Все органические соединения, служащие основой жизни, основаны на углероде.

Углеродные атомы могут соединяться друг с другом и образовывать прямые и разветвленные цепи, а также кольцевые структуры. Эти структуры выступают в качестве основ различных типов биологических молекул.

Однако некоторые углеродсодержащие соединения, такие как карбиды, карбонаты, простые оксиды углерода (CO2), аллотропы углерода и цианиды, считаются неорганическими.

  • Карбид состоит из углерода и менее электроотрицательного элемента. Примеры - карбид кальция (CaC2), карбид кремния (SiC), карбид вольфрама (WC) и цементит (Fe3C). Каждый из этих веществ используется в промышленных целях.
  • Карбонат представляет собой соль угольной кислоты (H2CO3). Это название также может означать сложный эфир угольной кислоты - органическое соединение, содержащее карбонатную группу (R-OCOO-R).
  • Цианидом является любое соединение, которое содержит одновалентную группу CN (цианогруппа).

К четырем основным органическим веществам клеток относятся:

1) Углеводы
2) Липиды
3) Белки
4) Нуклеиновые кислоты

Изомеры биомолекул

Изомеры органических веществ - соединения с одинаковой молекулярной формулой, но с разными расположениями атомов в пространстве.

Структурные изомеры биомолекул различаются по размещению их ковалентных связей.

Стереоизомеры - имеют сходные расположения их ковалентных связей, но отличаются тем, как эти связи располагаются в пространстве относительно других атомов.

Изомеры

Функциональные группы органических веществ клетки

Функциональные группы важнейших органических веществ - белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот

Функциональные группы представляют собой определенные группы атомов внутри молекул органических соединений, которые отвечают за характерные химические реакции этих молекул.

Каждая функциональная группа играет определенную роль в клеточном метаболизме.

Гидроксильная группа представляет собой функциональную группу спиртов. Она добавляет полярность к органическим молекулам. Одним из примеров спиртов является глицерин. Глицерин является полиспиртом и важной частью триглицеридов и фосфолипидов.

Карбонильные группы альдегидов и кетонов обычно также увеличивают полярность и реакционную способность биологических молекул. Биомолекулы, содержащие карбонильные группы, как правило являются летучими и могут иметь как приятные, так и неприятные запахи.

Карбоксильная группа карбоновых кислот содержит как карбонильную группу, так и гидроксильную группу, связанную с одним и тем же атомом углерода. Органические молекулы, содержащие карбоксильные группы, часто сильно полярны и химически активны. Широко распространенные биомолекулы, содержащие карбоксильные функциональные группы, это жирные кислоты и аминокислоты.

Аминогруппы также увеличивают полярность и реакционную способность органических молекул. Они легко образуют водородные связи с другими полярными молекулами и водой. Амины являются слабыми основаниями. Амино и карбоксильные группы аминокислот взаимодействуют друг с другом с образованием пептидных связей белков.

Фосфатные группы являются высококислотными и реакционноспособными. Фосфаты играют существенную роль в метаболических процессах фотосинтеза и клеточного дыхания. Передача фосфатной группы от одной молекулы к другой служит источником энергии для химических реакций.

Сульфгидрильная (-SH) группа необходима для стабилизации белка.

Аминокислоты с -SH-группами образуют связи, называемые дисульфидными мостиками (S-S-связи), которые помогают молекулам белка принимать и поддерживать определенную форму.

Мономеры и полимеры органических веществ клетки

Большинство органических соединений (биомолекул) состоит из одиночных субъединиц или строительных блоков, называемых мономерами.

Мономеры объединяются друг с другом с использованием ковалентных связей и образуют крупные молекулы, которые известны как полимеры.

Полимеры могут быть разделены на две большие группы:

  1. природные или биологические полимеры,
  2. синтетические или искусственные полимеры.

Полимеры расщепляются на мономеры в процессе, известном как гидролиз. В реакции гидролиза для расщепления используется вода.

Реакции дегидратации и гидролиза катализируются или «ускоряются» специфическими ферментами.

Реакции дегидратации включают образование новых связей, требующих энергии, тогда как реакции гидролиза разрушают связи с выделением энергии.

Макромолекулы (природные полимеры) сформированы

из небольших строительных блоков - мономеров.

Биологические полимерыМономеры органических веществ
Углеводы (карбогидраты) →

мономеры углеводов - моносахариды

Протеины → мономеры белков - аминокислоты
Нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК) → мономеры нуклеиновых кислот - нуклеотиды

Жиры (липиды) →

--------