiline tabel D.I. Mendelejev leidis kambritest 60.

Need on jagatud kolme rühma:

1. põhielemendid on hapnik, süsinik, vesinik ja lämmastik (98% raku koostisest);
2. elemendid, mis moodustavad kümnendiku ja sajandikku protsenti - kaalium, fosfor, väävel, magneesium, raud, kloor, kaltsium, naatrium (kokku 1,9%);
3. kõik muud veelgi väiksemates kogustes esinevad elemendid on mikroelemendid.

Raku molekulaarne koostis on keeruline ja heterogeenne. Üksikud ühendid – vesi ja mineraalsoolad- leidub ka elutus looduses; muu - orgaanilised ühendid: süsivesikud, rasvad, valgud, nukleiinhapped jne – on iseloomulikud ainult elusorganismidele.

ANORGAANILISED AINED

Vesi moodustab umbes 80% raku massist; noortes kiiresti kasvavates rakkudes - kuni 95%, vanades rakkudes - 60%.

Vee roll rakus on suur.

See on põhikeskkond ja lahusti, osaleb enamikes keemilistes reaktsioonides, ainete liikumises, termoregulatsioonis, rakustruktuuride moodustamises ning määrab raku mahu ja elastsuse. Enamik aineid siseneb ja väljub kehast vesilahusena. Vee bioloogilise rolli määrab selle struktuuri eripära: selle molekulide polaarsus ja võime moodustada vesiniksidemeid, mille tõttu tekivad mitmest veemolekulist koosnevad kompleksid. Kui veemolekulide vaheline tõmbeenergia on väiksem kui vee ja aine molekulide vahel, lahustub see vees. Selliseid aineid nimetatakse hüdrofiilseteks (kreeka keelest "hydro" - vesi, "filee" - armastus). Need on paljud mineraalsoolad, valgud, süsivesikud jne. Kui veemolekulide vaheline tõmbeenergia on suurem kui veemolekulide ja aine vaheline tõmbeenergia, on sellised ained lahustumatud (või vähesel määral lahustuvad), neid nimetatakse hüdrofoobseteks ( kreeka keelest "phobos" - hirm) - rasvad, lipiidid jne.

Raku vesilahustes olevad mineraalsoolad dissotsieeruvad katioonideks ja anioonideks, tagades stabiilse koguse vajalikke keemilisi elemente ja osmootset rõhku. Katioonidest on olulisemad K +, Na +, Ca 2+, Mg +. Üksikute katioonide kontsentratsioon rakus ja rakuvälises keskkonnas ei ole sama. Elusrakus on K kontsentratsioon kõrge, Na + madal ja vereplasmas, vastupidi, Na + kontsentratsioon kõrge ja K + madal. See on tingitud membraanide selektiivsest läbilaskvusest. Ioonide kontsentratsiooni erinevus rakus ja keskkonnas tagab vee voolamise keskkonnast rakku ja vee omastamise taimede juurtega. Üksikute elementide - Fe, P, Mg, Co, Zn - puudumine blokeerib nukleiinhapete, hemoglobiini, valkude ja muude elutähtsate ainete moodustumist. olulised ained ja viib tõsiste haigusteni. Anioonid määravad pH-rakukeskkonna püsivuse (neutraalne ja kergelt aluseline). Anioonidest on olulisemad HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, Cl -, HCO 3 -

ORGAANILISED AINED

Orgaanilised ained kompleksis moodustavad umbes 20-30% raku koostisest.

Süsivesikud- orgaanilised ühendid, mis koosnevad süsinikust, vesinikust ja hapnikust. Need jagunevad lihtsateks - monosahhariidideks (kreeka keelest "monos" - üks) ja kompleksseteks polüsahhariidideks (kreeka keelest "poly" - palju).

