Den vidunderlige verden af organiske stoffer. Organisk stof: eksempler

Alle stoffer kan som bekendt opdeles i to store kategorier - mineralske og organiske. Du kan give en lang række eksempler på uorganiske eller mineralske stoffer: salt, sodavand, kalium. Men hvilke typer forbindelser falder ind under den anden kategori? Organiske stoffer er til stede i enhver levende organisme.

Egern

Det vigtigste eksempel på organiske stoffer er proteiner. De indeholder nitrogen, brint og ilt. Ud over disse kan der nogle gange også findes svovlatomer i nogle proteiner.

Proteiner er blandt de vigtigste organiske forbindelser og er de mest almindeligt forekommende i naturen. I modsætning til andre forbindelser har proteiner visse karakteristiske træk. Deres vigtigste egenskab er deres enorme molekylvægt. For eksempel er molekylvægten af et alkoholatom 46, benzen er 78, og hæmoglobin er 152.000. Sammenlignet med andre stoffers molekyler er proteiner rigtige kæmper, der indeholder tusindvis af atomer. Nogle gange kalder biologer dem for makromolekyler.

Proteiner er de mest komplekse af alle organiske strukturer. De tilhører klassen af polymerer. Hvis man undersøger et polymermolekyle under et mikroskop, kan man se, at det er en kæde bestående af enklere strukturer. De kaldes monomerer og gentages mange gange i polymerer.

Ud over proteiner er der et stort antal polymerer - gummi, cellulose såvel som almindelig stivelse. Også mange polymerer blev skabt af menneskelige hænder - nylon, lavsan, polyethylen.

Proteindannelse

Hvordan dannes proteiner? De er et eksempel på organiske stoffer, hvis sammensætning i levende organismer er bestemt af den genetiske kode. I deres syntese anvendes i langt de fleste tilfælde forskellige kombinationer

Også nye aminosyrer kan dannes allerede, når proteinet begynder at fungere i cellen. Det indeholder dog kun alfa-aminosyrer. Den primære struktur af det stof, der beskrives, er bestemt af sekvensen af aminosyrerester. Og i de fleste tilfælde, når et protein dannes, snoes polypeptidkæden i en spiral, hvis drejninger er placeret tæt på hinanden. Som et resultat af dannelsen af brintforbindelser har det en ret stærk struktur.

Fedtstoffer

Et andet eksempel på organiske stoffer er fedtstoffer. Mennesket kender mange typer fedtstoffer: smør, oksekød og fiskeolie, vegetabilske olier. Fedtstoffer dannes i store mængder i plantefrø. Hvis du lægger et skrællet solsikkefrø på et ark papir og trykker det ned, forbliver en olieagtig plet på arket.

Kulhydrater

Kulhydrater er ikke mindre vigtige i den levende natur. De findes i alle planteorganer. Kulhydratklassen omfatter sukker, stivelse og fibre. Kartoffelknolde og bananfrugter er rige på dem. Det er meget nemt at påvise stivelse i kartofler. Når det reagerer med jod, bliver dette kulhydrat blåt. Du kan bekræfte dette ved at dryppe lidt jod på en skåret kartoffel.

Sukker er også nemt at opdage – de smager alle sødt. Mange kulhydrater af denne klasse findes i frugterne af druer, vandmeloner, meloner og æbler. De er eksempler på organiske stoffer, der også produceres under kunstige forhold. For eksempel udvindes sukker fra sukkerrør.

Hvordan dannes kulhydrater i naturen? Det enkleste eksempel er processen med fotosyntese. Kulhydrater er organiske stoffer, der indeholder en kæde af flere kulstofatomer. De indeholder også flere hydroxylgrupper. Under fotosyntesen dannes uorganisk sukker af kulilte og svovl.

Cellulose

Et andet eksempel på organisk materiale er fiber. Det meste af det findes i bomuldsfrø, såvel som plantestængler og deres blade. Fiber består af lineære polymerer, dens molekylvægt varierer fra 500 tusind til 2 millioner.

I sin rene form er det et stof, der hverken har lugt, smag eller farve. Det bruges til fremstilling af fotografisk film, cellofan og sprængstoffer. Fiber optages ikke af menneskekroppen, men er en nødvendig del af kosten, da det stimulerer mavens og tarmens funktion.

Organiske og uorganiske stoffer

Vi kan give mange eksempler på dannelsen af organiske og sekundære, der altid stammer fra mineraler - ikke-levende, der er dannet i jordens dyb. De findes også i forskellige klipper.

Under naturlige forhold dannes uorganiske stoffer under ødelæggelse af mineraler eller organiske stoffer. Til gengæld dannes der konstant organiske stoffer af mineraler. For eksempel absorberer planter vand med forbindelser opløst i det, som efterfølgende flytter fra en kategori til en anden. Levende organismer bruger hovedsageligt organiske stoffer til ernæring.

Årsager til mangfoldighed

Ofte skal skolebørn eller elever besvare spørgsmålet om, hvad der er årsagerne til mangfoldigheden af organiske stoffer. Hovedfaktoren er, at kulstofatomer er forbundet med hinanden ved hjælp af to typer bindinger - simple og multiple. De kan også danne kæder. En anden grund er de mange forskellige kemiske grundstoffer, der indgår i organisk stof. Derudover skyldes diversitet også allotropi - fænomenet med eksistensen af det samme element i forskellige forbindelser.

