Orgaaniliste ainete imeline maailm. Orgaaniline aine: näited

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 teatud 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 kõigist orgaanilistest struktuuridest kõige keerukamad. 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 koostise elusorganismides määrab geneetiline kood. Nende sünteesil kasutatakse enamikul juhtudel erinevaid 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. Vesinikühendite moodustumise tulemusena on sellel üsna tugev struktuur.

Rasvad

Teine näide orgaanilistest ainetest on rasvad. Inimene tunneb paljusid rasvu: võid, veise- ja kalaõli, taimeõlisid. Rasvad moodustuvad suurtes kogustes taimede seemnetes. Kui asetate kooritud päevalilleseemne paberilehele ja surute selle alla, jääb lehele õline plekk.

Süsivesikud

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

Suhkruid on ka lihtne tuvastada – need kõik maitsevad magusalt. Paljusid selle klassi süsivesikuid leidub viinamarjades, arbuusides, melonites ja õuntes. Need on näited orgaanilistest ainetest, mida toodetakse ka tehistingimustes. Näiteks suhkrut ekstraheeritakse suhkruroost.

Kuidas süsivesikud looduses tekivad? Lihtsaim näide on fotosünteesi protsess. Süsivesikud on orgaanilised ained, mis sisaldavad mitme süsinikuaatomi ahelat. Need sisaldavad ka mitmeid hüdroksüülrühmi. Fotosünteesi käigus tekib süsinikmonooksiidist ja väävlist anorgaaniline suhkur.

Tselluloos

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.

Puhtal kujul on see aine, millel pole lõhna, maitset ega värvi. 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

Võime tuua palju näiteid orgaaniliste ja sekundaarsete alati pärinevate mineraalidest - elututest, mis tekivad maa sügavuses. Neid leidub ka erinevates kivimites.

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

Mitmekesisuse põhjused

Sageli peavad kooliõpilased 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 spetsialiseeritud kõrgkoolides. 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 on kaaliumpermanganaat või kaaliumpermanganaat. Seda ainet saadakse tööstuslikult. Moodustamisprotsess koosneb kaaliumhüdroksiidi lahuse ja mangaananoodi elektrolüüsist. Sellisel juhul lahustub anood järk-järgult, moodustades lilla lahuse - see on tuntud kaaliumpermanganaat.

Orgaanilise keemia arengu ajaloos eristatakse kahte perioodi: empiiriline (17. sajandi keskpaigast 18. sajandi lõpuni), kus orgaaniliste ainete, nende eraldamise ja töötlemise meetodite tundmine toimus eksperimentaalselt ning analüütiline. (18. sajandi lõpp - 19. sajandi keskpaik), mis on seotud orgaaniliste ainete koostise määramise meetodite tekkega. Analüütilise perioodi jooksul selgus, et kõik orgaanilised ained sisaldavad süsinikku. Muude orgaanilisi ühendeid moodustavate elementide hulgas avastati vesinik, lämmastik, väävel, hapnik ja fosfor.

Orgaanilise keemia ajaloos on suur tähtsus struktuuriperioodil (19. sajandi teine pool - 20. sajandi algus), mida tähistab orgaaniliste ühendite struktuuri teadusliku teooria sünd, mille rajajaks oli A.M. Butlerov.

Orgaaniliste ühendite struktuuri teooria põhiprintsiibid:

Molekulides olevad aatomid on omavahel teatud järjekorras keemiliste sidemetega seotud vastavalt nende valentsile. Süsinik kõigis orgaanilistes ühendites on neljavalentne;
ainete omadused ei sõltu ainult nende kvalitatiivsest ja kvantitatiivsest koostisest, vaid ka aatomite ühendamise järjekorrast;
molekulis olevad aatomid mõjutavad üksteist vastastikku.

Aatomite ühendamise järjekorda molekulis kirjeldab struktuurvalem, milles keemilised sidemed on kujutatud kriipsudega.

