La materia organica è un composto chimico contenente carbonio. Le uniche eccezioni sono l'acido carbonico, i carburi, i carbonati, i cianuri e gli ossidi di carbonio.
Cronologia
Il termine stesso "sostanze organiche" è apparso nella vita quotidiana degli scienziati nella fase del primo sviluppo della chimica. A quel tempo dominavano le visioni del mondo vitalistiche. Era una continuazione delle tradizioni di Aristotele e Plinio. Durante questo periodo, gli esperti erano impegnati a dividere il mondo in vivi e non viventi. Allo stesso tempo, tutte le sostanze, senza eccezioni, erano chiaramente divise in minerali e organiche. Si credeva che per la sintesi di composti di sostanze "viventi" fosse necessaria una "forza" speciale. È inerente a tutti gli esseri viventi e gli elementi organici non possono formarsi senza di essa.
Questa affermazione, ridicola per la scienza moderna, dominò per molto tempo, finché nel 1828 Friedrich Wöhler la confutò sperimentalmente. È stato in grado di ottenere urea organica dal cianato di ammonio inorganico. Questo ha spinto la chimica in avanti. Tuttavia, la divisione delle sostanze in organiche e inorganiche è stata preservata nel presente. È alla base della classificazione. Sono noti quasi 27 milioni di composti organici.
Perché ci sono così tanti composti organici?
La materia organica è, con poche eccezioni, un composto di carbonio. In effetti, questo è un elemento molto curioso. Il carbonio è in grado di formare catene dai suoi atomi. È molto importante che la connessione tra loro sia stabile.
Inoltre, il carbonio nelle sostanze organiche mostra valenza - IV. Ne consegue che questo elemento è in grado di formare legami con altre sostanze non solo singoli, ma anche doppi e tripli. All'aumentare della loro molteplicità, la catena di atomi si accorcia. Allo stesso tempo, la stabilità della connessione non fa che aumentare.
Inoltre, il carbonio ha la capacità di formare strutture piatte, lineari e tridimensionali. Ecco perché ci sono così tante diverse sostanze organiche in natura.
Composizione
Come accennato in precedenza, la materia organica è composta da carbonio. E questo è molto importante. I composti organici sorgono quando sono associati a quasi tutti gli elementi della tavola periodica. In natura, molto spesso la loro composizione (oltre al carbonio) include ossigeno, idrogeno, zolfo, azoto e fosforo. Gli elementi rimanenti sono molto più rari.
Proprietà
Quindi, la materia organica è un composto di carbonio. Tuttavia, ci sono diversi criteri importanti che deve soddisfare. Tutte le sostanze di origine organica hanno proprietà comuni:
1. Esistente tra gli atomila diversa tipologia dei legami porta inevitabilmente alla comparsa degli isomeri. Innanzitutto, sono formati dalla combinazione di molecole di carbonio. Gli isomeri sono sostanze diverse che hanno lo stesso peso molecolare e composizione, ma diverse proprietà chimiche e fisiche. Questo fenomeno è chiamato isomeria.
2. Un altro criterio è il fenomeno dell'omologia. Si tratta di serie di composti organici, in cui la formula delle sostanze vicine differisce dalle precedenti di un gruppo CH2. Questa importante proprietà viene applicata nella scienza dei materiali.
Quali sono le classi di sostanze organiche?
Esistono diverse classi di composti organici. Sono conosciuti da tutti. Queste sono proteine, lipidi e carboidrati. Questi gruppi possono essere chiamati polimeri biologici. Sono coinvolti nel metabolismo a livello cellulare in qualsiasi organismo. In questo gruppo sono inclusi anche gli acidi nucleici. Quindi possiamo dire che la materia organica è ciò che mangiamo ogni giorno, ciò di cui siamo fatti.
Proteine
Le proteine sono costituite da componenti strutturali - aminoacidi. Questi sono i loro monomeri. Le proteine sono anche chiamate proteine. Sono noti circa 200 tipi di amminoacidi. Tutti loro si trovano negli organismi viventi. Ma solo venti di loro sono componenti di proteine. Si chiamano di base. Ma in letteratura puoi anche trovare termini meno popolari: aminoacidi proteinogenici e che formano proteine. La formula di questa classe di sostanza organica contiene componenti amminici (-NH2) e carbossilici (-COOH). Sono collegati tra loro dagli stessi legami di carbonio.