Hvordan dannes uorganiske stoffer? Naturlige og syntetiske organiske stoffer og deres eksempler studeres både i gymnasiet og i specialiserede videregående uddannelsesinstitutioner. Dannelsen af uorganiske stoffer er ikke en så kompleks proces som dannelsen af proteiner eller kulhydrater. For eksempel har folk udvundet sodavand fra sodavandssøer siden umindelige tider. I 1791 foreslog kemiker Nicolas Leblanc at syntetisere det i laboratoriet ved hjælp af kridt, salt og svovlsyre. Engang var sodavand, som er kendt for alle i dag, et ret dyrt produkt. For at udføre forsøget var det nødvendigt at kalcinere bordsalt sammen med syre og derefter kalcinere det resulterende sulfat sammen med kalksten og trækul.

En anden er kaliumpermanganat eller kaliumpermanganat. Dette stof opnås industrielt. Dannelsesprocessen består af elektrolyse af en opløsning af kaliumhydroxid og en mangananode. I dette tilfælde opløses anoden gradvist for at danne en lilla opløsning - dette er det velkendte kaliumpermanganat.

I historien om udviklingen af organisk kemi skelnes der mellem to perioder: empirisk (fra midten af det 17. til slutningen af det 18. århundrede), hvor viden om organiske stoffer, metoder til isolering og bearbejdning fandt sted eksperimentelt, og analytisk. (slutningen af det 18. - midten af det 19. århundrede), forbundet med fremkomsten af metoder til at etablere sammensætning af organiske stoffer. I analyseperioden blev det konstateret, at alle organiske stoffer indeholder kulstof. Blandt andre grundstoffer, der udgør organiske forbindelser, blev brint, nitrogen, svovl, ilt og fosfor opdaget.

Af stor betydning i historien om organisk kemi er den strukturelle periode (anden halvdel af det 19. - tidlige 20. århundrede), præget af fødslen af den videnskabelige teori om strukturen af organiske forbindelser, hvis grundlægger var A.M. Butlerov.

Grundlæggende principper for teorien om strukturen af organiske forbindelser:

atomer i molekyler er forbundet med hinanden i en bestemt rækkefølge ved kemiske bindinger i overensstemmelse med deres valens. Kulstof i alle organiske forbindelser er tetravalent;
stoffernes egenskaber afhænger ikke kun af deres kvalitative og kvantitative sammensætning, men også af rækkefølgen af forbindelse af atomer;
atomerne i et molekyle påvirker hinanden gensidigt.

Rækkefølgen af forbindelsen af atomer i et molekyle er beskrevet af en strukturel formel, hvor kemiske bindinger er repræsenteret af bindestreger.

Karakteristiske egenskaber for organiske stoffer

Der er flere vigtige egenskaber, der adskiller organiske forbindelser i en separat, unik klasse af kemiske forbindelser:

Organiske forbindelser er normalt gasser, væsker eller lavtsmeltende faste stoffer, i modsætning til uorganiske forbindelser, som for det meste er faste stoffer med et højt smeltepunkt.
Organiske forbindelser er for det meste struktureret kovalent, mens uorganiske forbindelser er struktureret ionisk.
Den forskellige topologi af dannelsen af bindinger mellem atomer, der danner organiske forbindelser (primært carbonatomer), fører til fremkomsten af isomerer - forbindelser, der har samme sammensætning og molekylvægt, men har forskellige fysisk-kemiske egenskaber. Dette fænomen kaldes isomerisme.
Fænomenet homologi er eksistensen af serier af organiske forbindelser, hvor formlen for alle to naboer af serien (homologer) adskiller sig fra den samme gruppe - den homologiske forskel CH 2. Organisk stof brænder.

Klassificering af organiske stoffer

Klassificeringen er baseret på to vigtige egenskaber - kulstofskelettets struktur og tilstedeværelsen af funktionelle grupper i molekylet.

I molekyler af organiske stoffer kombineres kulstofatomer med hinanden og danner de såkaldte. kulstofskelet eller kæde. Kæder kan være åbne og lukkede (cykliske), åbne kæder kan være uforgrenede (normale) og forgrenede:

Baseret på strukturen af kulstofskelettet er de opdelt i:

- alicykliske organiske stoffer med en åben kulstofkæde, både forgrenede og uforgrenede. For eksempel,

CH3-CH2-CH2-CH3 (butan)

CH 3 -CH (CH 3) -CH 3 (isobutan)

- carbocykliske organiske stoffer, hvor kulstofkæden er lukket i et kredsløb (ring). For eksempel,

- heterocykliske organiske forbindelser, der i kredsløbet ikke kun indeholder carbonatomer, men også atomer af andre grundstoffer, oftest nitrogen, oxygen eller svovl:

En funktionel gruppe er et atom eller en gruppe af ikke-carbonhydridatomer, der bestemmer, om en forbindelse tilhører en bestemt klasse. Tegnet, hvormed et organisk stof klassificeres i en eller anden klasse, er karakteren af den funktionelle gruppe (tabel 1).

Tabel 1. Funktionelle grupper og klasser.