Orgaaniliste ainete iseloomulikud omadused

On mitmeid olulisi omadusi, mis eristavad orgaanilisi ühendeid eraldi ainulaadseks keemiliste ühendite klassiks:

Orgaanilised ühendid on tavaliselt gaasid, vedelikud või madala sulamistemperatuuriga tahked ained, erinevalt anorgaanilistest ühenditest, mis on enamasti kõrge sulamistemperatuuriga tahked ained.
Orgaanilised ühendid on enamasti kovalentselt struktureeritud, anorgaanilised aga ioonselt.
Orgaanilisi ühendeid (peamiselt süsinikuaatomeid) moodustavate aatomite vaheliste sidemete moodustumise erinev topoloogia toob kaasa isomeeride ilmumise - ühendid, millel on sama koostis ja molekulmass, kuid erinevad füüsikalis-keemilised omadused. Seda nähtust nimetatakse isomeeriaks.
Homoloogia nähtus on orgaaniliste ühendite seeria olemasolu, milles seeria mis tahes kahe naabri (homoloogi) valem erineb sama rühma - homoloogiline erinevus CH 2 - võrra. Orgaaniline aine põleb.

Orgaaniliste ainete klassifikatsioon

Klassifikatsiooni aluseks on kaks olulist tunnust – süsinikskeleti struktuur ja funktsionaalrühmade olemasolu molekulis.

Orgaaniliste ainete molekulides ühinevad süsinikuaatomid omavahel, moodustades nn. süsinikskelett või kett. Ketid võivad olla avatud ja suletud (tsüklilised), avatud ahelad võivad olla hargnemata (tavalised) ja hargnenud:

Sõltuvalt süsiniku skeleti struktuurist jagatakse need järgmisteks osadeks:

- alitsüklilised orgaanilised ained, millel on nii hargnenud kui ka hargnemata süsinikuahel. Näiteks,

CH3-CH2-CH2-CH3 (butaan)

CH3-CH (CH3)-CH3 (isobutaan)

- karbotsüklilised orgaanilised ained, mille süsinikuahel on tsüklis (ringis) suletud. Näiteks,

- heterotsüklilised orgaanilised ühendid, mis sisaldavad tsüklis mitte ainult süsinikuaatomeid, vaid ka teiste elementide, enamasti lämmastiku, hapniku või väävli aatomeid:

Funktsionaalrühm on aatom või mittesüsivesinike aatomite rühm, mis määrab, kas ühend kuulub teatud klassi. Märk, mille järgi orgaaniline aine ühte või teise klassi liigitatakse, on funktsionaalrühma olemus (tabel 1).

Tabel 1. Funktsionaalsed rühmad ja klassid.

Ühendid võivad sisaldada rohkem kui ühte funktsionaalrühma. Kui need rühmad on samad, nimetatakse ühendeid polüfunktsionaalseteks, näiteks kloroformiks, glütserooliks. Erinevaid funktsionaalseid rühmi sisaldavaid ühendeid nimetatakse heterofunktsionaalseteks, neid võib samaaegselt liigitada mitmesse ühendite klassi, näiteks piimhapet võib pidada nii karboksüülhappeks kui alkoholiks ning kolamiini amiiniks ja alkoholiks.

Elusraku koostis sisaldab samu keemilisi elemente, mis on osa elutust loodusest. D. I. Mendelejevi perioodilisuse tabeli 104 elemendist leiti rakkudest 60.

Need on jagatud kolme rühma:

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

Raku molekulaarne koostis on keeruline ja heterogeenne. Üksikuid ühendeid – vett ja mineraalsooli – leidub ka elutus looduses; teised - 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 ning põhjustab tõsiseid haigusi. 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 rakusisu segunemist keskkonnaga. 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. Oma rohkuse tõttu 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 kuumuse, kemikaalide, kiirgusenergia ja muude tegurite mõjul. Nõrga mõju korral laguneb ainult kvaternaarne struktuur, tugevamaga - tertsiaarne ja seejärel sekundaarne ning valk jääb primaarse struktuuri kujul - polüpeptiidahelaks. See protsess on osaliselt pöörduv ja denatureeritud valk suudab taastada oma struktuuri.

