Organisches Material ist eine chemische Verbindung, die Kohlenstoff enthält. Die einzigen Ausnahmen sind Kohlensäure, Carbide, Carbonate, Cyanide und Kohlenstoffoxide.
Geschichte
Der Begriff "organische Substanzen" selbst tauchte im Alltag der Wissenschaftler im Stadium der frühen Entwicklung der Chemie auf. Damals dominierten vitalistische Weltbilder. Es war eine Fortsetzung der Traditionen von Aristoteles und Plinius. Während dieser Zeit waren Experten damit beschäftigt, die Welt in lebende und nicht lebende zu unterteilen. Gleichzeitig wurden ausnahmslos alle Stoffe klar in mineralisch und organisch unterteilt. Es wurde angenommen, dass für die Synthese von Verbindungen "lebender" Substanzen eine besondere "Stärke" benötigt wird. Es ist allen Lebewesen innewohnend und organische Elemente können sich ohne es nicht bilden.
Diese für die moderne Wissenschaft lächerliche Aussage dominierte sehr lange, bis Friedrich Wöhler sie 1828 experimentell widerlegte. Aus anorganischem Ammoniumcyanat konnte er organischen Harnstoff gewinnen. Das brachte die Chemie voran. Die Einteilung der Stoffe in organisch und anorganisch hat sich jedoch bis in die Gegenwart erh alten. Sie liegt der Klassifizierung zugrunde. Fast 27 Millionen organische Verbindungen sind bekannt.
Warum gibt es so viele organische Verbindungen?
Organische Materie ist bis auf wenige Ausnahmen eine Kohlenstoffverbindung. Tatsächlich ist dies ein sehr merkwürdiges Element. Kohlenstoff ist in der Lage, aus seinen Atomen Ketten zu bilden. Es ist sehr wichtig, dass die Verbindung zwischen ihnen stabil ist.
Außerdem weist Kohlenstoff in organischen Substanzen die Wertigkeit - IV auf. Daraus folgt, dass dieses Element nicht nur einfache, sondern auch zwei- und dreifache Bindungen mit anderen Substanzen eingehen kann. Mit zunehmender Multiplizität wird die Kette der Atome kürzer. Gleichzeitig erhöht sich die Stabilität der Verbindung nur.
Außerdem hat Kohlenstoff die Fähigkeit, flache, lineare und dreidimensionale Strukturen zu bilden. Deshalb gibt es in der Natur so viele verschiedene organische Substanzen.
Zusammensetzung
Wie oben erwähnt, handelt es sich bei organischen Stoffen um Kohlenstoffverbindungen. Und das ist sehr wichtig. Organische Verbindungen entstehen, wenn sie mit fast jedem Element des Periodensystems verbunden sind. In der Natur enthält ihre Zusammensetzung (neben Kohlenstoff) meistens Sauerstoff, Wasserstoff, Schwefel, Stickstoff und Phosphor. Die restlichen Elemente sind viel seltener.
Eigenschaften
Organische Materie ist also eine Kohlenstoffverbindung. Es gibt jedoch einige wichtige Kriterien, die es erfüllen muss. Alle Stoffe organischen Ursprungs haben gemeinsame Eigenschaften:
1. Bestehend zwischen Atomenunterschiedliche Typologien von Bindungen führen zwangsläufig zum Auftreten von Isomeren. Zunächst einmal werden sie durch die Kombination von Kohlenstoffmolekülen gebildet. Isomere sind verschiedene Substanzen, die das gleiche Molekulargewicht und die gleiche Zusammensetzung, aber unterschiedliche chemische und physikalische Eigenschaften haben. Dieses Phänomen wird als Isomerie bezeichnet.
2. Ein weiteres Kriterium ist das Phänomen der Homologie. Das sind Reihen organischer Verbindungen, bei denen sich die Formel benachbarter Stoffe von den vorherigen um eine Gruppe CH2 unterscheidet. Diese wichtige Eigenschaft wird in der Materialwissenschaft angewendet.
Welche Klassen organischer Substanzen gibt es?
Es gibt mehrere Klassen organischer Verbindungen. Sie sind jedem bekannt. Dies sind Proteine, Lipide und Kohlenhydrate. Diese Gruppen können als biologische Polymere bezeichnet werden. Sie sind in jedem Organismus am Stoffwechsel auf zellulärer Ebene beteiligt. Ebenfalls in dieser Gruppe enth alten sind Nukleinsäuren. Wir können also sagen, dass organische Stoffe das sind, was wir jeden Tag essen, woraus wir gemacht sind.