Forbindelser kan indeholde mere end én funktionel gruppe. Hvis disse grupper er ens, så kaldes forbindelserne polyfunktionelle, for eksempel chloroform, glycerol. Forbindelser, der indeholder forskellige funktionelle grupper, kaldes heterofunktionelle; de kan samtidigt klassificeres i flere klasser af forbindelser, for eksempel kan mælkesyre betragtes som både en carboxylsyre og en alkohol, og colamin kan betragtes som en amin og en alkohol.

Sammensætningen af en levende celle omfatter de samme kemiske elementer, som er en del af den livløse natur. Af de 104 grundstoffer i D. I. Mendeleevs periodiske system blev 60 fundet i celler.

De er opdelt i tre grupper:

hovedelementerne er oxygen, kulstof, brint og nitrogen (98% af cellesammensætningen);
elementer, der udgør tiendedele og hundrededele af en procent - kalium, phosphor, svovl, magnesium, jern, klor, calcium, natrium (i alt 1,9%);
alle andre grundstoffer til stede i endnu mindre mængder er mikroelementer.

Den molekylære sammensætning af en celle er kompleks og heterogen. Individuelle forbindelser - vand og mineralsalte - findes også i den livløse natur; andre - organiske forbindelser: kulhydrater, fedtstoffer, proteiner, nukleinsyrer osv. - er kun karakteristiske for levende organismer.

UORGANISKE STOFFER

Vand udgør omkring 80 % af cellens masse; i unge hurtigtvoksende celler - op til 95%, i gamle celler - 60%.

Vandets rolle i cellen er stor.

Det er hovedmediet og opløsningsmidlet, deltager i de fleste kemiske reaktioner, bevægelse af stoffer, termoregulering, dannelsen af cellulære strukturer og bestemmer cellens volumen og elasticitet. De fleste stoffer kommer ind og ud af kroppen i en vandig opløsning. Vands biologiske rolle bestemmes af specificiteten af dets struktur: polariteten af dets molekyler og evnen til at danne hydrogenbindinger, på grund af hvilke komplekser af flere vandmolekyler opstår. Hvis tiltrækningsenergien mellem vandmolekyler er mindre end mellem vandmolekylerne og et stof, opløses den i vand. Sådanne stoffer kaldes hydrofile (fra græsk "hydro" - vand, "filet" - kærlighed). Disse er mange mineralsalte, proteiner, kulhydrater osv. Hvis tiltrækningsenergien mellem vandmolekyler er større end tiltrækningsenergien mellem vandmolekyler og et stof, er sådanne stoffer uopløselige (eller svagt opløselige), de kaldes hydrofobe ( fra det græske "phobos" - frygt) - fedtstoffer, lipider osv.

Mineralsalte i vandige celleopløsninger dissocieres til kationer og anioner, hvilket giver en stabil mængde nødvendige kemiske elementer og osmotisk tryk. Af kationerne er de vigtigste K+, Na+, Ca 2+, Mg+. Koncentrationen af individuelle kationer i cellen og i det ekstracellulære miljø er ikke den samme. I en levende celle er koncentrationen af K høj, Na + lav, og i blodplasmaet er koncentrationen af Na + tværtimod høj og K + lav. Dette skyldes den selektive permeabilitet af membraner. Forskellen i koncentrationen af ioner i cellen og miljøet sikrer strømmen af vand fra miljøet ind i cellen og optagelsen af vand af planternes rødder. Manglen på individuelle elementer - Fe, P, Mg, Co, Zn - blokerer dannelsen af nukleinsyrer, hæmoglobin, proteiner og andre vitale stoffer og fører til alvorlige sygdomme. Anioner bestemmer konstanten af det pH-cellulære miljø (neutralt og let alkalisk). Af anionerne er de vigtigste HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, Cl -, HCO 3 -

ORGANISKE STOFFER

Organiske stoffer i komplekset udgør omkring 20-30% af cellesammensætningen.

Kulhydrater- organiske forbindelser bestående af kulstof, brint og oxygen. De er opdelt i simple - monosaccharider (fra det græske "monos" - en) og komplekse - polysaccharider (fra det græske "poly" - mange).

Monosaccharider(deres generelle formel er C n H 2n O n) - farveløse stoffer med en behagelig sød smag, meget opløselige i vand. De adskiller sig i antallet af kulstofatomer. Af monosacchariderne er de mest almindelige hexoser (med 6 C-atomer): glucose, fruktose (findes i frugter, honning, blod) og galactose (findes i mælk). Af pentoserne (med 5 C-atomer) er de mest almindelige ribose og deoxyribose, som indgår i nukleinsyrer og ATP.

Polysaccharider refererer til polymerer - forbindelser, hvor den samme monomer gentages mange gange. Monomererne af polysaccharider er monosaccharider. Polysaccharider er vandopløselige og mange har en sød smag. Af disse er de enkleste disaccharider, bestående af to monosaccharider. For eksempel består saccharose af glucose og fructose; mælkesukker - fra glukose og galactose. Når antallet af monomerer stiger, falder opløseligheden af polysaccharider. Af de højmolekylære polysaccharider er glykogen det mest almindelige hos dyr, og stivelse og fibre (cellulose) i planter. Sidstnævnte består af 150-200 glukosemolekyler.

Kulhydrater- den vigtigste energikilde for alle former for cellulær aktivitet (bevægelse, biosyntese, sekretion osv.). Ved at nedbryde til de enkleste produkter CO 2 og H 2 O frigiver 1 g kulhydrat 17,6 kJ energi. Kulhydrater udfører en konstruktionsfunktion i planter (deres skaller består af cellulose) og rollen som lagringsstoffer (i planter - stivelse, i dyr - glykogen).

