المادة العضوية هي مركب كيميائي يحتوي على الكربون. الاستثناءات الوحيدة هي حمض الكربونيك والكربيدات والكربونات والسيانيد وأكاسيد الكربون.
التاريخ
ظهر مصطلح "المواد العضوية" نفسه في الحياة اليومية للعلماء في مرحلة التطور المبكر للكيمياء. في ذلك الوقت ، سادت وجهات النظر الحيوية للعالم. كان استمرارًا لتقاليد أرسطو وبليني. خلال هذه الفترة ، كان النقاد مشغولين بتقسيم العالم إلى حي وغير حي. في الوقت نفسه ، تم تقسيم جميع المواد ، دون استثناء ، بوضوح إلى مواد عضوية وعضوية. كان يعتقد أنه من أجل تخليق مركبات المواد "الحية" ، هناك حاجة إلى "قوة" خاصة. إنه متأصل في جميع الكائنات الحية ، ولا يمكن أن تتشكل العناصر العضوية بدونه.
هذا البيان ، المضحك للعلم الحديث ، سيطر لفترة طويلة جدًا ، حتى عام 1828 دحضه فريدريش فولر تجريبياً. كان قادرًا على الحصول على اليوريا العضوية من سيانات الأمونيوم غير العضوية. دفع هذا الكيمياء إلى الأمام. ومع ذلك ، فقد تم الحفاظ على تقسيم المواد إلى مواد عضوية وغير عضوية في الوقت الحاضر.انها تكمن وراء التصنيف. ما يقرب من 27 مليون مركب عضوي معروفة.
لماذا يوجد الكثير من المركبات العضوية؟
المادة العضوية هي ، مع استثناءات قليلة ، مركب كربون. في الواقع ، هذا عنصر غريب للغاية. الكربون قادر على تكوين سلاسل من ذراته. من المهم جدًا أن يكون الاتصال بينهما مستقرًا.
بالإضافة إلى ذلك ، يُظهر الكربون في المواد العضوية التكافؤ - IV. ويترتب على ذلك أن هذا العنصر قادر على تكوين روابط مع مواد أخرى ليس فقط منفردة ، ولكن أيضًا مزدوجة وثلاثية. كلما زاد تعددها ، ستصبح سلسلة الذرات أقصر. في نفس الوقت يزيد استقرار الاتصال فقط.
أيضًا ، يمتلك الكربون القدرة على تكوين هياكل مسطحة وخطية وثلاثية الأبعاد. هذا هو السبب في وجود العديد من المواد العضوية المختلفة في الطبيعة.
تكوين
كما ذكر أعلاه ، فإن المادة العضوية هي مركبات الكربون. وهذا مهم جدا. تنشأ المركبات العضوية عندما ترتبط تقريبًا بأي عنصر من عناصر الجدول الدوري. في الطبيعة ، غالبًا ما يشتمل تكوينها (بالإضافة إلى الكربون) على الأكسجين والهيدروجين والكبريت والنيتروجين والفوسفور. العناصر المتبقية أكثر ندرة.
خصائص
إذن ، المادة العضوية هي مركب كربوني. ومع ذلك ، هناك العديد من المعايير المهمة التي يجب أن تفي بها. جميع المواد ذات الأصل العضوي لها خصائص مشتركة:
1. موجود بين الذراتيؤدي تصنيف الروابط المختلفة حتماً إلى ظهور أيزومرات. بادئ ذي بدء ، يتم تشكيلها عن طريق مزيج من جزيئات الكربون. الأيزومرات هي مواد مختلفة لها نفس الوزن الجزيئي والتركيب ، لكن لها خصائص كيميائية وفيزيائية مختلفة. هذه الظاهرة تسمى isomerism
2. معيار آخر هو ظاهرة التنادد. هذه عبارة عن سلسلة من المركبات العضوية ، حيث تختلف صيغة المواد المجاورة عن سابقتها من خلال مجموعة واحدة CH2. يتم تطبيق هذه الخاصية الهامة في علم المواد.
ما هي فئات المواد العضوية؟
هناك عدة فئات من المركبات العضوية. هم معروفون للجميع. هذه هي البروتينات والدهون والكربوهيدرات. يمكن تسمية هذه المجموعات بالبوليمرات البيولوجية. يشاركون في التمثيل الغذائي على المستوى الخلوي في أي كائن حي. تشمل هذه المجموعة أيضًا الأحماض النووية. لذلك يمكننا القول أن المادة العضوية هي ما نأكله كل يوم ، مما نتكون منه.
بروتينات
تتكون البروتينات من مكونات هيكلية - أحماض أمينية. هذه هي مونومراتهم. تسمى البروتينات أيضًا بالبروتينات. حوالي 200 نوع من الأحماض الأمينية معروفة. تم العثور على كل منهم في الكائنات الحية. لكن عشرين منهم فقط هي مكونات للبروتينات. يطلق عليهم الأساسية. ولكن في الأدبيات يمكنك أيضًا العثور على مصطلحات أقل شيوعًا - الأحماض الأمينية المكونة للبروتين والبروتين. تحتوي صيغة هذه الفئة من المواد العضوية على مكونات أمين (-NH2) ومكونات كربوكسيل (-COOH). إنهم متصلون ببعضهم البعض بنفس روابط الكربون.