Proteine
Proteine bestehen aus Strukturkomponenten - Aminosäuren. Dies sind ihre Monomere. Proteine werden auch Proteine genannt. Etwa 200 Arten von Aminosäuren sind bekannt. Sie alle kommen in lebenden Organismen vor. Aber nur zwanzig von ihnen sind Bestandteile von Proteinen. Sie werden basisch genannt. In der Literatur findet man aber auch weniger geläufige Begriffe – proteinogene und proteinbildende Aminosäuren. Die Formel dieser Klasse organischer Stoffe enthält Amin- (-NH2) und Carboxyl- (-COOH) Komponenten. Sie sind durch dieselben Kohlenstoffbindungen miteinander verbunden.
Proteinfunktionen
Proteine erfüllen im Körper von Pflanzen und Tieren viele wichtige Funktionen. Aber die wichtigste ist struktureller Natur. Proteine sind die Hauptbestandteile der Zellmembran und der Matrix von Organellen in Zellen. In unserem Körper bestehen alle Wände von Arterien, Venen und Kapillaren, Sehnen und Knorpel, Nägel und Haare hauptsächlich aus verschiedenen Proteinen.
Die nächste Funktion ist enzymatisch. Proteine wirken als Enzyme. Sie katalysieren chemische Reaktionen im Körper. Sie sind für den Abbau von Nährstoffen im Verdauungstrakt verantwortlich. In Pflanzen fixieren Enzyme während der Photosynthese die Position des Kohlenstoffs.
Einige Arten von Proteinen transportieren verschiedene Substanzen im Körper, wie z. B. Sauerstoff. Auch organische Materie kann sich ihnen anschließen. So funktioniert die Transportfunktion. Proteine transportieren Metallionen, Fettsäuren, Hormone und natürlich Kohlendioxid und Hämoglobin durch die Blutgefäße. Transport findet auch auf interzellulärer Ebene statt.
Eiweißverbindungen - Immunglobuline - sind für die Schutzfunktion verantwortlich. Dies sind Blutantikörper. Beispielsweise sind Thrombin und Fibrinogen aktiv am Gerinnungsprozess beteiligt. Dadurch verhindern sie einen weiteren Blutverlust.
Proteine sind auch für die Ausführung der kontraktilen Funktion verantwortlich. Dadurch, dass Myosin- und Aktin-Protofibrillen ständig Gleitbewegungen relativ zueinander ausführen, ziehen sich Muskelfasern zusammen. Aber auch bei Einzellern, ähnlichProzesse. Die Bewegung bakterieller Flagellen steht auch in direktem Zusammenhang mit dem Gleiten von Mikrotubuli, die proteinischer Natur sind.
Die Oxidation von organischem Material setzt große Mengen an Energie frei. Aber in der Regel werden Proteine sehr selten für den Energiebedarf verbraucht. Dies geschieht, wenn alle Bestände erschöpft sind. Am besten eignen sich dafür Lipide und Kohlenhydrate. Daher können Proteine eine Energiefunktion ausüben, aber nur unter bestimmten Bedingungen.
Lipide
Eine fettähnliche Verbindung ist auch eine organische Substanz. Lipide gehören zu den einfachsten biologischen Molekülen. Sie sind in Wasser unlöslich, zersetzen sich jedoch in unpolaren Lösungen wie Benzin, Äther und Chloroform. Sie sind Bestandteil aller lebenden Zellen. Chemisch gesehen sind Lipide Ester von Alkoholen und Carbonsäuren. Die bekanntesten von ihnen sind Fette. Im Körper von Tieren und Pflanzen erfüllen diese Substanzen viele wichtige Funktionen. Viele Lipide werden in Medizin und Industrie verwendet.
Funktionen von Lipiden
Diese organischen Chemikalien bilden zusammen mit Proteinen in Zellen biologische Membranen. Aber ihre Hauptfunktion ist Energie. Wenn Fettmoleküle oxidiert werden, wird eine riesige Menge an Energie freigesetzt. Es geht um die Bildung von ATP in den Zellen. In Form von Lipiden kann sich eine erhebliche Menge an Energiereserven im Körper ansammeln. Manchmal sind sie sogar mehr als nötig für die Umsetzung des normalen Lebens. Bei pathologischen Veränderungen im Stoffwechsel von "Fett" -Zellen wird es mehr. ObwohlDer Fairness halber sei angemerkt, dass solch überhöhte Reserven für die Überwinterung von Tieren und Pflanzen einfach notwendig sind. Viele Menschen glauben, dass sich Bäume und Sträucher in der k alten Jahreszeit von Erde ernähren. In Wirklichkeit verbrauchen sie die Reserven an Ölen und Fetten, die sie sich im Sommer angesammelt haben.
Im menschlichen und tierischen Körper können Fette auch eine Schutzfunktion übernehmen. Sie lagern sich im Unterhautgewebe und um Organe wie Nieren und Darm ab. Somit dienen sie als guter Schutz gegen mechanische Beschädigungen, also Stöße.