Lipider- Det er vanduopløselige fedtlignende stoffer og fedtstoffer, bestående af glycerol og højmolekylære fedtsyrer. Animalsk fedt findes i mælk, kød og subkutant væv. Ved stuetemperatur er de faste stoffer. I planter findes fedtstoffer i frø, frugter og andre organer. Ved stuetemperatur er de væsker. Fedtlignende stoffer ligner i kemisk struktur fedtstoffer. Der er mange af dem i blommen i æg, hjerneceller og andet væv.

Lipidernes rolle er bestemt af deres strukturelle funktion. De udgør cellemembraner, som på grund af deres hydrofobicitet forhindrer blanding af celleindhold med miljøet. Lipider udfører en energifunktion. Ved nedbrydning til CO 2 og H 2 O frigiver 1 g fedt 38,9 kJ energi. De leder varme dårligt, akkumuleres i det subkutane væv (og andre organer og væv), og udfører en beskyttende funktion og tjener som reservestoffer.

Egern- det mest specifikke og vigtige for kroppen. De tilhører ikke-periodiske polymerer. I modsætning til andre polymerer består deres molekyler af lignende, men ikke-identiske monomerer - 20 forskellige aminosyrer.

Hver aminosyre har sit eget navn, særlige struktur og egenskaber. Deres generelle formel kan repræsenteres som følger

Et aminosyremolekyle består af en specifik del (radikal R) og en del, der er ens for alle aminosyrer, herunder en aminogruppe (- NH 2) med basiske egenskaber, og en carboxylgruppe (COOH) med sure egenskaber. Tilstedeværelsen af sure og basiske grupper i et molekyle bestemmer deres høje reaktivitet. Gennem disse grupper kombineres aminosyrer for at danne en polymer - protein. I dette tilfælde frigives et vandmolekyle fra aminogruppen i en aminosyre og carboxyl i en anden, og de frigivne elektroner kombineres for at danne en peptidbinding. Derfor kaldes proteiner polypeptider.

Et proteinmolekyle er en kæde af flere tiere eller hundreder af aminosyrer.

Proteinmolekyler er enorme i størrelse, hvorfor de kaldes makromolekyler. Proteiner er ligesom aminosyrer meget reaktive og kan reagere med syrer og baser. De adskiller sig i sammensætning, mængde og sekvens af aminosyrer (antallet af sådanne kombinationer af 20 aminosyrer er næsten uendeligt). Dette forklarer mangfoldigheden af proteiner.

Der er fire niveauer af organisation i strukturen af proteinmolekyler (59)

Primær struktur- en polypeptidkæde af aminosyrer forbundet i en bestemt sekvens af kovalente (stærke) peptidbindinger.
Sekundær struktur- en polypeptidkæde snoet til en tæt spiral. I den opstår lavstyrke hydrogenbindinger mellem peptidbindingerne i nabosving (og andre atomer). Tilsammen giver de en ret stærk struktur.
Tertiær struktur repræsenterer en bizar, men specifik konfiguration for hvert protein - en kugle. Det holdes af lavstyrke hydrofobe bindinger eller kohæsionskræfter mellem ikke-polære radikaler, som findes i mange aminosyrer. På grund af deres overflod giver de tilstrækkelig stabilitet af proteinmakromolekylet og dets mobilitet. Den tertiære struktur af proteiner opretholdes også på grund af kovalente S - S (es - es) bindinger, der opstår mellem fjerne radikaler af den svovlholdige aminosyre - cystein.
Kvartær struktur ikke typisk for alle proteiner. Det opstår, når flere proteinmakromolekyler kombineres for at danne komplekser. For eksempel er hæmoglobin i humant blod et kompleks af fire makromolekyler af dette protein.

Denne kompleksitet af strukturen af proteinmolekyler er forbundet med mangfoldigheden af funktioner, der er iboende i disse biopolymerer. Strukturen af proteinmolekyler afhænger dog af miljøets egenskaber.

Krænkelse af den naturlige struktur af et protein kaldes denaturering. Det kan forekomme under påvirkning af varme, kemikalier, strålingsenergi og andre faktorer. Med en svag påvirkning desintegrerer kun den kvaternære struktur, med en stærkere - den tertiære, og derefter den sekundære, og proteinet forbliver i form af en primær struktur - en polypeptidkæde. Denne proces er delvist reversibel, og det denaturerede protein er i stand til at genoprette sin struktur.

Proteinets rolle i en celles liv er enorm.

Egern- Dette er kroppens byggemateriale. De deltager i konstruktionen af cellens skal, organeller og membraner og individuelle væv (hår, blodkar osv.). Mange proteiner fungerer som katalysatorer i cellen - enzymer, der accelererer cellulære reaktioner titusinder eller hundreder af millioner gange. Omkring tusind enzymer er kendt. Ud over protein omfatter deres sammensætning metaller Mg, Fe, Mn, vitaminer osv.

