Jaký je příklad v živém systému toho, jak důležitý je molekulární tvar?

Během svých cest po vědeckém světě nebo jen v každodenním životě jste se mohli setkat s výrazem „forma odpovídá funkci“ nebo s nějakou variací stejné fráze. Obecně to znamená, že vzhled něčeho, na co narazíte, je pravděpodobným vodítkem o tom, co dělá nebo jak se to používá. V mnoha kontextech je tato zásada tak jasně zjevná, že vzdoruje průzkumu.

Například pokud narazíte na předmět, který lze držet v ruce a vyzařuje světlo z jednoho konce dotykem spínače, můžete si být jisti, že toto zařízení je nástrojem pro osvětlení bezprostředního okolí při absenci adekvátní přirozenosti světlo.

Ve světě biologie (tj. Živých tvorů) tato zásada stále platí s několika výhradami. Jedním z nich je, že ne vše o vztahu mezi formou a funkcí je nutně intuitivní.

Druhým, vyplývajícím z prvního, je to, že malé škály podílející se na hodnocení atomů a molekuly a sloučeniny, které vznikají z kombinací atomů, vytvářejí spojení mezi formou a je těžké ocenit, pokud nevíte trochu víc o tom, jak atomy a molekuly interagují, zejména v kontextu dynamického živého systému s různými a měnícími se moment-to-moment potřeby.

Před zkoumáním, jak je tvar daného atom, molekula, prvek nebo sloučenina jsou pro svou funkci nepostradatelné, je třeba to pochopit přesně to, co tyto pojmy znamenají v chemii, protože se často používají zaměnitelně - někdy správně, někdy ne.

An atom je nejjednodušší strukturní jednotka jakéhokoli prvku. Všechny atomy se skládají z určitého počtu protonů, neutronů a elektronů, přičemž vodík je jediným prvkem neobsahujícím žádné neutrony. Ve své standardní formě mají všechny atomy každého prvku stejný počet kladně nabitých protonů a záporně nabitých elektronů.

Jak se pohybujete výše, periodická tabulka prvků (viz níže) zjistíte, že počet neutronů v nejběžnější formě daného atomu má tendenci růst o něco rychleji než počet protonů. Atom, který ztrácí nebo získává neutrony, zatímco počet protonů zůstává fixní, se nazývá izotop.

Izotopy jsou různé verze stejného atomu, se vším stejným, kromě neutronového čísla. Jak se brzy dozvíte, má to důsledky pro radioaktivitu v atomech.

An živel je daný typ látky a nelze jej rozdělit na různé složky, pouze na menší. Každý prvek má svůj vlastní záznam v periodické tabulce prvků, kde najdete fyzikální vlastnosti (např. velikost, povaha vytvořených chemických vazeb), které odlišují jakýkoli prvek od ostatních 91 přirozeně se vyskytujících elementy.

Aglomerace atomů, bez ohledu na to, jak velká, je považována za existující jako prvek, pokud neobsahuje žádné další přísady. Mohli byste se tedy stát napříč „elementárním“ plynem helia (He), který se skládá pouze z atomů He. Nebo můžete narazit na kilogram „čistého“ (tj. Elementárního zlata, které by obsahovalo nepředstavitelné množství atomů Au; to pravděpodobně není nápad, na který byste mohli vsadit svou finanční budoucnost, ale je to fyzicky možné.

A molekula je nejmenší formulář dané látky; když vidíte chemický vzorec, například C.₆H₁₂Ó₆ (glukóza cukru), obvykle vidíte jeho molekulární vzorec. Glukóza může existovat v dlouhých řetězcích zvaných glykogen, ale nejde o molekulární formu cukru.

• Některé prvky, jako například He, existují jako molekuly v atomové nebo monatomické formě. Pro ně je atom molekulou. Jiní, jako je kyslík (O.₂) existují v diatomické formě v jejich přirozeném stavu, protože je to energeticky výhodné.

Nakonec a sloučenina je něco, co obsahuje více než jeden druh prvku, jako je voda (H₂Ó). Molekulární kyslík tedy není atomový kyslík; současně jsou přítomny pouze atomy kyslíku, takže plynný kyslík není sloučenina.

Nejenže jsou důležité skutečné tvary molekul, ale také je důležité pouze to, abyste si je dokázali opravit ve své mysli. Můžete to udělat ve „skutečném světě“ pomocí modelů s míčky a hůlkami, nebo se můžete spolehnout na více užitečné z dvourozměrných reprezentací trojrozměrných objektů dostupných v učebnicích nebo online.

Prvek, který sedí ve středu (nebo chcete-li, na nejvyšší molekulární úrovni) prakticky celé chemie, zejména biochemie, je uhlík. Důvodem je schopnost uhlíku tvořit čtyři chemické vazby, což je mezi atomy jedinečné.

Například metan má vzorec CH₄ a skládá se z centrálního uhlíku obklopeného čtyřmi stejnými atomy vodíku. Jak vodík atomy se přirozeně prostorují tak, aby mezi nimi byla maximální vzdálenost?

Jak se to stalo, CH₄ předpokládá zhruba čtyřboký nebo pyramidový tvar. Model s kuličkou a hůlkou na rovném povrchu by měl tři atomy H, které by tvořily základnu pyramidy, přičemž atom C by byl o něco vyšší a čtvrtý atom H byl posazen přímo nad atom C. Otočení struktury tak, že jiná kombinace atomů H tvoří trojúhelníkovou základnu pyramidy, ve skutečnosti nic nemění.

Dusík tvoří tři vazby, kyslík dvě a vodík jednu. Tyto vazby se mohou vyskytovat v kombinaci na stejném páru atomů.

Například molekula kyanovodík nebo HCN se skládá z jednoduché vazby mezi H a C a z trojné vazby mezi C a N. Znalost molekulárního vzorce sloučeniny a vazebného chování jejích jednotlivých atomů vám často umožňuje hodně předpovědět její strukturu.

The čtyři třídy biomolekul jsou nukleové kyseliny, sacharidy, bílkoviny, a lipidy (nebo tuky). Poslední tři z nich můžete znát jako „makra“, protože jsou to tři třídy makroživin, které tvoří lidskou stravu.

Dva nukleové kyseliny jsou kyselina deoxyribonukleová (DNA) a kyselina ribonukleová (RNA) a jsou nositeli genetický kód potřebné pro shromáždění živých věcí a všeho v nich.

Sacharidy nebo „sacharidy“ jsou vyrobeny z atomů C, H a O. Ty jsou vždy v poměru 1: 2: 1 v uvedeném pořadí, což opět ukazuje důležitost molekulárního tvaru. Tuky mají také pouze atomy C, H a O, ale jsou uspořádány velmi odlišně než v sacharidech; proteiny přidávají některé atomy N k dalším třem.

The aminokyseliny v bílkovinách jsou příklady kyselin v živých systémech. Dlouhé řetězce vyrobené z 20 různých aminokyselin v těle jsou definicí proteinu, jakmile jsou tyto řetězce kyselin dostatečně dlouhé.

O vazbách se toho už toho řeklo hodně, ale co přesně to je v chemii?

v kovalentní vazby, elektrony jsou sdíleny mezi atomy. v iontové vazby, jeden atom zcela vzdá své elektrony druhému atomu. Vodíkové vazby lze považovat za speciální druh kovalentní vazby, ale jednu na jiné molekulární úrovni, protože vodíky mají pouze jeden elektron.

Van der Waalsovy interakce jsou „vazby“, které se vyskytují mezi molekulami vody; vodíkové vazby a van der Waalsovy interakce jsou jinak podobné.