§ 3. Органічні молекули. Біополімери

Вам уже знайомі поняття «речовина» та «елемент». Пригадайте визначення цих термінів. Вивчаючи біологію людини, ви ознайомилися з речовинами, що потрібні організму людини. Назвіть їх. У яких продуктах вони містяться в найбільшій кількості?

Органічні речовини живих організмів

Крім неорганічних у складі клітин живих організмів містяться органічні речовини (мал. 3.1).

Мал. 3.1. Хімічний склад клітин

Органічних речовин у світі набагато більше, ніж неорганічних. Зараз їх нараховують уже більше 25 млн і постійно відкривають або створюють нові. З попередніх розділів біології ви дізналися, що органічні речовини містяться в живих організмах, які ми споживаємо в їжу, та продуктах рослинного або тваринного походження. Різні речовини містяться в них у різній кількості (мал. 3.2).

Мал. 3.2. Живі організми містять багато органічних речовин

Ви вже знаєте, що всі органічні речовини поділяють на чотири основні групи: білки, вуглеводи, ліпіди й нуклеїнові кислоти. У складі всіх цих речовин обов’язково містяться атоми Карбону (С), Гідрогену (Н) й Оксигену (О). Органічні речовини можуть містити також атоми Нітрогену (Ν) (обов’язкові компоненти білків та нуклеїнових кислот), Фосфору (Р) (компоненти нуклеїнових кислот), Сульфуру (S) (наявні в білках, але відсутні в нуклеїнових кислотах).

Особливості будови органічних речовин

Молекули органічних речовин відрізняються від молекул неорганічних речовин і між собою особливостями будови.

Особливості будови молекул органічних речовин

Значною мірою особливості будови органічних молекул зумовлені властивостями атомів Карбону, який може утворювати чотири однакові зв’язки. Такі зв’язки дають можливість утворювати молекули, що легко розгалужуються і можуть мати велику довжину. А невеликий розмір самого атома робить ці зв’язки досить міцними. Силіцій, наприклад, який є наступним елементом IV групи в Періодичній системі хімічних елементів після Карбону, такі ланцюжки утворює набагато гірше, насамперед через те, що його атом має більший радіус і він утворює набагато слабші хімічні зв’язки.

Мономери й полімери

Органічні молекули за їхнім розміром поділяють на дві групи — малі й великі молекули (макромолекули). Макромолекули мають масу понад 1000 Да (1 Да = 1 a.о.м.). Вони складаються з однакових (або майже однакових) малих органічних молекул, що називають мономерами (від грец. моно — один). Інша широко вживана назва таких молекул — полімери (від грец. полі — багато).

Крім своєї великої маси макромолекули відрізняються також наявністю щонайменше 30 атомів Карбону в одній молекулі.

Полімери дуже поширені у природі. Крім того, такі молекули виробляються людиною штучно у промислових масштабах. До них належать добре вам відомі з повсякденного життя поліетилен, поліпропілен, полістирол та інші сполуки. З ними ви більш докладно познайомитеся на уроках хімії.

Біополімери

Полімери, що виробляються живими організмами, називають біополімерами. Наприклад, капрон, який виробляють штучно, — це полімер, а шовк, який виробляють комахи, — біополімер. Обидва вони складаються з малих органічних молекул — мономерів.

Кількість мономерів у біополімерах може бути різною: від одного-двох десятків для деяких білків та вуглеводів до сотень тисяч і навіть мільйонів (молекула ДНК першої хромосоми людини складається з 248 млн пар нуклеотидів, тобто містить 496 млн мономерів).

З багатьма біополімерами ви вже ознайомилися в попередніх розділах біології. Найбільш відомими біополімерами є білки, вуглеводи і нуклеїнові кислоти. Мономерами білків є амінокислоти, вуглеводів — моносахариди, а нуклеїнових кислот — нуклеотиди (мал. 3.3).

Мал. 3.3. Схема будови біополімерів

Найбільш поширеними біополімерами на нашій планеті є вуглеводи целюлоза (виробляється рослинами) і хітин (виробляється грибами й комахами). До біополімерів належать також ферменти (пепсин), транспортні білки (гемоглобін) резервні речовини живих організмів (крохмаль, глікоген) тощо.

• Деякі біополімери завдяки своїй будові мають дивовижні властивості. Одним із таких полімерів є павутина. Її виробляють представники павукоподібних. Зважаючи на її склад, павутина належить до білків. Але вона не є суцільною ниткою, а має структуру, як у каната, — сплетена з багатьох мікроволокон. Максимальне навантаження, яке витримує павутина, становить 2,7 ГПа. Такий самий показник для сталі — 1,5 ГПа.

Основними групами органічних речовин у живих організмах є білки, вуглеводи, ліпіди і нуклеїнові кислоти. Значна частина органічних речовин є біополімерами. Їхні молекули складаються з великої кількості маленьких молекул мономерів, що поєднуються між собою.

Перевірте свої знання

1. Що таке органічні речовини й де вони утворюються? Наведіть приклади органічних речовин. 3. Порівняйте органічні й неорганічні речовини. У чому їх відмінність? 4. Назвіть продукти, багаті на білки, ліпіди, вуглеводи. 5. Чому певні органічні молекули називають макромолекулами? 6. Які макромолекули входять до складу живих організмів? 7. Пригадайте, що ви їли сьогодні на сніданок, і назвіть біополімери, які потрапили до вашого організму з цими продуктами. 8*. Чому кількість органічних молекул у світі більша, ніж неорганічних?

Зміст