Hver reaktion katalyseres af sit eget specifikke enzym. I dette tilfælde er det ikke hele enzymet, der virker, men en bestemt region - det aktive center. Den passer ind i underlaget som en nøgle i en lås. Enzymer fungerer ved en bestemt temperatur og pH i miljøet. Særlige kontraktile proteiner giver cellernes motoriske funktioner (bevægelse af flageller, ciliater, muskelsammentrækning osv.). Individuelle proteiner (blodhæmoglobin) udfører en transportfunktion, der leverer ilt til alle organer og væv i kroppen. Specifikke proteiner - antistoffer - udfører en beskyttende funktion, neutraliserer fremmede stoffer. Nogle proteiner udfører en energifunktion. Nedbrydes til aminosyrer og derefter til endnu mere simple stoffer, frigiver 1 g protein 17,6 kJ energi.

Nukleinsyrer(fra det latinske "kerne" - kerne) blev først opdaget i kernen. De er af to typer - deoxyribonukleinsyrer(DNA) og ribonukleinsyrer(RNA). Deres biologiske rolle er stor; de bestemmer syntesen af proteiner og overførslen af arvelig information fra en generation til en anden.

DNA-molekylet har en kompleks struktur. Den består af to spiral snoede kæder. Bredden af den dobbelte helix er 2 nm 1 , længden er flere tiere og endda hundredvis af mikromikroner (hundrede eller tusinder af gange større end det største proteinmolekyle). DNA er en polymer, hvis monomerer er nukleotider - forbindelser bestående af et molekyle af fosforsyre, et kulhydrat - deoxyribose og en nitrogenholdig base. Deres generelle formel er som følger:

Fosforsyre og kulhydrat er ens i alle nukleotider, og nitrogenholdige baser er af fire typer: adenin, guanin, cytosin og thymin. De bestemmer navnet på de tilsvarende nukleotider:

adenyl (A),
guanyl (G),
cytosyl (C),
thymidyl (T).

Hver DNA-streng er et polynukleotid, der består af flere titusinder af nukleotider. I den er nabonukleotider forbundet med en stærk kovalent binding mellem fosforsyre og deoxyribose.

I betragtning af den enorme størrelse af DNA-molekyler kan kombinationen af fire nukleotider i dem være uendelig stor.

Når en DNA-dobbelthelix dannes, er de nitrogenholdige baser i den ene kæde arrangeret i en strengt defineret rækkefølge modsat de nitrogenholdige baser i den anden. I dette tilfælde er T altid imod A, og kun C er imod G. Dette forklares ved, at A og T samt G og C strengt taget svarer til hinanden, som to halvdele af knust glas, og er komplementære eller komplementære(fra det græske "komplement" - tilføjelse) til hinanden. Hvis sekvensen af nukleotider i en DNA-kæde er kendt, så er det ved komplementaritetsprincippet muligt at bestemme nukleotiderne i den anden kæde (se bilag, opgave 1). Komplementære nukleotider er forbundet ved hjælp af hydrogenbindinger.

Der er to forbindelser mellem A og T, og tre mellem G og C.

Fordoblingen af DNA-molekylet er dets unikke egenskab, som sikrer overførsel af arvelig information fra modercellen til dattercellerne. Processen med DNA-fordobling kaldes DNA-reduplicering. Det udføres som følger. Kort før celledeling afvikles DNA-molekylet, og dets dobbeltstreng spaltes under påvirkning af et enzym i den ene ende i to uafhængige kæder. På hver halvdel af cellens frie nukleotider bygges der ifølge komplementaritetsprincippet en anden kæde. Som et resultat fremkommer der i stedet for ét DNA-molekyle to fuldstændig identiske molekyler.

RNA- en polymer, der i struktur ligner en DNA-streng, men meget mindre i størrelse. RNA-monomerer er nukleotider bestående af phosphorsyre, et kulhydrat (ribose) og en nitrogenholdig base. Tre nitrogenholdige baser af RNA - adenin, guanin og cytosin - svarer til dem i DNA, men den fjerde er anderledes. I stedet for thymin indeholder RNA uracil. Dannelsen af en RNA-polymer sker gennem kovalente bindinger mellem ribose og phosphorsyre i nabonukleotider. Tre typer RNA er kendt: messenger RNA(i-RNA) overfører information om strukturen af proteinet fra DNA-molekylet; overføre RNA(tRNA) transporterer aminosyrer til stedet for proteinsyntese; ribosomalt RNA (r-RNA) er indeholdt i ribosomer og er involveret i proteinsyntese.

ATP- adenosintriphosphorsyre er en vigtig organisk forbindelse. Dens struktur er et nukleotid. Den indeholder den nitrogenholdige base adenin, kulhydratet ribose og tre molekyler af fosforsyre. ATP er en ustabil struktur; under påvirkning af enzymet brydes bindingen mellem "P" og "O", et molekyle af fosforsyre spaltes og ATP går ind i

1 Organiske og uorganiske stoffer

I. Uorganiske forbindelser.

1.Vand, dets egenskaber og betydning for biologiske processer.

Vand er et universelt opløsningsmiddel. Den har en høj varmekapacitet og samtidig høj varmeledningsevne for væsker. Disse egenskaber gør vand til en ideel væske til at opretholde kroppens termiske balance.

På grund af polariteten af dets molekyler fungerer vand som en strukturstabilisator.

Vand er en kilde til ilt og brint, det er det vigtigste medium, hvor biokemiske og kemiske reaktioner finder sted, det vigtigste reagens og produkt af biokemiske reaktioner.

Vand er kendetegnet ved fuldstændig gennemsigtighed i den synlige del af spektret, hvilket er vigtigt for processen med fotosyntese og transpiration.

