Ulimwengu wa ajabu wa vitu vya kikaboni. Jambo la kikaboni: mifano

Kama unavyojua, vitu vyote vinaweza kugawanywa katika vikundi viwili vikubwa - madini na kikaboni. Unaweza kutoa idadi kubwa ya mifano ya isokaboni, au madini, vitu: chumvi, soda, potasiamu. Lakini ni aina gani za viunganisho vinavyoanguka katika jamii ya pili? Dutu za kikaboni zipo katika kiumbe chochote kilicho hai.

Squirrels

Mfano muhimu zaidi wa vitu vya kikaboni ni protini. Zina vyenye nitrojeni, hidrojeni na oksijeni. Mbali na haya, wakati mwingine atomi za sulfuri zinaweza pia kupatikana katika baadhi ya protini.

Protini ni kati ya misombo ya kikaboni muhimu zaidi na ni kawaida kupatikana katika asili. Tofauti na misombo mingine, protini zina sifa fulani za tabia. Sifa yao kuu ni uzito wao mkubwa wa Masi. Kwa mfano, uzito wa molekuli ya atomi ya alkoholi ni 46, benzini ni 78, na himoglobini ni 152,000. Ikilinganishwa na molekuli za vitu vingine, protini ni makubwa halisi, yenye maelfu ya atomi. Wakati mwingine wanabiolojia huziita macromolecules.

Protini ni ngumu zaidi ya miundo yote ya kikaboni. Wao ni wa darasa la polima. Ikiwa unachunguza molekuli ya polymer chini ya darubini, unaweza kuona kwamba ni mlolongo unaojumuisha miundo rahisi. Wanaitwa monomers na hurudiwa mara nyingi katika polima.

Mbali na protini, kuna idadi kubwa ya polima - mpira, selulosi, pamoja na wanga wa kawaida. Pia, polima nyingi ziliundwa na mikono ya binadamu - nylon, lavsan, polyethilini.

Uundaji wa protini

Je, protini huundwaje? Wao ni mfano wa vitu vya kikaboni, muundo ambao katika viumbe hai hutambuliwa na kanuni za maumbile. Katika awali yao, katika idadi kubwa ya matukio, mchanganyiko mbalimbali hutumiwa

Pia, asidi mpya ya amino inaweza kuundwa tayari wakati protini inapoanza kufanya kazi katika seli. Hata hivyo, ina alpha amino asidi tu. Muundo wa msingi wa dutu inayoelezewa imedhamiriwa na mlolongo wa mabaki ya asidi ya amino. Na katika hali nyingi, wakati protini inapoundwa, mnyororo wa polypeptide hupigwa ndani ya ond, zamu ambazo ziko karibu na kila mmoja. Kama matokeo ya malezi ya misombo ya hidrojeni, ina muundo wenye nguvu.

Mafuta

Mfano mwingine wa vitu vya kikaboni ni mafuta. Mwanadamu anajua aina nyingi za mafuta: siagi, nyama ya ng'ombe na mafuta ya samaki, mafuta ya mboga. Mafuta hutengenezwa kwa kiasi kikubwa katika mbegu za mimea. Ikiwa utaweka mbegu ya alizeti iliyosafishwa kwenye karatasi na kuiweka chini, doa ya mafuta itabaki kwenye karatasi.

Wanga

Wanga sio muhimu sana katika asili hai. Wanapatikana katika viungo vyote vya mmea. Darasa la wanga ni pamoja na sukari, wanga, na nyuzi. Mizizi ya viazi na matunda ya ndizi ni matajiri ndani yao. Ni rahisi sana kugundua wanga katika viazi. Wakati wa kukabiliana na iodini, wanga hii inageuka bluu. Unaweza kuthibitisha hili kwa kudondosha iodini kidogo kwenye viazi vilivyokatwa.

Sukari pia ni rahisi kugundua - zote zina ladha tamu. Kabohaidreti nyingi za darasa hili zinapatikana katika matunda ya zabibu, tikiti maji, tikiti na tufaha. Wao ni mifano ya vitu vya kikaboni ambavyo pia huzalishwa katika hali ya bandia. Kwa mfano, sukari hutolewa kutoka kwa miwa.

Je, wanga huundwaje katika asili? Mfano rahisi zaidi ni mchakato wa photosynthesis. Wanga ni vitu vya kikaboni ambavyo vina mlolongo wa atomi kadhaa za kaboni. Pia zina vikundi kadhaa vya hidroksili. Wakati wa photosynthesis, sukari isokaboni huundwa kutoka kwa monoksidi kaboni na sulfuri.

Selulosi

Mfano mwingine wa suala la kikaboni ni fiber. Wengi wao hupatikana katika mbegu za pamba, pamoja na shina za mimea na majani yao. Fiber ina polima za mstari, uzito wake wa Masi ni kati ya elfu 500 hadi milioni 2.

Katika fomu yake safi, ni dutu ambayo haina harufu, ladha au rangi. Inatumika katika utengenezaji wa filamu ya picha, cellophane, na vilipuzi. Fiber haipatikani na mwili wa binadamu, lakini ni sehemu ya lazima ya chakula, kwani huchochea utendaji wa tumbo na matumbo.

Dutu za kikaboni na zisizo za kawaida

Tunaweza kutoa mifano mingi ya malezi ya kikaboni na ya pili inayotokana na madini - yasiyo hai ambayo huundwa kwenye kina cha dunia. Pia hupatikana katika miamba mbalimbali.

Chini ya hali ya asili, vitu vya isokaboni huundwa wakati wa uharibifu wa madini au vitu vya kikaboni. Kwa upande mwingine, vitu vya kikaboni vinatengenezwa mara kwa mara kutoka kwa madini. Kwa mfano, mimea huchukua maji na misombo iliyoyeyushwa ndani yake, ambayo baadaye huhama kutoka jamii moja hadi nyingine. Viumbe hai hutumia hasa vitu vya kikaboni kwa lishe.

Sababu za utofauti

Mara nyingi, watoto wa shule au wanafunzi wanahitaji kujibu swali la nini sababu za utofauti wa vitu vya kikaboni. Jambo kuu ni kwamba atomi za kaboni zimeunganishwa kwa kila mmoja kwa kutumia aina mbili za vifungo - rahisi na nyingi. Wanaweza pia kuunda minyororo. Sababu nyingine ni aina mbalimbali za vipengele vya kemikali ambavyo vinajumuishwa katika suala la kikaboni. Kwa kuongeza, utofauti pia ni kutokana na allotropy - jambo la kuwepo kwa kipengele sawa katika misombo tofauti.