Valkude roll raku elus on tohutu.

Oravad- See on keha ehitusmaterjal. Nad osalevad raku ja üksikute kudede (juuksed, veresooned jne) kesta, organellide ja membraanide ehitamises. Rakus toimivad katalüsaatoritena paljud valgud – ensüümid, mis kiirendavad rakulisi reaktsioone kümneid või sadu miljoneid kordi. Tuntakse umbes tuhat ensüümi. Nende koostis sisaldab lisaks valkudele metalle Mg, Fe, Mn, vitamiine jne.

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 klaasikildu ja on täiendav või täiendavad(kreeka keelest "täiend" - lisamine) üksteisele. Kui ühe DNA ahela nukleotiidide järjestus on teada, siis komplementaarsuse põhimõttel on võimalik määrata ka 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 kahekordistumine on selle ainulaadne omadus, mis tagab päriliku informatsiooni ülekande 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 kovalentsete sidemete kaudu naabernukleotiidide riboosi ja fosforhappe vahel. Tuntud on kolme tüüpi RNA-d: 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 sisaldab lämmastikupõhist adeniini, süsivesikute riboosi ja kolme fosforhappe molekuli. ATP on ensüümi mõjul ebastabiilne struktuur, side “P” ja “O” vahel katkeb, fosforhappe molekul jaguneb ja ATP läheb

1 Orgaanilised ja anorgaanilised ained

I. Anorgaanilised ühendid.

1.Vesi, selle omadused ja tähtsus bioloogilistes protsessides.

Vesi on universaalne lahusti. Sellel on kõrge soojusmahtuvus ja samal ajal kõrge vedelike soojusjuhtivus. Need omadused muudavad vee ideaalseks vedelikuks keha termilise tasakaalu säilitamiseks.

Molekulide polaarsuse tõttu toimib vesi struktuuri stabilisaatorina.

Vesi on hapniku ja vesiniku allikas, see on peamine keskkond, kus toimuvad biokeemilised ja keemilised reaktsioonid, kõige olulisem reagent ja biokeemiliste reaktsioonide produkt.

Vett iseloomustab täielik läbipaistvus spektri nähtavas osas, mis on oluline fotosünteesi ja transpiratsiooni protsessi jaoks.

Vesi praktiliselt ei suru kokku, mis on väga oluline organitele kuju andmiseks, turgori tekitamiseks ning elundite ja kehaosade kindla asukoha tagamiseks ruumis.

Tänu veele on elusrakkudes võimalikud osmootsed reaktsioonid.

Vesi on peamine ainete transpordivahend kehas (vereringe, lahuste tõusev ja laskuv vool kogu taime kehas jne).

2. Mineraalid.

Kaasaegsed keemilise analüüsi meetodid on elusorganismide koostises paljastanud 80 perioodilisuse tabeli elementi. Kvantitatiivse koostise põhjal jagatakse need kolme põhirühma.

Makroelemendid moodustavad põhiosa orgaanilistest ja anorgaanilistest ühenditest, nende kontsentratsioon jääb vahemikku 60% kuni 0,001% kehamassist (hapnik, vesinik, süsinik, lämmastik, väävel, magneesium, kaalium, naatrium, raud jne).

Mikroelemendid on peamiselt raskmetallide ioonid. Sisaldub organismides koguses 0,001% - 0,000001% (mangaan, boor, vask, molübdeen, tsink, jood, broom).

Ultramikroelementide kontsentratsioon ei ületa 0,000001%. Nende füsioloogiline roll organismides ei ole veel täielikult välja selgitatud. Sellesse rühma kuuluvad uraan, raadium, kuld, elavhõbe, tseesium, seleen ja paljud teised haruldased elemendid.

Suurema osa Maad asustavate elusorganismide kudedest moodustavad organogeensed elemendid: hapnik, süsinik, vesinik ja lämmastik, millest koosnevad peamiselt orgaanilised ühendid - valgud, rasvad, süsivesikud.

