Organiskās vielas ir ķīmisks savienojums, kas satur oglekli. Vienīgie izņēmumi ir ogļskābe, karbīdi, karbonāti, cianīdi un oglekļa oksīdi.
Vēsture
Pats termins "organiskās vielas" zinātnieku ikdienā parādījās ķīmijas agrīnās attīstības stadijā. Tolaik dominēja vitalistiski pasaules uzskati. Tas bija Aristoteļa un Plīnija tradīciju turpinājums. Šajā periodā eksperti bija aizņemti, sadalot pasauli dzīvajā un nedzīvajā. Tajā pašā laikā visas vielas bez izņēmuma tika skaidri sadalītas minerālās un organiskās. Tika uzskatīts, ka "dzīvo" vielu savienojumu sintēzei ir nepieciešams īpašs "spēks". Tas ir raksturīgs visām dzīvajām būtnēm, un bez tā nevar veidoties organiskie elementi.
Šis mūsdienu zinātnei smieklīgais apgalvojums dominēja ļoti ilgu laiku, līdz 1828. gadā Frīdrihs Vēlers to eksperimentāli atspēkoja. Viņš spēja iegūt organisko urīnvielu no neorganiskā amonija cianāta. Tas virzīja ķīmiju uz priekšu. Taču līdz mūsdienām ir saglabājies vielu dalījums organiskajās un neorganiskajās. Tas ir klasifikācijas pamatā. Ir zināmi gandrīz 27 miljoni organisko savienojumu.
Kāpēc ir tik daudz organisko savienojumu?
Organiskās vielas ar dažiem izņēmumiem ir oglekļa savienojums. Patiesībā tas ir ļoti ziņkārīgs elements. Ogleklis spēj veidot ķēdes no saviem atomiem. Ir ļoti svarīgi, lai savienojums starp tiem būtu stabils.
Turklāt ogleklis organiskajās vielās uzrāda valenci - IV. No tā izriet, ka šis elements spēj veidot saites ar citām vielām ne tikai vienkāršā, bet arī dubultā un trīskāršā veidā. Palielinoties to daudzveidībai, atomu ķēde kļūs īsāka. Tajā pašā laikā savienojuma stabilitāte tikai palielinās.
Arī ogleklis spēj veidot plakanas, lineāras un trīsdimensiju struktūras. Tāpēc dabā ir tik daudz dažādu organisko vielu.
Sastāvs
Kā minēts iepriekš, organiskās vielas ir oglekļa savienojumi. Un tas ir ļoti svarīgi. Organiskie savienojumi rodas, ja tie ir saistīti ar gandrīz jebkuru periodiskās tabulas elementu. Dabā visbiežāk to sastāvā (papildus ogleklim) ir skābeklis, ūdeņradis, sērs, slāpeklis un fosfors. Pārējie elementi ir daudz retāk.
Properties
Tātad, organiskā viela ir oglekļa savienojums. Tomēr ir vairāki svarīgi kritēriji, kuriem tai jāatbilst. Visām organiskās izcelsmes vielām ir kopīgas īpašības:
1. Pastāv starp atomiemdažāda saišu tipoloģija neizbēgami noved pie izomēru parādīšanās. Pirmkārt, tos veido oglekļa molekulu kombinācija. Izomēri ir dažādas vielas, kurām ir vienāda molekulmasa un sastāvs, bet dažādas ķīmiskās un fizikālās īpašības. Šo parādību sauc par izomerismu.
2. Vēl viens kritērijs ir homoloģijas fenomens. Tās ir organisko savienojumu sērijas, kurās blakus esošo vielu formula atšķiras no iepriekšējām par vienu grupu CH2. Šo svarīgo īpašību izmanto materiālu zinātnē.
Kādas ir organisko vielu klases?
Ir vairākas organisko savienojumu klases. Tie ir zināmi visiem. Tie ir olb altumvielas, lipīdi un ogļhidrāti. Šīs grupas var saukt par bioloģiskajiem polimēriem. Tie ir iesaistīti vielmaiņā jebkurā organismā šūnu līmenī. Šajā grupā ietilpst arī nukleīnskābes. Tātad mēs varam teikt, ka organiskās vielas ir tas, ko mēs ēdam katru dienu, no kā mēs sastāvam.
Proteīni
Proteīni sastāv no strukturālajiem komponentiem – aminoskābēm. Tie ir viņu monomēri. Olb altumvielas sauc arī par proteīniem. Ir zināmi aptuveni 200 aminoskābju veidi. Tie visi ir atrodami dzīvos organismos. Bet tikai divdesmit no tiem ir olb altumvielu sastāvdaļas. Tos sauc par pamata. Bet literatūrā var atrast arī mazāk populārus terminus - proteinogēnās un proteīnu veidojošās aminoskābes. Šīs klases organisko vielu formula satur amīna (-NH2) un karboksilgrupas (-COOH) sastāvdaļas. Tie ir savienoti viens ar otru ar vienādām oglekļa saitēm.
