חומר אורגני הוא תרכובת כימית המכילה פחמן. החריגים היחידים הם חומצה פחמנית, קרבידים, קרבונטים, ציאנידים ותחמוצות פחמן.
היסטוריה
המונח "חומרים אורגניים" עצמו הופיע בחיי היומיום של מדענים בשלב ההתפתחות המוקדמת של הכימיה. באותה תקופה שלטו השקפות עולם ויטליסטיות. זה היה המשך למסורת של אריסטו ופליניוס. בתקופה זו, מומחים היו עסוקים בחלוקת העולם לחיים וללא חיים. יחד עם זאת, כל החומרים, ללא יוצא מן הכלל, חולקו בבירור למינרלים ולאורגניים. הוא האמין כי לסינתזה של תרכובות של חומרים "חיים", יש צורך ב"חוזק" מיוחד. הוא טבוע בכל היצורים החיים, ואלמנטים אורגניים אינם יכולים להיווצר בלעדיו.
הצהרה זו, המגוחכת עבור המדע המודרני, שלטה במשך זמן רב מאוד, עד שבשנת 1828 הפריך פרידריך וולר אותה בניסוי. הוא הצליח להשיג אוריאה אורגנית מאמוניום ציאנאט אנאורגני. זה דחף את הכימיה קדימה. עם זאת, חלוקת החומרים לאורגניים ולא-אורגניים נשמרה בהווה.זה עומד בבסיס הסיווג. ידועות כמעט 27 מיליון תרכובות אורגניות.
למה יש כל כך הרבה תרכובות אורגניות?
חומר אורגני הוא, למעט כמה יוצאי דופן, תרכובת פחמן. למעשה, זהו מרכיב מאוד מוזר. פחמן מסוגל ליצור שרשראות מהאטומים שלו. חשוב מאוד שהחיבור ביניהם יהיה יציב.
בנוסף, פחמן בחומרים אורגניים מפגין ערכיות - IV. מכאן נובע שאלמנט זה מסוגל ליצור קשרים עם חומרים אחרים לא רק בודדים, אלא גם כפולים ומשולשים. ככל שהריבוי שלהם יגדל, שרשרת האטומים תתקצר. יחד עם זאת, יציבות החיבור רק עולה.
כמו כן, לפחמן יש את היכולת ליצור מבנים שטוחים, ליניאריים ותלת מימדיים. לכן יש כל כך הרבה חומרים אורגניים שונים בטבע.
Composition
כפי שהוזכר לעיל, חומר אורגני הוא תרכובות פחמן. וזה מאוד חשוב. תרכובות אורגניות נוצרות כאשר היא קשורה כמעט לכל אלמנט בטבלה המחזורית. בטבע, לרוב הרכבם (בנוסף לפחמן) כולל חמצן, מימן, גופרית, חנקן וזרחן. הרכיבים הנותרים הם הרבה יותר נדירים.
Properties
אז, חומר אורגני הוא תרכובת פחמן. עם זאת, ישנם מספר קריטריונים חשובים שעליו לעמוד בהם. לכל החומרים ממקור אורגני יש תכונות משותפות:
1. קיים בין אטומיםטיפולוגיה שונה של קשרים מובילה בהכרח להופעת איזומרים. קודם כל, הם נוצרים על ידי שילוב של מולקולות פחמן. איזומרים הם חומרים שונים בעלי אותו משקל והרכב מולקולריים, אך תכונות כימיות ופיזיות שונות. תופעה זו נקראת איזומריזם.
2. קריטריון נוסף הוא תופעת ההומולוגיה. אלו הן סדרות של תרכובות אורגניות, שבהן נוסחת החומרים השכנים שונה מהקודמים בקבוצה אחת CH2. תכונה חשובה זו מיושמת במדעי החומרים.
מהן המחלקות של חומרים אורגניים?
יש כמה סוגים של תרכובות אורגניות. הם מוכרים לכולם. אלו חלבונים, שומנים ופחמימות. ניתן לקרוא לקבוצות אלו פולימרים ביולוגיים. הם מעורבים בחילוף החומרים ברמה התאית בכל אורגניזם. כמו כן נכללות בקבוצה זו חומצות גרעין. אז אנחנו יכולים לומר שחומר אורגני הוא מה שאנחנו אוכלים כל יום, ממה שאנחנו עשויים.
חלבונים
חלבונים מורכבים ממרכיבים מבניים - חומצות אמינו. אלו המונומרים שלהם. חלבונים נקראים גם חלבונים. ידועים כ-200 סוגים של חומצות אמינו. כולם נמצאים באורגניזמים חיים. אבל רק עשרים מהם הם מרכיבים של חלבונים. הם נקראים בסיסיים. אבל בספרות אפשר למצוא גם מונחים פחות פופולאריים - חומצות אמינו חלבוניות ויוצרות חלבון. הנוסחה של מחלקה זו של חומרים אורגניים מכילה רכיבי אמין (-NH2) וקרבוקסיל (-COOH). הם מחוברים זה לזה באותם קשרי פחמן.