Je, dutu isokaboni hutengenezwaje? Dutu za asili na za kikaboni na mifano yao husomwa katika shule ya upili na katika taasisi maalum za elimu ya juu. Uundaji wa vitu vya isokaboni sio mchakato mgumu kama uundaji wa protini au wanga. Kwa mfano, watu wamekuwa wakichota soda kutoka kwa maziwa ya soda tangu zamani. Mnamo 1791, mwanakemia Nicolas Leblanc alipendekeza kuiunganisha kwenye maabara kwa kutumia chaki, chumvi na asidi ya salfa. Hapo zamani za kale, soda, ambayo inajulikana kwa kila mtu leo, ilikuwa bidhaa ya gharama kubwa. Ili kufanya jaribio, ilikuwa ni lazima kuhesabu chumvi ya meza pamoja na asidi, na kisha calcinate sulfate kusababisha pamoja na chokaa na mkaa.

Nyingine ni pamanganeti ya potasiamu, au pamanganeti ya potasiamu. Dutu hii hupatikana kwa viwanda. Mchakato wa malezi una electrolysis ya suluhisho la hidroksidi ya potasiamu na anode ya manganese. Katika kesi hii, anode hupasuka hatua kwa hatua ili kuunda suluhisho la zambarau - hii ni permanganate ya potasiamu inayojulikana.

Katika historia ya maendeleo ya kemia ya kikaboni, vipindi viwili vinajulikana: nguvu (kutoka katikati ya 17 hadi mwisho wa karne ya 18), ambapo ujuzi wa vitu vya kikaboni, mbinu za kutengwa kwao na usindikaji ulifanyika kwa majaribio, na uchambuzi. (mwishoni mwa 18 - katikati ya karne ya 19), inayohusishwa na kuibuka kwa njia za kuanzisha utungaji wa vitu vya kikaboni. Katika kipindi cha uchambuzi, iligundua kuwa vitu vyote vya kikaboni vina kaboni. Miongoni mwa vipengele vingine vinavyounda misombo ya kikaboni, hidrojeni, nitrojeni, sulfuri, oksijeni na fosforasi ziligunduliwa.

Ya umuhimu mkubwa katika historia ya kemia ya kikaboni ni kipindi cha kimuundo (nusu ya pili ya 19 - mapema karne ya 20), iliyowekwa na kuzaliwa kwa nadharia ya kisayansi ya muundo wa misombo ya kikaboni, mwanzilishi wake A.M. Butlerov.

Kanuni za msingi za nadharia ya muundo wa misombo ya kikaboni:

atomi katika molekuli zimeunganishwa kwa kila mmoja kwa utaratibu fulani na vifungo vya kemikali kwa mujibu wa valency yao. Carbon katika misombo yote ya kikaboni ni tetravalent;
mali ya dutu hutegemea sio tu juu ya muundo wao wa ubora na kiasi, lakini pia juu ya utaratibu wa uhusiano wa atomi;
atomi katika molekuli huathiri kila mmoja.

Mpangilio wa uunganisho wa atomi katika molekuli unaelezewa na fomula ya kimuundo ambayo vifungo vya kemikali vinawakilishwa na dashi.

Tabia ya vitu vya kikaboni

Kuna mali kadhaa muhimu ambazo hutofautisha misombo ya kikaboni katika darasa tofauti, la kipekee la misombo ya kemikali:

Michanganyiko ya kikaboni kwa kawaida ni gesi, vimiminiko, au yabisi yenye kuyeyuka kidogo, kinyume na misombo ya isokaboni, ambayo kwa kiasi kikubwa ni yabisi yenye kiwango kikubwa cha kuyeyuka.
Misombo ya kikaboni mara nyingi imeundwa kwa ushirikiano, wakati misombo ya isokaboni imeundwa ionic.
Topolojia tofauti ya malezi ya vifungo kati ya atomi zinazounda misombo ya kikaboni (hasa atomi za kaboni) husababisha kuonekana kwa isoma - misombo ambayo ina muundo sawa na uzito wa Masi, lakini ina mali tofauti ya physicochemical. Jambo hili linaitwa isomerism.
Jambo la homolojia ni kuwepo kwa mfululizo wa misombo ya kikaboni ambayo formula ya majirani yoyote mawili ya mfululizo (homologs) hutofautiana na kundi moja - tofauti ya homoni CH 2. Vitu vya kikaboni huwaka.

Uainishaji wa vitu vya kikaboni

Uainishaji unategemea vipengele viwili muhimu - muundo wa mifupa ya kaboni na kuwepo kwa vikundi vya kazi katika molekuli.

Katika molekuli za vitu vya kikaboni, atomi za kaboni huchanganyika na kila mmoja, na kutengeneza kinachojulikana. mifupa ya kaboni au mnyororo. Minyororo inaweza kufunguliwa na kufungwa (mzunguko), minyororo iliyo wazi inaweza kuwa isiyo na matawi (ya kawaida) na matawi:

Kulingana na muundo wa mifupa ya kaboni, wamegawanywa katika:

- dutu za kikaboni za alicyclic zilizo na mnyororo wa kaboni wazi, wote wenye matawi na wasio na matawi. Kwa mfano,

CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 (butane)

CH 3 -CH (CH 3) -CH 3 (isobutane)

- vitu vya kikaboni vya carbocyclic ambayo mnyororo wa kaboni umefungwa katika mzunguko (pete). Kwa mfano,

- misombo ya kikaboni ya heterocyclic iliyomo kwenye mzunguko sio tu atomi za kaboni, lakini pia atomi za vitu vingine, mara nyingi nitrojeni, oksijeni au sulfuri:

Kikundi kinachofanya kazi ni atomi au kikundi cha atomi zisizo za hidrokaboni ambacho huamua kama kiwanja ni cha darasa fulani. Ishara ambayo dutu ya kikaboni imeainishwa katika darasa moja au nyingine ni asili ya kikundi cha kazi (Jedwali 1).

Jedwali 1. Vikundi vya kazi na madarasa.