II. Üksikute elementide roll ja funktsioon.

Lämmastik autotroofsetes taimedes on lämmastiku ja valkude ainevahetuse algprodukt. Lämmastikuaatomid on osa paljudest teistest mittevalgulistest, kuid olulistest ühenditest: pigmendid (klorofüll, hemoglobiin), nukleiinhapped, vitamiinid.

Fosfor on osa paljudest elutähtsatest ühenditest. Fosfor on osa AMP-st, ADP-st, ATP-st, nukleotiididest, fosforüülitud sahhariididest ja mõnedest ensüümidest. Paljud organismid sisaldavad fosforit mineraalsel kujul (lahustuvad rakumahla fosfaadid, luukoe fosfaadid).

Pärast organismide surma fosforiühendid mineraliseeritakse. Tänu juureeritistele ja mullabakterite tegevusele lahustuvad fosfaadid, mis võimaldab fosforit omastada taime- ja seejärel loomorganismidel.

Väävel osaleb väävlit sisaldavate aminohapete (tsüstiin, tsüsteiin) moodustamises ning on osa vitamiinist B1 ja mõnedest ensüümidest. Väävel ja selle ühendid on eriti olulised kemosünteetiliste bakterite jaoks. Väävliühendid tekivad maksas mürgiste ainete desinfitseerimise produktidena.

Kaaliumi leidub rakkudes ainult ioonide kujul. Tänu kaaliumile on tsütoplasmal teatud kolloidsed omadused; kaalium aktiveerib valgusünteesi ensüüme, määrab normaalse südametegevuse rütmi, osaleb bioelektriliste potentsiaalide tekkes ja fotosünteesi protsessides.

Naatrium (sisaldub ioonsel kujul) moodustab olulise osa veres leiduvatest mineraalainetest ja mängib seetõttu olulist rolli organismi veevahetuse reguleerimisel. Naatriumioonid aitavad kaasa rakumembraani polarisatsioonile; südametegevuse normaalne rütm sõltub vajaliku koguse naatriumi-, kaaliumi- ja kaltsiumisoolade olemasolust toitainekeskkonnas.

Kaltsium oma ioonses olekus on kaaliumi antagonist. See on osa membraanistruktuuridest ja liimib pektiinainete soolade kujul taimerakud kokku. Taimerakkudes leidub seda sageli lihtsate, nõelakujuliste või sulatatud kaltsiumoksalaadi kristallide kujul.

Magneesium sisaldub rakkudes teatud vahekorras kaltsiumiga. See on osa klorofülli molekulist, aktiveerib energia metabolismi ja DNA sünteesi.

Raud on hemoglobiini molekuli lahutamatu osa. Ta osaleb klorofülli biosünteesis, nii et kui mullas on rauapuudus, tekib taimedel kloroos. Raua peamine roll on osalemine hingamis- ja fotosünteesiprotsessides, edastades elektrone oksüdatiivsete ensüümide - katalaasi, ferredoksiini - osana. Teatud rauavarud loomade ja inimeste kehas talletatakse rauda sisaldavas valgu ferritiinis, mis sisaldub maksas ja põrnas.

Vaske leidub loomades ja taimedes, kus see mängib olulist rolli. Vask on osa mõnedest ensüümidest (oksüdaasidest). On kindlaks tehtud vase tähtsus vereloome protsessides, hemoglobiini ja tsütokroomide sünteesis.

Iga päev satub toiduga inimkehasse 2 mg vaske. Taimedes on vask osa paljudest ensüümidest, mis osalevad fotosünteesi ja muude biosünteeside pimedas reaktsioonides. Vasepuudusega loomadel esineb aneemiat, isutust ja südamehaigusi.

Mangaan on mikroelement, mille ebapiisav kogus põhjustab taimedes kloroosi. Mangaan mängib suurt rolli ka taimede nitraatide redutseerimise protsessides.

Tsink on osa mõnedest ensüümidest, mis aktiveerivad süsihappe lagunemist.

