Orgaaninen aines on kemiallinen yhdiste, joka sisältää hiiltä. Ainoat poikkeukset ovat hiilihappo, karbidit, karbonaatit, syanidit ja hiilen oksidit.
Historia
Itse termi "orgaaniset aineet" ilmestyi tutkijoiden jokapäiväiseen elämään kemian varhaisessa kehitysvaiheessa. Tuolloin vitalistiset maailmankuvat hallitsivat. Se oli jatkoa Aristoteleen ja Pliniusin perinteille. Tänä aikana asiantuntijat olivat kiireisiä jakamalla maailmaa eläviin ja elottomiin. Samaan aikaan kaikki aineet poikkeuksetta jaettiin selvästi mineraaleihin ja orgaanisiin. Uskottiin, että "elävien" aineiden yhdisteiden synteesiin tarvittiin erityistä "voimaa". Se on luontainen kaikille eläville olennoille, eivätkä orgaaniset alkuaineet voi muodostua ilman sitä.
Tämä nykytieteen kann alta naurettava väite hallitsi hyvin pitkään, kunnes vuonna 1828 Friedrich Wöhler kumosi sen kokeellisesti. Hän pystyi saamaan orgaanista ureaa epäorgaanisesta ammoniumsyanaatista. Tämä työnsi kemiaa eteenpäin. Aineiden jakautuminen orgaanisiin ja epäorgaanisiin on kuitenkin säilynyt nykypäivänä. Se on luokituksen perusta. Lähes 27 miljoonaa orgaanista yhdistettä tunnetaan.
Miksi orgaanisia yhdisteitä on niin paljon?
Orgaaninen aines on muutamaa poikkeusta lukuun ottamatta hiiliyhdiste. Itse asiassa tämä on erittäin utelias elementti. Hiili pystyy muodostamaan ketjuja atomeistaan. On erittäin tärkeää, että yhteys niiden välillä on vakaa.
Lisäksi orgaanisten aineiden hiilellä on valenssi - IV. Tästä seuraa, että tämä elementti pystyy muodostamaan sidoksia muiden aineiden kanssa, ei vain yksittäinen, vaan myös kaksois- ja kolminkertainen. Kun niiden moninaisuus kasvaa, atomien ketju lyhenee. Samalla yhteyden vakaus vain paranee.
Hiilellä on myös kyky muodostaa litteitä, lineaarisia ja kolmiulotteisia rakenteita. Siksi luonnossa on niin paljon erilaisia orgaanisia aineita.
Koostumus
Kuten edellä mainittiin, orgaaninen aine on hiiliyhdisteitä. Ja tämä on erittäin tärkeää. Orgaaniset yhdisteet syntyvät, kun se liittyy melkein mihin tahansa jaksollisen järjestelmän elementtiin. Luonnossa niiden koostumus (hiilen lisäksi) sisältää useimmiten happea, vetyä, rikkiä, typpeä ja fosforia. Loput elementit ovat paljon harvinaisempia.
Ominaisuudet
Joten, orgaaninen aine on hiiliyhdiste. Sen on kuitenkin täytettävä useita tärkeitä kriteerejä. Kaikilla orgaanisilla aineilla on yhteiset ominaisuudet:
1. Olemassa atomien välissäerilainen sidostypologia johtaa väistämättä isomeerien ilmaantumiseen. Ensinnäkin ne muodostuvat hiilimolekyylien yhdistelmästä. Isomeerit ovat erilaisia aineita, joilla on sama molekyylipaino ja koostumus, mutta erilaiset kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet. Tätä ilmiötä kutsutaan isomeriaksi.
2. Toinen kriteeri on homologia-ilmiö. Nämä ovat orgaanisten yhdisteiden sarjaa, joissa vierekkäisten aineiden kaava eroaa edellisistä yhdellä ryhmällä CH2. Tätä tärkeää ominaisuutta käytetään materiaalitieteessä.
Mitä orgaanisten aineiden luokat ovat?
Orgaanisia yhdisteitä on useita luokkia. Ne ovat kaikkien tiedossa. Näitä ovat proteiinit, lipidit ja hiilihydraatit. Näitä ryhmiä voidaan kutsua biologisiksi polymeereiksi. Ne osallistuvat aineenvaihduntaan solutasolla missä tahansa organismissa. Tähän ryhmään kuuluvat myös nukleiinihapot. Voimme siis sanoa, että orgaaninen aines on se, mitä syömme joka päivä, mistä olemme tehty.
