A szerves anyagok széntartalmú kémiai vegyület. Az egyetlen kivétel a szénsav, karbidok, karbonátok, cianidok és szén-oxidok.
Előzmények
Maga a "szerves anyagok" kifejezés a kémia korai fejlődési szakaszában jelent meg a tudósok mindennapi életében. Akkoriban a vitalista világnézetek domináltak. Arisztotelész és Plinius hagyományainak folytatása volt. Ebben az időszakban a szakértők azzal voltak elfoglalva, hogy a világot élőre és élettelenre osztják. Ugyanakkor kivétel nélkül minden anyagot egyértelműen ásványi és szerves anyagokra osztottak. Úgy gondolták, hogy az "élő" anyagok vegyületeinek szintéziséhez különleges "erőre" van szükség. Minden élőlény velejárója, és szerves elemek nem képződhetnek nélküle.
Ez a modern tudomány számára nevetséges állítás nagyon sokáig dominált, mígnem 1828-ban Friedrich Wöhler kísérletileg megcáfolta. Szervetlen ammónium-cianátból szerves karbamidot tudott előállítani. Ez előremozdította a kémiát. Az anyagok szervesre és szervetlenre való felosztása azonban a jelenben megmaradt. Ez az osztályozás alapja. Csaknem 27 millió szerves vegyület ismert.
Miért van olyan sok szerves vegyület?
A szerves anyagok néhány kivételtől eltekintve szénvegyületek. Valójában ez egy nagyon érdekes elem. A szén képes atomjaiból láncokat képezni. Nagyon fontos, hogy a kapcsolat stabil legyen közöttük.
Ezenkívül a szerves anyagokban lévő szén vegyértéket mutat – IV. Ebből az következik, hogy ez az elem nemcsak egyszeres, hanem kettős és hármas kötést is képes kialakítani más anyagokkal. A sokaságuk növekedésével az atomok lánca rövidebb lesz. Ugyanakkor a kapcsolat stabilitása csak növekszik.
A szén emellett képes lapos, lineáris és háromdimenziós struktúrákat létrehozni. Ezért van olyan sok különböző szerves anyag a természetben.
Összetétel
Mint fentebb említettük, a szerves anyagok szénvegyületek. És ez nagyon fontos. Szerves vegyületek akkor keletkeznek, ha a periódusos rendszer szinte bármely eleméhez kapcsolódnak. A természetben leggyakrabban összetételük (a szénen kívül) oxigént, hidrogént, ként, nitrogént és foszfort tartalmaz. A fennmaradó elemek sokkal ritkábbak.
Tulajdonságok
Tehát a szerves anyag egy szénvegyület. Azonban számos fontos kritériumnak meg kell felelnie. Minden szerves eredetű anyagnak közös tulajdonságai vannak:
1. Az atomok között létezőa kötések eltérő tipológiája elkerülhetetlenül izomerek megjelenéséhez vezet. Először is szénmolekulák kombinációjával jönnek létre. Az izomerek különböző anyagok, amelyek molekulatömege és összetétele azonos, de kémiai és fizikai tulajdonságaik eltérőek. Ezt a jelenséget izomériának nevezik.
2. Egy másik kritérium a homológia jelensége. Ezek olyan szerves vegyületek sorozatai, amelyekben a szomszédos anyagok képlete egy csoporttal különbözik az előzőektől CH2. Ezt a fontos tulajdonságot az anyagtudományban alkalmazzák.
Melyek a szerves anyagok osztályai?
A szerves vegyületeknek több osztálya is létezik. Mindenki ismeri őket. Ezek fehérjék, lipidek és szénhidrátok. Ezeket a csoportokat biológiai polimereknek nevezhetjük. Bármely szervezet sejtszintjén részt vesznek az anyagcserében. Ebbe a csoportba tartoznak a nukleinsavak is. Tehát azt mondhatjuk, hogy a szerves anyag az, amit minden nap eszünk, amiből vagyunk.
fehérjék
A fehérjék szerkezeti összetevőkből – aminosavakból – állnak. Ezek a monomereik. A fehérjéket fehérjéknek is nevezik. Mintegy 200 fajta aminosav ismert. Mindegyik megtalálható az élő szervezetekben. De közülük csak húsz fehérje összetevője. Ezeket alapnak nevezik. De a szakirodalomban kevésbé népszerű kifejezéseket is találhatunk - proteinogén és fehérjeképző aminosavak. A szerves anyagok ezen osztályának képlete amin (-NH2) és karboxil (-COOH) komponenseket tartalmaz. Ugyanazokkal a szénkötésekkel kapcsolódnak egymáshoz.