وظائف البروتين
تؤدي البروتينات في جسم النباتات والحيوانات العديد من الوظائف المهمة. لكن العامل الرئيسي هيكلي. البروتينات هي المكونات الرئيسية لغشاء الخلية ومصفوفة العضيات في الخلايا. في أجسامنا جميع جدران الشرايين والأوردة والشعيرات الدموية والأوتار والغضاريف والأظافر والشعر تتكون أساسًا من بروتينات مختلفة.
الوظيفة التالية هي الأنزيمية. تعمل البروتينات كأنزيمات. إنها تحفز التفاعلات الكيميائية في الجسم. هم مسؤولون عن انهيار العناصر الغذائية في الجهاز الهضمي. في النباتات ، تحدد الإنزيمات موضع الكربون أثناء عملية التمثيل الضوئي.
تحمل بعض أنواع البروتينات مواد مختلفة في الجسم مثل الأكسجين. المواد العضوية قادرة أيضًا على الانضمام إليهم. هذه هي الطريقة التي تعمل بها وظيفة النقل. تحمل البروتينات أيونات المعادن والأحماض الدهنية والهرمونات ، وبالطبع ثاني أكسيد الكربون والهيموجلوبين عبر الأوعية الدموية. يحدث النقل أيضًا على المستوى بين الخلايا.
مركبات البروتين - الغلوبولين المناعي - هي المسؤولة عن وظيفة الحماية. هذه أجسام مضادة للدم. على سبيل المثال ، يشارك الثرومبين والفيبرينوجين بنشاط في عملية التخثر. وبالتالي ، تمنع المزيد من فقدان الدم.
البروتينات مسؤولة أيضًا عن أداء وظيفة الانقباض. نظرًا لحقيقة أن اللييفات الأولية للميوسين والأكتين تؤدي باستمرار حركات منزلقة بالنسبة لبعضها البعض ، فإن ألياف العضلات تنقبض. ولكن حتى في الكائنات أحادية الخلية ، متشابهةالعمليات. ترتبط حركة الأسواط البكتيرية أيضًا ارتباطًا مباشرًا بانزلاق الأنابيب الدقيقة ، والتي تكون ذات طبيعة بروتينية.
أكسدة المواد العضوية تطلق كميات كبيرة من الطاقة. ولكن ، كقاعدة عامة ، نادرًا ما يتم استهلاك البروتينات لاحتياجات الطاقة. يحدث هذا عندما يتم استنفاد جميع المخزونات. الدهون والكربوهيدرات هي الأنسب لهذا الغرض. لذلك ، يمكن للبروتينات أن تؤدي وظيفة طاقة ، ولكن فقط في ظل ظروف معينة.
الدهون
المركب الشبيه بالدهون هو أيضًا مادة عضوية. تنتمي الدهون إلى أبسط الجزيئات البيولوجية. إنها غير قابلة للذوبان في الماء ، ولكنها تتحلل في المحاليل غير القطبية مثل البنزين والأثير والكلوروفورم. هم جزء من جميع الخلايا الحية. كيميائيا ، الدهون هي استرات الكحوليات والأحماض الكربوكسيلية. أشهرها الدهون. تؤدي هذه المواد في جسم الحيوانات والنباتات العديد من الوظائف المهمة. تستخدم الكثير من الدهون في الطب والصناعة.
وظائف الدهون
هذه المواد الكيميائية العضوية ، مع البروتينات في الخلايا ، تشكل أغشية بيولوجية. لكن وظيفتهم الرئيسية هي الطاقة. عندما تتأكسد جزيئات الدهون ، يتم إطلاق كمية هائلة من الطاقة. يذهب إلى تكوين ATP في الخلايا. في شكل دهون ، يمكن أن تتراكم كمية كبيرة من احتياطيات الطاقة في الجسم. في بعض الأحيان تكون أكثر من ضرورية لتنفيذ الحياة الطبيعية. مع التغيرات المرضية في عملية التمثيل الغذائي للخلايا "الدهنية" ، يصبح أكثر. برغم منفي الإنصاف ، تجدر الإشارة إلى أن هذه الاحتياطيات الزائدة ضرورية ببساطة لسبات الحيوانات والنباتات. يعتقد الكثير من الناس أن الأشجار والشجيرات تتغذى على التربة خلال فترة البرد. في الواقع ، إنهم يستهلكون احتياطيات الزيوت والدهون التي صنعوها خلال الصيف.
في جسم الإنسان والحيوان ، يمكن للدهون أيضًا أن تؤدي وظيفة وقائية. تترسب في النسيج تحت الجلد وحول الأعضاء مثل الكلى والأمعاء. وبالتالي ، فهي بمثابة حماية جيدة ضد التلف الميكانيكي ، أي الصدمة.
