ორგანული ნივთიერებები ნახშირბადის შემცველი ქიმიური ნაერთია. ერთადერთი გამონაკლისი არის ნახშირმჟავა, კარბიდები, კარბონატები, ციანიდები და ნახშირბადის ოქსიდები.
ისტორია
თავად ტერმინი "ორგანული ნივთიერებები" გაჩნდა მეცნიერთა ყოველდღიურ ცხოვრებაში ქიმიის ადრეული განვითარების ეტაპზე. იმ დროს ვიტალიისტური მსოფლმხედველობა დომინირებდა. ეს იყო არისტოტელესა და პლინიუს ტრადიციების გაგრძელება. ამ პერიოდში ექსპერტები დაკავებულნი იყვნენ სამყაროს ცოცხალ და არაცოცხალად დაყოფით. ამავდროულად, ყველა ნივთიერება, გამონაკლისის გარეშე, აშკარად იყოფა მინერალურად და ორგანულად. ითვლებოდა, რომ "ცოცხალი" ნივთიერებების ნაერთების სინთეზისთვის სპეციალური "სიძლიერე" იყო საჭირო. ის თანდაყოლილია ყველა ცოცხალ არსებაში და ორგანული ელემენტები მის გარეშე ვერ წარმოიქმნება.
ეს განცხადება, რომელიც თანამედროვე მეცნიერებისთვის სასაცილოა, დომინირებდა ძალიან დიდი ხნის განმავლობაში, სანამ 1828 წელს ფრიდრიხ უოლერმა ექსპერიმენტულად უარყო იგი. მან შეძლო ორგანული შარდოვანა მიეღო არაორგანული ამონიუმის ციანატიდან. ამან უბიძგა ქიმიას წინ. თუმცა, ნივთიერებების დაყოფა ორგანულ და არაორგანულებად დღემდე შენარჩუნებულია.ის ემყარება კლასიფიკაციას. ცნობილია თითქმის 27 მილიონი ორგანული ნაერთი.
რატომ არის ამდენი ორგანული ნაერთები?
ორგანული ნივთიერებები, რამდენიმე გამონაკლისის გარდა, ნახშირბადის ნაერთია. სინამდვილეში, ეს ძალიან ცნობისმოყვარე ელემენტია. ნახშირბადს შეუძლია თავისი ატომებისგან ჯაჭვების შექმნა. ძალიან მნიშვნელოვანია, რომ მათ შორის კავშირი იყოს სტაბილური.
გარდა ამისა, ორგანულ ნივთიერებებში ნახშირბადი ავლენს ვალენტობას - IV. აქედან გამომდინარეობს, რომ ამ ელემენტს შეუძლია შექმნას ბმები სხვა ნივთიერებებთან არა მხოლოდ ერთჯერადი, არამედ ორმაგი და სამმაგი. რაც უფრო იზრდება მათი სიმრავლე, ატომების ჯაჭვი უფრო მოკლე გახდება. ამავდროულად, კავშირის სტაბილურობა მხოლოდ იზრდება.
ასევე, ნახშირბადს აქვს ბრტყელი, წრფივი და სამგანზომილებიანი სტრუქტურების ჩამოყალიბების უნარი. სწორედ ამიტომ არის ბუნებაში ამდენი განსხვავებული ორგანული ნივთიერება.
კომპოზიცია
როგორც ზემოთ აღინიშნა, ორგანული ნივთიერებები ნახშირბადის ნაერთებია. და ეს ძალიან მნიშვნელოვანია. ორგანული ნაერთები წარმოიქმნება, როდესაც ისინი დაკავშირებულია პერიოდული ცხრილის თითქმის ნებისმიერ ელემენტთან. ბუნებაში, ყველაზე ხშირად მათი შემადგენლობა (ნახშირბადის გარდა) მოიცავს ჟანგბადს, წყალბადს, გოგირდს, აზოტს და ფოსფორს. დარჩენილი ელემენტები გაცილებით იშვიათია.
