อะไรคือตัวอย่างในระบบสิ่งมีชีวิตว่ารูปร่างโมเลกุลมีความสำคัญอย่างไร?

ตลอดการเดินทางของคุณในโลกวิทยาศาสตร์หรือในชีวิตประจำวัน คุณอาจเคยพบคำว่า "form fit function" หรือรูปแบบบางอย่างของวลีเดียวกัน โดยทั่วไป หมายความว่าการปรากฏตัวของบางสิ่งที่คุณเกิดขึ้นนั้นเป็นเบาะแสที่น่าจะเป็นไปได้เกี่ยวกับสิ่งที่ทำหรือนำไปใช้อย่างไร ในหลายบริบท คติพจน์นี้ชัดเจนมากจนไม่อาจปฏิเสธการสำรวจได้

ตัวอย่างเช่น หากคุณบังเอิญไปเจอวัตถุที่ถืออยู่ในมือและเปล่งแสงจากปลายข้างหนึ่งเมื่อสัมผัสสวิตช์ คุณสามารถมั่นใจได้ว่าอุปกรณ์ดังกล่าวเป็นเครื่องมือในการให้แสงสว่างกับสิ่งแวดล้อมในทันทีโดยปราศจากธรรมชาติที่เพียงพอ เบา.

ในโลกของชีววิทยา (เช่น สิ่งมีชีวิต) คติพจน์นี้ยังคงมีอยู่โดยมีข้อแม้บางประการ หนึ่งคือไม่ใช่ทุกสิ่งที่เกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างรูปแบบและหน้าที่จำเป็นต้องเข้าใจได้ง่าย

ประการที่สอง ต่อจากข้อแรกคือเครื่องชั่งขนาดเล็กที่เกี่ยวข้องกับการประเมินอะตอมและโมเลกุลและสารประกอบที่เกิดจากการรวมกันของอะตอมทำให้เกิดความเชื่อมโยงระหว่างรูปแบบและ ทำงานยากที่จะชื่นชมเว้นแต่คุณจะรู้เพียงเล็กน้อยว่าอะตอมและโมเลกุลมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไร โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริบทของระบบสิ่งมีชีวิตที่มีพลวัตกับช่วงเวลาต่างๆ ความต้องการ

ก่อนสำรวจรูปร่างของสิ่งที่ให้มา อะตอม, โมเลกุล, ธาตุ หรือ สารประกอบ มีความจำเป็นต่อหน้าที่ของมัน จำเป็นต้องเข้าใจ ความหมายของคำเหล่านี้ในวิชาเคมีอย่างแม่นยำ เนื่องจากมักใช้แทนกันได้ – บางครั้งถูกต้อง บางครั้งก็ไม่ได้

อัน อะตอม เป็นหน่วยโครงสร้างที่ง่ายที่สุดขององค์ประกอบใดๆ อะตอมทั้งหมดประกอบด้วยโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอนจำนวนหนึ่ง โดยไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบเดียวที่ไม่มีนิวตรอน ในรูปแบบมาตรฐาน อะตอมทั้งหมดของแต่ละองค์ประกอบมีจำนวนโปรตอนที่มีประจุบวกและอิเล็กตรอนที่มีประจุลบเท่ากัน

ในขณะที่คุณก้าวขึ้นไปให้สูงขึ้น ตารางธาตุ ของธาตุ (ดูด้านล่าง) คุณพบว่าจำนวนนิวตรอนในรูปแบบทั่วไปที่สุดของอะตอมที่กำหนดมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นค่อนข้างเร็วกว่าจำนวนโปรตอน อะตอมที่สูญเสียหรือได้รับนิวตรอนในขณะที่จำนวนโปรตอนคงที่เรียกว่าไอโซโทป

ไอโซโทป เป็นรุ่นของอะตอมเดียวกันที่ต่างกัน โดยมีทุกอย่างเหมือนกัน ยกเว้นเลขนิวตรอน สิ่งนี้มีความหมายต่อกัมมันตภาพรังสีในอะตอม ดังที่คุณจะได้เรียนรู้ในไม่ช้า

