Materia organică este un compus chimic care conține carbon. Singurele excepții sunt acidul carbonic, carburile, carbonații, cianurile și oxizii de carbon.
Istorie
Termenul „substanțe organice” însuși a apărut în viața de zi cu zi a oamenilor de știință în stadiul de dezvoltare timpurie a chimiei. În acel moment, viziuni vitaliste asupra lumii dominau. A fost o continuare a tradițiilor lui Aristotel și Pliniu. În această perioadă, experții erau ocupați să împartă lumea în vie și nevii. În același timp, toate substanțele, fără excepție, au fost clar împărțite în minerale și organice. Se credea că pentru sinteza compușilor substanțelor „vii” era nevoie de o „tărie” specială. Este inerentă tuturor ființelor vii și elementele organice nu se pot forma fără ea.
Această afirmație, ridicolă pentru știința modernă, a dominat foarte mult timp, până când în 1828 Friedrich Wöhler a respins-o experimental. El a reușit să obțină uree organică din cianat de amoniu anorganic. Acest lucru a împins chimia înainte. Cu toate acestea, împărțirea substanțelor în organice și anorganice a fost păstrată în prezent. Ea stă la baza clasificării. Sunt cunoscuți aproape 27 de milioane de compuși organici.
De ce există atât de mulți compuși organici?
Materia organică este, cu câteva excepții, un compus de carbon. De fapt, acesta este un element foarte curios. Carbonul este capabil să formeze lanțuri din atomii săi. Este foarte important ca conexiunea dintre ele să fie stabilă.
În plus, carbonul din substanțele organice prezintă valență - IV. De aici rezultă că acest element este capabil să formeze legături cu alte substanțe nu numai simple, ci și duble și triple. Pe măsură ce multiplicitatea lor crește, lanțul de atomi va deveni mai scurt. În același timp, stabilitatea conexiunii crește doar.
De asemenea, carbonul are capacitatea de a forma structuri plate, liniare și tridimensionale. De aceea există atât de multe substanțe organice diferite în natură.
Compoziție
După cum sa menționat mai sus, materia organică este compuși de carbon. Și acest lucru este foarte important. Compușii organici apar atunci când este asociat cu aproape orice element al tabelului periodic. În natură, cel mai adesea compoziția lor (pe lângă carbon) include oxigen, hidrogen, sulf, azot și fosfor. Elementele rămase sunt mult mai rare.
Proprietăți
Deci, materia organică este un compus de carbon. Cu toate acestea, există câteva criterii importante pe care trebuie să le îndeplinească. Toate substanțele de origine organică au proprietăți comune:
1. Există între atomitipologia diferită a legăturilor duce inevitabil la apariția izomerilor. În primul rând, ele sunt formate prin combinația de molecule de carbon. Izomerii sunt substanțe diferite care au aceeași greutate moleculară și compoziție, dar proprietăți chimice și fizice diferite. Acest fenomen se numește izomerie.
2. Un alt criteriu este fenomenul de omologie. Acestea sunt serii de compuși organici, în care formula substanțelor învecinate diferă de cele anterioare printr-o grupă CH2. Această proprietate importantă este aplicată în știința materialelor.
Care sunt clasele de substanțe organice?
Există mai multe clase de compuși organici. Sunt cunoscute de toată lumea. Acestea sunt proteinele, lipidele și carbohidrații. Aceste grupe pot fi numite polimeri biologici. Ele sunt implicate în metabolismul la nivel celular în orice organism. De asemenea, în acest grup sunt incluși acizii nucleici. Deci putem spune că materia organică este ceea ce mâncăm în fiecare zi, din ce suntem făcuți.
Proteine
Proteinele constau din componente structurale - aminoacizi. Aceștia sunt monomerii lor. Proteinele mai sunt numite și proteine. Sunt cunoscute aproximativ 200 de tipuri de aminoacizi. Toate se găsesc în organismele vii. Dar doar douăzeci dintre ele sunt componente ale proteinelor. Se numesc de bază. Dar în literatură puteți găsi și termeni mai puțin populari - aminoacizi proteinogeni și formatori de proteine. Formula acestei clase de materie organică conține componente amină (-NH2) și carboxil (-COOH). Ele sunt conectate între ele prin aceleași legături de carbon.