თვისებები
ასე რომ, ორგანული ნივთიერებები ნახშირბადის ნაერთია. თუმცა, არსებობს რამდენიმე მნიშვნელოვანი კრიტერიუმი, რომელსაც ის უნდა აკმაყოფილებდეს. ორგანული წარმოშობის ყველა ნივთიერებას აქვს საერთო თვისებები:
1. ატომებს შორის არსებულიბმების განსხვავებული ტიპოლოგია აუცილებლად იწვევს იზომერების გაჩენას. უპირველეს ყოვლისა, ისინი წარმოიქმნება ნახშირბადის მოლეკულების კომბინაციით. იზომერები არის სხვადასხვა ნივთიერებები, რომლებსაც აქვთ იგივე მოლეკულური წონა და შემადგენლობა, მაგრამ განსხვავებული ქიმიური და ფიზიკური თვისებები. ამ მოვლენას იზომერიზმი ეწოდება.
2. კიდევ ერთი კრიტერიუმია ჰომოლოგიის ფენომენი. ეს არის ორგანული ნაერთების სერია, რომლებშიც მეზობელი ნივთიერებების ფორმულა წინადან განსხვავდება ერთი ჯგუფით CH2. ეს მნიშვნელოვანი თვისება გამოიყენება მასალების მეცნიერებაში.
რა არის ორგანული ნივთიერებების კლასები?
არსებობს ორგანული ნაერთების რამდენიმე კლასი. ისინი ყველასთვის ცნობილია. ეს არის ცილები, ლიპიდები და ნახშირწყლები. ამ ჯგუფებს შეიძლება ეწოდოს ბიოლოგიური პოლიმერები. ისინი მონაწილეობენ მეტაბოლიზმში უჯრედულ დონეზე ნებისმიერ ორგანიზმში. ასევე ამ ჯგუფში შედის ნუკლეინის მჟავები. ასე რომ, ჩვენ შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ორგანული ნივთიერებები არის ის, რასაც ჩვენ ვჭამთ ყოველდღე, რისგან ვართ შექმნილი.
პროტეინები
პროტეინები შედგება სტრუქტურული კომპონენტებისგან - ამინომჟავებისგან. ეს მათი მონომერებია. პროტეინებს ასევე უწოდებენ ცილებს. ცნობილია ამინომჟავების 200-მდე სახეობა. ყველა მათგანი გვხვდება ცოცხალ ორგანიზმებში. მაგრამ მათგან მხოლოდ ოცი არის ცილების კომპონენტი. მათ ძირითადს უწოდებენ. მაგრამ ლიტერატურაში ასევე შეგიძლიათ იპოვოთ ნაკლებად პოპულარული ტერმინები - პროტეინოგენური და ცილოვანი ამინომჟავები. ორგანული ნივთიერებების ამ კლასის ფორმულა შეიცავს ამინს (-NH2) და კარბოქსილის (-COOH) კომპონენტებს. ისინი ერთმანეთთან დაკავშირებულია ერთი და იგივე ნახშირბადის ბმებით.
პროტეინის ფუნქციები
მცენარეებისა და ცხოველების ორგანიზმში არსებული ცილები ასრულებენ ბევრ მნიშვნელოვან ფუნქციას. მაგრამ მთავარია სტრუქტურული. ცილები არის უჯრედის მემბრანის ძირითადი კომპონენტები და უჯრედებში ორგანელების მატრიცა. ჩვენს ორგანიზმში არტერიების, ვენების და კაპილარების ყველა კედელი, მყესები და ხრტილები, ფრჩხილები და თმა ძირითადად შედგება სხვადასხვა ცილებისგან.
შემდეგი ფუნქცია ფერმენტულია. ცილები მოქმედებს როგორც ფერმენტები. ისინი აძლიერებენ ქიმიურ რეაქციებს ორგანიზმში. ისინი პასუხისმგებელნი არიან საჭმლის მომნელებელ ტრაქტში საკვები ნივთიერებების დაშლაზე. მცენარეებში ფერმენტები აფიქსირებენ ნახშირბადის პოზიციას ფოტოსინთეზის დროს.