פונקציות חלבון
חלבונים בגוף של צמחים ובעלי חיים מבצעים פונקציות חשובות רבות. אבל העיקרי שבהם הוא מבני. חלבונים הם המרכיבים העיקריים של קרום התא והמטריצה של האברונים בתאים. בגופנו, כל דפנות העורקים, הוורידים והנימים, הגידים והסחוסים, הציפורניים והשיער מורכבים בעיקר מחלבונים שונים.
הפונקציה הבאה היא אנזימטית. חלבונים פועלים כאנזימים. הם מזרזים תגובות כימיות בגוף. הם אחראים לפירוק של חומרים מזינים במערכת העיכול. בצמחים, אנזימים מקבעים את מיקום הפחמן במהלך הפוטוסינתזה.
סוגים מסוימים של חלבונים נושאים חומרים שונים בגוף, כמו חמצן. גם חומר אורגני מסוגל להצטרף אליהם. כך פועלת פונקציית ההובלה. חלבונים נושאים יוני מתכת, חומצות שומן, הורמונים וכמובן פחמן דו חמצני והמוגלובין דרך כלי הדם. התחבורה מתרחשת גם ברמה הבין-תאית.
תרכובות חלבון - אימונוגלובולינים - אחראיות לתפקוד המגן. אלו נוגדנים בדם. לדוגמה, תרומבין ופיברינוגן מעורבים באופן פעיל בתהליך הקרישה. לפיכך, הם מונעים יותר איבוד דם.
חלבונים אחראים גם לביצוע פונקציית ההתכווצות. בשל העובדה כי פרוטופיברילים של מיוזין ואקטין מבצעים כל הזמן תנועות הזזה זה לזה, סיבי השריר מתכווצים. אבל אפילו באורגניזמים חד-תאיים, דומהתהליכים. תנועת הדגלים של חיידקים קשורה ישירות גם להחלקה של מיקרוטובוליות, שהן בעלות אופי חלבוני.
חמצון של חומר אורגני משחרר כמויות גדולות של אנרגיה. אבל, ככלל, חלבונים נצרכים לצרכי אנרגיה לעתים רחוקות מאוד. זה קורה כאשר כל המלאי נגמר. ליפידים ופחמימות הם המתאימים ביותר לכך. לכן, חלבונים יכולים לבצע פונקציה אנרגטית, אבל רק בתנאים מסוימים.
ליפידים
תרכובת דמוית שומן היא גם חומר אורגני. ליפידים שייכים למולקולות הביולוגיות הפשוטות ביותר. הם אינם מסיסים במים, אך מתפרקים בתמיסות לא קוטביות כגון בנזין, אתר וכלורופורם. הם חלק מכל התאים החיים. מבחינה כימית, ליפידים הם אסטרים של אלכוהול וחומצות קרבוקסיליות. המפורסמים שבהם הם שומנים. בגוף של בעלי חיים וצמחים, חומרים אלו ממלאים תפקידים חשובים רבים. שומנים רבים משמשים ברפואה ובתעשייה.
פונקציות של שומנים
כימיקלים אורגניים אלה, יחד עם חלבונים בתאים, יוצרים ממברנות ביולוגיות. אבל תפקידם העיקרי הוא אנרגיה. כאשר מולקולות שומן מתחמצנות, משתחררת כמות עצומה של אנרגיה. זה הולך להיווצרות ATP בתאים. בצורה של שומנים, כמות משמעותית של מאגרי אנרגיה יכולה להצטבר בגוף. לפעמים הם אפילו יותר מהדרוש ליישום חיים נורמליים. עם שינויים פתולוגיים בחילוף החומרים של תאי "שומן", זה הופך ליותר. למרות שלמען ההגינות, יש לציין שמאגרים מוגזמים שכאלה פשוט נחוצים לתרדמת בעלי חיים וצמחים. אנשים רבים מאמינים כי עצים ושיחים ניזונים מאדמה בתקופה הקרה. למעשה, הם מנצלים את מאגרי השמנים והשומנים שהם ייצרו במהלך הקיץ.
בגוף האדם והחי, שומנים יכולים גם לבצע תפקיד מגן. הם מופקדים ברקמה התת עורית וסביב איברים כמו הכליות והמעיים. לפיכך, הם משמשים כהגנה טובה מפני נזק מכני, כלומר זעזועים.