Michanganyiko inaweza kuwa na zaidi ya kikundi kimoja cha utendaji. Ikiwa makundi haya ni sawa, basi misombo inaitwa polyfunctional, kwa mfano chloroform, glycerol. Michanganyiko iliyo na vikundi tofauti vya utendaji huitwa heterofunctional; zinaweza kuainishwa wakati huo huo katika vikundi kadhaa vya misombo, kwa mfano, asidi ya lactic inaweza kuzingatiwa kama asidi ya kaboksili na pombe, na colamine inaweza kuzingatiwa kama amini na pombe.

Muundo wa chembe hai ni pamoja na vitu sawa vya kemikali ambavyo ni sehemu ya asili isiyo hai. Kati ya vipengele 104 vya jedwali la upimaji la D. I. Mendeleev, 60 zilipatikana kwenye seli.

Wamegawanywa katika vikundi vitatu:

mambo kuu ni oksijeni, kaboni, hidrojeni na nitrojeni (98% ya muundo wa seli);
vipengele vinavyojumuisha sehemu ya kumi na mia ya asilimia - potasiamu, fosforasi, sulfuri, magnesiamu, chuma, klorini, kalsiamu, sodiamu (kwa jumla 1.9%);
vipengele vingine vyote vilivyopo kwa kiasi kidogo zaidi ni microelements.

Muundo wa molekuli ya seli ni ngumu na tofauti. Misombo ya mtu binafsi - maji na chumvi za madini - pia hupatikana katika asili isiyo hai; wengine - misombo ya kikaboni: wanga, mafuta, protini, asidi nucleic, nk - ni tabia tu ya viumbe hai.

VITU VYA INORGANIC

Maji hufanya karibu 80% ya wingi wa seli; katika seli za vijana zinazokua haraka - hadi 95%, katika seli za zamani - 60%.

Jukumu la maji katika seli ni kubwa.

Ni kati kuu na kutengenezea, inashiriki katika athari nyingi za kemikali, harakati za vitu, thermoregulation, uundaji wa miundo ya seli, na huamua kiasi na elasticity ya seli. Dutu nyingi huingia na kutoka kwa mwili katika suluhisho la maji. Jukumu la kibaiolojia la maji linatambuliwa na maalum ya muundo wake: polarity ya molekuli zake na uwezo wa kuunda vifungo vya hidrojeni, kutokana na ambayo complexes ya molekuli kadhaa ya maji hutokea. Ikiwa nishati ya kivutio kati ya molekuli za maji ni chini ya kati ya molekuli za maji na dutu, hupasuka ndani ya maji. Dutu kama hizo huitwa hydrophilic (kutoka kwa Kigiriki "hydro" - maji, "fillet" - upendo). Hizi ni chumvi nyingi za madini, protini, wanga, nk Ikiwa nishati ya kivutio kati ya molekuli ya maji ni kubwa kuliko nishati ya kivutio kati ya molekuli ya maji na dutu, vitu hivyo haviwezi (au kidogo mumunyifu), huitwa hydrophobic ( kutoka kwa Kigiriki "phobos" - hofu) - mafuta, lipids, nk.

Chumvi za madini katika ufumbuzi wa seli za maji hutengana katika cations na anions, kutoa kiasi cha kutosha cha vipengele muhimu vya kemikali na shinikizo la osmotic. Kati ya cations, muhimu zaidi ni K +, Na +, Ca 2+, Mg +. Mkusanyiko wa cations ya mtu binafsi katika seli na katika mazingira ya nje ya seli si sawa. Katika seli hai, mkusanyiko wa K ni wa juu, Na + ni mdogo, na katika plasma ya damu, kinyume chake, mkusanyiko wa Na + ni wa juu na K + ni mdogo. Hii ni kutokana na upenyezaji wa kuchagua wa utando. Tofauti katika mkusanyiko wa ioni kwenye seli na mazingira huhakikisha mtiririko wa maji kutoka kwa mazingira hadi kwenye seli na kunyonya kwa maji na mizizi ya mimea. Ukosefu wa vipengele vya mtu binafsi - Fe, P, Mg, Co, Zn - huzuia uundaji wa asidi ya nucleic, hemoglobin, protini na vitu vingine muhimu na husababisha magonjwa makubwa. Anions huamua uthabiti wa mazingira ya pH-seli (neutral na kidogo alkali). Kati ya anions, muhimu zaidi ni HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, Cl -, HCO 3 -

VITU HAI

Dutu za kikaboni katika fomu tata kuhusu 20-30% ya muundo wa seli.

Wanga- misombo ya kikaboni yenye kaboni, hidrojeni na oksijeni. Wao umegawanywa katika rahisi - monosaccharides (kutoka kwa Kigiriki "monos" - moja) na ngumu - polysaccharides (kutoka kwa Kigiriki "poly" - nyingi).

Monosaccharides(formula yao ya jumla ni C n H 2n O n) - vitu visivyo na rangi na ladha ya kupendeza ya tamu, mumunyifu sana katika maji. Zinatofautiana katika idadi ya atomi za kaboni. Ya monosaccharides, ya kawaida ni hexoses (yenye atomi 6 C): glucose, fructose (inayopatikana katika matunda, asali, damu) na galactose (inayopatikana katika maziwa). Ya pentoses (yenye atomi 5 C), ya kawaida ni ribose na deoxyribose, ambayo ni sehemu ya asidi nucleic na ATP.

Polysaccharides rejea polima - misombo ambayo monoma sawa inarudiwa mara nyingi. Monomers ya polysaccharides ni monosaccharides. Polysaccharides ni mumunyifu wa maji na wengi wana ladha tamu. Kati ya hizi, rahisi zaidi ni disaccharides, yenye monosaccharides mbili. Kwa mfano, sucrose ina glucose na fructose; sukari ya maziwa - kutoka kwa glucose na galactose. Kadiri idadi ya monoma inavyoongezeka, umumunyifu wa polysaccharides hupungua. Ya polysaccharides ya juu ya Masi, glycogen ni ya kawaida zaidi kwa wanyama, na wanga na nyuzi (selulosi) katika mimea. Mwisho huo una molekuli 150-200 za sukari.

Wanga- chanzo kikuu cha nishati kwa aina zote za shughuli za seli (harakati, biosynthesis, secretion, nk). Kuvunja ndani ya bidhaa rahisi zaidi CO 2 na H 2 O, 1 g ya wanga hutoa 17.6 kJ ya nishati. Wanga hufanya kazi ya ujenzi katika mimea (maganda yao yana selulosi) na jukumu la vitu vya kuhifadhi (katika mimea - wanga, katika wanyama - glycogen).