Proteīna funkcijas
Proteīni augu un dzīvnieku organismā veic daudzas svarīgas funkcijas. Bet galvenais ir strukturāls. Olb altumvielas ir galvenās šūnu membrānas sastāvdaļas un šūnu organellu matrica. Mūsu organismā visas artēriju sienas, vēnas un kapilāri, cīpslas un skrimšļi, nagi un mati galvenokārt sastāv no dažādām olb altumvielām.
Nākamā funkcija ir fermentatīva. Olb altumvielas darbojas kā fermenti. Tie katalizē ķīmiskās reakcijas organismā. Viņi ir atbildīgi par barības vielu sadalīšanos gremošanas traktā. Augos fermenti fiksē oglekļa stāvokli fotosintēzes laikā.
Daži proteīnu veidi organismā pārnēsā dažādas vielas, piemēram, skābekli. Arī organiskās vielas spēj tām pievienoties. Šādi darbojas transporta funkcija. Olb altumvielas pa asinsvadiem ved metālu jonus, taukskābes, hormonus un, protams, oglekļa dioksīdu un hemoglobīnu. Transportēšana notiek arī starpšūnu līmenī.
Proteīnu savienojumi – imūnglobulīni – atbild par aizsargfunkciju. Tās ir asins antivielas. Piemēram, trombīns un fibrinogēns aktīvi piedalās koagulācijas procesā. Tādējādi tie novērš lielāku asins zudumu.
Proteīni ir atbildīgi arī par kontraktilās funkcijas veikšanu. Sakarā ar to, ka miozīna un aktīna protofibrilas pastāvīgi veic slīdošas kustības viena pret otru, muskuļu šķiedras saraujas. Bet pat vienšūnu organismos līdzīgiprocesi. Baktēriju flagellas kustība ir tieši saistīta arī ar mikrotubulu slīdēšanu, kam ir proteīna raksturs.
Organisko vielu oksidēšanās rezultātā izdalās liels enerģijas daudzums. Bet, kā likums, olb altumvielas enerģijas vajadzībām tiek patērētas ļoti reti. Tas notiek, kad visi krājumi ir izsmelti. Tam vislabāk piemēroti lipīdi un ogļhidrāti. Tāpēc olb altumvielas var veikt enerģijas funkciju, taču tikai noteiktos apstākļos.
Lipīdi
Taukiem līdzīgs savienojums ir arī organiska viela. Lipīdi pieder pie vienkāršākajām bioloģiskajām molekulām. Tie nešķīst ūdenī, bet sadalās nepolāros šķīdumos, piemēram, benzīnā, ēterī un hloroformā. Tie ir daļa no visām dzīvajām šūnām. Ķīmiski lipīdi ir spirtu un karbonskābju esteri. Slavenākie no tiem ir tauki. Dzīvnieku un augu organismā šīs vielas veic daudzas svarīgas funkcijas. Daudzus lipīdus izmanto medicīnā un rūpniecībā.
Lipīdu funkcijas
Šīs organiskās ķīmiskās vielas kopā ar olb altumvielām šūnās veido bioloģiskās membrānas. Bet to galvenā funkcija ir enerģija. Kad tauku molekulas tiek oksidētas, tiek atbrīvots milzīgs enerģijas daudzums. Tas iet uz ATP veidošanos šūnās. Lipīdu veidā organismā var uzkrāties ievērojams daudzums enerģijas rezervju. Dažreiz to ir pat vairāk nekā nepieciešams normālas dzīves īstenošanai. Ar patoloģiskām izmaiņām "tauku" šūnu metabolismā tas kļūst vairāk. Lai gangodīgi sakot, jāatzīmē, ka šādas pārmērīgas rezerves ir vienkārši nepieciešamas, lai dzīvnieki un augi ziemo. Daudzi cilvēki uzskata, ka aukstajā periodā koki un krūmi barojas ar augsni. Patiesībā viņi iztērē vasarā saražotās eļļu un tauku rezerves.
Cilvēka un dzīvnieka organismā tauki var veikt arī aizsargfunkciju. Tie tiek nogulsnēti zemādas audos un ap orgāniem, piemēram, nierēm un zarnām. Tādējādi tie kalpo kā laba aizsardzība pret mehāniskiem bojājumiem, tas ir, triecieniem.
