CHON: מאפיינים משותפים, מוזרויות ומולקולות - כִּימִיָה - 2025

CHON : פחמן C, מימן H, חמצן O וחנקן N, הם קבוצה של יסודות כימיים המרכיבים חומר חי. בשל מיקומם בטבלה המחזורית, אטומים אלה חולקים מאפיינים ההופכים אותם מתאימים ליצירת מולקולות אורגניות וקואוונטיות.

ארבעת היסודות הכימיים הללו מהווים את מרבית המולקולות של יצורים חיים, הנקראים ביו-אלמנטים או אלמנטים ביוגניים. הם שייכים לקבוצת האלמנטים הביולוגיים הראשוניים או העיקריים מכיוון שהם 95% במולקולות של יצורים חיים.

מקור: גבריאל בוליבר

מולקולות ואטומי CHON מוצגים בתמונה העליונה: טבעת משושה כיחידה מולקולרית בפחמן; מולקולת H ₂ (בצבע ירוק); המולקולה הדיאטומית של O ₂ (כחול צבעוני); והמולקולה הדיאטומית של N ₂ (אדום) עם הקשר המשולש שלה.

יש להם, מלבד התכונות הנפוצות, כמה מוזרויות או מאפיינים שמסבירים מדוע הם מתאימים ליצירת ביומולקולות. על ידי משקל או מסה אטומית נמוכה, הדבר הופך אותם לאלקטרו-נגטיביים והם יוצרים קשרים קוולנטים יציבים, חזקים ואנרגיים גבוהים.

הם נקשרים יחד ויוצרים חלק ממבנה של מולקולות ביולוגיות אורגניות כמו חלבונים, פחמימות, ליפידים וחומצות גרעין. הם גם משתתפים ביצירת מולקולות אורגניות החיוניות לקיום החיים; כמו מים, H ₂ O.

תכונות נפוצות של CHON

מסה אטומית נמוכה

יש להם מסה אטומית נמוכה. המוני האטום של C, H, O ו- N הם: 12u, 1u, 16u ו- 14u. זה גורם להם לרדיוס אטומי קטן יותר, מה שבתורו מאפשר להם ליצור קשרים קוולנטים יציבים וחזקים.

קשרים קוולנטיים נוצרים כאשר האטומים שמשתתפים ביצירת המולקולות חולקים אלקטרונים ערכיים שלהם.

בעל מסה אטומית נמוכה, ולכן רדיוס אטומי נמוך יותר, הופך את האטומים הללו לאלקטרונגטיביים מאוד.

אלקטרוניות גבוהה

C, H, O ו- N הם אלקטרוניים מאוד: הם מושכים בחוזקה את האלקטרונים שהם חולקים כשהם יוצרים קשרים בתוך מולקולה.

כל המאפיינים הנפוצים המתוארים לאלמנטים כימיים אלה חיוביים ליציבות ולחוזק של הקשרים הקוואלנטיים שהם יוצרים.

הקשרים הקוולנטיים שהם יוצרים יכולים להיות אפולריים, כאשר אותם אלמנטים מצטרפים ויוצרים מולקולות דיאטומיות כמו O ₂ . הם יכולים גם להיות קוטביים (או קוטביים יחסית) כאשר אחד האטומים הוא אלקטרונגטיבי יותר מהשני, כמו במקרה של O ביחס לח '.

לאלמנטים כימיים אלה יש תנועה בין יצורים חיים לסביבה המכונה המחזור הביוגיוכימי בטבע.

מאפיינים מיוחדים

להלן כמה תכונות או תכונות שיש לכל אחד מהיסודות הכימיים הללו שנותנים סיבה לתפקוד המבני של ביו-מולקולות.

אטום הפחמן C

- בגלל הטה-ערכי שלו, C יכול ליצור 4 קשרים עם 4 יסודות שונים או שווים, ויוצרים מגוון גדול של מולקולות אורגניות.

-ניתן לחבר אטומי פחמן אחרים היוצרים שרשראות ארוכות, שיכולות להיות לינאריות או מסועפות.

זה יכול גם ליצור מולקולות מחזוריות או סגורות.

זה יכול ליצור מולקולות עם קשרים יחידים, כפולים או משולשים. אם יש H טהור במבנה בנוסף ל- C, אנו מדברים על פחמימנים: אלקנים, אלקנים ואלקינים, בהתאמה.

על ידי ההצטרפות ל- O או ל- N הקשר נקשר קוטביות, המאפשר את מסיסות המולקולות שמקורן.