Lipids- Hizi ni dutu zisizo na maji-kama mafuta na mafuta, yenye glycerol na asidi ya juu ya molekuli ya mafuta. Mafuta ya wanyama hupatikana katika maziwa, nyama na tishu zinazoingiliana. Kwa joto la kawaida wao ni yabisi. Katika mimea, mafuta hupatikana katika mbegu, matunda na viungo vingine. Kwa joto la kawaida wao ni vinywaji. Dutu zinazofanana na mafuta ni sawa katika muundo wa kemikali na mafuta. Kuna wengi wao katika yolk ya mayai, seli za ubongo na tishu nyingine.

Jukumu la lipids imedhamiriwa na kazi yao ya kimuundo. Wanaunda utando wa seli, ambayo, kwa sababu ya hydrophobicity yao, huzuia mchanganyiko wa yaliyomo kwenye seli na mazingira. Lipids hufanya kazi ya nishati. Kuvunja kwa CO 2 na H 2 O, 1 g ya mafuta hutoa 38.9 kJ ya nishati. Wanaendesha joto vibaya, hujilimbikiza kwenye tishu za chini ya ngozi (na viungo vingine na tishu), na hufanya kazi ya kinga na kutumika kama vitu vya akiba.

Squirrels- maalum zaidi na muhimu kwa mwili. Wao ni wa polima zisizo za mara kwa mara. Tofauti na polima zingine, molekuli zao zinajumuisha monoma zinazofanana, lakini zisizo sawa - asidi 20 tofauti za amino.

Kila asidi ya amino ina jina lake mwenyewe, muundo maalum na mali. Fomula yao ya jumla inaweza kuwakilishwa kama ifuatavyo

Molekuli ya amino asidi ina sehemu maalum (radical R) na sehemu ambayo ni sawa kwa asidi zote za amino, ikiwa ni pamoja na kundi la amino (- NH 2) na sifa za msingi, na kundi la carboxyl (COOH) yenye sifa za asidi. Uwepo wa vikundi vya tindikali na vya msingi katika molekuli moja huamua reactivity yao ya juu. Kupitia vikundi hivi, amino asidi huunganishwa na kuunda polima - protini. Katika kesi hii, molekuli ya maji hutolewa kutoka kwa kikundi cha amino cha amino asidi moja na carboxyl ya mwingine, na elektroni iliyotolewa huunganishwa ili kuunda dhamana ya peptidi. Kwa hiyo, protini huitwa polypeptides.

Molekuli ya protini ni mlolongo wa makumi kadhaa au mamia ya asidi ya amino.

Molekuli za protini ni kubwa sana kwa ukubwa, ndiyo sababu zinaitwa macromolecules. Protini, kama amino asidi, ni tendaji sana na zinaweza kuitikia pamoja na asidi na alkali. Zinatofautiana katika muundo, idadi na mlolongo wa asidi ya amino (idadi ya mchanganyiko kama huo wa asidi 20 ya amino ni karibu isiyo na kikomo). Hii inaelezea utofauti wa protini.

Kuna viwango vinne vya mpangilio katika muundo wa molekuli za protini (59)

Muundo wa msingi- mnyororo wa polipeptidi wa asidi ya amino iliyounganishwa katika mlolongo fulani na vifungo vya peptidi vya ushirikiano (nguvu).
Muundo wa sekondari- mnyororo wa polipeptidi uliosokotwa ndani ya ond tight. Ndani yake, vifungo vya hidrojeni vya chini vya nguvu hutokea kati ya vifungo vya peptidi vya zamu za jirani (na atomi nyingine). Kwa pamoja hutoa muundo wenye nguvu.
Muundo wa elimu ya juu inawakilisha usanidi wa ajabu, lakini maalum kwa kila protini - globule. Inashikiliwa na vifungo vya chini vya nguvu ya hydrophobic au nguvu za wambiso kati ya radicals zisizo za polar, ambazo zinapatikana katika asidi nyingi za amino. Kutokana na wingi wao, hutoa utulivu wa kutosha wa macromolecule ya protini na uhamaji wake. Muundo wa juu wa protini pia hudumishwa kwa sababu ya vifungo vya ushirikiano vya S - S (es - es) vinavyotokea kati ya radicals ya mbali ya asidi ya amino iliyo na sulfuri - cysteine.
Muundo wa Quaternary sio kawaida kwa protini zote. Inatokea wakati macromolecules kadhaa ya protini huchanganyika na kuunda tata. Kwa mfano, hemoglobini katika damu ya binadamu ni tata ya macromolecules nne za protini hii.

Utata huu wa muundo wa molekuli za protini unahusishwa na utofauti wa kazi zinazopatikana katika biopolima hizi. Hata hivyo, muundo wa molekuli za protini hutegemea mali ya mazingira.

Ukiukaji wa muundo wa asili wa protini huitwa denaturation. Inaweza kutokea chini ya ushawishi wa joto, kemikali, nishati ya radiant na mambo mengine. Kwa athari dhaifu, muundo wa quaternary tu hutengana, na nguvu zaidi - ya juu, na kisha ya sekondari, na protini inabaki katika mfumo wa muundo wa msingi - mnyororo wa polypeptide. Utaratibu huu unaweza kubadilishwa kwa sehemu, na protini iliyopunguzwa. ina uwezo wa kurejesha muundo wake.

Jukumu la protini katika maisha ya seli ni kubwa sana.

Squirrels- Hii ni nyenzo ya ujenzi wa mwili. Wanashiriki katika ujenzi wa shell, organelles na utando wa seli na tishu za kibinafsi (nywele, mishipa ya damu, nk). Protini nyingi hufanya kama vichocheo katika seli - vimeng'enya ambavyo huharakisha athari za seli makumi au mamia ya mamilioni ya nyakati. Takriban enzymes elfu moja zinajulikana. Mbali na protini, muundo wao ni pamoja na metali Mg, Fe, Mn, vitamini, nk.