Boor mõjutab kasvuprotsesse, eriti taimeorganismide puhul. Selle mikroelemendi puudumisel mullas surevad taimedes juhtivad koed, õied ja munasarjad.

Viimasel ajal on mikroelemente laialdaselt kasutatud taimekasvatuses (külvieelne seemnete töötlemine) ja loomakasvatuses (mikroelementide söödalisandid).

Muid raku anorgaanilisi komponente leidub kõige sagedamini soolade kujul, lahustatud lahuses ioonideks või lahustumata kujul (luukoe fosforisoolad, käsnade lubja- või ränikestad, korallid, ränivetikad jne).

III. Orgaanilised ühendid.

Süsivesikud (sahhariidid). Nende ainete molekulid on üles ehitatud ainult kolmest elemendist – süsinikust, hapnikust ja vesinikust. Süsinik on elusorganismide peamine energiaallikas. Lisaks annavad need organismidele ühendeid, mida hiljem kasutatakse teiste ühendite sünteesiks.

Kõige kuulsamad ja levinumad süsivesikud on vees lahustunud mono- ja disahhariidid. Need kristalliseeruvad ja maitsevad magusalt.

Monosahhariidid (monoosid) on ühendid, mida ei saa hüdrolüüsida. Sahhariidid võivad polümeriseerida, moodustades suurema molekulmassiga ühendeid – di-, tri- ja polüsahhariide.

Oligosahhariidid. Nende ühendite molekulid koosnevad 2–4 monosahhariidimolekulist. Need ühendid võivad ka kristalliseeruda, lahustuvad vees kergesti, maitsevad magusalt ja neil on konstantne molekulmass. Oligosahhariidide näidete hulka kuuluvad disahhariidid sahharoos, maltoos, laktoos, stahhüoostetrasahhariid jne.

Polüsahhariidid (polüoosid) on vees lahustumatud ühendid (moodustavad kolloidse lahuse), millel ei ole magusat maitset, nagu eelmiselgi süsivesikute rühmal, hüdrolüüsida (arabaanid, ksülaanid, tärklis, glükogeen). Nende ühendite põhiülesanne on sidekoerakkude sidumine, kokkukleepimine, rakkude kaitsmine ebasoodsate tegurite eest.

Lipiidid on rühm ühendeid, mida leidub kõigis elusrakkudes, nad on vees lahustumatud. Lipiidimolekulide struktuuriüksusteks võivad olla kas lihtsad süsivesinikahelad või komplekssete tsükliliste molekulide jäägid.

Sõltuvalt nende keemilisest olemusest jagatakse lipiidid rasvadeks ja lipoidideks.

Rasvad (triglütseriidid, neutraalsed rasvad) on lipiidide põhirühm. Need on kolmehüdroksüülse alkoholi glütserooli ja rasvhapete estrid või vabade rasvhapete ja triglütseriidide segu.

Vabad rasvhapped leiduvad ka elusrakkudes: palmitiin-, steariin-, ritsiinhape.

Lipoidid on rasvataolised ained. Need on suure tähtsusega, kuna oma struktuuri tõttu moodustavad selgelt orienteeritud molekulaarseid kihte ning selektiivse läbilaskvusega membraanstruktuuride tekkeks on esmatähtis molekulide hüdrofiilsete ja hüdrofoobsete otste korrastatud paigutus.

Ensüümid. Need on valgulise iseloomuga bioloogilised katalüsaatorid, mis võivad kiirendada biokeemilisi reaktsioone. Ensüümid ei hävine biokeemiliste transformatsioonide käigus, mistõttu suhteliselt väikesed kogused neid katalüüsivad suurte ainekoguste reaktsioone. Iseloomulik erinevus ensüümide ja keemiliste katalüsaatorite vahel on nende võime kiirendada reaktsioone normaalsetes tingimustes.