Außerdem haben Fette eine geringe Wärmeleitfähigkeit, was zum Warmh alten beiträgt. Dies ist besonders in k alten Klimazonen sehr wichtig. Bei Meerestieren trägt auch die subkutane Fettschicht zu einem guten Auftrieb bei. Bei Vögeln übernehmen Lipide aber auch wasserabweisende und schmierende Funktionen. Das Wachs umhüllt ihre Federn und macht sie elastischer. Einige Pflanzenarten haben die gleiche Beschichtung auf den Blättern.
Kohlenhydrate
Organische Formel C (H2O)m gibt an, ob die Verbindung zu den gehört Klasse Kohlenhydrate. Der Name dieser Moleküle bezieht sich darauf, dass sie Sauerstoff und Wasserstoff in gleicher Menge wie Wasser enth alten. Neben diesen chemischen Elementen können Verbindungen beispielsweise Stickstoff enth alten.
Kohlenhydrate in der Zelle sind die Hauptgruppe der organischen Verbindungen. Dies sind die Hauptprodukte des Photosyntheseprozesses. Sie sind auch die Ausgangsprodukte der Synthese in Pflanzen andererSubstanzen wie Alkohole, organische Säuren und Aminosäuren. Kohlenhydrate sind auch Bestandteil der Zellen von Tieren und Pilzen. Sie gehören auch zu den Hauptbestandteilen von Bakterien und Protozoen. In einer Tierzelle machen sie also 1 bis 2 % aus, und in einer Pflanzenzelle kann ihre Anzahl 90 % erreichen.
Heute gibt es nur noch drei Gruppen von Kohlenhydraten:
- einfache Zucker (Monosaccharide);
- Oligosaccharide, bestehend aus mehreren Molekülen nacheinander verbundener einfacher Zucker;
- Polysaccharide, sie enth alten mehr als 10 Moleküle Monosaccharide und deren Derivate.
Kohlenhydratfunktionen
Alle organischen Substanzen in der Zelle erfüllen bestimmte Funktionen. So ist zum Beispiel Glukose die Hauptenergiequelle. Es wird in den Zellen aller lebenden Organismen abgebaut. Dies geschieht während der Zellatmung. Glykogen und Stärke sind die Hauptenergiequellen, wobei ersteres in Tieren und letzteres in Pflanzen vorhanden ist.
Kohlenhydrate erfüllen auch eine strukturelle Funktion. Zellulose ist der Hauptbestandteil der pflanzlichen Zellwand. Und bei Arthropoden erfüllt Chitin die gleiche Funktion. Es kommt auch in den Zellen höherer Pilze vor. Nehmen wir als Beispiel Oligosaccharide, dann sind sie Bestandteil der Zytoplasmamembran – in Form von Glykolipiden und Glykoproteinen. Auch Glykokalyx wird häufig in Zellen nachgewiesen. Pentosen sind an der Synthese von Nukleinsäuren beteiligt. In diesem Fall ist Desoxyribose in der DNA enth alten und Ribose ist in der RNA enth alten. Diese Komponenten finden sich auch in Coenzymen, zum Beispiel in FAD,NADP und NAD.
Kohlenhydrate sind auch in der Lage, eine Schutzfunktion im Körper zu übernehmen. Bei Tieren verhindert der Wirkstoff Heparin aktiv eine schnelle Blutgerinnung. Es wird bei Gewebeschäden gebildet und blockiert die Bildung von Blutgerinnseln in den Gefäßen. Heparin kommt in großen Mengen in Mastzellen in Granula vor.
Nukleinsäuren
Proteine, Kohlenhydrate und Lipide sind nicht alle bekannten Klassen organischer Substanzen. Zur Chemie gehören auch Nukleinsäuren. Dies sind phosphorh altige Biopolymere. Sie sorgen im Zellkern und Zytoplasma aller Lebewesen für die Übertragung und Speicherung genetischer Daten. Diese Substanzen wurden dank des Biochemikers F. Miescher entdeckt, der Lachsspermien untersuchte. Es war eine "zufällige" Entdeckung. Wenig später wurden RNA und DNA auch in allen pflanzlichen und tierischen Organismen gefunden. Nukleinsäuren wurden auch in Zellen von Pilzen und Bakterien sowie Viren isoliert.
Insgesamt kommen zwei Arten von Nukleinsäuren in der Natur vor - Ribonukleinsäure (RNA) und Desoxyribonukleinsäure (DNA). Der Unterschied geht aus dem Titel hervor. DNA enthält Desoxyribose, einen Zucker mit fünf Kohlenstoffatomen. Und Ribose kommt im RNA-Molekül vor.
Nukleinsäuren werden von der organischen Chemie untersucht. Themen für die Forschung werden auch von der Medizin vorgegeben. In den DNA-Codes sind viele genetische Krankheiten versteckt, die Wissenschaftler noch entdecken müssen.