Kila mmenyuko huchochewa na kimeng'enya chake maalum. Katika kesi hii, sio enzyme nzima inayofanya kazi, lakini eneo fulani - kituo cha kazi. Inatoshea kwenye substrate kama ufunguo kwenye kufuli. Enzymes hufanya kazi kwa joto fulani na pH ya mazingira. Protini maalum za mikataba hutoa kazi za motor za seli (mwendo wa flagella, ciliates, contraction ya misuli, nk). Protini za kibinafsi (hemoglobin ya damu) hufanya kazi ya usafiri, kutoa oksijeni kwa viungo vyote na tishu za mwili. Protini maalum - antibodies - hufanya kazi ya kinga, neutralizing vitu vya kigeni. Protini zingine hufanya kazi ya nishati. Kugawanyika ndani ya asidi ya amino na kisha katika vitu rahisi zaidi, 1 g ya protini hutoa 17.6 kJ ya nishati.

Asidi za nyuklia(kutoka kwa Kilatini "nucleus" - core) ziligunduliwa kwanza kwenye kiini. Wao ni wa aina mbili - asidi ya deoxyribonucleic(DNA) na asidi ya ribonucleic(RNA). Jukumu lao la kibaolojia ni kubwa; huamua muundo wa protini na uhamishaji wa habari ya urithi kutoka kizazi kimoja hadi kingine.

Molekuli ya DNA ina muundo tata. Inajumuisha minyororo miwili iliyosokotwa kwa ond. Upana wa helix mbili ni 2 nm 1, urefu ni makumi kadhaa na hata mamia ya micromicrons (mamia au maelfu ya mara kubwa kuliko molekuli kubwa ya protini). DNA ni polima ambayo monoma zake ni nyukleotidi - misombo inayojumuisha molekuli ya asidi ya fosforasi, kabohaidreti - deoxyribose na msingi wa nitrojeni. Muundo wao wa jumla ni kama ifuatavyo.

Asidi ya fosforasi na kabohaidreti ni sawa katika nucleotides zote, na besi za nitrojeni ni za aina nne: adenine, guanini, cytosine na thymine. Wanaamua jina la nyukleotidi zinazolingana:

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

Kila uzio wa DNA ni polynucleotidi inayojumuisha makumi ya maelfu ya nyukleotidi. Ndani yake, nyukleotidi za jirani zimeunganishwa na dhamana kali ya covalent kati ya asidi ya fosforasi na deoxyribose.

Kwa kuzingatia ukubwa mkubwa wa molekuli za DNA, mchanganyiko wa nyukleotidi nne ndani yake unaweza kuwa mkubwa sana.

Wakati helix mbili ya DNA inapoundwa, besi za nitrojeni za mnyororo mmoja hupangwa kwa utaratibu uliowekwa kinyume na besi za nitrojeni za nyingine. Katika kesi hii, T daima ni dhidi ya A, na C pekee ni dhidi ya G. Hii inafafanuliwa na ukweli kwamba A na T, pamoja na G na C, zinalingana kwa kila mmoja, kama nusu mbili za kioo kilichovunjika, na ni. nyongeza au nyongeza(kutoka kwa Kigiriki "kamilisho" - nyongeza) kwa kila mmoja. Ikiwa mlolongo wa nucleotides katika mlolongo mmoja wa DNA unajulikana, basi kwa kanuni ya ukamilifu inawezekana kuamua nucleotides ya mlolongo mwingine (angalia Kiambatisho, kazi 1). Nucleotides ya ziada huunganishwa kwa kutumia vifungo vya hidrojeni.

Kuna miunganisho miwili kati ya A na T, na tatu kati ya G na C.

Kuongezeka maradufu kwa molekuli ya DNA ni kipengele chake cha pekee, ambacho huhakikisha uhamisho wa taarifa za urithi kutoka kwa seli ya mama hadi kwa seli za binti. Mchakato wa kuzidisha DNA unaitwa Kupunguza DNA. Inafanywa kama ifuatavyo. Muda mfupi kabla ya mgawanyiko wa seli, molekuli ya DNA hujifungua na nyuzi zake mbili, chini ya utendakazi wa kimeng'enya, hugawanyika upande mmoja katika minyororo miwili inayojitegemea. Juu ya kila nusu ya nucleotides ya bure ya seli, kulingana na kanuni ya kusaidiana, mlolongo wa pili hujengwa. Kwa hiyo, badala ya molekuli moja ya DNA, molekuli mbili zinazofanana kabisa zinaonekana.

RNA- polima sawa na muundo kwa kamba moja ya DNA, lakini ndogo sana kwa ukubwa. RNA monoma ni nyukleotidi inayojumuisha asidi ya fosforasi, kabohaidreti (ribose) na msingi wa nitrojeni. Besi tatu za nitrojeni za RNA - adenine, guanini na cytosine - zinalingana na zile za DNA, lakini ya nne ni tofauti. Badala ya thymine, RNA ina uracil. Uundaji wa polima ya RNA hutokea kupitia vifungo vya ushirikiano kati ya ribose na asidi ya fosforasi ya nyukleotidi za jirani. Aina tatu za RNA zinajulikana: mjumbe RNA(i-RNA) hupitisha habari kuhusu muundo wa protini kutoka kwa molekuli ya DNA; Kubadilisha RNA(tRNA) husafirisha amino asidi kwenye tovuti ya usanisi wa protini; ribosomal RNA (r-RNA) iko katika ribosomu na inahusika katika usanisi wa protini.

ATP- adenosine triphosphoric acid ni kiwanja muhimu cha kikaboni. Muundo wake ni nucleotide. Ina msingi wa nitrojeni adenine, ribose ya wanga na molekuli tatu za asidi ya fosforasi. ATP ni muundo usio thabiti; chini ya ushawishi wa kimeng'enya, dhamana kati ya "P" na "O" huvunjika, molekuli ya asidi ya fosforasi hugawanyika na ATP huingia ndani.

1 Dutu za kikaboni na isokaboni

I. Misombo ya isokaboni.

1.Maji, mali na umuhimu wake kwa michakato ya kibiolojia.

Maji ni kutengenezea kwa ulimwengu wote. Ina uwezo wa juu wa joto na wakati huo huo conductivity ya juu ya mafuta kwa vinywaji. Tabia hizi hufanya maji kuwa kioevu bora kwa kudumisha usawa wa joto wa mwili.

Kwa sababu ya polarity ya molekuli zake, maji hufanya kama kiimarishaji cha muundo.

Maji ni chanzo cha oksijeni na hidrojeni, ni kati kuu ambapo athari za biochemical na kemikali hufanyika, reagent muhimu zaidi na bidhaa za athari za biochemical.