Monosahhariidid(nende üldvalem on C n H 2n O n) - meeldiva magusa maitsega värvitud ained, mis lahustuvad vees hästi. Need erinevad süsinikuaatomite arvu poolest. Monosahhariididest on levinumad heksoosid (6 C-aatomiga): glükoos, fruktoos (leidub puuviljades, mesi, veri) ja galaktoos (leidub piimas). Pentoosidest (5 C-aatomiga) on levinumad riboos ja desoksüriboos, mis on osa nukleiinhapetest ja ATP-st.

Polüsahhariidid viitavad polümeeridele - ühenditele, milles sama monomeeri korratakse mitu korda. Polüsahhariidide monomeerid on monosahhariidid. Polüsahhariidid on vees lahustuvad ja paljudel on magus maitse. Neist kõige lihtsamad on disahhariidid, mis koosnevad kahest monosahhariidist. Näiteks sahharoos koosneb glükoosist ja fruktoosist; piimasuhkur - glükoosist ja galaktoosist. Monomeeride arvu suurenedes väheneb polüsahhariidide lahustuvus. Kõrgmolekulaarsetest polüsahhariididest on loomadel enim levinud glükogeen ning taimedes tärklis ja kiudained (tselluloos). Viimane koosneb 150-200 glükoosi molekulist.

Süsivesikud- peamine energiaallikas kõigi rakutegevuse vormide jaoks (liikumine, biosüntees, sekretsioon jne). Jaotades lihtsaimateks toodeteks CO 2 ja H 2 O, vabaneb 1 g süsivesikutest 17,6 kJ energiat. Süsivesikud täidavad taimedes ehitusfunktsiooni (nende kestad koosnevad tselluloosist) ja säilitusainete rolli (taimedes - tärklis, loomadel - glükogeen).

Lipiidid- Need on vees lahustumatud rasvataolised ained ja rasvad, mis koosnevad glütseroolist ja kõrgmolekulaarsetest rasvhapetest. Loomseid rasvu leidub piimas, lihas ja nahaaluskoes. Toatemperatuuril on need tahked ained. Taimedes leidub rasvu seemnetes, puuviljades ja muudes elundites. Toatemperatuuril on need vedelikud. Rasvalaadsed ained on keemilise struktuuri poolest sarnased rasvadele. Neid on palju munakollases, ajurakkudes ja muudes kudedes.

Lipiidide rolli määrab nende struktuurne funktsioon. Need moodustavad rakumembraane, mis oma hüdrofoobsuse tõttu takistavad raku sisu segunemist keskkond. Lipiidid täidavad energiafunktsiooni. CO 2 ja H 2 O lagunemisel vabaneb 1 g rasvast 38,9 kJ energiat. Nad juhivad soojust halvasti, kogunedes nahaaluskoesse (ja teistesse elunditesse ja kudedesse), täidavad kaitsefunktsiooni ja toimivad reservainetena.

Oravad- kõige spetsiifilisem ja keha jaoks olulisem. Need kuuluvad mitteperioodiliste polümeeride hulka. Erinevalt teistest polümeeridest koosnevad nende molekulid sarnastest, kuid mitteidentsetest monomeeridest – 20 erinevast aminohappest.

Igal aminohappel on oma nimi, eriline struktuur ja omadused. Nende üldvalemit saab esitada järgmiselt

Aminohappemolekul koosneb kindlast osast (radikaal R) ja osast, mis on kõigi aminohapete jaoks sama, sealhulgas aluseliste omadustega aminorühmast (-NH 2) ja happeliste omadustega karboksüülrühmast (COOH). Happeliste ja aluseliste rühmade olemasolu ühes molekulis määrab nende kõrge reaktsioonivõime. Nende rühmade kaudu ühendatakse aminohapped, moodustades polümeeri - valgu. Sel juhul vabaneb veemolekul ühe aminohappe aminorühmast ja teise karboksüülrühmast ning vabanenud elektronid ühendatakse, moodustades peptiidsideme. Seetõttu nimetatakse valke polüpeptiidideks.

Valgumolekul on mitmekümnest või sadadest aminohappest koosnev ahel.

