Mi példa egy élő rendszerben arra, hogy a molekuláris forma mennyire kritikus?

A tudományos világban, vagy éppen a mindennapi életben tett utazásai során találkozhatott a "form fit function" kifejezéssel vagy ugyanazon kifejezés valamilyen változatával. Általában ez azt jelenti, hogy valaminek a megjelenése, amelyen keresztül történik, valószínűleg tipp arra, hogy mit csinál, vagy hogyan használják. Sok összefüggésben ez a maximum annyira nyilvánvaló, hogy dacol a feltárással.

Például, ha olyan objektumon találkozik, amelyet kézben lehet tartani, és egyik kapcsolójának érintésével egyik végéből fényt bocsát ki, biztos lehet benne, hogy az eszköz megfelelő természetes anyag hiányában a közvetlen környezet megvilágítására szolgál fény.

A biológia (vagyis az élőlények) világában ez a maximum néhány fenntartással még mindig érvényes. Az egyik az, hogy a forma és a funkció viszonyában nem minden feltétlenül intuitív.

A második az elsőből következik, hogy az atomok, valamint az atomkombinációkból származó molekulák és vegyületek értékelésében részt vevő apró skálák összekapcsolják a forma és a nehezen értékelhető funkció, hacsak nem tud egy kicsit többet arról, hogy az atomok és molekulák hogyan hatnak egymásra, különösen egy dinamikus élő rendszer összefüggésében, különböző és változó pillanatról pillanatra igények.

Mielőtt feltárnánk, hogy az alakja egy adott atom, egy molekula, elem vagy vegyület működéséhez nélkülözhetetlen, meg kell érteni pontosan mit jelentenek ezek a kifejezések a kémia területén, mivel gyakran felcserélhetőek - néha helyesen, néha nem.

An atom bármely elem legegyszerűbb szerkezeti egysége. Valamennyi atom bizonyos számú protonból, neutronból és elektronból áll, hidrogén az egyetlen elem, amely nem tartalmaz neutronokat. Szabványos formájukban az egyes elemek összes atomján azonos a pozitív töltésű protonok és a negatív töltésű elektronok száma.

Ahogy magasabbra lépsz a periódusos táblázat Az elemek közül (lásd alább) azt találja, hogy az adott atom leggyakoribb formájában a neutronok száma valamivel gyorsabban növekszik, mint a protonok száma. Az atomot, amely elveszíti vagy megszerzi a neutronokat, miközben a protonok száma rögzített marad, izotópnak nevezzük.

Izotópok ugyanazon atom különböző változatai, a neutronszám kivételével minden ugyanaz. Ez kihat az atomok radioaktivitására, amint hamarosan megtudhatja.

An elem egy adott típusú anyag, és nem bontható szét különböző alkotórészekre, csak kisebbekre. Minden elemnek megvan a saját bejegyzése az elemek periódusos táblázatában, ahol megtalálja a fizikai tulajdonságokat (pl. méret, a kialakult kémiai kötések jellege), amelyek bármely elemet megkülönböztetnek a többi 91 természetben előfordulótól elemek.

Az atomok agglomerációja, függetlenül attól, hogy mekkora, elemként létezőnek tekinthető, ha más adalékanyagot nem tartalmaz. Ezért előfordulhat, hogy az "elemi" hélium (He) gázon keresztül történik, amely csak He atomokból áll. Vagy előfordulhat, hogy egy kilogramm "tiszta" (azaz elemi arany, amely felfoghatatlan számú Au atomot tartalmazna); valószínűleg ez nem egy ötlet, amelyre a pénzügyi jövőt illeti, de fizikailag lehetséges.

A molekula a legkisebb forma egy adott anyag; amikor kémiai képletet lát, például C₆H₁₂O₆ (a cukor glükóz), akkor általában látja molekuláris képlet. A glükóz létezhet glikogénnek nevezett hosszú láncokban, de ez nem a cukor molekuláris formája.

