3.Элементарный состав живых организмов. Свойства углерода.
Элементарный состав Всего в живых организмах открыто около 70 химических элементов. Более 40 из них присутствуют в составе любого организма, независимо от видовой принадлежности и уровня организации. Такие химические элементы называют биогенными. Прямой зависимости между распространением химических элементов в неорганической и органической природе нет, но определенные закономерности существуют. Решающее значение в построении живой материи играют те элементы, которые доступны для биосферы. Они образуют растворимые в воде и газообразные соединения. К таким элементам относятся С, N, Н, О, S, Р. Полагают, что С, N, Н, О, S, Р составляют вместе более 99% живого вещества благодаря наличию у них особых свойств. Во-первых, эти элементы, за исключением водорода, образуют кратные связи, что значительно увеличивает разнообразие возникающих соединений и их уникальные качества. Во-вторых, атомы этих элементов имеют достаточно малые размеры и, следовательно, образуют относительно плотные молекулы с минимальными межатомными расстояниями. В результате такие молекулы более устойчивы к действию внешних реагентов. Третья особенность касается в основном Р, S и в некоторой степени N. С участием этих элементов образуются особые макроэргические связи, при расщеплении которых выделяется повышенное количество энергии. Атомы водорода также не инертные элементы в оганических молекулах. Они могут перемещаться в виде протонов (Н+) от одного соединения к другому, изменяя его свойства. Могут отдавать электроны в электронотранспортных цепях (ЭТЦ), где образуется энергия. Наконец, атомы водорода участвуют в образовании водородных связей.
Водородные связи образуются атомом водорода и более электроотрицательным элементом. Электроотрицательность — это сила, с которой атом притягивает к себе электроны, участвующие в образовании связи. Большей электроотрицательностью, чем водород, обладают С, О, N, S и другие элементы. Электроотрицательности Н и С близки и в органических соединениях не играют решающей роли в смещении электронной плотности, поэтому связь, образованную этими элементами, обычно считают неполярной. Энергия водородной связи (16—20 кДж/моль) почти в 20 раз меньше углерод-углеродной сигма-связи (347 кДж/моль), поэтому водородная связь разрушается при незначительных изменениях внешнего окружения (температура, pH, ионная сила раствора и др. ). Однако число водородных связей в биомолекулах может быть огромно, поэтому их влияние на структуры и свойства органических соединений не просто ощутимо, а очень значительно. Также прослеживается ряд взаимосвязей между биологической ролью элементов и строением атома и, следовательно, их местом в периодической системе Менделеева. Органический мир построен главным образом из сравнительно легких элементов. Как правило, с увеличением атомных масс элементов в пределах одной подгруппы токсичность элементов возрастает, а их содержание в биомассе снижается. Например, Zn необходим для функционирования некоторых биомолекул, a Cd и Hg — это яды живого организма.
Свойства углерода
В свободном виде встречается в виде аллотропных модификаций (алмаз, графит, карбин и пр. ). Однако нам интересны его свойства в органических молекулах. Углерод в невозбужденном состоянии имеет электронную конфигурацию 1s22s22p2. В таком состоянии углерод малоактивен, в соединениях проявляет степень окисления +4, отдавая электроны. В возбужденном состоянии имеет электронную конфигурацию 1s22s12p3 и при этом его внешние орбитали начинают гибридизоваться и выравнивать электронную плотность по типам sp, sp2, sp3. При этом углерод имеет валентность IV и образует в основном C-C, C=C и C≡ C связи. Таким образом обеспечивается разнообразие углеродных структур в живых организмах, что дает возможность построения каркаса всех биомолекул из углеродных цепей, разветвленных структур и циклов.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|