O que é um exemplo em um sistema vivo de como a forma molecular é crítica?

Ao longo de suas viagens no mundo da ciência ou apenas na vida cotidiana, você pode ter encontrado o termo "a forma se encaixa na função" ou alguma variação da mesma frase. Geralmente, significa que a aparência de algo que você encontra é uma pista provável sobre o que faz ou como é usado. Em muitos contextos, essa máxima é tão claramente evidente que desafia a exploração.

Por exemplo, se você se deparar com um objeto que pode ser segurado na mão e emite luz de uma extremidade com o toque de um interruptor, você pode ter certeza de que o dispositivo é uma ferramenta para iluminar o ambiente imediato na ausência de luz natural adequada luz.

No mundo da biologia (ou seja, coisas vivas), essa máxima ainda é válida com algumas ressalvas. Uma é que nem tudo sobre a relação entre forma e função é necessariamente intuitivo.

O segundo, decorrente do primeiro, é que as pequenas escalas envolvidas na avaliação de átomos e as moléculas e compostos que surgem de combinações de átomos fazem a ligação entre a forma e funcionam difíceis de apreciar, a menos que você saiba um pouco mais sobre como os átomos e as moléculas interagem, especialmente no contexto de um sistema vivo dinâmico com vários e mutantes momento a momento precisa.

Antes de explorar como a forma de um dado átomo, uma molécula, um elemento ou um composto é indispensável ao seu funcionamento, é preciso entender precisamente o que esses termos significam em química, já que são frequentemente usados ​​de forma intercambiável - às vezes corretamente, às vezes não.

A átomo é a unidade estrutural mais simples de qualquer elemento. Todos os átomos consistem em um certo número de prótons, nêutrons e elétrons, sendo o hidrogênio o único elemento que não contém nêutrons. Em sua forma padrão, todos os átomos de cada elemento têm o mesmo número de prótons carregados positivamente e elétrons carregados negativamente.

Conforme você se move mais alto no tabela periódica de elementos (veja abaixo), você descobrirá que o número de nêutrons na forma mais comum de um dado átomo tende a aumentar um pouco mais rápido do que o número de prótons. Um átomo que perde ou ganha nêutrons enquanto o número de prótons permanece fixo é chamado de isótopo.

Isótopos são versões diferentes do mesmo átomo, com tudo igual, exceto o número de nêutrons. Isso tem implicações para a radioatividade dos átomos, como você aprenderá em breve.

A elemento é um determinado tipo de substância, e não pode ser separado em componentes diferentes, apenas menores. Cada elemento tem sua própria entrada na tabela periódica de elementos, onde você pode encontrar as propriedades físicas (por exemplo, tamanho, a natureza das ligações químicas formadas) que distinguem qualquer elemento dos outros 91 que ocorrem naturalmente elementos

Uma aglomeração de átomos, não importa quão grande, é considerada como um elemento se não incluir outros aditivos. Você pode, portanto, encontrar o gás hélio (He) "elementar", que consiste apenas em átomos de He. Ou você pode encontrar um quilograma de "puro" (ou seja, ouro elementar, que conteria um número insondável de átomos de Au; esta provavelmente não é uma ideia com a qual arriscar seu futuro financeiro, mas é fisicamente possível.

UMA molécula é o menor Formato de uma determinada substância; quando você vê uma fórmula química, como C₆H₁₂O₆ (o açúcar glicose), você geralmente está vendo seu molecular Fórmula. A glicose pode existir em longas cadeias chamadas glicogênio, mas esta não é a forma molecular do açúcar.

• Alguns elementos, como He, existem como moléculas na forma atômica ou monoatômica. Para eles, um átomo é uma molécula. Outros, como oxigênio (O₂) existem na forma diatômica em seu estado natural, porque isso é energeticamente favorável.

Finalmente, um composto é algo que contém mais de um tipo de elemento, como água (H₂O). Assim, o oxigênio molecular não é oxigênio atômico; ao mesmo tempo, apenas átomos de oxigênio estão presentes, então o gás oxigênio não é um composto.

Não apenas as formas reais das moléculas são importantes, mas simplesmente ser capaz de fixá-las em sua mente também é importante. Você pode fazer isso no "mundo real" com a ajuda de modelos de bola e stick ou pode contar com mais útil das representações bidimensionais de objetos tridimensionais disponíveis em livros ou conectados.

O elemento que fica no centro (ou se você preferir, no nível molecular superior) de praticamente toda a química, em particular a bioquímica, é carbono. Isso se deve à capacidade do carbono de formar quatro ligações químicas, tornando-o único entre os átomos.

Por exemplo, o metano tem a fórmula CH₄ e consiste em um carbono central rodeado por quatro átomos de hidrogênio idênticos. Como fazer hidrogênio os átomos se espaçam naturalmente de modo a permitir a distância máxima entre eles?

Por acaso, CH₄ assume uma forma aproximadamente tetraédrica ou piramidal. Um modelo ball-and-stick montado em uma superfície nivelada teria três átomos H formando a base da pirâmide, com o átomo C um pouco mais alto e o quarto átomo H empoleirado diretamente sobre o átomo C. Girar a estrutura de modo que uma combinação diferente de átomos de H forme a base triangular da pirâmide de fato não muda nada.

O nitrogênio forma três ligações, o oxigênio dois e o hidrogênio um. Essas ligações podem ocorrer em combinação no mesmo par de átomos.

Por exemplo, a molécula de cianeto de hidrogênio, ou HCN, consiste em uma ligação simples entre H e C e em uma ligação tripla entre C e N. Conhecer a fórmula molecular de um composto e o comportamento de ligação de seus átomos individuais geralmente permite que você preveja muito sobre sua estrutura.

O quatro classes de biomoléculas são as ácidos nucléicos, carboidratos, proteínas, e lipídios (ou gorduras). Os três últimos você pode conhecer como "macros", pois são as três classes de macronutrientes que compõem a dieta humana.

Os dois ácidos nucleicos são o ácido desoxirribonucléico (DNA) e o ácido ribonucléico (RNA), e eles carregam o Código genético necessários para a montagem de coisas vivas e tudo dentro delas.

Os carboidratos ou "carboidratos" são feitos de átomos de C, H e O. Estão sempre na proporção de 1: 2: 1 nessa ordem, mostrando novamente a importância da forma molecular. As gorduras também têm apenas átomos C, H e O, mas são arranjados de maneira muito diferente dos carboidratos; proteínas adicionam alguns átomos de N aos outros três.

O aminoácidos em proteínas são exemplos de ácidos em sistemas vivos. Cadeias longas feitas de 20 aminoácidos diferentes no corpo são a definição de uma proteína, uma vez que essas cadeias de ácidos são suficientemente longas.

Muito se tem falado sobre títulos aqui, mas o que exatamente são eles na química?

Dentro ligações covalentes, os elétrons são compartilhados entre os átomos. Dentro ligações ionicas, um átomo cede seus elétrons completamente para o outro átomo. Ligações de hidrogênio pode ser considerado um tipo especial de ligação covalente, mas em um nível molecular diferente porque os hidrogênios têm apenas um elétron para começar.

Interações de Van der Waals são "ligações" que ocorrem entre as moléculas de água; as ligações de hidrogênio e as interações de van der Waals são semelhantes.