Vand komprimeres praktisk talt ikke, hvilket er meget vigtigt for at give form til organer, skabe turgor og sikre en bestemt position af organer og dele af kroppen i rummet.

Takket være vand er osmotiske reaktioner i levende celler mulige.

Vand er det vigtigste transportmiddel af stoffer i kroppen (blodcirkulation, stigende og faldende strømme af opløsninger i hele plantens krop osv.).

2. Mineraler.

Moderne metoder til kemisk analyse har afsløret 80 elementer i det periodiske system i sammensætningen af levende organismer. Baseret på deres kvantitative sammensætning er de opdelt i tre hovedgrupper.

Makroelementer udgør hovedparten af organiske og uorganiske forbindelser, deres koncentration varierer fra 60% til 0,001% af kropsvægten (ilt, brint, kulstof, nitrogen, svovl, magnesium, kalium, natrium, jern osv.).

Mikroelementer er hovedsageligt ioner af tungmetaller. Indeholdt i organismer i mængden af 0,001% - 0,000001% (mangan, bor, kobber, molybdæn, zink, jod, brom).

Koncentrationen af ultramikroelementer overstiger ikke 0,000001%. Deres fysiologiske rolle i organismer er endnu ikke fuldt ud klarlagt. Denne gruppe omfatter uran, radium, guld, kviksølv, cæsium, selen og mange andre sjældne grundstoffer.

Hovedparten af vævene fra levende organismer, der bor på Jorden, består af organogene elementer: oxygen, kulstof, brint og nitrogen, hvorfra organiske forbindelser hovedsageligt er bygget - proteiner, fedtstoffer, kulhydrater.

II. De enkelte elementers rolle og funktion.

Nitrogen i autotrofe planter er det oprindelige produkt af nitrogen- og proteinmetabolisme. Nitrogenatomer er en del af mange andre ikke-protein, men vigtige forbindelser: pigmenter (klorofyl, hæmoglobin), nukleinsyrer, vitaminer.

Fosfor er en del af mange vitale forbindelser. Fosfor er en del af AMP, ADP, ATP, nukleotider, phosphorylerede saccharider og nogle enzymer. Mange organismer indeholder fosfor i mineralsk form (opløselige cellesaftfosfater, knoglevævsfosfater).

Efter at organismerne dør, mineraliseres fosforforbindelser. Takket være rodsekretioner og jordbakteriers aktivitet opløses fosfater, hvilket gør det muligt for fosfor at blive optaget af plante- og derefter dyreorganismer.

Svovl er involveret i konstruktionen af svovlholdige aminosyrer (cystin, cystein), og er en del af vitamin B1 og nogle enzymer. Svovl og dets forbindelser er især vigtige for kemosyntetiske bakterier. Svovlforbindelser dannes i leveren som produkter af desinfektion af giftige stoffer.

Kalium findes kun i celler i form af ioner. Takket være kalium har cytoplasmaet visse kolloide egenskaber; Kalium aktiverer proteinsynteseenzymer, bestemmer den normale rytme af hjerteaktivitet og deltager i dannelsen af bioelektriske potentialer og i fotosynteseprocesserne.

Natrium (indeholdt i ionform) udgør en væsentlig del af mineralerne i blodet og spiller derfor en vigtig rolle i reguleringen af kroppens vandstofskifte. Natriumioner bidrager til polariseringen af cellemembranen; den normale rytme af hjerteaktivitet afhænger af tilstedeværelsen i næringsmediet af den nødvendige mængde natrium-, kalium- og calciumsalte.

Calcium i sin ioniske tilstand er en antagonist af kalium. Det er en del af membranstrukturer og limer i form af salte af pektinstoffer planteceller sammen. I planteceller findes det ofte i form af simple, nåleformede eller sammensmeltede krystaller af calciumoxalat.

Magnesium er indeholdt i celler i et vist forhold med calcium. Det er en del af klorofylmolekylet, aktiverer energimetabolisme og DNA-syntese.

Jern er en integreret del af hæmoglobinmolekylet. Det er involveret i biosyntesen af klorofyl, så når der er mangel på jern i jorden, udvikler planter klorose. Jerns hovedrolle er deltagelse i respirations- og fotosynteseprocesserne ved at overføre elektroner som en del af oxidative enzymer - katalase, ferredoxin. En vis forsyning af jern i kroppen hos dyr og mennesker er lagret i det jernholdige protein ferritin, som findes i lever og milt.

Kobber findes i dyr og planter, hvor det spiller en vigtig rolle. Kobber er en del af nogle enzymer (oxidaser). Betydningen af kobber for processerne af hæmatopoiesis, syntesen af hæmoglobin og cytochromer er blevet fastslået.

Hver dag kommer 2 mg kobber ind i menneskekroppen med mad. I planter er kobber en del af mange enzymer, der deltager i de mørke reaktioner af fotosyntese og andre biosynteser. Dyr med kobbermangel oplever anæmi, appetitløshed og hjertesygdomme.

Mangan er et sporstof, hvoraf utilstrækkelige mængder forårsager klorose i planter. Mangan spiller også en stor rolle i processerne for nitratreduktion i planter.

Zink er en del af nogle enzymer, der aktiverer nedbrydningen af kulsyre.