อัน ธาตุ เป็นสารชนิดที่กำหนด และไม่สามารถแยกออกเป็นส่วนประกอบต่าง ๆ ได้ เฉพาะสารที่เล็กกว่าเท่านั้น แต่ละองค์ประกอบมีรายการของตัวเองในตารางธาตุ ซึ่งคุณสามารถค้นหาคุณสมบัติทางกายภาพ (เช่น ขนาดธรรมชาติของพันธะเคมีที่เกิดขึ้น) ที่แยกองค์ประกอบใด ๆ จาก 91 ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติอื่น ๆ องค์ประกอบ

การรวมตัวของอะตอมไม่ว่าจะใหญ่แค่ไหนก็ถือว่ามีอยู่เป็นองค์ประกอบหากไม่มีสารเติมแต่งอื่น ๆ ดังนั้นคุณอาจเกิดกับก๊าซฮีเลียม (He) ที่เป็น "ธาตุ" ซึ่งประกอบด้วยอะตอมของ He เท่านั้น หรือคุณอาจพบ "บริสุทธิ์" หนึ่งกิโลกรัม (เช่น ทองคำธาตุ ซึ่งจะมีอะตอม Au จำนวนมหาศาล นี่อาจไม่ใช่แนวคิดที่จะเดิมพันอนาคตทางการเงินของคุณ แต่เป็นไปได้ทางกายภาพ

อา โมเลกุล เล็กที่สุด แบบฟอร์ม ของสารที่กำหนด; เมื่อเห็นสูตรเคมี เช่น C₆โฮ₁₂อู๋₆ (น้ำตาลกลูโคส) คุณมักจะเห็นมัน โมเลกุล สูตร. กลูโคสสามารถมีอยู่ในสายโซ่ยาวที่เรียกว่าไกลโคเจน แต่นี่ไม่ใช่รูปแบบโมเลกุลของน้ำตาล

• องค์ประกอบบางอย่าง เช่น He มีอยู่ในรูปของโมเลกุลในรูปแบบอะตอมหรือโมโนโทมิก สำหรับสิ่งเหล่านี้ อะตอมคือโมเลกุล อื่นๆ เช่น ออกซิเจน (O₂) อยู่ในรูปไดอะตอมมิกในสภาพธรรมชาติ เพราะสิ่งนี้เป็นประโยชน์อย่างยิ่ง

ในที่สุด a สารประกอบ เป็นสิ่งที่ประกอบด้วยธาตุมากกว่าหนึ่งชนิด เช่น น้ำ (H₂อ.) ดังนั้นโมเลกุลออกซิเจนจึงไม่ใช่ออกซิเจนอะตอมมิก ในเวลาเดียวกัน มีเพียงอะตอมของออกซิเจนเท่านั้น ดังนั้นก๊าซออกซิเจนจึงไม่เป็นสารประกอบ

รูปร่างที่แท้จริงของโมเลกุลไม่เพียงมีความสำคัญ แต่ความสามารถในการแก้ไขสิ่งเหล่านี้ในใจของคุณก็มีความสำคัญเช่นกัน คุณสามารถทำสิ่งนี้ใน "โลกแห่งความเป็นจริง" ด้วยความช่วยเหลือของแบบจำลองลูกบอลและแท่งหรือคุณสามารถวางใจได้มากขึ้น ประโยชน์ของการแสดงสองมิติของวัตถุสามมิติที่มีอยู่ในตำราเรียนหรือ ออนไลน์

องค์ประกอบที่อยู่ตรงกลาง (หรือถ้าคุณต้องการระดับโมเลกุลบนสุด) ของเคมีเกือบทั้งหมด โดยเฉพาะชีวเคมีคือ คาร์บอน. นี่เป็นเพราะความสามารถของคาร์บอนในการสร้างพันธะเคมีสี่พันธะ ทำให้มีเอกลักษณ์เฉพาะในหมู่อะตอม

ตัวอย่างเช่น มีเทนมีสูตร CH₄ และประกอบด้วยคาร์บอนกลางที่ล้อมรอบด้วยอะตอมไฮโดรเจนสี่ตัวที่เหมือนกัน ทำอย่างไร ไฮโดรเจน อะตอมมีช่องว่างตามธรรมชาติเพื่อให้มีระยะห่างสูงสุดระหว่างพวกเขา?