Valgu molekulid on tohutu suurusega, mistõttu neid nimetatakse makromolekulideks. Valgud, nagu aminohapped, on väga reaktiivsed ja võivad reageerida hapete ja leelistega. Need erinevad koostise, koguse ja aminohapete järjestuse poolest (selliste 20 aminohappe kombinatsioonide arv on peaaegu lõpmatu). See seletab valkude mitmekesisust.

Valgumolekulide struktuuris on neli organiseerituse taset (59)

• Esmane struktuur- aminohapete polüpeptiidahel, mis on seotud kindlas järjestuses kovalentsete (tugevate) peptiidsidemetega.
• Sekundaarne struktuur- tihedaks spiraaliks keeratud polüpeptiidahel. Selles tekivad naaberpöörete (ja teiste aatomite) peptiidsidemete vahel madala tugevusega vesiniksidemed. Koos annavad nad üsna tugeva struktuuri.
• Tertsiaarne struktuur tähistab iga valgu jaoks veidrat, kuid spetsiifilist konfiguratsiooni – gloobulit. Seda hoiavad madala tugevusega hüdrofoobsed sidemed või kleepuvad jõud mittepolaarsete radikaalide vahel, mida leidub paljudes aminohapetes. Tänu oma rohkusele tagavad nad valgu makromolekuli piisava stabiilsuse ja selle liikuvuse. Valkude tertsiaarne struktuur säilib ka kovalentsete S-S (es-es) sidemete tõttu, mis tekivad väävlit sisaldava aminohappe - tsüsteiini - kaugete radikaalide vahel.
• Kvaternaarne struktuur ei ole tüüpiline kõigile valkudele. See tekib siis, kui mitmed valgu makromolekulid ühendavad komplekse. Näiteks inimese veres sisalduv hemoglobiin on selle valgu neljast makromolekulist koosnev kompleks.

Valgumolekulide struktuuri keerukus on seotud nendele biopolümeeridele omaste funktsioonide mitmekesisusega. Valgumolekulide struktuur sõltub aga keskkonna omadustest.

Valgu loomuliku struktuuri rikkumist nimetatakse denatureerimine. See võib tekkida kõrge temperatuuri mõjul, kemikaalid

, kiirgusenergia ja muud tegurid. Nõrga mõju korral laguneb ainult kvaternaarne struktuur, tugevama mõjuga tertsiaarne ja seejärel sekundaarne ning valk jääb primaarstruktuuri kujul - polüpeptiidahelaks See protsess on osaliselt pöörduv ja denatureeritud valk suudab taastada oma struktuuri.

Valkude roll raku elus on tohutu. Oravad - See ehitusmaterjal

Iga reaktsiooni katalüüsib oma spetsiifiline ensüüm. Sel juhul ei toimi mitte kogu ensüüm, vaid teatud piirkond - aktiivne keskus. See sobib aluspinna sisse nagu võti lukku. Ensüümid toimivad teatud keskkonna temperatuuri ja pH juures. Spetsiaalsed kontraktiilsed valgud tagavad rakkude motoorsed funktsioonid (lipuliste, ripsmete liikumine, lihaste kokkutõmbumine jne). Üksikud valgud (vere hemoglobiin) täidavad transpordifunktsiooni, tarnides hapnikku kõikidesse keha organitesse ja kudedesse. Spetsiifilised valgud - antikehad - täidavad kaitsefunktsiooni, neutraliseerides võõrkehi. Mõned valgud täidavad energiafunktsiooni. Lagunedes aminohapeteks ja seejärel veelgi lihtsamateks aineteks, vabaneb 1 g valku 17,6 kJ energiat.

Nukleiinhapped(ladina keelest "tuum" - tuum) avastati esmakordselt tuumas. Neid on kahte tüüpi - desoksüribonukleiinhapped(DNA) ja ribonukleiinhapped(RNA). Nende bioloogiline roll on suur, nad määravad valkude sünteesi ja päriliku teabe edasikandumise ühelt põlvkonnalt teisele.