• Egyes elemek, például He, molekulákként léteznek atomi vagy monatomikus formában. Ezeknél az atom egy molekula. Mások, mint az oxigén (O₂) diatomi formában léteznek természetes állapotukban, mert ez energetikailag kedvező.

Végül a összetett olyan dolog, amely több mint egyfajta elemet tartalmaz, például vizet (H₂O). Tehát a molekuláris oxigén nem atomi oxigén; ugyanakkor csak oxigénatomok vannak jelen, tehát az oxigéngáz nem vegyület.

Nemcsak a molekulák tényleges alakja fontos, hanem az is, hogy képes ezeket rögzíteni az elmédben. Megteheti ezt a "valós világban" golyós-botos modellek segítségével, vagy támaszkodhat a többire is hasznos a tankönyvekben elérhető háromdimenziós objektumok kétdimenziós ábrázolásai vagy online.

Az az elem, amely gyakorlatilag az összes kémia, különösen a biokémia középpontjában (vagy ha úgy tetszik, felső molekuláris szinten) helyezkedik el, szén. Ez annak köszönhető, hogy a szén képes négy kémiai kötést kialakítani, ami egyedülállóvá teszi az atomok között.

Például a metán képlete CH₄ és négy azonos hidrogénatommal körülvett központi szénből áll. Hogyan hidrogén az atomok természetesen helyet adnak maguknak, hogy a lehető legnagyobb távolságot engedjék meg közöttük?

Ahogy történik, CH₄ durván tetraéderes vagy piramis alakú. A vízszintes felületre állított labda-bot modellben három H-atom alkotja a piramis alapját, a C-atom valamivel magasabb, a negyedik H-atom pedig közvetlenül a C-atom fölött ül. A szerkezet elforgatása úgy, hogy a H atomok eltérő kombinációja képezze a piramis háromszög alapját, valójában semmit sem változtat.

A nitrogén három kötést alkot, az oxigén kettőt és a hidrogén egyet. Ezek a kötések kombinálva fordulhatnak elő ugyanazon atompáron.

Például a hidrogén-cianid vagy HCN molekula H és C közötti egyszeres kötésből, valamint C és N közötti hármas kötésből áll. A vegyületek molekulaképletének és az egyes atomok kötési viselkedésének ismerete gyakran lehetővé teszi, hogy sokat megjósoljon a szerkezetéről.

A négy osztályú biomolekula a nukleinsavak, szénhidrátok, fehérjék, és lipidek (vagy zsírok). Ezek közül az utolsó háromat makróként ismerheti, mivel ezek a makrotápanyagok három osztálya alkotják az emberi étrendet.

A két nukleinsavak dezoxiribonukleinsav (DNS) és ribonukleinsav (RNS), és ezek hordozzák a genetikai kód szükséges az élőlények és minden bennük lévő anyag összeszereléséhez.

A szénhidrátok vagy "szénhidrátok" C, H és O atomokból készülnek. Ezek mindig 1: 2: 1 arányban vannak ebben a sorrendben, ismét megmutatva a molekulaforma fontosságát. A zsírokban szintén csak C-, H- és O-atomok vannak, de ezek nagyon másképp vannak elrendezve, mint szénhidrátokban; a fehérjék néhány N atomot adnak a másik háromhoz.

A aminosavak a fehérjékben az élő rendszerek savainak példái. A test 20 különböző aminosavából álló hosszú láncok a fehérje meghatározása, ha ezek a savláncok kellően hosszúak.

Sokat mondtak itt a kötvényekről, de mi is pontosan ezek a kémia?

Ban ben kovalens kötések, az elektronok megoszlanak az atomok között. Ban ben ionos kötések, az egyik atom teljesen feladja elektronjait a másik atomnak. Hidrogénkötések speciális fajta kovalens kötésnek tekinthető, de más-más molekulaszinten, mert a hidrogéneknek csak egy elektronjuk van.

Van der Waals kölcsönhatások "kötések", amelyek a vízmolekulák között fordulnak elő; a hidrogénkötések és a van der Waals kölcsönhatások egyébként hasonlóak.