Protein Functions
A növények és állatok szervezetében lévő fehérjék számos fontos funkciót látnak el. De a legfontosabb a szerkezeti. A fehérjék a sejtmembrán fő alkotóelemei és a sejtszervecskék mátrixa. Testünkben az artériák, a vénák és a hajszálerek, az inak és a porcok, a körmök és a haj összes fala főleg különböző fehérjékből áll.
A következő funkció enzimatikus. A fehérjék enzimként működnek. Kémiai reakciókat katalizálnak a szervezetben. Ők felelősek a tápanyagok lebontásáért az emésztőrendszerben. A növényekben az enzimek rögzítik a szén helyzetét a fotoszintézis során.
Bizonyos típusú fehérjék különféle anyagokat, például oxigént hordoznak a szervezetben. A szerves anyagok is képesek csatlakozni hozzájuk. Így működik a szállítási funkció. A fehérjék fémionokat, zsírsavakat, hormonokat és természetesen szén-dioxidot és hemoglobint szállítanak az ereken keresztül. A transzport az intercelluláris szinten is megtörténik.
A fehérjevegyületek – az immunglobulinok – felelősek a védő funkcióért. Ezek vérbeli antitestek. Például a trombin és a fibrinogén aktívan részt vesz a véralvadási folyamatban. Így megakadályozzák a további vérveszteséget.
A fehérjék felelősek a kontraktilis funkció ellátásáért is. Tekintettel arra, hogy a miozin és az aktin protofibrillumai folyamatosan csúszó mozgásokat végeznek egymáshoz képest, az izomrostok összehúzódnak. De még az egysejtű szervezetekben is hasonlófolyamatokat. A bakteriális flagellák mozgása közvetlenül összefügg a mikrotubulusok elcsúszásával is, amelyek fehérje jellegűek.
A szerves anyagok oxidációja során nagy mennyiségű energia szabadul fel. A fehérjéket azonban általában nagyon ritkán fogyasztják energiaszükséglethez. Ez akkor történik, ha az összes készlet kimerült. Erre a legalkalmasabbak a lipidek és a szénhidrátok. Ezért a fehérjék elláthatnak energiafunkciót, de csak bizonyos feltételek mellett.
Lipidek
A zsírszerű vegyület is szerves anyag. A lipidek a legegyszerűbb biológiai molekulák közé tartoznak. Vízben oldhatatlanok, de nem poláris oldatokban, például benzinben, éterben és kloroformban lebomlanak. Minden élő sejt részei. Kémiailag a lipidek alkoholok és karbonsavak észterei. Közülük a leghíresebbek a zsírok. Az állatok és növények szervezetében ezek az anyagok számos fontos funkciót látnak el. Számos lipidet használnak az orvostudományban és az iparban.
A lipidek funkciói
Ezek a szerves vegyszerek a sejtekben lévő fehérjékkel együtt biológiai membránokat képeznek. De fő funkciójuk az energia. Amikor a zsírmolekulák oxidálódnak, hatalmas mennyiségű energia szabadul fel. A sejtekben az ATP képződéséhez vezet. Lipidek formájában jelentős mennyiségű energiatartalék halmozódhat fel a szervezetben. Néha még a szükségesnél is többre van szükség a normális élethez. A "zsír" sejtek anyagcseréjében bekövetkező kóros változásokkal több lesz. Habáraz igazság kedvéért meg kell jegyezni, hogy az ilyen túlzott tartalékok egyszerűen szükségesek az állatok és növények hibernálásához. Sokan úgy gondolják, hogy a fák és cserjék a hideg időszakban a talajból táplálkoznak. Valójában a nyáron előállított olaj- és zsírtartalékokat használják fel.
Az emberi és állati szervezetben a zsírok védő funkciót is elláthatnak. A bőr alatti szövetben és olyan szervek körül rakódnak le, mint a vesék és a belek. Így jó védelmet nyújtanak a mechanikai sérülésekkel, azaz ütésekkel szemben.