DNA molekulil on keeruline struktuur. See koosneb kahest spiraalselt keeratud ketist. Topeltheeliksi laius on 2 nm 1, pikkus on mitukümmend ja isegi sadu mikromikroneid (sadu või tuhandeid kordi suurem kui suurim valgu molekul). DNA on polümeer, mille monomeerideks on nukleotiidid – ühendid, mis koosnevad fosforhappe molekulist, süsivesikust – desoksüriboosist ja lämmastikualusest. Nende üldvalem on järgmine:

Fosforhape ja süsivesikud on kõigis nukleotiidides ühesugused ning lämmastiku aluseid on nelja tüüpi: adeniin, guaniin, tsütosiin ja tümiin. Need määravad vastavate nukleotiidide nimed:

• adenüül (A),
• guanüül (G),
• tsütosüül (C),
• tümidüül (T).

Iga DNA ahel on polünukleotiid, mis koosneb mitmekümnest tuhandest nukleotiidist. Selles on naabernukleotiidid ühendatud tugeva kovalentse sidemega fosforhappe ja desoksüriboosi vahel.

Arvestades DNA molekulide tohutut suurust, võib nelja nukleotiidi kombinatsioon neis olla lõpmatult suur.

Kui moodustub DNA kaksikheeliks, on ühe ahela lämmastikualused paigutatud rangelt määratletud järjekorras teise lämmastikualuste vastas. Sel juhul on T alati A vastu ja ainult C on G vastu. See on seletatav asjaoluga, et A ja T, samuti G ja C vastavad üksteisele rangelt nagu kaks poolt purustatud klaas, ja on täiendavad või täiendavad(kreeka keelest "täiend" - lisamine) üksteisele. Kui nukleotiidide järjestus ühes DNA ahelas on teada, siis komplementaarsuse printsiipi kasutades on võimalik määrata teise ahela nukleotiidid (vt lisa, ülesanne 1). Komplementaarsed nukleotiidid ühendatakse vesiniksidemete abil.

A ja T vahel on kaks ühendust ning G ja C vahel kolm ühendust.

DNA molekuli dubleerimine – selle ainulaadne omadus, tagades päriliku teabe edastamise emarakust tütarrakkudesse. DNA kahekordistumise protsessi nimetatakse DNA reduplikatsioon. See viiakse läbi järgmiselt. Vahetult enne rakkude jagunemist rullub DNA molekul lahti ja selle kaksikahelad jagunevad ensüümi toimel ühest otsast kaheks sõltumatuks ahelaks. Raku vabade nukleotiidide mõlemale poolele ehitatakse komplementaarsuse põhimõtte kohaselt teine ​​ahel. Selle tulemusena ilmub ühe DNA molekuli asemel kaks täiesti identset molekuli.

RNA- polümeer, mis on oma struktuurilt sarnane ühe DNA ahelaga, kuid mõõtmetelt palju väiksem. RNA monomeerid on nukleotiidid, mis koosnevad fosforhappest, süsivesikutest (riboosist) ja lämmastiku alusest. RNA kolm lämmastikualust – adeniin, guaniin ja tsütosiin – vastavad DNA omadele, kuid neljas on erinev. Tümiini asemel sisaldab RNA uratsiili. RNA polümeeri moodustumine toimub läbi kovalentsed sidemed riboosi ja naabernukleotiidide fosforhappe vahel. Tuntud on kolme RNA tüüpi: sõnumitooja RNA(i-RNA) edastab DNA molekulilt informatsiooni valgu struktuuri kohta; RNA ülekandmine(tRNA) transpordib aminohappeid valgusünteesi kohta; ribosomaalne RNA (r-RNA) sisaldub ribosoomides ja osaleb valkude sünteesis.