Ensüümid jagunevad oma keemilise olemuse järgi kahte rühma – ühekomponentsed (koosnevad ainult valgust, nende aktiivsuse määrab aktiivne keskus – spetsiifiline aminohapete rühm valgu molekulis (pepsiin, trüpsiin)) ja kahe- komponent (koosneb valgust (apoensüüm - valgukandja) ja valgukomponendist (koensüüm) ning koensüümide keemiline olemus võib olla erinev, kuna need võivad koosneda orgaanilistest (paljud vitamiinid, NAD, NADP) või anorgaanilistest (metalliaatomid: raud) , magneesium, tsink)).

Ensüümide ülesanne on vähendada aktiveerimisenergiat, s.o. molekuli reaktsioonivõime saavutamiseks vajaliku energia taseme vähendamisel.

Ensüümide kaasaegne klassifikatsioon põhineb nende katalüüsitavate keemiliste reaktsioonide tüüpidel. Hüdrolaasi ensüümid kiirendavad komplekssete ühendite lagunemise reaktsiooni monomeerideks (amülaas (hüdrolüüsib tärklist), tsellulaas (lagustab tselluloosi monosahhariidideks), proteaas (hüdrolüüsib valgud aminohapeteks)).

Oksüdoreduktaasi ensüümid katalüüsivad redoksreaktsioone.

Transferaasid kannavad aldehüüdi, ketooni ja lämmastikurühmi ühest molekulist teise.

Lüaasid lõhustavad üksikuid radikaale, moodustades kaksiksideme või katalüüsivad rühmade lisamist kaksiksidemetele.

Isomeraasid viivad läbi isomerisatsiooni.

Ligaasid katalüüsivad kahe molekuli vahelisi reaktsioone, kasutades ATP või muu triofosfaadi energiat.

Pigmendid on suure molekulmassiga looduslikud värvilised ühendid. Mitmesajast seda tüüpi ühendist on olulisemad metalloporfüriin ja flaviin pigmendid.

Magneesiumi aatomit sisaldav metalloporfüriin moodustab roheliste taimsete pigmentide – klorofüllide – molekuli aluse. Kui magneesiumi asemel on raua aatom, siis nimetatakse sellist metalloporfüriini heemiks.

Inimese, kõigi teiste selgroogsete ja mõnede selgrootute punaste vereliblede hemoglobiin sisaldab raudoksiidi, mis annab verele punase värvuse. Hemerütriin annab verele roosa värvi (mõned hulkraksed ussid). Klorokruoriin värvib vere ja koevedeliku roheliseks.

Kõige levinumad hingamispigmendid veres on hemoglobiin ja hemotsüaan (kõrgemate vähilaadsete, ämblikulaadsete ja mõnede kaheksajala molluskite hingamispigment).

Kromoproteiinide hulka kuuluvad ka tsütokroomid, katalaas, peroksidaas, müoglobiin (leidub lihastes ja loob hapnikuvaru, mis võimaldab mereimetajatel pikka aega vee all püsida).

9. sajandi lõpus pKr jagas araabia teadlane Abu Bakr ar-Razi kõik tol ajal tuntud ained olenevalt nende päritolust 3 rühma: mineraalsed, loomsed ja taimsed. Klassifikatsioon eksisteeris peaaegu 1000 aastat. Alles 19. sajandil muutus 3 rühma kaheks: orgaanilised ja anorgaanilised ained.

Anorgaanilised ained

Anorgaanilised ained võivad olla lihtsad või keerulised. Lihtained on ained, mis sisaldavad ainult ühe keemilise elemendi aatomeid. Need jagunevad metallideks ja mittemetallideks.

Metallid on plastained, mis juhivad hästi soojust ja elektrit. Peaaegu kõik need on hõbevalged ja iseloomuliku metallilise läikega. Sellised omadused on erilise struktuuri tagajärg. Metallkristallvõres on metalliosakesed (nn aatomioonid) ühendatud liikuvate jagatud elektronidega.

Isegi need, kes on keemiast kaugel, võivad nimetada näiteid metallide kohta. Need on raud, vask, tsink, kroom ja muud keemiliste elementide aatomitest moodustunud lihtsad ained, mille sümbolid asuvad D.I. Mendelejev B all – diagonaalis ja selle kohal põhialagruppides.

