Koji je primjer živog sustava koliko je molekularni oblik presudan?

Tijekom putovanja znanstvenim svijetom ili samo u svakodnevnom životu, možda ste susreli pojam "oblik odgovara funkciji" ili neku varijaciju iste fraze. Općenito, to znači da je pojava nečega što vam se dogodi vjerojatan trag o tome što čini ili kako se koristi. U mnogim je kontekstima ta maksima toliko očigledna da prkosi istraživanju.

Na primjer, ako se slučajno nađete na objektu koji se može držati u ruci i emitira svjetlost s jednog kraja dodirom prekidača, možete biti sigurni da je uređaj alat za osvjetljavanje neposrednog okoliša u nedostatku odgovarajuće prirodne svjetlo.

U svijetu biologije (tj. Živih bića) ta maksima još uvijek vrijedi uz nekoliko upozorenja. Jedno je da nije sve u vezi između oblika i funkcije nužno intuitivno.

Druga, koja slijedi iz prve, jest da malene skale uključene u procjenu atoma i molekula i spojeva koji nastaju kombinacijama atoma čine vezu između oblika i funkciju teško cijeniti ako ne znate nešto više o tome kako atomi i molekule međusobno djeluju, posebno u kontekstu dinamičnog živog sustava s raznim i promjenjivim trenutcima potrebe.

Prije nego što istražite kako je oblik danog atom, molekula, element ili spoj neophodni su za njegovu funkciju, potrebno je razumjeti što ovi pojmovi znače u kemiji, jer se često koriste naizmjenično - ponekad ispravno, ponekad ne.

An atom je najjednostavnija strukturna jedinica bilo kojeg elementa. Svi se atomi sastoje od određenog broja protona, neutrona i elektrona, a vodik je jedini element koji ne sadrži neutrone. U svom standardnom obliku, svi atomi svakog elementa imaju jednak broj pozitivno nabijenih protona i negativno nabijenih elektrona.

Kako se krećete više prema gore periodni sustav elemenata elemenata (vidi dolje), ustanovit ćete da broj neutrona u najčešćem obliku određenog atoma raste nešto brže od broja protona. Atom koji gubi ili dobiva neutrone dok broj protona ostaje fiksiran naziva se izotop.

Izotopi su različite verzije istog atoma, sa svim istim, osim neutronskog broja. To će imati implikacije na radioaktivnost u atomima, kao što ćete uskoro naučiti.

An element je zadana vrsta tvari i ne može se razdvojiti na različite komponente, već samo na manje. Svaki element ima svoj unos u periodnom sustavu elemenata, gdje možete pronaći fizička svojstva (npr., veličina, priroda nastalih kemijskih veza) koji razlikuju bilo koji element od ostalih 91 koji se javljaju u prirodi elementi.

Smatra se da nakupina atoma, bez obzira na to koliko je velika, postoji kao element ako ne sadrži druge aditive. Stoga biste se mogli dogoditi preko "elementarnog" plina helija (He), koji se sastoji samo od He atoma. Ili biste se mogli dogoditi s kilogramom "čistog" (tj. Elementarnog zlata, koje bi sadržavalo nedokučiv broj Au atoma; ovo vjerojatno nije ideja na kojoj biste mogli založiti svoju financijsku budućnost, ali je fizički moguće.

A molekula je najmanji oblik date tvari; kad vidite kemijsku formulu, poput C₆H₁₂O₆ (šećer glukoza), obično ga vidite molekularni formula. Glukoza može postojati u dugim lancima koji se nazivaju glikogen, ali to nije molekularni oblik šećera.

• Neki elementi, poput He, postoje kao molekule u atomskom ili monatomskom obliku. Za njih je atom molekula. Drugi, poput kisika (O₂) postoje u dijatomskom obliku u svom prirodnom stanju, jer je to energetski povoljno.

Konačno, a spoj je nešto što sadrži više vrsta elemenata, poput vode (H₂O). Dakle, molekularni kisik nije atomski kisik; istovremeno su prisutni samo atomi kisika, pa plin kisik nije spoj.

Ne samo da su važni stvarni oblici molekula, već je važno i samo to što ih možete popraviti u svom umu. To možete učiniti u "stvarnom svijetu" uz pomoć modela kuglice i štapića ili se možete pouzdati u više korisno od dvodimenzionalnih prikaza trodimenzionalnih predmeta dostupnih u udžbenicima ili na liniji.

Element koji se nalazi u središtu (ili ako želite, najvišoj molekularnoj razini) gotovo cijele kemije, posebno biokemije, jest ugljik. To je zbog sposobnosti ugljika da tvori četiri kemijske veze, što ga čini jedinstvenim među atomima.

Na primjer, metan ima formulu CH₄ a sastoji se od središnjeg ugljika okruženog s četiri identična atoma vodika. Kako to vodik atomi se prirodno razmaknu tako da omoguće najveću udaljenost između njih?

Kako to biva, CH₄ poprima otprilike tetraedarski ili piramidalni oblik. Model kuglice i štapića postavljen na ravnoj površini imao bi tri atoma H koji čine bazu piramide, s atomom C malo višim, a četvrti atom H smješten izravno iznad atoma C. Rotirajući strukturu tako da drugačija kombinacija H atoma tvori trokutastu bazu piramide u stvari ne mijenja ništa.

Dušik tvori tri veze, kisik dvije, a vodik jednu vezu. Te veze mogu se pojaviti u kombinaciji na istom paru atoma.

Na primjer, molekula hidrogen-cijanid ili HCN sastoji se od jednostruke veze između H i C i trostruke veze između C i N. Poznavanje molekularne formule spoja i ponašanja veza pojedinih atoma često vam omogućuje da mnogo predvidite njegovu strukturu.

The četiri klase biomolekula jesu nukleinske kiseline, ugljikohidrati, bjelančevine, i lipidi (ili masti). Posljednje tri od njih možda znate kao "makronaredbe", jer su to tri klase makronutrijenata koji čine ljudsku prehranu.

Dva nukleinske kiseline su deoksiribonukleinska kiselina (DNA) i ribonukleinska kiselina (RNA), a oni nose genetski kod potrebne za skupljanje živih bića i svega što je u njima.

Ugljikohidrati ili "ugljikohidrati" izrađeni su od C, H i O atoma. Oni su uvijek u omjeru 1: 2: 1 tim redoslijedom, što opet pokazuje važnost molekularnog oblika. Masti također imaju samo atome C, H i O, ali oni su raspoređeni vrlo drugačije nego u ugljikohidratima; proteini dodaju nešto N atoma u ostala tri.

The aminokiseline u proteinima su primjeri kiselina u živim sustavima. Dugi lanci načinjeni od 20 različitih aminokiselina u tijelu definicija su proteina, nakon što su ovi lanci kiselina dovoljno dugi.

Ovdje se mnogo govori o vezama, ali što su to točno u kemiji?

U kovalentne veze, elektroni se dijele između atoma. U ionske veze, jedan atom potpuno predaje svoje elektrone drugom atomu. Vodikove veze može se smatrati posebnom vrstom kovalentne veze, ali onom na različitoj molekularnoj razini, jer vodikovi za početak imaju samo jedan elektron.

Van der Waalsove interakcije su "veze" koje nastaju između molekula vode; vodikove veze i van der Waalsove interakcije su inače slične.