ATP- adenosiintrifosforhape on oluline orgaaniline ühend. Selle struktuur on nukleotiid. See koosneb lämmastikalusest adeniinist, süsivesikute riboosist ja kolmest fosforhappe molekulist. ATP on ebastabiilne struktuur, ensüümi mõjul katkeb side “P” ja “O” vahel, fosforhappe molekul jaguneb ja ATP läheb

Nagu teate, võib kõik ained jagada kahte suurde kategooriasse - mineraalsed ja orgaanilised. Võite tuua suure hulga anorgaaniliste või mineraalsete ainete näiteid: sool, sooda, kaalium. Kuid mis tüüpi ühendused kuuluvad teise kategooriasse? Orgaanilisi aineid leidub igas elusorganismis.

Oravad

Orgaaniliste ainete kõige olulisem näide on valgud. Need sisaldavad lämmastikku, vesinikku ja hapnikku. Lisaks nendele võib mõnes proteiinis mõnikord leida ka väävliaatomeid.

Valgud on ühed olulisemad orgaanilised ühendid ja neid leidub looduses kõige sagedamini. Erinevalt teistest ühenditest on valkudel mõned iseloomulikud tunnused. Nende peamine omadus on nende tohutu molekulmass. Näiteks alkoholi aatomi molekulmass on 46, benseen 78 ja hemoglobiin 152 000 Võrreldes teiste ainete molekulidega on valgud tõelised hiiglased, mis sisaldavad tuhandeid aatomeid. Mõnikord nimetavad bioloogid neid makromolekulideks.

Valgud on kõige keerulisemad orgaanilised ehitised. Need kuuluvad polümeeride klassi. Kui uurida polümeeri molekuli mikroskoobi all, on näha, et tegemist on lihtsamatest struktuuridest koosneva ahelaga. Neid nimetatakse monomeerideks ja neid korratakse polümeerides mitu korda.

Lisaks valkudele on suur hulk polümeere - kumm, tselluloos, aga ka tavaline tärklis. Samuti on paljud polümeerid loodud inimkätega - nailon, lavsan, polüetüleen.

Valkude moodustumine

Kuidas valgud moodustuvad? Need on näide orgaanilistest ainetest, mille koostis elusorganismides määratakse geneetiline kood. Nende sünteesil kasutatakse enamikul juhtudel erinevaid 20 aminohappe kombinatsioone.

Samuti võivad uued aminohapped tekkida juba siis, kui valk hakkab rakus funktsioneerima. Kuid see sisaldab ainult alfa-aminohappeid. Kirjeldatava aine primaarse struktuuri määrab aminohappejääkide järjestus. Ja enamasti keeratakse valgu moodustumisel polüpeptiidahel spiraaliks, mille pöörded paiknevad lähestikku. Hariduse tulemusena vesinikuühendid sellel on üsna tugev struktuur.

Video teemal

Rasvad

Teine näide orgaanilistest ainetest on rasvad. Inimene teab mitut tüüpi rasvu: võid, veiseliha ja kalaõli, taimeõlid. Rasvad moodustuvad suurtes kogustes taimede seemnetes. Kui asetada kooritud päevalilleseemne paberilehele ja vajutada see alla, jääb lehele õline plekk.

Süsivesikud

Süsivesikud pole eluslooduses vähem tähtsad. Neid leidub kõigis taimeorganites. Süsivesikute klass sisaldab suhkrut, tärklist ja kiudaineid. Kartulimugulad ja banaani viljad on nende poolest rikkad. Tärklist on kartulis väga lihtne tuvastada. Joodiga reageerides muutub see süsivesik värviliseks sinine. Saate seda kontrollida, tilgutades lõigatud kartulile veidi joodi.

Suhkruid on ka lihtne tuvastada – need kõik maitsevad magusalt. Paljusid sellesse klassi kuuluvaid süsivesikuid leidub viinamarjade, arbuuside, melonite ja õunapuude viljades. Need on näited orgaanilistest ainetest, mida toodetakse samuti kunstlikud tingimused. Näiteks suhkrut ekstraheeritakse suhkruroost.

Kuidas tekivad looduses süsivesikud? Kõige rohkem lihtne näide on fotosünteesi protsess. Süsivesikud on orgaanilised ained, mis sisaldavad mitme süsinikuaatomi ahelat. Need sisaldavad ka mitmeid hüdroksüülrühmi. Fotosünteesi käigus suhkur anorgaanilised ained moodustub süsinikmonooksiidist ja väävlist.