Ezenkívül a zsíroknak alacsony a hővezető képessége, ami segít melegen tartani. Ez nagyon fontos, különösen hideg éghajlaton. A tengeri állatoknál a bőr alatti zsírréteg is hozzájárul a jó felhajtóerőhöz. De a madarakban a lipidek víztaszító és kenő funkciókat is ellátnak. A viasz bevonja a tollakat, és rugalmasabbá teszi azokat. Egyes növényfajok levelein ugyanaz a bevonat található.
szénhidrát
Szerves képlet C (H2O)m azt jelzi, hogy a vegyület a osztályú szénhidrátok. Ezeknek a molekuláknak a neve arra utal, hogy ugyanolyan mennyiségben tartalmaznak oxigént és hidrogént, mint a víz. Ezeken a kémiai elemeken kívül a vegyületek tartalmazhatnak például nitrogént.
A sejtben lévő szénhidrátok alkotják a szerves vegyületek fő csoportját. Ezek a fotoszintézis folyamatának elsődleges termékei. Más növényekben is a szintézis kezdeti termékeiolyan anyagok, mint az alkoholok, szerves savak és aminosavak. A szénhidrátok az állatok és gombák sejtjeinek is részét képezik. A baktériumok és protozoonok fő összetevői között is megtalálhatók. Tehát egy állati sejtben 1-2%, a növényi sejtekben pedig a 90%-ot is elérheti.
Ma már csak három szénhidrátcsoport létezik:
- egyszerű cukrok (monoszacharidok);
- oligoszacharidok, amelyek egymás után összekapcsolt egyszerű cukrok több molekulájából állnak;
- poliszacharidok, több mint 10 molekula monoszacharidot és származékait tartalmazzák.
Szénhidrát-funkciók
A sejtben lévő összes szerves anyag ellát bizonyos funkciókat. Így például a glükóz a fő energiaforrás. Minden élő szervezet sejtjében lebomlik. Ez a sejtlégzés során történik. A glikogén és a keményítő a fő energiaforrás, az előbbi az állatokban, az utóbbi a növényekben.
A szénhidrátok szerkezeti funkciót is ellátnak. A cellulóz a növényi sejtfal fő alkotóeleme. Az ízeltlábúakban a kitin ugyanazt a funkciót látja el. A magasabb rendű gombák sejtjeiben is megtalálható. Ha például az oligoszacharidokat vesszük, akkor ezek a citoplazma membrán részét képezik - glikolipidek és glikoproteinek formájában. Ezenkívül a glikokalix gyakran kimutatható a sejtekben. A pentózok részt vesznek a nukleinsavak szintézisében. Ebben az esetben a dezoxiribóz a DNS-ben, a ribóz pedig az RNS-ben található. Ezenkívül ezek a komponensek megtalálhatók a koenzimekben, például a FAD-ban,NADP és NAD.
A szénhidrátok védő funkciót is képesek ellátni a szervezetben. Állatoknál a heparin aktívan megakadályozza a gyors véralvadást. Szövetkárosodás során képződik, és blokkolja a vérrögképződést az erekben. A heparin nagy mennyiségben található a hízósejtekben granulátum formájában.
Nukleinsavak
A fehérjék, szénhidrátok és lipidek nem minden ismert osztálya a szerves anyagoknak. A kémia magában foglalja a nukleinsavakat is. Ezek foszfortartalmú biopolimerek. Minden élőlény sejtmagjában és citoplazmájában lévén biztosítják a genetikai adatok továbbítását és tárolását. Ezeket az anyagokat F. Miescher biokémikusnak köszönhetően fedezték fel, aki a lazac spermiumait tanulmányozta. "Véletlen" felfedezés volt. Kicsit később RNS-t és DNS-t is találtak minden növényi és állati szervezetben. Nukleinsavakat gombák és baktériumok, valamint vírusok sejtjeiben is izoláltak.
A természetben összesen kétféle nukleinsav található: ribonukleinsav (RNS) és dezoxiribonukleinsav (DNS). A különbség egyértelmű a címből. A DNS dezoxiribózt, egy öt szénatomos cukrot tartalmaz. A ribóz pedig az RNS-molekulában található.
A nukleinsavakat szerves kémia tanulmányozza. A kutatási témákat is az orvostudomány diktálja. Számos genetikai betegség rejtőzik a DNS-kódokban, amelyeket a tudósok még nem fedeztek fel.