Maji yana sifa ya uwazi kamili katika sehemu inayoonekana ya wigo, ambayo ni muhimu kwa mchakato wa photosynthesis na transpiration.

Maji kivitendo haina compress, ambayo ni muhimu sana kwa kutoa sura kwa viungo, kujenga turgor na kuhakikisha nafasi fulani ya viungo na sehemu ya mwili katika nafasi.

Shukrani kwa maji, athari za osmotic katika seli hai zinawezekana.

Maji ndio njia kuu ya usafirishaji wa vitu kwenye mwili (mzunguko wa damu, mikondo ya kupanda na kushuka ya suluhisho katika mwili wa mmea, nk).

2. Madini.

Njia za kisasa za uchambuzi wa kemikali zimefunua vipengele 80 vya meza ya mara kwa mara katika muundo wa viumbe hai. Kulingana na muundo wao wa kiasi, wamegawanywa katika vikundi vitatu kuu.

Macroelements hufanya wingi wa misombo ya kikaboni na isokaboni, mkusanyiko wao ni kati ya 60% hadi 0.001% ya uzito wa mwili (oksijeni, hidrojeni, kaboni, nitrojeni, sulfuri, magnesiamu, potasiamu, sodiamu, chuma, nk).

Microelements ni hasa ions ya metali nzito. Imejumuishwa katika viumbe kwa kiasi cha 0.001% - 0.000001% (manganese, boroni, shaba, molybdenum, zinki, iodini, bromini).

Mkusanyiko wa ultramicroelements hauzidi 0.000001%. Jukumu lao la kisaikolojia katika viumbe bado halijafafanuliwa kikamilifu. Kundi hili ni pamoja na uranium, radium, dhahabu, zebaki, cesium, selenium na mambo mengine mengi adimu.

Wingi wa tishu za viumbe hai vinavyoishi Duniani vinaundwa na vipengele vya organogenic: oksijeni, kaboni, hidrojeni na nitrojeni, ambayo misombo ya kikaboni hujengwa hasa - protini, mafuta, wanga.

II. Jukumu na kazi ya vipengele vya mtu binafsi.

Nitrojeni katika mimea ya autotrophic ni bidhaa ya awali ya kimetaboliki ya nitrojeni na protini. Atomi za nitrojeni ni sehemu ya nyingine nyingi zisizo za protini, lakini misombo muhimu: rangi (chlorophyll, hemoglobin), asidi nucleic, vitamini.

Fosforasi ni sehemu ya misombo mingi muhimu. Fosforasi ni sehemu ya AMP, ADP, ATP, nyukleotidi, sakkaridi za fosforasi, na baadhi ya vimeng'enya. Viumbe vingi vina fosforasi katika fomu ya madini (fosfati ya seli mumunyifu, phosphates ya tishu mfupa).

Baada ya viumbe kufa, misombo ya fosforasi hutiwa madini. Shukrani kwa usiri wa mizizi na shughuli za bakteria ya udongo, phosphates hupasuka, ambayo inafanya uwezekano wa fosforasi kufyonzwa na mimea na kisha viumbe vya wanyama.

Sulfuri inahusika katika ujenzi wa asidi ya amino yenye sulfuri (cystine, cysteine), na ni sehemu ya vitamini B1 na baadhi ya vimeng'enya. Sulfuri na misombo yake ni muhimu hasa kwa bakteria ya chemosynthetic. Misombo ya sulfuri huundwa kwenye ini kama bidhaa za kutokwa na maambukizo ya vitu vyenye sumu.

Potasiamu hupatikana katika seli tu kwa namna ya ions. Shukrani kwa potasiamu, cytoplasm ina mali fulani ya colloidal; Potasiamu huwezesha enzymes ya awali ya protini, huamua rhythm ya kawaida ya shughuli za moyo, na inashiriki katika uzalishaji wa uwezo wa bioelectric na katika mchakato wa photosynthesis.

Sodiamu (iliyomo katika fomu ya ionic) hufanya sehemu kubwa ya madini katika damu na kwa hiyo ina jukumu muhimu katika kudhibiti kimetaboliki ya maji ya mwili. Ions za sodiamu huchangia kwenye polarization ya membrane ya seli; mdundo wa kawaida wa shughuli za moyo unategemea uwepo katika lishe ya kiasi kinachohitajika cha chumvi za sodiamu, potasiamu na kalsiamu.

Calcium katika hali yake ya ionic ni mpinzani wa potasiamu. Ni sehemu ya miundo ya membrane na, kwa namna ya chumvi za vitu vya pectini, huunganisha seli za mimea pamoja. Katika seli za mimea mara nyingi hupatikana kwa namna ya fuwele rahisi, umbo la sindano au fused ya oxalate ya kalsiamu.

Magnésiamu iko katika seli katika uwiano fulani na kalsiamu. Ni sehemu ya molekuli ya klorofili, huamsha kimetaboliki ya nishati na awali ya DNA.

Iron ni sehemu muhimu ya molekuli ya hemoglobin. Inashiriki katika biosynthesis ya chlorophyll, hivyo wakati kuna ukosefu wa chuma katika udongo, mimea huendeleza chlorosis. Jukumu kuu la chuma ni kushiriki katika michakato ya kupumua na photosynthesis kwa kuhamisha elektroni kama sehemu ya enzymes za oksidi - catalase, ferredoxin. Ugavi fulani wa chuma katika mwili wa wanyama na wanadamu huhifadhiwa katika ferritin iliyo na chuma, iliyo kwenye ini na wengu.

Copper hupatikana katika wanyama na mimea, ambapo ina jukumu muhimu. Shaba ni sehemu ya enzymes fulani (oxidase). Umuhimu wa shaba kwa michakato ya hematopoiesis, awali ya hemoglobin na cytochromes imeanzishwa.

Kila siku, 2 mg ya shaba huingia mwili wa binadamu na chakula. Katika mimea, shaba ni sehemu ya enzymes nyingi zinazoshiriki katika athari za giza za photosynthesis na biosyntheses nyingine. Wanyama walio na upungufu wa shaba hupata upungufu wa damu, kupoteza hamu ya kula, na ugonjwa wa moyo.

Manganese ni kipengele cha kufuatilia, kiasi cha kutosha ambacho husababisha chlorosis katika mimea. Manganese pia ina jukumu kubwa katika michakato ya kupunguza nitrati katika mimea.