Proteiinit
Proteiinit koostuvat rakenteellisista komponenteista - aminohapoista. Nämä ovat niiden monomeerit. Proteiineja kutsutaan myös proteiineiksi. Tunnetaan noin 200 tyyppiä aminohappoja. Kaikki ne löytyvät elävistä organismeista. Mutta vain kaksikymmentä niistä on proteiinien komponentteja. Niitä kutsutaan perusasetuksiksi. Mutta kirjallisuudesta löydät myös vähemmän suosittuja termejä - proteiinia aiheuttavat ja proteiineja muodostavat aminohapot. Tämän orgaanisten aineiden luokan kaava sisältää amiini- (-NH2) ja karboksyylikomponentteja (-COOH). Ne on yhdistetty toisiinsa samoilla hiilisidoksilla.
Proteiinitoiminnot
Kasvien ja eläinten kehossa olevat proteiinit suorittavat monia tärkeitä tehtäviä. Mutta tärkein on rakenteellinen. Proteiinit ovat solukalvon pääkomponentteja ja solujen organellien matriisia. Kehossamme kaikki v altimoiden, suonien ja kapillaarien, jänteiden ja ruston, kynsien ja hiusten seinämät koostuvat pääasiassa erilaisista proteiineista.
Seuraava toiminto on entsymaattinen. Proteiinit toimivat entsyymeinä. Ne katalysoivat kemiallisia reaktioita kehossa. Ne ovat vastuussa ravintoaineiden hajoamisesta ruoansulatuskanavassa. Kasveissa entsyymit kiinnittävät hiilen paikan fotosynteesin aikana.
Jotkin proteiinityypit kuljettavat kehossa erilaisia aineita, kuten happea. Orgaaniset ainekset voivat myös liittyä niihin. Näin kuljetustoiminto toimii. Proteiinit kuljettavat verisuonten kautta metalli-ioneja, rasvahappoja, hormoneja ja tietysti hiilidioksidia ja hemoglobiinia. Kuljetusta tapahtuu myös solujen välisellä tasolla.
Proteiiniyhdisteet - immunoglobuliinit - vastaavat suojatoiminnasta. Nämä ovat veren vasta-aineita. Esimerkiksi trombiini ja fibrinogeeni ovat aktiivisesti mukana hyytymisprosessissa. Siten ne estävät lisää verenhukkaa.
Proteiinit ovat myös vastuussa supistumistoiminnon suorittamisesta. Koska myosiini- ja aktiiniprotofibrillit suorittavat jatkuvasti liukuvia liikkeitä toisiinsa nähden, lihassäikeet supistuvat. Mutta jopa yksisoluisissa organismeissa samanlaisiaprosessit. Bakteerisiimojen liikkuminen liittyy myös suoraan proteiiniluonteisten mikrotubulusten liukumiseen.
Orgaanisen aineen hapettuminen vapauttaa suuria määriä energiaa. Mutta pääsääntöisesti proteiineja kulutetaan energiatarpeisiin hyvin harvoin. Tämä tapahtuu, kun kaikki varastot ovat lopussa. Lipidit ja hiilihydraatit sopivat tähän parhaiten. Siksi proteiinit voivat suorittaa energiafunktion, mutta vain tietyissä olosuhteissa.
Lipidit
Rasvamainen yhdiste on myös orgaaninen aine. Lipidit kuuluvat yksinkertaisimpiin biologisiin molekyyleihin. Ne eivät liukene veteen, mutta hajoavat ei-polaarisissa liuoksissa, kuten bensiinissä, eetterissä ja kloroformissa. Ne ovat osa kaikkia eläviä soluja. Kemiallisesti lipidit ovat alkoholien ja karboksyylihappojen estereitä. Tunnetuimmat niistä ovat rasvat. Eläinten ja kasvien kehossa nämä aineet suorittavat monia tärkeitä tehtäviä. Lääketieteessä ja teollisuudessa käytetään monia lipidejä.
Lipidien toiminnot
Nämä orgaaniset kemikaalit muodostavat yhdessä solujen proteiinien kanssa biologisia kalvoja. Mutta niiden päätehtävä on energia. Kun rasvamolekyylit hapetetaan, vapautuu v altava määrä energiaa. Se johtaa ATP:n muodostumiseen soluissa. Lipidien muodossa kehoon voi kertyä merkittävä määrä energiavarastoja. Joskus ne ovat jopa enemmän kuin tarpeen normaalin elämän toteuttamiseksi. "Rasvasolujen" aineenvaihdunnan patologisten muutosten myötä siitä tulee enemmän. Siitä huolimattarehellisyyden nimissä on huomattava, että tällaiset liialliset varat ovat yksinkertaisesti välttämättömiä eläinten ja kasvien talviunille. Monet ihmiset uskovat, että puut ja pensaat ruokkivat maaperää kylmänä aikana. Todellisuudessa he käyttävät kesän aikana valmistamiaan öljy- ja rasvavarastoja.
Ihmis- ja eläinkehossa rasvat voivat myös suorittaa suojatehtävän. Ne kerääntyvät ihonalaiseen kudokseen ja elinten, kuten munuaisten ja suoliston, ympärille. Siten ne toimivat hyvänä suojana mekaanisia vaurioita eli iskuja vastaan.