بالإضافة إلى ذلك ، تتمتع الدهون بمستوى منخفض من التوصيل الحراري ، مما يساعد على الدفء. هذا مهم للغاية ، خاصة في المناخات الباردة. في الحيوانات البحرية ، تساهم طبقة الدهون تحت الجلد أيضًا في الطفو الجيد. ولكن في الطيور ، تؤدي الدهون أيضًا وظائف طاردة للماء ومزلقة. يغطي الشمع ريشها ويجعلها أكثر مرونة. بعض أنواع النباتات لها نفس الغلاف على الأوراق.
كربوهيدرات
الصيغة العضوية C (H2O)mتشير إلى ما إذا كان المركب ينتمي إلى فئة الكربوهيدرات. يشير اسم هذه الجزيئات إلى حقيقة أنها تحتوي على الأكسجين والهيدروجين بنفس كمية الماء. بالإضافة إلى هذه العناصر الكيميائية ، قد تحتوي المركبات ، على سبيل المثال ، على النيتروجين.
الكربوهيدرات في الخلية هي المجموعة الرئيسية للمركبات العضوية. هذه هي المنتجات الأساسية لعملية التمثيل الضوئي. وهي أيضًا المنتجات الأولية للتوليف في نباتات أخرىمواد مثل الكحوليات والأحماض العضوية والأحماض الأمينية. تعتبر الكربوهيدرات أيضًا جزءًا من خلايا الحيوانات والفطريات. توجد أيضًا بين المكونات الرئيسية للبكتيريا والأوليات. لذلك ، في الخلية الحيوانية يكونون من 1 إلى 2٪ ، وفي الخلية النباتية يمكن أن يصل عددهم إلى 90٪.
اليوم ، هناك ثلاث مجموعات فقط من الكربوهيدرات:
- السكريات البسيطة (السكريات الأحادية) ؛
- سكريات قليلة التعدد ، تتكون من عدة جزيئات من السكريات البسيطة المتصلة على التوالي ؛
- السكريات ، تحتوي على أكثر من 10 جزيئات من السكريات الأحادية ومشتقاتها.
وظائف الكربوهيدرات
جميع المواد العضوية في الخلية تؤدي وظائف معينة. لذلك ، على سبيل المثال ، الجلوكوز هو المصدر الرئيسي للطاقة. يتحلل في خلايا جميع الكائنات الحية. يحدث هذا أثناء التنفس الخلوي. الجليكوجين والنشا المصدر الرئيسي للطاقة ، الأول في الحيوانات والأخير في النباتات.
تؤدي الكربوهيدرات أيضًا وظيفة هيكلية. السليلوز هو المكون الرئيسي لجدار الخلية النباتية. وفي المفصليات ، يؤدي الكيتين نفس الوظيفة. يوجد أيضًا في خلايا الفطريات العليا. إذا أخذنا السكريات القليلة كمثال ، فهي جزء من الغشاء السيتوبلازمي - في شكل دهون سكرية وبروتينات سكرية. أيضًا ، غالبًا ما يتم اكتشاف glycocalyx في الخلايا. تشارك البنتوز في تخليق الأحماض النووية. في هذه الحالة ، يتم تضمين deoxyribose في DNA ، ويتم تضمين الريبوز في RNA. أيضًا ، توجد هذه المكونات في الإنزيمات المساعدة ، على سبيل المثال ، في FAD ،NADP و NAD.
الكربوهيدرات قادرة أيضًا على أداء وظيفة وقائية في الجسم. في الحيوانات ، مادة الهيبارين تمنع بنشاط تخثر الدم السريع. يتشكل أثناء تلف الأنسجة ويمنع تكوين جلطات الدم في الأوعية. يوجد الهيبارين بكميات كبيرة في الخلايا البدينة في الحبيبات.
الأحماض النووية
البروتينات والكربوهيدرات والدهون ليست كلها فئات معروفة من المواد العضوية. تشمل الكيمياء أيضًا الأحماض النووية. هذه البوليمرات الحيوية المحتوية على الفوسفور. هم ، لكونهم في نواة الخلية والسيتوبلازم لجميع الكائنات الحية ، يضمنون نقل وتخزين البيانات الجينية. تم اكتشاف هذه المواد بفضل عالم الكيمياء الحيوية F. Miescher ، الذي درس حيوانات منوية السلمون. لقد كان اكتشافا "عرضيا". بعد ذلك بقليل ، تم العثور على الحمض النووي الريبي والحمض النووي في جميع الكائنات الحية النباتية والحيوانية. كما تم عزل الأحماض النووية في خلايا الفطريات والبكتيريا وكذلك الفيروسات.
في المجموع ، يوجد نوعان من الأحماض النووية في الطبيعة - الريبونوكلي (RNA) و deoxyribonucleic (DNA). الفرق واضح من العنوان. يحتوي الحمض النووي على deoxyribose ، وهو سكر خماسي الكربون. ويوجد الريبوز في جزيء الحمض النووي الريبي.
الأحماض النووية تدرس بالكيمياء العضوية. مواضيع البحث تمليها الطب أيضًا. هناك العديد من الأمراض الوراثية المخبأة في أكواد الحمض النووي التي لم يكتشفها العلماء بعد.