Zinki ni sehemu ya vimeng'enya vingine vinavyowezesha kuvunjika kwa asidi ya kaboniki.

Boroni huathiri michakato ya ukuaji, hasa ya viumbe vya mimea. Kwa kutokuwepo kwa microelement hii kwenye udongo, kufanya tishu, maua na ovari hufa kwenye mimea.

Hivi karibuni, vipengele vidogo vimetumika sana katika uzalishaji wa mazao (matibabu ya mbegu kabla ya kupanda) na katika ufugaji wa wanyama (viongeza vya malisho ya microelement).

Vipengele vingine vya isokaboni vya seli mara nyingi hupatikana kwa njia ya chumvi, iliyotenganishwa katika suluhisho ndani ya ions, au katika hali isiyoweza kufutwa (chumvi za fosforasi za tishu za mfupa, ganda la calcareous au silicon ya sponges, matumbawe, diatomu, nk).

III. Misombo ya kikaboni.

Wanga (saccharides). Molekuli za vitu hivi hujengwa kutoka kwa vipengele vitatu tu - kaboni, oksijeni na hidrojeni. Kaboni ndio chanzo kikuu cha nishati kwa viumbe hai. Kwa kuongeza, wao hutoa viumbe na misombo ambayo hutumiwa baadaye kwa ajili ya awali ya misombo mingine.

Wanga maarufu na iliyoenea ni mono- na disaccharides kufutwa katika maji. Wao huangaza na kuonja tamu.

Monosaccharides (monoses) ni misombo ambayo haiwezi hidrolisisi. Sakharidi zinaweza kupolimisha na kuunda misombo ya juu ya uzito wa molekuli - di-, tri-, na polysaccharides.

Oligosaccharides. Molekuli za misombo hii hujengwa kutoka kwa molekuli 2 hadi 4 za monosaccharides. Michanganyiko hii pia inaweza kung'aa, mumunyifu kwa urahisi katika maji, ladha tamu, na kuwa na uzito wa Masi. Mifano ya oligosaccharides ni pamoja na disaccharides sucrose, maltose, lactose, stachyose tetrasaccharide, nk.

Polysaccharides (polyoses) ni misombo isiyoweza kuunganishwa na maji (huunda myeyusho wa colloidal) ambayo haina ladha tamu.Kama kundi la awali la kabohaidreti, inaweza kuwa hidrolisisi (arabans, xylans, wanga, glycogen). Kazi kuu ya misombo hii ni kumfunga, kuunganisha seli za tishu zinazojumuisha, kulinda seli kutokana na mambo yasiyofaa.

Lipids ni kundi la misombo ambayo hupatikana katika chembe hai zote; haziyeyuki katika maji. Vitengo vya miundo ya molekuli za lipid vinaweza kuwa minyororo rahisi ya hidrokaboni au mabaki ya molekuli changamano za mzunguko.

Kulingana na asili yao ya kemikali, lipids imegawanywa katika mafuta na lipoids.

Mafuta (triglycerides, mafuta ya neutral) ni kundi kuu la lipids. Ni esta za glycerol ya pombe ya trihydric na asidi ya mafuta au mchanganyiko wa asidi ya mafuta ya bure na triglycerides.

Asidi ya mafuta ya bure pia hupatikana katika seli hai: palmitic, stearic, ricinic.

Lipoids ni vitu kama mafuta. Zina umuhimu mkubwa kwa sababu, kwa sababu ya muundo wao, huunda tabaka za Masi zilizoelekezwa wazi, na mpangilio ulioamuru wa ncha za hydrophilic na hydrophobic za molekuli ni muhimu kwa malezi ya miundo ya membrane na upenyezaji wa kuchagua.

Vimeng'enya. Hivi ni vichocheo vya kibayolojia vya asili ya protini vinavyoweza kuharakisha athari za biokemikali. Enzymes haziharibiwi wakati wa mabadiliko ya biokemikali, kwa hivyo kiasi kidogo chao huchochea athari za kiasi kikubwa cha dutu. Tofauti ya tabia kati ya enzymes na vichocheo vya kemikali ni uwezo wao wa kuharakisha athari chini ya hali ya kawaida.

Kulingana na asili yao ya kemikali, enzymes imegawanywa katika vikundi viwili - sehemu moja (iliyo na protini tu, shughuli zao imedhamiriwa na kituo cha kazi - kikundi maalum cha asidi ya amino katika molekuli ya protini (pepsin, trypsin)) na mbili- sehemu (inayojumuisha protini (apoenzyme - carrier wa protini) na sehemu ya protini ( coenzyme), na asili ya kemikali ya coenzymes inaweza kuwa tofauti, kwani inaweza kuwa na kikaboni (vitamini nyingi, NAD, NADP) au isokaboni (atomi za chuma: chuma. , magnesiamu, zinki)).

Kazi ya enzymes ni kupunguza nishati ya uanzishaji, i.e. katika kupunguza kiwango cha nishati inayohitajika kufanya reactivity ya molekuli.

Uainishaji wa kisasa wa enzymes unategemea aina za athari za kemikali ambazo huchochea. Enzymes ya Hydrolase huharakisha mmenyuko wa kuvunja misombo ngumu kuwa monomers (amylase (wanga wa hidrolisisi), selulosi (hutengana selulosi kuwa monosaccharides), protease (hidrolisisi protini kwa asidi ya amino)).

Enzymes za Oxidoreductase huchochea athari za redox.

Uhamisho huhamisha vikundi vya aldehyde, ketone na nitrojeni kutoka molekuli moja hadi nyingine.

Lyases hutenganisha itikadi kali za kibinafsi ili kuunda vifungo viwili au kuchochea uongezaji wa vikundi kwa vifungo viwili.

Isomerases hufanya isomerization.

Ligasi huchochea athari kati ya molekuli mbili kwa kutumia nishati ya ATP au triofosfati nyingine.

Nguruwe ni uzito mkubwa wa Masi misombo ya rangi ya asili. Kati ya misombo mia kadhaa ya aina hii, muhimu zaidi ni metalloporphyrin na rangi ya flavin.

Metalloporphyrin, ambayo ina atomi ya magnesiamu, hufanya msingi wa molekuli ya rangi ya kijani ya mimea - klorophylls. Ikiwa kuna atomi ya chuma badala ya magnesiamu, basi metalloporphyrin kama hiyo inaitwa heme.