პროტეინის ზოგიერთი სახეობა ორგანიზმში ატარებს სხვადასხვა ნივთიერებებს, როგორიცაა ჟანგბადი. ორგანულ ნივთიერებებს ასევე შეუძლია შეუერთდეს მათ. ასე მუშაობს ტრანსპორტის ფუნქცია. ცილები სისხლძარღვებით ატარებენ ლითონის იონებს, ცხიმოვან მჟავებს, ჰორმონებს და, რა თქმა უნდა, ნახშირორჟანგს და ჰემოგლობინს. ტრანსპორტი ასევე ხდება უჯრედშორის დონეზე.
პროტეინის ნაერთები - იმუნოგლობულინები - პასუხისმგებელნი არიან დამცავ ფუნქციაზე. ეს არის სისხლის ანტისხეულები. მაგალითად, თრომბინი და ფიბრინოგენი აქტიურად მონაწილეობენ კოაგულაციის პროცესში. ამრიგად, ისინი ხელს უშლიან სისხლის მეტ დაკარგვას.
პროტეინები ასევე პასუხისმგებელნი არიან შეკუმშვის ფუნქციის შესრულებაზე. იმის გამო, რომ მიოზინი და აქტინ პროტოფიბრილები მუდმივად ასრულებენ მოცურების მოძრაობებს ერთმანეთთან შედარებით, კუნთების ბოჭკოები იკუმშება. მაგრამ ერთუჯრედულ ორგანიზმებშიც კი მსგავსიაპროცესები. ბაქტერიული დროშების მოძრაობა ასევე პირდაპირ კავშირშია მიკროტუბულების სრიალთან, რომლებიც ცილოვანი ხასიათისაა.
ორგანული ნივთიერებების დაჟანგვა გამოყოფს დიდი რაოდენობით ენერგიას. მაგრამ, როგორც წესი, ცილებს ენერგეტიკული საჭიროებისთვის ძალიან იშვიათად მოიხმარენ. ეს ხდება მაშინ, როდესაც ყველა მარაგი ამოიწურება. ლიპიდები და ნახშირწყლები ამისთვის საუკეთესოდ შეეფერება. ამიტომ ცილებს შეუძლიათ ენერგეტიკული ფუნქციის შესრულება, მაგრამ მხოლოდ გარკვეულ პირობებში.
ლიპიდები
ცხიმისმაგვარი ნაერთი ასევე ორგანული ნივთიერებაა. ლიპიდები მიეკუთვნება უმარტივეს ბიოლოგიურ მოლეკულებს. ისინი წყალში უხსნადია, მაგრამ იშლება არაპოლარულ ხსნარებში, როგორიცაა ბენზინი, ეთერი და ქლოროფორმი. ისინი ყველა ცოცხალი უჯრედის ნაწილია. ქიმიურად, ლიპიდები არის ალკოჰოლისა და კარბოქსილის მჟავების ეთერები. მათგან ყველაზე ცნობილია ცხიმები. ცხოველებისა და მცენარეების სხეულში ეს ნივთიერებები ასრულებენ ბევრ მნიშვნელოვან ფუნქციას. ბევრი ლიპიდი გამოიყენება მედიცინასა და მრეწველობაში.