Funzioni proteiche
Le proteine nel corpo di piante e animali svolgono molte importanti funzioni. Ma il principale è strutturale. Le proteine sono i componenti principali della membrana cellulare e la matrice degli organelli nelle cellule. Nel nostro corpo, tutte le pareti di arterie, vene e capillari, tendini e cartilagini, unghie e capelli sono costituiti principalmente da diverse proteine.
La prossima funzione è enzimatica. Le proteine agiscono come enzimi. Catalizzano le reazioni chimiche nel corpo. Sono responsabili della scomposizione dei nutrienti nel tratto digestivo. Nelle piante, gli enzimi fissano la posizione del carbonio durante la fotosintesi.
Alcuni tipi di proteine trasportano varie sostanze nel corpo, come l'ossigeno. Anche la materia organica è in grado di unirsi a loro. Ecco come funziona la funzione di trasporto. Le proteine trasportano ioni metallici, acidi grassi, ormoni e, naturalmente, anidride carbonica ed emoglobina attraverso i vasi sanguigni. Il trasporto avviene anche a livello intercellulare.
I composti proteici - le immunoglobuline - sono responsabili della funzione protettiva. Questi sono anticorpi del sangue. Ad esempio, la trombina e il fibrinogeno sono attivamente coinvolti nel processo di coagulazione. Pertanto, prevengono una maggiore perdita di sangue.
Le proteine sono anche responsabili dell'esecuzione della funzione contrattile. A causa del fatto che le protofibrille di miosina e actina eseguono costantemente movimenti di scorrimento l'una rispetto all' altra, le fibre muscolari si contraggono. Ma anche negli organismi unicellulari, similiprocessi. Il movimento dei flagelli batterici è anche direttamente correlato allo scorrimento dei microtubuli, che sono di natura proteica.
L'ossidazione della materia organica rilascia grandi quantità di energia. Ma, di regola, le proteine vengono consumate molto raramente per il fabbisogno energetico. Ciò accade quando tutte le scorte sono esaurite. I lipidi e i carboidrati sono più adatti per questo. Pertanto, le proteine possono svolgere una funzione energetica, ma solo in determinate condizioni.
Lipidi
Anche un composto grasso è una sostanza organica. I lipidi appartengono alle molecole biologiche più semplici. Sono insolubili in acqua, ma si decompongono in soluzioni non polari come benzina, etere e cloroformio. Fanno parte di tutte le cellule viventi. Chimicamente, i lipidi sono esteri di alcoli e acidi carbossilici. I più famosi sono i grassi. Nel corpo di animali e piante, queste sostanze svolgono molte importanti funzioni. Molti lipidi sono usati in medicina e nell'industria.
Funzioni dei lipidi
Queste sostanze chimiche organiche, insieme alle proteine nelle cellule, formano membrane biologiche. Ma la loro funzione principale è l'energia. Quando le molecole di grasso vengono ossidate, viene rilasciata un'enorme quantità di energia. Va alla formazione di ATP nelle cellule. Sotto forma di lipidi, una quantità significativa di riserve di energia può accumularsi nel corpo. A volte sono anche più del necessario per l'attuazione della vita normale. Con cambiamenti patologici nel metabolismo delle cellule "grasse", diventa di più. Sebbenein tutta onestà, va notato che tali riserve eccessive sono semplicemente necessarie per il letargo di animali e piante. Molte persone credono che alberi e arbusti si nutrano del suolo durante il periodo freddo. In re altà, stanno esaurendo le riserve di oli e grassi accumulate durante l'estate.
Nel corpo umano e animale, i grassi possono anche svolgere una funzione protettiva. Si depositano nel tessuto sottocutaneo e intorno a organi come i reni e l'intestino. Pertanto, servono come una buona protezione contro i danni meccanici, cioè gli urti.