Hemoglobini ya seli nyekundu za damu kwa wanadamu, wanyama wengine wote wenye uti wa mgongo na wanyama wengine wasio na uti wa mgongo ina oksidi ya chuma, ambayo huipa damu rangi nyekundu. Hemerythrin huipa damu rangi ya waridi (baadhi ya minyoo ya polychaete). Chlorocruorin rangi ya damu na maji ya tishu ya kijani.

Rangi ya upumuaji ya kawaida katika damu ni himoglobini na hemosiani (rangi ya upumuaji ya krasteshia za juu, araknidi, na moluska fulani wa pweza).

Chromoproteins pia ni pamoja na cytochromes, catalase, peroxidase, myoglobin (hupatikana kwenye misuli na hutengeneza usambazaji wa oksijeni, ambayo inaruhusu mamalia wa baharini kukaa chini ya maji kwa muda mrefu).

Mwishoni mwa karne ya tisa BK, mwanasayansi wa Kiarabu Abu Bakr ar-Razi aligawanya vitu vyote vilivyojulikana wakati huo katika vikundi 3 kulingana na asili yao: madini, wanyama na mimea. Uainishaji ulikuwepo kwa karibu miaka 1000. Ni katika karne ya 19 tu ambapo vikundi 3 viligeuka kuwa 2: vitu vya kikaboni na isokaboni.

Dutu zisizo za kawaida

Dutu zisizo za kawaida zinaweza kuwa rahisi au ngumu. Dutu rahisi ni vile vitu ambavyo vina atomi za kipengele kimoja tu cha kemikali. Wao umegawanywa katika metali na zisizo za metali.

Vyuma ni vitu vya plastiki vinavyofanya joto na umeme vizuri. Karibu zote ni nyeupe-fedha na zina mng'ao wa metali. Mali kama haya ni matokeo ya muundo maalum. Katika kimiani ya fuwele ya chuma, chembe za chuma (zinazoitwa ioni za atomi) zimeunganishwa na elektroni za pamoja za rununu.

Hata wale ambao ni mbali na kemia wanaweza kutaja mifano ya metali. Hizi ni chuma, shaba, zinki, chromium na vitu vingine rahisi vinavyoundwa na atomi za vipengele vya kemikali, alama ambazo ziko katika D.I. Mendeleev chini ya B - Kwa diagonal na juu yake katika vikundi vidogo.

Nonmetals, kama jina lao linavyopendekeza, hazina mali ya metali. Wao ni tete, na, isipokuwa nadra, usifanye sasa umeme na usiangaze (isipokuwa kwa iodini na grafiti). Tabia zao ni tofauti zaidi ikilinganishwa na metali.

Sababu ya tofauti hizo pia iko katika muundo wa vitu. Katika lati za kioo za aina za atomiki na za molekuli hakuna elektroni zinazohamia kwa uhuru. Hapa wanachanganya kwa jozi ili kuunda vifungo vya ushirikiano. Inajulikana zisizo za metali - oksijeni, nitrojeni, sulfuri, fosforasi na wengine. Vipengele - zisizo za metali katika PSCE ziko juu ya diagonal ya B-At

Dutu ngumu za isokaboni ni:

asidi yenye atomi za hidrojeni na mabaki ya asidi (HNO3, H2SO4);
besi zinazoundwa na atomi za chuma na vikundi vya hydroxo (NaOH, Ba(OH)2);
chumvi ambazo fomula zake huanza na alama za chuma na kuishia na mabaki ya tindikali (BaSO4, NaNO3);
oksidi zinazoundwa na vipengele viwili, moja yao ni O katika hali ya oxidation -2 (BaO, Na2O);
misombo mingine ya binary (hydrides, nitridi, peroxides, nk)

Kwa jumla, mamia kadhaa ya vitu vya isokaboni vinajulikana.

Jambo la kikaboni

Misombo ya kikaboni hutofautiana na ile ya isokaboni kimsingi katika muundo wao. Ikiwa vitu vya isokaboni vinaweza kuundwa na vipengele vyovyote vya Jedwali la Periodic, basi vitu vya kikaboni lazima hakika vijumuishe atomi za C na H. Misombo hiyo inaitwa hidrokaboni (CH4 - methane, C6H6 - benzene). Malighafi ya hidrokaboni (mafuta na gesi) huleta faida kubwa kwa wanadamu. Hata hivyo, pia husababisha mafarakano makubwa.

Viingilio vya hidrokaboni pia vina atomi za O na N. Viwakilishi vya misombo ya kikaboni iliyo na oksijeni ni alkoholi na etha zao za isomeri (C2H5OH na CH3-O-CH3), aldehidi na isoma zake - ketoni (CH3CH2CHO na CH3COCH3), asidi ya kaboksili (asidi changamani ya ether. CH3-COOH na HCOOCH3). Mwisho pia ni pamoja na mafuta na nta. Wanga pia ni misombo yenye oksijeni.

Kwa nini wanasayansi walichanganya vitu vya mimea na wanyama katika kundi moja - misombo ya kikaboni na inatofautianaje na isokaboni? Hakuna kigezo kimoja wazi cha kutenganisha vitu vya kikaboni na isokaboni. Hebu tuzingatie idadi ya sifa zinazounganisha misombo ya kikaboni.

Muundo (uliojengwa kutoka kwa atomi C, H, O, N, mara chache P na S).
Muundo (vifungo vya C-H na C-C vinahitajika, huunda minyororo na mizunguko ya urefu tofauti);
Sifa (misombo yote ya kikaboni inaweza kuwaka, kutengeneza CO2 na H2O wakati wa mwako).

Miongoni mwa vitu vya kikaboni kuna polima nyingi za asili (protini, polysaccharides, mpira wa asili, nk), bandia (viscose) na synthetic (plastiki, rubbers ya synthetic, polyester, nk) asili. Wana uzito mkubwa wa Masi na muundo ngumu zaidi ikilinganishwa na vitu vya isokaboni.

Hatimaye, kuna zaidi ya milioni 25 ya vitu vya kikaboni.

Huu ni mtazamo wa juu juu tu wa vitu vya kikaboni na isokaboni. Zaidi ya kazi kumi na mbili za kisayansi, nakala na vitabu vya kiada vimeandikwa juu ya kila moja ya vikundi hivi.