Каков пример того, насколько критичной является форма молекулы в живой системе?

Во время своих путешествий по миру науки или просто в повседневной жизни вы могли встретить термин «форма соответствует функции» или некоторые вариации той же фразы. Как правило, это означает, что появление чего-то, с чем вы сталкиваетесь, является вероятным ключом к пониманию того, что оно делает или как используется. Во многих контекстах эта максима настолько очевидна, что не поддается исследованию.

Например, если вы наткнетесь на объект, который можно держать в руке, и который излучает свет с одного конца при нажатии переключателя, Вы можете быть уверены, что прибор - это инструмент для освещения ближайшего окружения при отсутствии адекватного естественного освещения. свет.

В мире биологии (т. Е. Живых существ) этот принцип все еще сохраняется с некоторыми оговорками. Во-первых, не все во взаимосвязи между формой и функцией обязательно интуитивно понятно.

Второе, вытекающее из первого, заключается в том, что крошечные шкалы, участвующие в оценке атомов, молекул и соединений, возникающих из комбинаций атомов, образуют связь между формой и функционирование трудно оценить, если вы не знаете немного больше о том, как взаимодействуют атомы и молекулы, особенно в контексте динамической живой системы с различными и меняющимися от момента к моменту потребности.

Прежде чем исследовать, как форма данного атом, молекула, элемент или соединение необходимы для его функции, необходимо понимать именно то, что эти термины означают в химии, поскольку они часто используются как синонимы - иногда правильно, иногда нет.

An атом это простейшая структурная единица любого элемента. Все атомы состоят из некоторого количества протонов, нейтронов и электронов, причем водород является единственным элементом, не содержащим нейтронов. В своей стандартной форме все атомы каждого элемента имеют одинаковое количество положительно заряженных протонов и отрицательно заряженных электронов.

Когда вы поднимаетесь выше периодическая таблица элементов (см. ниже), вы обнаружите, что количество нейтронов в наиболее распространенной форме данного атома имеет тенденцию расти несколько быстрее, чем количество протонов. Атом, который теряет или получает нейтроны, в то время как количество протонов остается фиксированным, называется изотопом.

Изотопы - это разные версии одного и того же атома, со всем одинаковым, кроме числа нейтронов. Как вы скоро узнаете, это влияет на радиоактивность атомов.

An элемент является веществом данного типа, и его нельзя разделить на разные компоненты, только на более мелкие. Каждый элемент имеет свою собственную запись в периодической таблице элементов, где вы можете найти физические свойства (например, размер, характер образующихся химических связей), которые отличают любой элемент от других 91 встречающихся в природе элементы.

Считается, что скопление атомов, независимо от его размера, существует как элемент, если оно не содержит других добавок. Таким образом, вы можете столкнуться с "элементарным" газом гелием (He), который состоит только из атомов He. Или вы можете столкнуться с килограммом «чистого» (то есть элементарного золота, которое будет содержать непостижимое количество атомов Au; Вероятно, это не идея, на которую ставить свое финансовое будущее, но это физически возможно.

А молекула самый маленький форма данного вещества; когда вы видите химическую формулу, например C₆ЧАС₁₂O₆ (сахар глюкоза), вы обычно видите его молекулярный формула. Глюкоза может существовать в виде длинных цепей, называемых гликогеном, но это не молекулярная форма сахара.

• Некоторые элементы, такие как He, существуют в виде молекул в атомарной или одноатомной форме. Для них атом - это молекула. Другие, например кислород (O₂) существуют в двухатомной форме в их естественном состоянии, потому что это энергетически выгодно.

Наконец, сложный представляет собой нечто, содержащее более одного вида элементов, например воду (H₂О). Таким образом, молекулярный кислород не является атомарным кислородом; в то же время присутствуют только атомы кислорода, поэтому газообразный кислород не является составом.

Важны не только фактические формы молекул, но и способность фиксировать их в уме. Вы можете сделать это в «реальном мире» с помощью моделей из шариков и клюшек, или вы можете положиться на большее полезно из двумерных представлений трехмерных объектов, доступных в учебниках или онлайн.

Элемент, который находится в центре (или, если хотите, на высшем молекулярном уровне) практически всей химии, в частности биохимии, - это углерод. Это связано со способностью углерода образовывать четыре химические связи, что делает его уникальным среди атомов.

Например, метан имеет формулу CH₄ и состоит из центрального углерода, окруженного четырьмя идентичными атомами водорода. Как водород атомы естественным образом размещают себя так, чтобы обеспечить максимальное расстояние между ними?

Как оказалось, CH₄ принимает примерно четырехгранную или пирамидальную форму. Модель шара и палки, установленная на поверхности уровня, будет иметь три атома H, образующие основу пирамиды, с атомом C немного выше и четвертым атомом H, расположенным непосредственно над атомом C. Поворот структуры таким образом, что другая комбинация атомов H образует треугольное основание пирамиды, по сути, ничего не меняет.

Азот образует три связи, кислород - две и водород. Эти связи могут возникать в комбинации через одну и ту же пару атомов.

Например, молекула цианистого водорода или HCN состоит из одинарной связи между H и C и тройной связи между C и N. Знание как молекулярной формулы соединения, так и поведения связи его отдельных атомов часто позволяет многое предсказать о его структуре.

В четыре класса биомолекул являются нуклеиновые кислоты, углеводы, белки, а также липиды (или же жиры). Последние три из них вы можете назвать «макросами», поскольку они представляют собой три класса макроэлементов, составляющих рацион человека.

Два нуклеиновые кислоты дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК), и они несут генетический код нужен для сборки живых существ и всего, что внутри них.

Углеводы или «углеводы» состоят из атомов C, H и O. Они всегда находятся в соотношении 1: 2: 1 в указанном порядке, что еще раз демонстрирует важность молекулярной формы. Жиры также имеют только атомы C, H и O, но они устроены совсем иначе, чем в углеводах; белки добавляют несколько атомов N к трем другим.

В аминокислоты в белках - это примеры кислот в живых системах. Длинные цепи, состоящие из 20 различных аминокислот в организме, являются определением белка, если эти цепочки кислот достаточно длинные.

Здесь много сказано о связях, но что именно они представляют в химии?

В ковалентные связи, электроны распределяются между атомами. В ионные связи, один атом полностью отдает свои электроны другому атому. Водородные связи можно рассматривать как особый вид ковалентной связи, но на другом молекулярном уровне, потому что водород имеет только один электрон в начале.

Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия «связи», которые возникают между молекулами воды; водородные связи и ван-дер-ваальсовы взаимодействия в остальном аналогичны.