Fiber

Teine näide orgaanilisest ainest on kiudained. Suurem osa sellest leidub puuvillaseemnetes, aga ka taimevartes ja nende lehtedes. Kiud koosneb lineaarsetest polümeeridest, selle molekulmass on vahemikus 500 tuhat kuni 2 miljonit.

IN puhtal kujul see on aine, millel puudub lõhn, maitse ja värv. Seda kasutatakse fotofilmide, tsellofaani ja lõhkeainete valmistamisel. Kiudaineid inimorganism ei omasta, kuid on vajalik osa toidust, kuna stimuleerib mao ja soolte tööd.

Orgaanilised ja anorgaanilised ained

Orgaaniliste ja anorgaaniliste ainete tekke kohta on palju näiteid. Viimased pärinevad alati mineraalidest – elututest looduslikest kehadest, mis tekivad maa sügavustes. Neid leidub ka erinevates kivimites.

Looduslikes tingimustes tekivad mineraalide ehk orgaaniliste ainete hävimisel anorgaanilised ained. Seevastu mineraalidest tekivad pidevalt orgaanilised ained. Näiteks taimed imavad vett koos selles lahustunud ühenditega, mis seejärel liiguvad ühest kategooriast teise. Elusorganismid kasutavad toitumiseks peamiselt orgaanilisi aineid.

Mitmekesisuse põhjused

Tihti peavad koolilapsed või üliõpilased vastama küsimusele, mis on orgaaniliste ainete mitmekesisuse põhjused. Peamine tegur on see, et süsinikuaatomid on omavahel ühendatud, kasutades kahte tüüpi sidemeid – lihtsaid ja mitmekordseid. Nad võivad moodustada ka ahelaid. Teine põhjus on orgaanilises aines sisalduvate erinevate keemiliste elementide mitmekesisus. Lisaks on mitmekesisus tingitud ka allotroopiast – sama elemendi olemasolust erinevates ühendites.

Kuidas tekivad anorgaanilised ained? Looduslikke ja sünteetilisi orgaanilisi aineid ning nende näiteid õpitakse nii gümnaasiumis kui ka erialakõrgkoolis. õppeasutused. Anorgaaniliste ainete teke ei ole nii keeruline protsess kui valkude või süsivesikute teke. Näiteks on inimesed soodajärvedest soodat ammutanud juba ammusest ajast. 1791. aastal tegi keemik Nicolas Leblanc ettepaneku sünteesida see laboris kriidi, soola ja väävelhappe abil. Kunagi oli tänapäeval kõigile tuttav sooda üsna kallis toode. Katse läbiviimiseks oli vaja lauasool kaltsineerida koos happega ja seejärel kaltsineerida saadud sulfaat koos lubjakivi ja söega.

Teine näide anorgaanilistest ainetest on kaaliumpermanganaat ehk kaaliumpermanganaat. Seda ainet saadakse tööstuslikult. Moodustamisprotsess koosneb kaaliumhüdroksiidi lahuse ja mangaananoodi elektrolüüsist. Sellisel juhul lahustub anood järk-järgult, moodustades lahuse lilla- see on tuntud kaaliumpermanganaat.

On mitmeid määratlusi selle kohta, mis on orgaanilised ained ja kuidas need erinevad teisest ühendite rühmast - anorgaanilistest. Üks levinumaid selgitusi pärineb nimetusest "süsivesinikud". Tõepoolest, kõigi orgaaniliste molekulide keskmes on süsinikuaatomite ahelad, mis on seotud vesinikuga. On ka teisi elemente, mida nimetatakse orgaanilisteks.

