Органічні молекули.Біополімери.Матеріал для учнів 9 класу.

Органічні молекули. Біополімери

Мал. 3.1. Хімічний склад клітин

Органічні речовини живих організмів

Крім неорганічних до складу клітин живих організмів входять органічні речовини. Це ті речовини, які утворюються тільки в живих організмах (мал. 3.1).

Органічних речовин у світі набагато більше, ніж неорганічних. Зараз їх нараховують уже більше 25 млн і постійно відкривають або створюють нові. З попередніх розділів біології ви дізналися, що органічні речовини містяться в живих організмах, які ми споживаємо в їжу. Різні речовини містяться в них у різній кількості (мал. 3.2).

Ви вже знаєте, що всі органічні речовини поділяють на чотири основні

Мал. 3.2. Живі організми містять багато органічних речовин

групи: білки, вуглеводи, ліпіди й нуклеїнові кислоти. До складу всіх цих речовин обов’язково входять атоми Карбону, Гідрогену й Окси-гену. Органічні речовини можуть містити також атоми Нітрогену (обов’язкові компоненти білків та нуклеїнових кислот), Фосфору (компоненти нуклеїнових кислот), Сульфуру (наявні в білках, але відсутні в нуклеїнових кислотах).

Особливості будови органічних речовин

Молекули органічних речовин відрізняються від молекул неорганічних речовин і між собою особливостями будови.

Особливості будови молекул органічних речовин

Містять ланцюжки атомів Карбону, до яких приєднуються атоми Гідрогену та інших елементів. Ці ланцюжки часто називають «скелетом» молекули.

Часто мають великий розмір та масу. Наприклад молекулярна маса води — 18, а білка міозину — 500000.

Існують у кількох формах, які можуть легко перетворюватися одна на одну. Наприклад, різні кінці довгих органічних молекул можуть взаємодіяти між собою й утворювати кільцеві форми молекул. Лінійна форма молекули глюкози (зліва) та кільцева форма молекули глюкози (справа).

Можуть відрізнятися між собою за кількістю ланок у карбоновому ланцюжку.

Навіть незначна зміна взаємного розташування атомів у молекулі органічної речовини перетворює її на іншу речовину.

Значною мірою особливості будови органічних молекул зумовлені властивостями атомів Карбону, який може утворювати чотири однакові зв’язки. Такі зв’язки дають можливість утворювати молекули, які легко розгалужуються і можуть мати велику довжину. А невеликий розмір самого атома робить ці зв’язки досить міцними. Силіцій, наприклад, який є наступним елементом IV групи у Періодичній таблиці Д. І. Менделєєва після Карбону, такі ланцюжки утворює набагато гірше, в першу чергу, через те, що його атом має більший радіус і він утворює набагато слабші хімічні зв’язки.

Мономери й полімери

великі молекули органічних речовин часто називають макромолекулами (від грец. macro — великий). У більшості випадків вони складаються з великої кількості однакових (або майже однакових) ланок. Ці ланки називають мономерами (від грец. mono — один). А речовини, молекули яких складаються з таких мономерів, називають полімерами (від грец. poli — багато) (мал. 3.3). використовують також назву «біо-полімери» — полімери, які вироблені живими організмами.

Біополімери

Біополімери наявні в усіх групах органічних речовин. З білками-полімерами ви добре знайомі з курсу біології людини. Це гемоглобін, який транспортує кисень у крові, ферменти, які здійснюють процес травлення (амілаза, пепсин), і гормони (інсулін, глюкагон).

Найбільш поширеними біополімерами на нашій планеті є вуглеводи целюлоза (виробляється рослинами) і хітин (виробляється грибами й комахами). РНК і ДНК є прикладами полімерів нуклеїнових кислот. А статеві гормони людини естроген і тестостерон — це полімерні ліпіди.

Білок — це біополімер, який складається з амінокислот

Нуклеїнові кислоти складаються з нуклеотидів

Полісахарид (амілопектин) складається з моносахаридів (молекул глюкози)

Мал. 3.3. Схема будови макромолекул

Целюлоза становить основу клітинних стінок рослин, але не сама, а разом з лігніном. Лігнін теж є біополімером, але з іншої групи органічних речовин (ароматичні вуглеводні). Молекули лігніну мають тривимірну будову і складаються з дуже розгалужених макромолекул. Така структура надає комплексу молекул лігніну і целюлози схожості з будовою залізобетону. При цьому волокна целюлози відіграють роль сталевої арматури, а молекули лігніну заповнюють простір між ними, як бетон. Таким чином, целюлоза і лігнін разом утворюють природний композитний матеріал.

Деякі біополімери завдяки своїй будові мають дивовижні властивості. Одним з таких полімерів є павутина. Її виробляють представники павукоподібних. Зважаючи на її склад, павутина належить до білків. Але вона не є суцільною ниткою, а має структуру, як у каната, — сплетена з багатьох мікроволокон. Максимальне навантаження, яке витримує павутина, становить 2,7 ГПа. Цей самий показник для сталі — 1,5 ГПа.

Не менш дивною речовиною є шовк, який виробляють комахи. він теж є білком і схожий за складом на павутину. Хоча міцність його менша. А от довжина шовкової нитки вражає. вона може становити від 800 до 1000 метрів.

Основними групами органічних речовин у живих організмах є білки, вуглеводи, ліпіди (жири) і нуклеїнові кислоти. Значна частина органічних речовин є біополімерами. їх молекули складаються з великої кількості маленьких молекул мономерів, які поєднуються між собою.