-בשלב עם אטומים אחרים כמו O, H ו- N, הוא יוצר משפחות שונות של מולקולות אורגניות. זה יכול ליצור אלדהידים, קטונים, אלכוהולים, חומצות קרבוקסיליות, אמינים, אתרים, אסטרים, בין תרכובות אחרות.

למולקולות אורגניות יהיו קונפורמציה מרחבית שונה, אשר תהיה קשורה לפונקציונליות או לפעילות ביולוגית.

אטום H

יש לו את המספר האטומי הנמוך ביותר של כל היסודות הכימיים, ומשתלב עם O ליצירת מים.

אטום H זה קיים בחלק גדול משלדי הפחמן היוצרים מולקולות אורגניות.

ככל שכמות קשרי ה- CH בביו-מולקולות גדולה יותר, האנרגיה המיוצרת עם התחמצנותם גדולה יותר. מסיבה זו, חמצון חומצות שומן מייצר אנרגיה רבה יותר מזו המיוצרת בקטבוליזם של פחמימות.

אטום ה- O

זהו ביאלמנט שיוצר יחד עם H מים. חמצן הוא אלקטרונגטיבי יותר ממימן, המאפשר לו ליצור דיפולולים במולקולת המים.

דיפולות אלו מאפשרות יצירת אינטראקציות חזקות, הנקראות קשרי מימן. קשרים חלשים כמו גשרי H חיוניים למסיסות מולקולרית ולשמירה על מבנה ביולקולקולות.

האטום N

זה נמצא בקבוצת האמינו של חומצות אמינו, ובקבוצה המשתנה של כמה חומצות אמינו כמו היסטידין, בין היתר.

-זה חיוני ליצירת סוכרים אמינו, הבסיסים החנקניים של נוקלאוטידים, קואנזימים, בין מולקולות אורגניות אחרות.

מולקולות המרכיבות את CHON

מים

מקור: Pixabay

ה- H וה- O מאוחדים באמצעות קשרים קוולנטיים היוצרים את המים בפרופורציה של 2H ו- O. מכיוון שהחמצן הוא אלקטרונגטיבי יותר ממימן, הם מאוחדים ויוצרים קשר קוולנטי מסוג קוטבי.

על ידי קיום סוג זה של קשר קוולנטי, הוא מאפשר לחומרים רבים להיות מסיסים על ידי יצירת קשרים מימן איתם. מים הם בערך 70 עד 80% חלק ממבנה האורגניזם או היצור החי.

מים הם הממס האוניברסאלי, הם ממלאים פונקציות רבות בטבע וביצורים חיים; יש לו פונקציות מבניות, מטבוליות ורגולטוריות. במדיום מימי, מרבית התגובות הכימיות של יצורים חיים מתרחשות, בין פונקציות רבות אחרות.

הגזים

מקור: Pixabay

על ידי איחוד מהסוג הקוולנטי האפולירי, כלומר ללא הבדל באלקטרוניטיביות, אטומים שווים כמו O מתאחדים, וכך נוצרים גזים אטמוספריים, כמו חנקן וחמצן מולקולרי, חיוניים לסביבה וליצורים חיים.

מולקולות ביולוגיות

מקור: מקס פיקסל

ביאלמנטים אלה מתאחדים זה בזה, ועם אלמנטים ביולוגיים אחרים, ויוצרים את המולקולות של יצורים חיים.

אליהם מצטרפים קשרים קוולנטיים, המולידים יחידות מונומריות או מולקולות אורגניות פשוטות. אלה בתורם מצטרפים לקשרים קוולנטיים ויוצרים מולקולות אורגניות מורכבות או פולימרים וסופרמולולות.

לפיכך, חומצות אמינו יוצרות חלבונים, ומונוסכרידים הם היחידות המבניות של פחמימות או פחמימות. חומצות שומן וגליצרול מרכיבות ליפידים ניתנים להמרה, ומונונוקלאוטידים מהווים חומצות גרעין DNA ו- RNA.

בין הסופרמולוליות ניתן למצוא, למשל: גליקוליפידים, פוספוליפידים, גליקופרוטאינים, ליפופרוטאינים, בין היתר.

הפניות

1. קארי פ '(2006). כימיה אורגנית. (מהדורה 6). מקסיקו, מק גרו היל.
2. גיבור קורס. (2018). 2 פונקציה של אלמנטים ביו ביאלמנטים העיקריים בין. התאושש מ: kurshero.com
3. קרונודון. (sf). אלמנטים ביולוגיים. התאושש מ: cronodon.com
4. אדם החיים. (2018). אלמנטים ביולוגיים: סיווג (יסודי ומשני). התאושש מ: lifepersona.com
5. מת'יו, הולדה ואהרן. (2002). ביוכימיה (מהדורה שלישית). מדריד: PEARSON