Orgaaniline keemia enne uurea avastamist

Juba iidsetest aegadest on inimesed kasutanud palju looduslikke aineid ja mineraale: väävlit, kulda, raua- ja vasemaak, lauasool. Kogu teaduse eksisteerimise ajal - iidsetest aegadest kuni esimeseni 19. sajandi pool sajandeid – teadlased ei suutnud tõestada seost elava ja eluta looduse vahel mikroskoopilise struktuuri (aatomid, molekulid) tasandil. Usuti, et orgaanilised ained võlgnevad oma välimuse müütilisele elujõule – vitalismile. Inimese "homunculuse" kasvatamise võimalusest levis müüt. Selleks oli vaja erinevaid jääkaineid tünni panna, oodata teatud aeg kuni elujõud sünnib.

Purustava hoobi vitalismile andis Welleri töö, kes sünteesis anorgaanilistest komponentidest orgaanilise aine uurea. Nii tõestati, et elujõudu pole olemas, loodus on üks, organismid ja anorgaanilised ühendid tekivad samade elementide aatomitest. Karbamiidi koostis oli teada juba enne Welleri tööd, ei olnud neil aastatel selle ühendi uurimine keeruline. Märkimisväärne oli juba fakt, et ainevahetusele iseloomulik aine saadi väljaspool looma või inimese keha.

A. M. Butlerovi teooria

Vene keemikute koolkonna roll orgaanilisi aineid uuriva teaduse arengus on suur. Terved ajastud orgaanilise sünteesi arengus on seotud Butlerovi, Markovnikovi, Zelinski ja Lebedevi nimedega. Ühendite struktuuri teooria rajaja on A. M. Butlerov. Kuulus keemik 60ndatel aasta XIX sajandil, selgitas orgaaniliste ainete koostist, nende struktuuri mitmekesisuse põhjuseid ning paljastas seose, mis eksisteerib ainete koostise, struktuuri ja omaduste vahel.

Butlerovi järelduste põhjal oli võimalik mitte ainult süstematiseerida teadmisi juba olemasolevate orgaaniliste ühendite kohta. Sai võimalikuks ennustada omadusi veel mitte teadusele teada aineid, luua tehnoloogilisi skeeme nende tootmiseks tööstuslikes tingimustes. Paljud juhtivate orgaaniliste keemikute ideed realiseeruvad täna täielikult.

Süsivesinike oksüdeerimisel tekivad uued orgaanilised ained – teiste klasside esindajad (aldehüüdid, ketoonid, alkoholid, karboksüülhapped). Näiteks kasutatakse äädikhappe tootmiseks suures koguses atsetüleeni. Osa sellest reaktsiooniproduktist kulub seejärel sünteetiliste kiudude tootmiseks. Happelahust (9% ja 6%) leidub igas kodus - see on tavaline äädikas. Orgaaniliste ainete oksüdeerimine on aluseks väga suur hulk tööstusliku, põllumajandusliku ja meditsiinilise tähtsusega ühendid.

Aromaatsed süsivesinikud

Aromaatsus orgaaniliste ainete molekulides on ühe või mitme benseeni tuuma olemasolu. 6 süsinikuaatomist koosnev ahel sulgub tsükliks, sinna tekib konjugeeritud side, mistõttu ei ole selliste süsivesinike omadused sarnased teiste süsivesinikega.

Aromaatsetel süsivesinikel (või areenidel) on tohutu praktiline tähtsus. Paljusid neist kasutatakse laialdaselt: benseen, tolueen, ksüleen. Neid kasutatakse lahustite ja toorainena ravimite, värvainete, kummi, kummi ja muude orgaanilise sünteesi toodete tootmiseks.

Hapnikku sisaldavad ühendid

Kaasas suur grupp orgaanilised ained sisaldavad hapnikuaatomeid. Nad on osa molekuli kõige aktiivsemast osast, selle funktsionaalsest rühmast. Alkoholid sisaldavad ühte või mitut hüdroksüülrühma -OH. Alkoholide näited: metanool, etanool, glütseriin. Karboksüülhapped sisaldavad veel ühte funktsionaalset osakest – karboksüüli (-COOOH).