Turklāt taukiem ir zems siltumvadītspējas līmenis, kas palīdz uzturēt siltumu. Tas ir ļoti svarīgi, jo īpaši aukstā klimatā. Jūras dzīvniekiem zemādas tauku slānis arī veicina labu peldspēju. Bet putniem lipīdi pilda arī ūdeni atgrūdošas un eļļojošas funkcijas. Vasks pārklāj viņu spalvas un padara tās elastīgākas. Dažām augu sugām lapām ir vienāds pārklājums.
Ogļhidrāti
Organiskā formula C (H2O)m norāda, vai savienojums pieder pie klases ogļhidrāti. Šo molekulu nosaukums norāda uz to, ka tās satur skābekli un ūdeņradi tādā pašā daudzumā kā ūdens. Papildus šiem ķīmiskajiem elementiem savienojumi var saturēt, piemēram, slāpekli.
Ogļhidrāti šūnā ir galvenā organisko savienojumu grupa. Tie ir fotosintēzes procesa primārie produkti. Tie ir arī sākotnējie sintēzes produkti citu augu augosvielas, piemēram, spirti, organiskās skābes un aminoskābes. Ogļhidrāti ir arī daļa no dzīvnieku un sēnīšu šūnām. Tie ir atrodami arī starp galvenajām baktēriju un vienšūņu sastāvdaļām. Tātad dzīvnieku šūnā tie ir no 1 līdz 2%, un augu šūnā to skaits var sasniegt 90%.
Šodien ir tikai trīs ogļhidrātu grupas:
- vienkāršie cukuri (monosaharīdi);
- oligosaharīdi, kas sastāv no vairākām secīgi savienotu vienkāršo cukuru molekulām;
- polisaharīdi, tie satur vairāk nekā 10 monosaharīdu un to atvasinājumu molekulas.
Ogļhidrātu funkcijas
Visas organiskās vielas šūnā veic noteiktas funkcijas. Tātad, piemēram, glikoze ir galvenais enerģijas avots. Tas tiek sadalīts visu dzīvo organismu šūnās. Tas notiek šūnu elpošanas laikā. Glikogēns un ciete ir galvenais enerģijas avots, pirmais dzīvniekos, bet otrais augos.
Ogļhidrāti veic arī strukturālu funkciju. Celuloze ir galvenā augu šūnu sienas sastāvdaļa. Un posmkājiem hitīns veic to pašu funkciju. Tas ir atrodams arī augstāko sēņu šūnās. Ja par piemēru ņemam oligosaharīdus, tad tie ir daļa no citoplazmas membrānas – glikolipīdu un glikoproteīnu veidā. Arī glikokalikss bieži tiek atklāts šūnās. Pentozes ir iesaistītas nukleīnskābju sintēzē. Šajā gadījumā dezoksiriboze ir iekļauta DNS, un riboze ir iekļauta RNS. Arī šie komponenti ir atrodami koenzīmos, piemēram, FAD,NADP un NAD.
Ogļhidrāti spēj veikt arī aizsargfunkciju organismā. Dzīvniekiem viela heparīns aktīvi novērš ātru asins recēšanu. Tas veidojas audu bojājumu laikā un bloķē asins recekļu veidošanos traukos. Heparīns lielos daudzumos ir atrodams tuklo šūnās granulās.
Nukleīnskābes
Proteīni, ogļhidrāti un lipīdi nav visas zināmās organisko vielu klases. Ķīmija ietver arī nukleīnskābes. Tie ir fosforu saturoši biopolimēri. Tie, atrodoties visu dzīvo būtņu šūnas kodolā un citoplazmā, nodrošina ģenētisko datu pārraidi un uzglabāšanu. Šīs vielas tika atklātas, pateicoties bioķīmiķim F. Mišeram, kurš pētīja laša spermatozoīdus. Tas bija "nejaušs" atklājums. Nedaudz vēlāk RNS un DNS tika atrastas arī visos augu un dzīvnieku organismos. Nukleīnskābes ir izolētas arī sēnīšu un baktēriju, kā arī vīrusu šūnās.
Kopumā dabā sastopamas divu veidu nukleīnskābes - ribonukleīnskābes (RNS) un dezoksiribonukleīnskābes (DNS). Atšķirība ir skaidra no virsraksta. DNS satur dezoksiribozi, piecu oglekļa cukuru. Un riboze ir atrodama RNS molekulā.
Nukleīnskābes pēta organiskā ķīmija. Tēmas pētījumiem diktē arī medicīna. DNS kodos ir paslēptas daudzas ģenētiskas slimības, kuras zinātniekiem vēl ir jāatklāj.