ლიპიდების ფუნქციები
ეს ორგანული ქიმიკატები უჯრედებში არსებულ ცილებთან ერთად ქმნიან ბიოლოგიურ მემბრანებს. მაგრამ მათი მთავარი ფუნქცია ენერგიაა. როდესაც ცხიმის მოლეკულები იჟანგება, დიდი რაოდენობით ენერგია გამოიყოფა. ის მიდის უჯრედებში ატფ-ის წარმოქმნამდე. ლიპიდების სახით ორგანიზმში შეიძლება დაგროვდეს ენერგიის მნიშვნელოვანი რეზერვები. ზოგჯერ ისინი უფრო მეტია ვიდრე საჭიროა ნორმალური ცხოვრების განსახორციელებლად. "ცხიმის" უჯრედების მეტაბოლიზმში პათოლოგიური ცვლილებებით, ის უფრო მეტად ხდება. თუმცასამართლიანობისთვის, უნდა აღინიშნოს, რომ ასეთი გადაჭარბებული რეზერვები უბრალოდ აუცილებელია ცხოველებისა და მცენარეების ჰიბერნაციისთვის. ბევრს სჯერა, რომ ცივ პერიოდში ხეები და ბუჩქები ნიადაგით იკვებება. სინამდვილეში, ისინი იყენებენ ზეთებისა და ცხიმების მარაგს, რომლებიც მათ ზაფხულში გააკეთეს.
ადამიანის და ცხოველის ორგანიზმში ცხიმებს ასევე შეუძლიათ შეასრულონ დამცავი ფუნქცია. ისინი დეპონირდება კანქვეშა ქსოვილში და ორგანოების გარშემო, როგორიცაა თირკმელები და ნაწლავები. ამრიგად, ისინი ემსახურებიან კარგ დაცვას მექანიკური დაზიანებისგან, ანუ დარტყმისგან.
გარდა ამისა, ცხიმებს აქვთ თბოგამტარობის დაბალი დონე, რაც ხელს უწყობს სითბოს შენარჩუნებას. ეს ძალიან მნიშვნელოვანია, განსაკუთრებით ცივ კლიმატში. საზღვაო ცხოველებში კანქვეშა ცხიმის ფენა ასევე ხელს უწყობს კარგ ტენიანობას. მაგრამ ფრინველებში ლიპიდები ასევე ასრულებენ წყალგაუმტარ და საპოხი ფუნქციებს. ცვილი ფარავს მათ ბუმბულებს და ხდის მათ უფრო ელასტიურს. მცენარეთა ზოგიერთ სახეობას აქვს იგივე საფარი ფოთლებზე.
ნახშირწყლები
ორგანული ფორმულა C (H2O)მ მიუთითებს, ეკუთვნის თუ არა ნაერთი კლასის ნახშირწყლები. ამ მოლეკულების სახელწოდება ეხება იმ ფაქტს, რომ ისინი შეიცავს ჟანგბადს და წყალბადს იმავე რაოდენობით, როგორც წყალი. ამ ქიმიური ელემენტების გარდა, ნაერთები შეიძლება შეიცავდეს, მაგალითად, აზოტს.
უჯრედში ნახშირწყლები ორგანული ნაერთების ძირითადი ჯგუფია. ეს არის ფოტოსინთეზის პროცესის ძირითადი პროდუქტები. ისინი ასევე წარმოადგენენ სინთეზის საწყის პროდუქტებს სხვა მცენარეებშინივთიერებები, როგორიცაა ალკოჰოლები, ორგანული მჟავები და ამინომჟავები. ნახშირწყლები ასევე ცხოველებისა და სოკოების უჯრედების ნაწილია. ისინი ასევე გვხვდება ბაქტერიების და პროტოზოების ძირითად კომპონენტებს შორის. ასე რომ, ცხოველურ უჯრედში ისინი 1-დან 2%-მდეა, ხოლო მცენარეულ უჯრედში მათი რიცხვი შეიძლება მიაღწიოს 90%-ს..
დღეს ნახშირწყლების მხოლოდ სამი ჯგუფია:
- მარტივი შაქარი (მონოსაქარიდები);
- ოლიგოსაქარიდები, რომლებიც შედგება თანმიმდევრულად დაკავშირებული მარტივი შაქრის რამდენიმე მოლეკულისგან;
- პოლისაქარიდები, ისინი შეიცავს მონოსაქარიდების 10-ზე მეტ მოლეკულას და მათ წარმოებულებს.