Funcții proteice
Proteinele din organismul plantelor și animalelor îndeplinesc multe funcții importante. Dar principalul este structural. Proteinele sunt componentele principale ale membranei celulare și ale matricei organitelor din celule. În corpul nostru, toți pereții arterelor, venelor și capilarelor, tendoanelor și cartilajelor, unghiilor și părului constau în principal din proteine diferite.
Următoarea funcție este enzimatică. Proteinele acționează ca enzime. Ele catalizează reacțiile chimice din organism. Ele sunt responsabile pentru descompunerea nutrienților în tractul digestiv. La plante, enzimele fixează poziția carbonului în timpul fotosintezei.
Unele tipuri de proteine transportă diferite substanțe în organism, cum ar fi oxigenul. Materia organică este, de asemenea, capabilă să li se alăture. Așa funcționează funcția de transport. Proteinele transportă prin vasele de sânge ioni metalici, acizi grași, hormoni și, desigur, dioxid de carbon și hemoglobină. Transportul are loc și la nivel intercelular.
Compușii proteici - imunoglobulinele - sunt responsabili de funcția de protecție. Aceștia sunt anticorpi din sânge. De exemplu, trombina și fibrinogenul sunt implicate activ în procesul de coagulare. Astfel, ele previn mai multe pierderi de sânge.
Proteinele sunt, de asemenea, responsabile pentru îndeplinirea funcției contractile. Datorită faptului că protofibrilele de miozină și actină efectuează în mod constant mișcări de alunecare una față de alta, fibrele musculare se contractă. Dar chiar și în organismele unicelulare, similareproceselor. Mișcarea flagelilor bacterieni este, de asemenea, direct legată de alunecarea microtubulilor, care sunt de natură proteică.
Oxidarea materiei organice eliberează cantități mari de energie. Dar, de regulă, proteinele sunt consumate pentru nevoile energetice foarte rar. Acest lucru se întâmplă atunci când toate stocurile sunt epuizate. Lipidele și carbohidrații sunt cele mai potrivite pentru aceasta. Prin urmare, proteinele pot îndeplini o funcție energetică, dar numai în anumite condiții.
Lipide
Un compus asemănător grăsimii este, de asemenea, o substanță organică. Lipidele aparțin celor mai simple molecule biologice. Sunt insolubile în apă, dar se descompun în soluții nepolare, cum ar fi benzina, eterul și cloroformul. Ele fac parte din toate celulele vii. Din punct de vedere chimic, lipidele sunt esteri ai alcoolilor și acizilor carboxilici. Cele mai cunoscute dintre ele sunt grăsimile. În corpul animalelor și al plantelor, aceste substanțe îndeplinesc multe funcții importante. Multe lipide sunt folosite în medicină și industrie.
Funcțiile lipidelor
Aceste substanțe chimice organice, împreună cu proteinele din celule, formează membrane biologice. Dar funcția lor principală este energia. Când moleculele de grăsime sunt oxidate, se eliberează o cantitate imensă de energie. Se duce la formarea de ATP în celule. Sub formă de lipide, o cantitate semnificativă de rezerve de energie se poate acumula în organism. Uneori, acestea sunt chiar mai mult decât necesare pentru punerea în aplicare a vieții normale. Cu modificări patologice în metabolismul celulelor „de grăsime”, acesta devine mai mult. Cu toate căîn mod corect, trebuie remarcat faptul că astfel de rezerve excesive sunt pur și simplu necesare pentru hibernarea animalelor și plantelor. Mulți oameni cred că copacii și arbuștii se hrănesc cu sol în perioada rece. În realitate, ei folosesc rezervele de uleiuri și grăsimi pe care le-au produs în timpul verii.
În corpul uman și animal, grăsimile pot îndeplini și o funcție de protecție. Ele sunt depuse în țesutul subcutanat și în jurul organelor precum rinichii și intestinele. Astfel, ele servesc ca o bună protecție împotriva deteriorării mecanice, adică a șocurilor.