Teised hapnikku sisaldavad orgaanilised ühendid on aldehüüdid ja ketoonid. Karboksüülhappeid, alkohole ja aldehüüde leidub suurtes kogustes erinevates taimeorganites. Need võivad olla looduslike toodete (äädikhape, etüülalkohol, mentool) saamise allikad.

Rasvad on karboksüülhapete ja kolmehüdroksüülse alkoholi glütserooli ühendid. Lisaks alkoholidele ja lineaarsetele hapetele on benseenitsükli ja funktsionaalrühmaga orgaanilisi ühendeid. Aromaatsete alkoholide näited: fenool, tolueen.

Süsivesikud

Keha olulisemad orgaanilised ained, millest rakud moodustavad, on valgud, ensüümid, nukleiinhapped, süsivesikud ja rasvad (lipiidid). Lihtsaid süsivesikuid – monosahhariide – leidub rakkudes riboosi, desoksüriboosi, fruktoosi ja glükoosi kujul. Selle lühikese nimekirja viimane süsivesik on rakkude peamine metaboolne aine. Riboos ja desoksüriboos on ribonukleiin- ja desoksüribonukleiinhapete (RNA ja DNA) komponendid.

Glükoosi molekulide lagunemisel vabaneb eluks vajalik energia. Esiteks talletatakse seda teatud tüüpi energiakandja - adenosiintrifosforhappe (ATP) moodustumisel. Seda ainet transporditakse veres ja viiakse kudedesse ja rakkudesse. Kolme fosforhappejäägi järjestikuse eemaldamisega adenosiinist vabaneb energia.

Rasvad

Lipiidid on elusorganismide ained, millel on spetsiifilised omadused. Need ei lahustu vees ja on hüdrofoobsed osakesed. Sellesse klassi kuuluvate ainete poolest on eriti rikkad mõnede taimede seemned ja viljad, närvikude, maks, neerud ning loomade ja inimeste veri.

Inimeste ja loomade nahk sisaldab palju väikeseid rasunäärmeid. Nende eritatav sekreet tuuakse keha pinnale, määrib seda, kaitseb niiskuse kadumise ja mikroobide tungimise eest. Nahaaluse rasvkoe kiht kaitseb siseorganeid kahjustuste eest ja toimib varuainena.

Oravad

Valgud moodustavad üle poole kõigist rakus leiduvatest orgaanilistest ainetest, mõnes kudedes ulatub nende sisaldus 80%-ni. Igat tüüpi valke iseloomustab suur molekulmass ning primaarsete, sekundaarsete, tertsiaarsete ja kvaternaarsete struktuuride olemasolu. Kuumutamisel need hävivad – toimub denaturatsioon. Esmane struktuur on mikrokosmose jaoks tohutu aminohapete ahel. Loomade ja inimeste seedesüsteemi spetsiaalsete ensüümide toimel laguneb valgu makromolekul oma osadeks. Nad sisenevad rakkudesse, kus toimub orgaaniliste ainete süntees – muud igale elusolendile omased valgud.

Ensüümid ja nende roll

Reaktsioonid rakus kulgevad kiirusega, mida on tööstuslikes tingimustes raske saavutada tänu katalüsaatoritele – ensüümidele. On ensüüme, mis toimivad ainult valkudele – lipaasid. Tärklise hüdrolüüs toimub amülaasi osalusel. Lipaase on vaja rasvade lagundamiseks nende koostisosadeks. Ensüümidega seotud protsessid toimuvad kõigis elusorganismides. Kui inimese rakkudes ei ole ühtegi ensüümi, mõjutab see tema ainevahetust ja üldist tervist.

Nukleiinhapped

Esmakordselt avastatud ja raku tuumadest eraldatud ained täidavad pärilike tunnuste edasikandmise funktsiooni. Peamine kogus DNA-st sisaldub kromosoomides ja RNA molekulid asuvad tsütoplasmas. DNA dubleerimisel (kahekordistumisel) muutub võimalikuks päriliku teabe ülekandmine sugurakkudele - sugurakkudele. Nende ühinemisel saab uus organism oma vanematelt geneetilise materjali.