ნახშირწყლების ფუნქციები
უჯრედში არსებული ყველა ორგანული ნივთიერება ასრულებს გარკვეულ ფუნქციებს. ასე რომ, მაგალითად, გლუკოზა არის ენერგიის მთავარი წყარო. ის იშლება ყველა ცოცხალი ორგანიზმის უჯრედებში. ეს ხდება უჯრედული სუნთქვის დროს. გლიკოგენი და სახამებელი ენერგიის მთავარი წყაროა, პირველი ცხოველებში, მეორე კი მცენარეებში.
ნახშირწყლები ასევე ასრულებენ სტრუქტურულ ფუნქციას. ცელულოზა არის მცენარის უჯრედის კედლის მთავარი კომპონენტი. ხოლო ართროპოდებში ქიტინი ასრულებს იმავე ფუნქციას. ის ასევე გვხვდება უმაღლესი სოკოების უჯრედებში. ოლიგოსაქარიდებს თუ ავიღებთ მაგალითად, მაშინ ისინი ციტოპლაზმური მემბრანის ნაწილია - გლიკოლიპიდების და გლიკოპროტეინების სახით. ასევე, გლიკოკალიქსი ხშირად გვხვდება უჯრედებში. პენტოზები მონაწილეობენ ნუკლეინის მჟავების სინთეზში. ამ შემთხვევაში, დეზოქსირიბოზა შედის დნმ-ში, ხოლო რიბოზა შედის რნმ-ში. ასევე, ეს კომპონენტები გვხვდება კოენზიმებში, მაგალითად, FAD-ში,NADP და NAD.
ნახშირწყლებს ასევე შეუძლიათ ორგანიზმში დამცავი ფუნქციის შესრულება. ცხოველებში ნივთიერება ჰეპარინი აქტიურად აფერხებს სისხლის სწრაფ შედედებას. იგი წარმოიქმნება ქსოვილის დაზიანების დროს და ბლოკავს სისხლძარღვებში თრომბის წარმოქმნას. ჰეპარინი დიდი რაოდენობით გვხვდება მასტ უჯრედებში გრანულებში.
ნუკლეინის მჟავები
ცილები, ნახშირწყლები და ლიპიდები არ არის ორგანული ნივთიერებების ყველა ცნობილი კლასი. ქიმიაში ასევე შედის ნუკლეინის მჟავები. ეს არის ფოსფორის შემცველი ბიოპოლიმერები. ისინი, ყველა ცოცხალი არსების უჯრედის ბირთვსა და ციტოპლაზმაში მყოფი, უზრუნველყოფენ გენეტიკური მონაცემების გადაცემას და შენახვას. ეს ნივთიერებები აღმოაჩინეს ბიოქიმიკოს F. Miescher-ის წყალობით, რომელიც სწავლობდა ორაგულის სპერმატოზოვას. ეს იყო "შემთხვევითი" აღმოჩენა. ცოტა მოგვიანებით, რნმ და დნმ ასევე აღმოაჩინეს ყველა მცენარეულ და ცხოველურ ორგანიზმში. ნუკლეინის მჟავები ასევე იზოლირებულია სოკოების და ბაქტერიების, ასევე ვირუსების უჯრედებში.
სულ ბუნებაში გვხვდება ნუკლეინის მჟავების ორი სახეობა - რიბონუკლეინის (რნმ) და დეზოქსირიბონუკლეინის (დნმ). განსხვავება აშკარაა სათაურიდან. დნმ შეიცავს დეზოქსირიბოზას, ხუთნახშირბადიან შაქარს. და რიბოზა გვხვდება რნმ-ის მოლეკულაში.
ნუკლეინის მჟავებს სწავლობს ორგანული ქიმია. კვლევის თემებს მედიცინაც კარნახობს. დნმ-ის კოდებში ბევრი გენეტიკური დაავადებაა დამალული, რომლებიც მეცნიერებს ჯერ არ აღმოუჩენიათ.