În plus, grăsimile au un nivel scăzut de conductivitate termică, ceea ce ajută la menținerea căldurii. Acest lucru este foarte important, mai ales în climatele reci. La animalele marine, stratul de grăsime subcutanat contribuie, de asemenea, la o bună flotabilitate. Dar la păsări, lipidele îndeplinesc și funcții hidrofuge și lubrifiante. Ceara le acoperă penele și le face mai elastice. Unele specii de plante au același înveliș pe frunze.
Carbohidrați
Formula organică C (H2O)m indică dacă compusul aparține clasa carbohidraților. Denumirea acestor molecule se referă la faptul că ele conțin oxigen și hidrogen în aceeași cantitate ca apa. Pe lângă aceste elemente chimice, compușii pot conține, de exemplu, azot.
Carbohidrații din celulă sunt grupul principal de compuși organici. Acestea sunt produsele primare ale procesului de fotosinteză. Ele sunt, de asemenea, produsele inițiale ale sintezei în plantele altorasubstanțe precum alcooli, acizi organici și aminoacizi. Carbohidrații fac, de asemenea, parte din celulele animalelor și ale ciupercilor. De asemenea, se găsesc printre componentele principale ale bacteriilor și protozoarelor. Deci, într-o celulă animală sunt de la 1 la 2%, iar într-o celulă vegetală numărul lor poate ajunge la 90%.
Astăzi, există doar trei grupuri de carbohidrați:
- zaharuri simple (monozaharide);
- oligozaharide, constând din mai multe molecule de zaharuri simple conectate succesiv;
- polizaharide, acestea conțin mai mult de 10 molecule de monozaharide și derivații acestora.
Funcții carbohidrați
Toate substanțele organice din celulă îndeplinesc anumite funcții. Deci, de exemplu, glucoza este principala sursă de energie. Este descompus în celulele tuturor organismelor vii. Acest lucru se întâmplă în timpul respirației celulare. Glicogenul și amidonul sunt principala sursă de energie, prima la animale și cea din urmă la plante.
Carbohidrații îndeplinesc și o funcție structurală. Celuloza este componenta principală a peretelui celular al plantei. Și la artropode, chitina îndeplinește aceeași funcție. Se găsește și în celulele ciupercilor superioare. Dacă luăm ca exemplu oligozaharidele, atunci ele fac parte din membrana citoplasmatică - sub formă de glicolipide și glicoproteine. De asemenea, glicocalixul este adesea detectat în celule. Pentozele sunt implicate în sinteza acizilor nucleici. În acest caz, deoxiriboza este inclusă în ADN, iar riboza este inclusă în ARN. De asemenea, aceste componente se găsesc în coenzime, de exemplu, în FAD,NADP și NAD.
Carbohidrații sunt, de asemenea, capabili să îndeplinească o funcție de protecție în organism. La animale, substanța heparină previne activ coagularea rapidă a sângelui. Se formează în timpul leziunilor tisulare și blochează formarea cheagurilor de sânge în vase. Heparina se găsește în cantități mari în mastocite în granule.
Acizi nucleici
Proteinele, carbohidrații și lipidele nu sunt toate clasele cunoscute de substanțe organice. Chimia include și acizi nucleici. Aceștia sunt biopolimeri care conțin fosfor. Aceștia, aflându-se în nucleul celular și citoplasma tuturor ființelor vii, asigură transmiterea și stocarea datelor genetice. Aceste substanțe au fost descoperite datorită biochimistului F. Miescher, care a studiat spermatozoizii de somon. A fost o descoperire „întâmplătoare”. Puțin mai târziu, ARN și ADN au fost găsite și în toate organismele vegetale și animale. De asemenea, acizii nucleici au fost izolați în celulele ciupercilor și bacteriilor, precum și în viruși.
În total, în natură se găsesc două tipuri de acizi nucleici - ribonucleici (ARN) și dezoxiribonucleici (ADN). Diferența este clară din titlu. ADN-ul conține deoxiriboză, un zahăr cu cinci atomi de carbon. Și riboza se găsește în molecula de ARN.
Acizii nucleici sunt studiați prin chimie organică. Subiectele de cercetare sunt dictate și de medicină. Există multe boli genetice ascunse în codurile ADN pe care oamenii de știință nu le-au descoperit încă.