בנוסף, לשומנים רמה נמוכה של מוליכות תרמית, שעוזרת לשמור על חום. זה חשוב מאוד, במיוחד באקלים קר. בבעלי חיים ימיים, גם שכבת השומן התת עורית תורמת לציפה טובה. אבל בציפורים, שומנים מבצעים גם פונקציות דוחה מים ושימון. השעווה מצפה את נוצותיהם והופכת אותן לגמישות יותר. לכמה מיני צמחים יש את אותו ציפוי על העלים.
פחמימות
נוסחה אורגנית C (H2O)m מציינת אם המתחם שייך ל- פחמימות בכיתה. השם של מולקולות אלה מתייחס לעובדה שהן מכילות חמצן ומימן באותה כמות כמו מים. בנוסף ליסודות כימיים אלה, תרכובות עשויות להכיל, למשל, חנקן.
פחמימות בתא הן הקבוצה העיקרית של תרכובות אורגניות. אלו הם התוצרים העיקריים של תהליך הפוטוסינתזה. הם גם התוצרים הראשוניים של סינתזה בצמחים של אחריםחומרים כמו אלכוהול, חומצות אורגניות וחומצות אמינו. פחמימות הן גם חלק מתאי בעלי חיים ופטריות. הם נמצאים גם בין המרכיבים העיקריים של חיידקים ופרוטוזואה. אז, בתא של בעלי חיים הם מ-1 עד 2%, ובתא צמחי מספרם יכול להגיע ל-90%.
היום, יש רק שלוש קבוצות של פחמימות:
- סוכרים פשוטים (חד סוכרים);
- אוליגוסכרידים, המורכבים מכמה מולקולות של סוכרים פשוטים המחוברים ברציפות;
- פוליסכרידים, הם מכילים יותר מ-10 מולקולות של חד סוכרים ונגזרותיהם.
פונקציות הפחמימות
כל החומרים האורגניים בתא מבצעים פונקציות מסוימות. אז, למשל, גלוקוז הוא מקור האנרגיה העיקרי. הוא מתפרק בתאים של כל היצורים החיים. זה קורה במהלך הנשימה התאית. גליקוגן ועמילן הם מקור האנרגיה העיקרי, כאשר הראשון בבעלי חיים והשני בצמחים.
פחמימות מבצעות גם פונקציה מבנית. תאית היא המרכיב העיקרי בדופן התא הצמחי. ואצל פרוקי רגליים, כיטין מבצע את אותה פונקציה. הוא נמצא גם בתאים של פטריות גבוהות יותר. אם ניקח אוליגוסכרידים כדוגמה, אז הם חלק מהממברנה הציטופלזמית - בצורה של גליקוליפידים וגליקופרוטאין. כמו כן, גליקוקליקס מזוהה לעתים קרובות בתאים. פנטוזים מעורבים בסינתזה של חומצות גרעין. במקרה זה, דאוקסיריבוז נכלל ב-DNA, וריבוז נכלל ב-RNA. כמו כן, רכיבים אלו נמצאים בקו-אנזימים, למשל, ב-FAD,NADP ו-NAD.
פחמימות גם מסוגלות לבצע תפקיד מגן בגוף. בבעלי חיים, החומר הפרין מונע באופן פעיל קרישת דם מהירה. הוא נוצר בזמן נזק לרקמות וחוסם היווצרות קרישי דם בכלי הדם. הפרין נמצא בכמויות גדולות בתאי פיטום בגרגירים.
חומצות גרעין
חלבונים, פחמימות ושומנים הם לא כל הקבוצות המוכרות של חומרים אורגניים. הכימיה כוללת גם חומצות גרעין. אלו הם ביו-פולימרים המכילים זרחן. הם, בהיותם בגרעין התא ובציטופלזמה של כל היצורים החיים, מבטיחים העברה ואחסון של נתונים גנטיים. חומרים אלו התגלו הודות לביוכימאי פ. מישר, שחקר זרעונים של סלמון. זה היה גילוי "מקרי". מעט מאוחר יותר נמצאו גם RNA ו-DNA בכל אורגניזמים צמחיים ובעלי חיים. חומצות גרעין בודדו גם בתאים של פטריות וחיידקים, כמו גם וירוסים.
בסך הכל, שני סוגים של חומצות גרעין נמצאים בטבע - ריבונוקלאית (RNA) ודאוקסיריבונוקלאית (DNA). ההבדל ברור מהכותרת. DNA מכיל דאוקסיריבוז, סוכר בעל חמישה פחמנים. וריבוז נמצא במולקולת ה-RNA.
חומצות גרעין נחקרות על ידי כימיה אורגנית. נושאים למחקר מוכתבים גם על ידי הרפואה. יש הרבה מחלות גנטיות חבויות בקודי ה-DNA שמדענים טרם גילו.
