Рівні структурної організації органічних речовин

Як класифікують органічні сполуки за рівнями структурної організації?

Опрацювавши цей параграф, ви зможете пригадати молекулярний рівень органі­зації живого, схарактеризувати значення рівнів організації органічних речовин у живій природі, класифікувати органічні сполуки за рівнями структурної'організації.

Рівні структурної організації органічних речовин тісно пов’язані з рівня­ми структурної організації хімічної форми руху матерії (мал. 6.1). Зверніть увагу: молекулярний рівень є продовженням атомного і водночас - попере­дником полімерного рівня. Це свідчить про єдність матеріального світу, зв’язок хімічної форми руху матерії з фізичною (на рівні елементарних частинок) і біологічною (на клітинному рівні).

Мал. 6.1. Рівні структурної організації хімічної форми руху матерії та їхні носії: 1 - атоми, немолекулярні структурні сполуки, приклад - атом Карбону; 2 - молекули, міжмолекулярні структурні сполуки, приклад - молекула амінооцтової (аміноетанової) кислоти; 3 - макро­молекули, сітчасті полімери, надмолекулярні структури, приклад - білок гемоглобін

Пригадавши вже вивчені вами органічні речовини (метан і його гомоло­ги, етилен, ацетилен, поліетилен, метанол, етанол і гліцерин, оцтова, аміно- оцтова, вищі жирні, нуклеїнові кислоти, глюкоза, сахароза, крохмаль, це­люлоза, триолеїн, тристеарин, білки), ви легко дійдете висновку, що рівні структурної організації органічних речовин - молекулярний і полімерний. Розгляньмо їх докладніше.

Молекулярний рівень організації матерії має низку особливостей. Це ко­валентний тип зв’язку між атомами в молекулах, сталий склад молекул і, як наслідок, стала молекулярна маса. Важливою є наявність певної конфі­гурації, що характеризує особливості стійкого взаємного розташування атомів або груп атомів у просторі молекули.

Чому це потрібно знати, з’ясуймо на прикладі з повсякденного життя. Під час технологічної обробки олій, як-от: нагрівання, знебарвлення, дезо­дорування і гідрування - змінюються конфігурації молекул вищих ненаси - чених карбонових кислот (мал. 6.2) та їхніх залишків у жирах. Тому з

Промисловою переробкою олій пов’язана проблема потрапляння до раціону значної кількості транс-жирів, що містять залишки елаїдинової кислоти.

Зміна просторової конфігурації молекул біо­логічно активних речовин зазвичай має фа­тальні наслідки: ферменти втрачають актив­ність, змінюється склад клітинних мембран, порушуються їхні функції. Тому завсідникам закладів швидкого харчування, любителям чіп­сів, майонезу, маргарину тощо варто пам’ятати: якщо замість нормального будівельного матері­алу ви пропонуєте своєму організмові «брак», утворюватимуться дефектні біологічні струк­тури, що даватимуть збій у найрізноманітніших ситуаціях. Навчитися розпізнавати продукти, під час виготовлення яких використовують гідрогенізоваяі жи­ри, та вилучати їх з раціону має кожна людина, яка дбає про своє здоров'я і здоров’я своїх нащадків.

З огляду на це не зайвим буде при­гадати з торішнього курсу біології, що таке пріони, чому дослідження їх як інфекційно небезпечних білків має не лише медичне, а й загальнобіо - логічне значення (зробіть це).

Конфігурації молекул одного й того самого складу можуть також відрізнятися одна від одної як ори­гінал і його дзеркальне зображення або як права й ліва руки, які дуже схожі між собою, однак не можуть бути суміщені в просторі (мал. 6.3). Навіть якщо хімічні властивості таких речо­вин однакові, їхня біологічна активність і фізіологічна дія можуть істотно відрізнятися.

Дізнайтеся більше... У 60-ті роки минулого століття в країнах Європи трапи­лася так звана тапідомідова трагедія. Унаслідок вживання вагітними жінками талідоміду як снодійного і заспокійливого лікарського засобу на світ з'явилося багато немовлят з уродженими каліцтвами. Згодом було виявлено, що препа­рат містив дві речовини з однаковим складом і хімічними властивостями, але з різною конфігурацією молекул (мал. 6.3). Одна з речовин дійсно справляла очі­куваний терапевтичний ефект, а інша спричинила страхітливі вади розвитку.