Inoltre, i grassi hanno un basso livello di conducibilità termica, che aiuta a riscaldarsi. Questo è molto importante, soprattutto nei climi freddi. Negli animali marini, anche lo strato di grasso sottocutaneo contribuisce a una buona galleggiabilità. Ma negli uccelli i lipidi svolgono anche funzioni idrorepellenti e lubrificanti. La cera ricopre le loro piume e le rende più elastiche. Alcune specie vegetali hanno lo stesso rivestimento sulle foglie.
Carboidrati
Formula organica C (H2O)m indica se il composto appartiene al carboidrati di classe. Il nome di queste molecole si riferisce al fatto che contengono ossigeno e idrogeno nella stessa quantità dell'acqua. Oltre a questi elementi chimici, i composti possono contenere, ad esempio, azoto.
I carboidrati nella cellula sono il gruppo principale di composti organici. Questi sono i prodotti primari del processo di fotosintesi. Sono anche i prodotti iniziali di sintesi in piante di altrosostanze come alcoli, acidi organici e aminoacidi. I carboidrati fanno anche parte delle cellule di animali e funghi. Si trovano anche tra i componenti principali di batteri e protozoi. Quindi, in una cellula animale sono dall'1 al 2%, e in una cellula vegetale il loro numero può raggiungere il 90%.
Oggi ci sono solo tre gruppi di carboidrati:
- zuccheri semplici (monosaccaridi);
- oligosaccaridi, costituiti da diverse molecole di zuccheri semplici collegati successivamente;
- polisaccaridi, contengono più di 10 molecole di monosaccaridi e loro derivati.
Funzioni di carboidrati
Tutte le sostanze organiche nella cellula svolgono determinate funzioni. Quindi, ad esempio, il glucosio è la principale fonte di energia. Viene scomposto nelle cellule di tutti gli organismi viventi. Questo accade durante la respirazione cellulare. Il glicogeno e l'amido sono la principale fonte di energia, con il primo negli animali e il secondo nelle piante.
I carboidrati svolgono anche una funzione strutturale. La cellulosa è il componente principale della parete cellulare vegetale. E negli artropodi, la chitina svolge la stessa funzione. Si trova anche nelle cellule dei funghi superiori. Se prendiamo come esempio gli oligosaccaridi, allora fanno parte della membrana citoplasmatica, sotto forma di glicolipidi e glicoproteine. Inoltre, il glicocalice viene spesso rilevato nelle cellule. I pentosi sono coinvolti nella sintesi degli acidi nucleici. In questo caso, il desossiribosio è incluso nel DNA e il ribosio è incluso nell'RNA. Inoltre, questi componenti si trovano nei coenzimi, ad esempio in FAD,NADP e NAD.
I carboidrati sono anche in grado di svolgere una funzione protettiva nell'organismo. Negli animali, la sostanza eparina previene attivamente la rapida coagulazione del sangue. Si forma durante il danno tissutale e blocca la formazione di coaguli di sangue nei vasi. L'eparina si trova in grandi quantità nei mastociti nei granuli.
Acidi nucleici
Proteine, carboidrati e lipidi non sono tutte classi conosciute di sostanze organiche. La chimica comprende anche gli acidi nucleici. Questi sono biopolimeri contenenti fosforo. Essi, essendo nel nucleo cellulare e nel citoplasma di tutti gli esseri viventi, assicurano la trasmissione e l'archiviazione dei dati genetici. Queste sostanze sono state scoperte grazie al biochimico F. Miescher, che ha studiato gli spermatozoi di salmone. È stata una scoperta "accidentale". Poco dopo, RNA e DNA sono stati trovati anche in tutti gli organismi vegetali e animali. Gli acidi nucleici sono stati isolati anche nelle cellule di funghi e batteri, oltre che nei virus.
In totale, in natura si trovano due tipi di acidi nucleici: ribonucleico (RNA) e desossiribonucleico (DNA). La differenza è evidente dal titolo. Il DNA contiene desossiribosio, uno zucchero a cinque atomi di carbonio. E il ribosio si trova nella molecola di RNA.
Gli acidi nucleici sono studiati dalla chimica organica. I temi di ricerca sono dettati anche dalla medicina. Ci sono molte malattie genetiche nascoste nei codici del DNA che gli scienziati devono ancora scoprire.