Bor påvirker vækstprocesser, især af planteorganismer. I mangel af dette mikroelement i jorden dør ledende væv, blomster og æggestokke i planter.

På det seneste er mikroelementer blevet brugt i vid udstrækning i afgrødeproduktion (behandling af frø før såning) og i husdyrhold (mikroelementfodertilsætningsstoffer).

Andre uorganiske komponenter i cellen findes oftest i form af salte, dissocieret i opløsning til ioner eller i uopløst tilstand (phosphorsalte af knoglevæv, kalk- eller siliciumskaller af svampe, koraller, kiselalger osv.).

III. Organiske forbindelser.

Kulhydrater (saccharider). Disse stoffers molekyler er bygget af kun tre grundstoffer - kulstof, ilt og brint. Kulstof er den vigtigste energikilde for levende organismer. Derudover forsyner de organismer med forbindelser, der senere bruges til syntese af andre forbindelser.

De mest kendte og udbredte kulhydrater er mono- og disaccharider opløst i vand. De krystalliserer og smager sødt.

Monosaccharider (monoser) er forbindelser, der ikke kan hydrolyseres. Saccharider kan polymerisere for at danne forbindelser med højere molekylvægt - di-, tri- og polysaccharider.

Oligosaccharider. Molekylerne af disse forbindelser er bygget fra 2 til 4 molekyler af monosaccharider. Disse forbindelser kan også krystallisere, er letopløselige i vand, smager sødt og har en konstant molekylvægt. Eksempler på oligosaccharider omfatter disacchariderne saccharose, maltose, lactose, stachyose tetrasaccharid osv.

Polysaccharider (polyoser) er vanduopløselige forbindelser (danner en kolloid opløsning), som ikke har en sød smag.Ligesom den tidligere gruppe af kulhydrater kan de hydrolyseres (arabaner, xylaner, stivelse, glykogen). Hovedfunktionen af disse forbindelser er at binde, lime sammen bindevævsceller, beskytte celler mod ugunstige faktorer.

Lipider er en gruppe af forbindelser, der findes i alle levende celler; de er uopløselige i vand. De strukturelle enheder af lipidmolekyler kan enten være simple carbonhydridkæder eller rester af komplekse cykliske molekyler.

Afhængigt af deres kemiske natur er lipider opdelt i fedtstoffer og lipoider.

Fedtstoffer (triglycerider, neutrale fedtstoffer) er hovedgruppen af lipider. De er estere af den trivalente alkohol glycerol og fedtsyrer eller en blanding af frie fedtsyrer og triglycerider.

Frie fedtsyrer findes også i levende celler: palmitinsyre, stearinsyre, ricinsyre.

Lipoider er fedtlignende stoffer. De er af stor betydning, fordi de på grund af deres struktur danner klart orienterede molekylære lag, og det ordnede arrangement af hydrofile og hydrofobe ender af molekyler er af primær betydning for dannelsen af membranstrukturer med selektiv permeabilitet.

Enzymer. Disse er biologiske katalysatorer af proteinkarakter, der kan fremskynde biokemiske reaktioner. Enzymer ødelægges ikke under biokemiske transformationer, så relativt små mængder af dem katalyserer reaktioner af store mængder stof. En karakteristisk forskel mellem enzymer og kemiske katalysatorer er deres evne til at accelerere reaktioner under normale forhold.

I henhold til deres kemiske natur er enzymer opdelt i to grupper - en-komponent (bestående kun af protein, deres aktivitet bestemmes af det aktive center - en specifik gruppe af aminosyrer i et proteinmolekyle (pepsin, trypsin)) og to- komponent (bestående af protein (apoenzym - proteinbærer) og en proteinkomponent ( coenzym), og den kemiske natur af coenzymer kan være forskellig, da de kan bestå af organiske (mange vitaminer, NAD, NADP) eller uorganiske (metalatomer: jern magnesium, zink)).

Enzymers funktion er at reducere aktiveringsenergien, dvs. ved at reducere det energiniveau, der kræves for at gøre et molekyle reaktivitet.

Moderne klassificering af enzymer er baseret på de typer kemiske reaktioner, de katalyserer. Hydrolase-enzymer accelererer reaktionen med at nedbryde komplekse forbindelser til monomerer (amylase (hydrolyserer stivelse), cellulase (nedbryder cellulose til monosaccharider), protease (hydrolyserer proteiner til aminosyrer)).

Oxidoreduktase-enzymer katalyserer redoxreaktioner.

Transferaser overfører aldehyd-, keton- og nitrogengrupper fra et molekyle til et andet.

Lyaser spalter individuelle radikaler for at danne dobbeltbindinger eller katalysere tilføjelsen af grupper til dobbeltbindinger.

Isomeraser udfører isomerisering.

Ligaser katalyserer reaktioner mellem to molekyler ved hjælp af energien fra ATP eller andet triophosphat.

Pigmenter er højmolekylære naturlige farvede forbindelser. Af de flere hundrede forbindelser af denne type er de vigtigste metalloporphyrin og flavinpigmenter.

Metalloporphyrin, som indeholder et magnesiumatom, danner bunden af molekylet af grønne plantepigmenter - klorofyler. Hvis der er et jernatom i stedet for magnesium, kaldes et sådant metalloporphyrin hæm.