Mittemetallidel, nagu nende nimigi ütleb, ei ole metallide omadusi. Need on haprad ja harvade eranditega ei juhi elektrivoolu ega läigi (välja arvatud jood ja grafiit). Nende omadused on metallidega võrreldes mitmekesisemad.

Selliste erinevuste põhjus peitub ka ainete struktuuris. Aatomi- ja molekulaarset tüüpi kristallvõredes pole vabalt liikuvaid elektrone. Siin ühinevad nad paarikaupa, moodustades kovalentsed sidemed. Tuntud mittemetallid - hapnik, lämmastik, väävel, fosfor ja teised. Elemendid – mittemetallid PSCE-s asuvad B-At diagonaali kohal

Komplekssed anorgaanilised ained on:

vesinikuaatomitest ja happejääkidest koosnevad happed (HNO3, H2SO4);
metalliaatomitest ja hüdroksorühmadest moodustunud alused (NaOH, Ba(OH)2);
soolad, mille valemid algavad metallisümbolitega ja lõpevad happeliste jääkidega (BaSO4, NaNO3);
oksiidid, mis moodustuvad kahest elemendist, millest üks on O oksüdatsiooniastmes -2 (BaO, Na2O);
muud kahekomponentsed ühendid (hüdriidid, nitriidid, peroksiidid jne)

Kokku on teada mitusada tuhat anorgaanilist ainet.

Orgaaniline aine

Orgaanilised ühendid erinevad anorgaanilistest eelkõige oma koostise poolest. Kui anorgaanilisi aineid võivad moodustada kõik perioodilise tabeli elemendid, siis orgaanilised ained peavad kindlasti sisaldama C- ja H-aatomeid. Selliseid ühendeid nimetatakse süsivesinikeks (CH4 - metaan, C6H6 - benseen). Süsivesinike tooraine (nafta ja gaas) toovad inimkonnale tohutult kasu. See tekitab aga ka tõsiseid lahkhelisid.

Süsivesinike derivaadid sisaldavad ka O ja N aatomeid Hapnikku sisaldavate orgaaniliste ühendite esindajad on alkoholid ja nende isomeersed eetrid (C2H5OH ja CH3-O-CH3), aldehüüdid ja nende isomeerid - ketoonid (CH3CH2CHO ja CH3COCH3), karboksüülhapped ja komplekseetrid (). CH3-COOH ja HCOOCH3). Viimaste hulka kuuluvad ka rasvad ja vahad. Ka süsivesikud on hapnikku sisaldavad ühendid.

Miks ühendasid teadlased taimsed ja loomsed ained ühte rühma - orgaanilised ühendid ja mille poolest need erinevad anorgaanilistest? Orgaaniliste ja anorgaaniliste ainete eraldamiseks pole ühtset selget kriteeriumi. Vaatleme mitmeid orgaanilisi ühendeid ühendavaid omadusi.

Koostis (ehitatud aatomitest C, H, O, N, harvem P ja S).
Struktuur (vajalikud on C-H ja C-C sidemed, need moodustavad erineva pikkusega ahelaid ja tsükleid);
Omadused (kõik orgaanilised ühendid on tuleohtlikud, moodustades põlemisel CO2 ja H2O).

Orgaaniliste ainete hulgas on palju looduslikku (valgud, polüsahhariidid, looduslik kautšuk jne), tehis- (viskoos) ja sünteetilisi (plast, sünteetilised kummid, polüester jne) päritoluga polümeere. Neil on anorgaaniliste ainetega võrreldes suur molekulmass ja keerulisem struktuur.

Lõpuks on seal rohkem kui 25 miljonit orgaanilist ainet.

See on vaid pealiskaudne pilk orgaanilistele ja anorgaanilistele ainetele. Kõigi nende rühmade kohta on kirjutatud üle tosina teadusliku töö, artikli ja õpiku.