Однак знання самої лише конфігурації недостатньо для розуміння про­сторової будови молекул органічних речовин. Часто необхідно знати також їхні конформації. Молекули перебувають у безперервному хаотичному русі як єдине ціле, водночас їхні окремі частини одна відносно одної здійснюють обертальні й коливальні рухи. Саме внутрішньомолекулярний рух зумов­лює безперервне утворення нових форм - конформацій. Зверніть увагу: хі­мічні зв’язки в молекулах внаслідок цього не руйнуються, тобто конфігура­ція не змінюється. Виконуючи лабораторні досліди з моделювання молекул парафінів, ви пересвідчилися, що починаючи з етану стає можливим обер­тання фрагментів молекули навколо одинарного зв’язку C-C. З подовжен­ням карбонового ланцюга (і, відповідно, збільшенням кількості зв'язків, навколо яких можливе обертання) число імовірних і практично існуючих конформацій стрімко зростає. Більше того - у довгих полімерних ланцюгах унаслідок внутрішньомолекулярного обертання навколо величезної кіль­кості простих зв’язків відбувається перехід кількості в нову якість - появу гнучкості. Однак цим унікальні властивості високомолекулярних органік них сполук не вичерпуються і потребують докладнішого розгляду.

Полімерний рівень організації" матерії, як ви вже пересвідчилися на уро­ках хімії і біології, - царина речовин з особливими властивостями. Багато із цих особливостей подекуди неможливо було б пояснити без введення нових понять. У 9-му класі ви довідалися, що мо­лекули поліетилену істотно різняться своєю масою, яка залежить від сту­пеня полімеризації. Пригадайте: це кількість елементарних структурних ланок у полімерному ланцюзі. На­приклад, надвисокомолекуляриий по­ліетилен з відносною молекулярною масою понад 1 000 000 має підвищені експлуатаційні властивості. Темпера­турний інтервал його використання від -260 до +120 0C. Він має низький кое­фіцієнт тертя, високу зносостійкість, стійкість до розтріскування, хімічно стійкий у найагресивніших середови­щах. Зауважимо: відносні молекуляр­ні маси білків і нуклеїнових кислот - сталі величини.

Розгалуженість молекул цього най­поширенішого полімеру і, як наслідок, властивості залежать від умов синтезу. У поліетилені високого тиску розга­луженість ланцюгів становить 16-26 відгалужень на 1000 атомів Карбону в ланцюзі, а в поліетилені низького тис­ку - лише 3-6 відгалужень (мал. 6.4). Тому густина, температури розм’як­шення й плавлення, ступінь криста­лічності поліетилену з розгалуженим ланцюгом менші, ніж поліетилену низького тиску, спосіб полімеризації якого зумовлює малу розгалуженість.

Відмінностями в будові, ступені полі­меризації, розгалуженості й регулярнос­ті полімерних ланцюгів крохмалю й це - Л10 ЛОЗИ (мал. 6.5) зумовлені й відмінності в їхніх властивостях і застосуванні.

Так само, як і в низькомолекуляр­них органічних сполук, характерною ознакою полімерів є ковалентні зв'язки. Водночас особливого значення набувають міжмолекулярні зв'язки, зокрема водневі. Пригадайте, завдя­ки їм підтримується і вторинна струк­тура білка а-опіраль (мал. 6.6), і по­двійна спіраль молекули ДНК.

Ці та інші складні конформаційні форми є характерною ознакою полі­мерного рівня організації органічних речовин.

Речовини полімерної будови - білки й нуклеїнові кислоти - місток для переходу від неживої природи до живої. Саме особливості їхньої просторової будови зумовлюють біологічні функції, властиві живим організмам.

Про головне

Ріпні структурної організації органічних речовин — молекулярний і полімерний.

Молекулярний рівень е продовженням атомного і переходить у полі* мерний рівень структурної організації матерії.

Полімерний рівень структурної організації хімічної форми руху ма­терії є предтечею клітинного рівня біологічної форми руху.

Зв’язок хімічної форми руху матерії з фізичною здійснюється на рівні елементарних частинок; з біологічною формою руху — на клітинному рівні.

Творча майстерня

He поодинокими с випадки, коли видатні досягнення в галузі медицини, науки і техніки були передбачені фантастами. Неймовірні речі і технології, описані в науково - фантастичних романах, згодом ставали реальністю буденного життя. Напишіть коротке науково-фантастичне оповідання, сюжет якого пов'язаний зі здатністю молекули ДНК до самоорганізації.