Hæmoglobinet i røde blodlegemer hos mennesker, alle andre hvirveldyr og nogle hvirvelløse dyr indeholder jernoxid, som giver blodet dens røde farve. Hemerythrin giver blodet en lyserød farve (nogle polychaete orme). Chlorocruorin farver blod og vævsvæske grønt.

De mest almindelige respiratoriske pigmenter i blodet er hæmoglobin og hæmocyan (det respiratoriske pigment fra højere krebsdyr, arachnider og nogle blækspruttebløddyr).

Kromoproteiner omfatter også cytochromer, katalase, peroxidase, myoglobin (findes i muskler og skaber en iltforsyning, som gør det muligt for havpattedyr at blive under vand i lang tid).

I slutningen af det niende århundrede e.Kr. inddelte den arabiske videnskabsmand Abu Bakr ar-Razi alle stoffer kendt på det tidspunkt i 3 grupper afhængigt af deres oprindelse: mineral, dyr og plante. Klassifikationen eksisterede i næsten 1000 år. Først i det 19. århundrede blev 3 grupper til 2: organiske og uorganiske stoffer.

Uorganiske stoffer

Uorganiske stoffer kan være simple eller komplekse. Simple stoffer er de stoffer, der indeholder atomer af kun et kemisk grundstof. De er opdelt i metaller og ikke-metaller.

Metaller er plastiske stoffer, der leder varme og elektricitet godt. Næsten alle af dem er sølvhvide og har en karakteristisk metallisk glans. Sådanne egenskaber er en konsekvens af en særlig struktur. I et metalkrystalgitter er metalpartikler (kaldet atomioner) forbundet med mobile delte elektroner.

Selv dem, der er langt fra kemi, kan nævne eksempler på metaller. Disse er jern, kobber, zink, krom og andre simple stoffer dannet af atomer af kemiske elementer, hvis symboler er placeret i D.I. Mendeleev under B - Ved diagonal og over den i hovedundergrupperne.

Ikke-metaller, som deres navn antyder, har ikke metallers egenskaber. De er skrøbelige, og med sjældne undtagelser leder de ikke elektrisk strøm og skinner ikke (undtagen jod og grafit). Deres egenskaber er mere forskellige sammenlignet med metaller.

Årsagen til sådanne forskelle ligger også i stoffernes struktur. I krystalgitre af atomare og molekylære typer er der ingen frit bevægelige elektroner. Her kombineres de i par og danner kovalente bindinger. Velkendte ikke-metaller - ilt, nitrogen, svovl, fosfor og andre. Elementer - ikke-metaller i PSCE er placeret over B-At diagonalen

Komplekse uorganiske stoffer er:

syrer bestående af hydrogenatomer og syrerester (HNO3, H2SO4);
baser dannet af metalatomer og hydroxogrupper (NaOH, Ba(OH)2);
salte, hvis formler begynder med metalsymboler og slutter med sure rester (BaSO4, NaNO3);
oxider dannet af to grundstoffer, en af dem er O i oxidationstilstanden -2 (BaO, Na2O);
andre binære forbindelser (hydrider, nitrider, peroxider osv.)

I alt kendes flere hundrede tusinde uorganiske stoffer.

Organisk stof

Organiske forbindelser adskiller sig fra uorganiske primært i deres sammensætning. Hvis uorganiske stoffer kan dannes af et hvilket som helst element i det periodiske system, så skal organiske stoffer helt sikkert indeholde C- og H-atomer. Sådanne forbindelser kaldes kulbrinter (CH4 - methan, C6H6 - benzen). Kulbrinteråmaterialer (olie og gas) bringer enorme fordele for menneskeheden. Det forårsager dog også alvorlig splid.

Kulbrintederivater indeholder også O- og N-atomer. Repræsentanter for oxygenholdige organiske forbindelser er alkoholer og deres isomere ethere (C2H5OH og CH3-O-CH3), aldehyder og deres isomerer - ketoner (CH3CH2CHO og CH3COCH3), carboxylsyrer og komplekse ethere ( CH3-COOH og HCOOCH3). Sidstnævnte omfatter også fedtstoffer og voks. Kulhydrater er også iltholdige forbindelser.

Hvorfor kombinerede videnskabsmænd plante- og dyrestoffer i én gruppe - organiske forbindelser, og hvordan adskiller de sig fra uorganiske? Der er ikke et enkelt klart kriterium for at adskille organiske og uorganiske stoffer. Lad os overveje en række egenskaber, der forener organiske forbindelser.

Sammensætning (bygget af atomerne C, H, O, N, sjældnere P og S).
Struktur (C-H og C-C bindinger er påkrævet, de danner kæder og cyklusser af forskellig længde);
Egenskaber (alle organiske forbindelser er brandfarlige og danner CO2 og H2O under forbrænding).

Blandt organiske stoffer er der mange polymerer af naturlig (proteiner, polysaccharider, naturgummi osv.), kunstig (viskose) og syntetisk (plast, syntetisk gummi, polyester osv.) oprindelse. De har en stor molekylvægt og en mere kompleks struktur sammenlignet med uorganiske stoffer.

Endelig er der mere end 25 millioner organiske stoffer.

Dette er blot et overfladisk blik på organiske og uorganiske stoffer. Mere end et dusin videnskabelige værker, artikler og lærebøger er blevet skrevet om hver af disse grupper.

Den vidunderlige verden af ​​organiske stoffer. Organisk stof: eksempler