Lisäksi rasvojen lämmönjohtavuus on alhainen, mikä auttaa pitämään lämpimänä. Tämä on erittäin tärkeää varsinkin kylmissä ilmastoissa. Merieläimillä myös ihonalainen rasvakerros edistää hyvää kelluvuutta. Mutta linnuissa lipidillä on myös vettä hylkiviä ja voitelevia toimintoja. Vaha peittää heidän höyhenensä ja tekee niistä joustavampia. Joidenkin kasvilajien lehdissä on sama pinnoite.
Hiilihydraatit
Orgaaninen kaava C (H2O)m osoittaa, kuuluuko yhdiste luokan hiilihydraatteja. Näiden molekyylien nimi viittaa siihen, että ne sisältävät happea ja vetyä saman määrän kuin vesi. Näiden kemiallisten alkuaineiden lisäksi yhdisteet voivat sisältää esimerkiksi typpeä.
Hiilihydraatit solussa ovat orgaanisten yhdisteiden pääryhmä. Nämä ovat fotosynteesiprosessin päätuotteita. Ne ovat myös synteesin alkutuotteita muiden kasvien kasveissaaineet, kuten alkoholit, orgaaniset hapot ja aminohapot. Hiilihydraatit ovat myös osa eläinten ja sienten soluja. Niitä löytyy myös bakteerien ja alkueläinten pääkomponenteista. Eli eläinsolussa niitä on 1-2 % ja kasvisoluissa niiden määrä voi olla jopa 90 %.
Tänään hiilihydraatteja on vain kolme ryhmää:
- yksinkertaiset sokerit (monosakkaridit);
- oligosakkaridit, jotka koostuvat useista peräkkäisten yksinkertaisten sokereiden molekyyleistä;
- polysakkaridit, ne sisältävät yli 10 molekyyliä monosakkarideja ja niiden johdannaisia.
Hiilihydraattitoiminnot
Kaikki solun orgaaniset aineet suorittavat tiettyjä toimintoja. Joten esimerkiksi glukoosi on tärkein energialähde. Se hajoaa kaikkien elävien organismien soluissa. Tämä tapahtuu soluhengityksen aikana. Glykogeeni ja tärkkelys ovat pääasiallinen energianlähde, joista ensimmäinen eläimissä ja jälkimmäinen kasveissa.
Hiilihydraatit suorittavat myös rakenteellisen tehtävän. Selluloosa on kasvin soluseinän pääkomponentti. Ja niveljalkaisissa kitiini suorittaa saman tehtävän. Sitä löytyy myös korkeampien sienten soluista. Jos otamme esimerkkinä oligosakkaridit, ne ovat osa sytoplasmista kalvoa - glykolipidien ja glykoproteiinien muodossa. Myös glykokaliksia havaitaan usein soluissa. Pentoosit osallistuvat nukleiinihappojen synteesiin. Tässä tapauksessa deoksiriboosi sisältyy DNA:han ja riboosi sisältyy RNA:han. Näitä komponentteja löytyy myös koentsyymeistä, esimerkiksi FAD:sta,NADP ja NAD.
Hiilihydraatit pystyvät myös suorittamaan suojaavan toiminnon kehossa. Eläimillä hepariiniaine estää aktiivisesti nopean veren hyytymisen. Se muodostuu kudosvaurion aikana ja estää verihyytymien muodostumisen verisuonissa. Hepariinia löytyy suuria määriä syöttösoluissa rakeina.
Nukleiinihapot
Proteiinit, hiilihydraatit ja lipidit eivät ole kaikkia tunnettuja orgaanisten aineiden luokkia. Kemia sisältää myös nukleiinihapot. Nämä ovat fosforia sisältäviä biopolymeerejä. Ne, jotka ovat kaikkien elävien olentojen soluytimessä ja sytoplasmassa, varmistavat geneettisen tiedon siirron ja säilytyksen. Nämä aineet löydettiin biokemisti F. Miescherin ansiosta, joka tutki lohen siittiöitä. Se oli "vahingossa" tehty löytö. Hieman myöhemmin RNA:ta ja DNA:ta löydettiin myös kaikista kasvi- ja eläinorganismeista. Nukleiinihappoja on eristetty myös sienten ja bakteerien sekä virusten soluista.
Kahden tyyppisiä nukleiinihappoja löytyy luonnosta - ribonukleiinihappoa (RNA) ja deoksiribonukleiinihappoa (DNA). Ero on selvä otsikosta. DNA sisältää deoksiriboosia, viiden hiilen sokeria. Ja riboosi löytyy RNA-molekyylistä.
Nukleiinihappoja tutkitaan orgaanisella kemialla. Lääketiede sanelee myös tutkimusaiheita. DNA-koodeihin on piilotettu monia geneettisiä sairauksia, joita tiedemiehet eivät ole vielä löytäneet.
