Składniki organiczne
Węgiel - pierwiastek życia
Zrozumiesz związek między właściwościami węgla a jego rolą w organizmach.
Scharakteryzujesz grupy funkcyjne istotne dla procesów życiowych.
Właściwości chemiczne węgla i jego znaczenie biologiczne
Węgiel jest pierwiastkiem powszechnie występującym na Ziemi i najważniejszym budulcem znanych nam form życia. W organizmach występuje głównie w postaci związków organicznych, takich jak węglowodanywęglowodany, aminokwasyaminokwasy i białkabiałka, lipidylipidy oraz kwasy nukleinowekwasy nukleinowe.
Jako pierwiastek węgiel ma unikalne cechy, które decydują o jego właściwościach biologicznych. Dzieje się tak za sprawą jego budowy atomowej: na zewnętrznej powłoce elektronowej węgiel posiada cztery elektrony walencyjne, które uczestniczą w tworzeniu wiązań chemicznych. Mogą to być wiązania pojedyncze (z czterema takimi samymi lub różnymi atomami), podwójne i potrójne z innymi atomami węgla lub atomami innych pierwiastków, takich jak siarka, azot, wodór czy tlen. W wyniku tych połączeń powstają proste lub rozgałęzione łańcuchy oraz pierścienie stanowiące szkielety ważnych dla życia związków organicznych.
Na ogromną różnorodność związków organicznych wpływa również fakt, że te same atomy w cząsteczce mogą łączyć się ze sobą w różny sposób dzięki czemu powstają cząsteczki o różnych kształtach. Zjawisko to, nazywane jest izomerią, a związki chemiczne o takim samym składzie pierwiastkowym ale innej strukturze – izomerami. Izomery mają różne właściwości fizyczne i chemiczne, a co za tym idzie – biologiczne.
Ważną właściwością węgla jest również to, że wiązania między jego atomami są stosunkowo silne, co zapewnia stabilność i trwałość związków organicznych. Jednak nie są one na tyle mocne, aby uniemożliwić ich rozpad i przemiany w organizmie.
Grupy funkcyjne w związkach organicznych
Do atomów węgla w związkach organicznych przyłączone są dodatkowe grupy atomów nazywane grupami funkcyjnymi. Grupy funkcyjne decydują o właściwościach chemicznych, a tym samym funkcji biologicznej cząsteczki. W pojedynczej cząsteczce związku chemicznego mogą występować: jedna grupa funkcyjna, kilka takich samych grup lub kilka różnych.
Grupa funkcyjna | Wzór chemiczny | Wzór strukturalny | Przykładowe związki | Przykładowe znaczenie biologiczne |
|---|---|---|---|---|
hydroksylowa | –OH |  Źródło: Hbf878, Wikimedia Commons, domena publiczna. | – alkohole, np. glicerol | – udział w przemianach metabolicznych |
sulfhydrylowa | –SH |  Źródło: Hbf878, Wikimedia Commons, domena publiczna. | – niektóre aminokwasy, | – stabilizacja struktury trzeciorzędowej białek |
ketonowa | =C=O |  Źródło: Alberrosidus, Wikimedia Commons, domena publiczna. | – aceton | – produkty pośrednie metabolizmu |
aldehydowa | –CHO |  Źródło: Ben Mills, Wikimedia Commons, domena publiczna. | – aldozy, np. deoksyryboza – aldehydy, np. mrówkowy | – występują w cząsteczkach rybozy i deoksyrybozy, które stanowią element strukturalny RNA i DNA – związki zapachowe |
karboksylowa | –COOH (niezjonizowana) –COOIndeks górny -- (zjonizowana) |  Źródło: De.Nobelium, Wikimedia Commons, domena publiczna.  Źródło: Hbf878, Wikimedia Commons, domena publiczna. | – kwasy karboksylowe, – jedna z dwóch grup funkcyjnych wszystkich aminokwasów | – budują białka |
aminowa | –NHIndeks dolny 22 (niezjonizowana) –NHIndeks dolny 33Indeks górny −− (zjonizowana) |  Źródło: Benjah-bmm27, Wikimedia Commons, domena publiczna. | – zasady azotowe, np. cytozyna | – budują białka |
Podsumowanie
Węgiel, dzięki swojej zdolności do łączenia się z innymi atomami węgla i różnymi pierwiastkami, tworzy ogromną różnorodność związków organicznych.
Zdolność atomów węgla do łączenia się na różne sposoby prowadzi do powstawania izomerów związków organicznych.
Grupy funkcyjne decydują o właściwościach chemicznych i biologicznych związków organicznych.
Ćwiczenia utrwalające
Wyjaśnij przyczyny różnorodności związków organicznych.
„Kwas wanilinowy należy do naturalnych pochodnych kwasu benzoesowego. Występuje przede wszystkim w nasionach wanilii, ale też w wielu innych surowcach roślinnych (m.in. w borówkach, burakach, cebuli, czarnej porzeczce, oliwie, orzechach, truskawkach, ziemniakach oraz zbożach). Obecny stan wiedzy dotyczący aktywności biologicznej kwasu wanilinowego sugeruje, że związek ten charakteryzuje się szerokim zakresem działania, obejmującym właściwości przeciwutleniające, przeciwzapalne, przeciwnowotworowe, hepato- i neuroprotekcyjne, a także antybakteryjne i przeciwgrzybicze. Tak szeroki zakres aktywności sprzyja zastosowaniu tego związku w celach profilaktycznych czy leczniczych – chociaż, jak wskazują dostępne dane, jeszcze nie wykonano niezbędnych badań klinicznych potwierdzających wymienione efekty fizjologiczne w organizmie człowieka”.
Indeks dolny Źródło: Małgorzata Sieradzka, Joanna Kołodziejczyk‑Czepas, Paweł Nowak, Nie tylko aromat – wielokierunkowa aktywność biologiczna kwasu wanilinowego, „Nauka, Przyroda, Technologie” 2017, t. 11, z. 2, s. 169–184. Indeks dolny koniecŹródło: Małgorzata Sieradzka, Joanna Kołodziejczyk‑Czepas, Paweł Nowak, Nie tylko aromat – wielokierunkowa aktywność biologiczna kwasu wanilinowego, „Nauka, Przyroda, Technologie” 2017, t. 11, z. 2, s. 169–184.
Wróć do polecenia na stronie „Na dobry początek” i dopisz brakujące definicje. Pamiętaj, żeby nie kopiować słownika, ale wyjaśnić każde słowo kluczowe w miarę możliwości swoimi słowami.