เมื่อมันเกิดขึ้น CH₄ ถือว่ารูปร่างเป็นทรงสี่เหลี่ยมจตุรัสหรือเสี้ยมคร่าวๆ แบบจำลองลูกบอลและแท่งที่วางอยู่บนพื้นราบจะมีอะตอม H สามตัวสร้างฐานของปิรามิด โดยที่อะตอม C สูงขึ้นเล็กน้อย และอะตอม H ที่สี่เกาะอยู่เหนืออะตอม C โดยตรง การหมุนโครงสร้างเพื่อให้อะตอม H ต่างกันสร้างฐานสามเหลี่ยมของปิรามิดโดยไม่ได้เปลี่ยนแปลงอะไรเลย

ไนโตรเจนสร้างพันธะสามพันธะ ออกซิเจน 2 และไฮโดรเจน 1 พันธะเหล่านี้สามารถเกิดขึ้นพร้อมกันในอะตอมคู่เดียวกัน

ตัวอย่างเช่น โมเลกุลไฮโดรเจนไซยาไนด์หรือ HCN ประกอบด้วยพันธะเดี่ยวระหว่าง H และ C และพันธะสามตัวระหว่าง C และ N การรู้ทั้งสูตรโมเลกุลของสารประกอบและพฤติกรรมการยึดเหนี่ยวของอะตอมแต่ละตัวมักจะช่วยให้คุณสามารถทำนายโครงสร้างของสารประกอบได้อย่างมาก

ชีวโมเลกุลสี่ชั้น คือ กรดนิวคลีอิก คาร์โบไฮเดรต, โปรตีน, และ ไขมัน (หรือ ไขมัน). สามรายการสุดท้ายที่คุณอาจรู้จักเป็น "มาโคร" เนื่องจากเป็นธาตุอาหารหลักสามประเภทที่ประกอบเป็นอาหารของมนุษย์

ทั้งสอง กรดนิวคลีอิก คือกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (DNA) และกรดไรโบนิวคลีอิก (RNA) และมี รหัสพันธุกรรม ที่จำเป็นสำหรับการรวมตัวของสิ่งมีชีวิตและทุกสิ่งที่อยู่ภายใน

คาร์โบไฮเดรตหรือ "คาร์โบไฮเดรต" ประกอบด้วยอะตอม C, H และ O สิ่งเหล่านี้มักจะอยู่ในอัตราส่วน 1:2:1 ตามลำดับ ซึ่งแสดงให้เห็นอีกครั้งถึงความสำคัญของรูปร่างโมเลกุล ไขมันยังมีอะตอม C, H และ O เท่านั้น แต่สิ่งเหล่านี้ถูกจัดเรียงแตกต่างไปจากคาร์โบไฮเดรตมาก โปรตีนเพิ่มอะตอม N บางส่วนให้กับอีกสามอะตอม

กรดอะมิโน ในโปรตีนเป็นตัวอย่างของกรดในระบบสิ่งมีชีวิต สายโซ่ยาวที่ทำจากกรดอะมิโน 20 ชนิดในร่างกายคือนิยามของโปรตีน เมื่อกรดเหล่านี้มีความยาวเพียงพอ

มีการพูดกันมากมายเกี่ยวกับพันธะที่นี่ แต่สิ่งเหล่านี้คืออะไรในวิชาเคมี?

ใน พันธะโควาเลนต์, อิเล็กตรอนจะถูกใช้ร่วมกันระหว่างอะตอม ใน พันธะไอออนิกอะตอมหนึ่งให้อิเลคตรอนแก่อีกอะตอมอย่างสมบูรณ์ พันธะไฮโดรเจน ถือได้ว่าเป็นพันธะโควาเลนต์ชนิดพิเศษ แต่มีพันธะหนึ่งที่ระดับโมเลกุลต่างกันเพราะไฮโดรเจนมีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวในการเริ่มต้น

ปฏิสัมพันธ์ของ Van der Waals คือ "พันธะ" ที่เกิดขึ้นระหว่างโมเลกุลของน้ำ พันธะไฮโดรเจนและอันตรกิริยาของแวนเดอร์วาลส์มีความคล้ายคลึงกัน