Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

2.18: Вуглець - хімічна основа життя

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    4979

    • Boundless
    • Boundless
    \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання
    • Поясніть властивості вуглецю, які дозволяють йому служити будівельним блоком для біомолекул

    Вуглець є четвертим найпоширенішим елементом у Всесвіті і є будівельним блоком життя на землі. На землі вуглець циркулює по суші, океану та атмосфері, створюючи те, що відомо як вуглецевий цикл. Цей глобальний вуглецевий цикл можна розділити далі на два окремі цикли: геологічні цикли вуглецю відбуваються протягом мільйонів років, тоді як біологічний або фізичний вуглецевий цикл відбувається від днів до тисяч років. У неживому середовищі вуглець може існувати у вигляді вуглекислого газу (CO 2), карбонатних порід, вугілля, нафти, природного газу та мертвої органічної речовини. Рослини і водорості перетворюють вуглекислий газ в органічну речовину за допомогою процесу фотосинтезу, енергії світла.

    зображення
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Вуглець присутній у всьому житті: Все живе містить вуглець в тій чи іншій формі, а вуглець є основним компонентом макромолекул, включаючи білки, ліпіди, нуклеїнові кислоти та вуглеводи. Вуглець існує у багатьох формах цього листа, в тому числі в целюлозі для формування структури листа та в хлорофілі, пігменті, який робить лист зеленим.

    Вуглець важливий для життя

    У своєму метаболізмі їжі та дихання тварина споживає глюкозу (C 6 H 12 O 6), яка поєднується з киснем (O 2) для отримання вуглекислого газу (CO 2), води (H 2 O) та енергії, яка виділяється у вигляді тепла. Тварина не потребує вуглекислого газу і виділяє його в атмосферу. З іншого боку, рослина використовує протилежну реакцію тварини за допомогою фотосинтезу. Він забирає вуглекислий газ, воду та енергію від сонячного світла, щоб зробити власну глюкозу та газ кисню. Глюкоза використовується для хімічної енергії, яку рослина метаболізує аналогічно тварині. Потім рослина викидає кисень, що залишився в навколишнє середовище.

    Клітини складаються з багатьох складних молекул, званих макромолекулами, які включають білки, нуклеїнові кислоти (РНК і ДНК), вуглеводи та ліпіди. Макромолекули - це підмножина органічних молекул (будь-яка вуглецевмісна рідина, тверда речовина або газ), які особливо важливі для життя. Основним компонентом для всіх цих макромолекул є вуглець. Атом вуглецю має унікальні властивості, які дозволяють йому утворювати ковалентні зв'язки до цілих чотирьох різних атомів, що робить цей універсальний елемент ідеальним для того, щоб служити основним структурним компонентом або «кісткою» макромолекул.

    структура вуглецю

    Окремі атоми вуглецю мають неповну зовнішню електронну оболонку. При атомному номері 6 (шість електронів і шість протонів) перші два електрони заповнюють внутрішню оболонку, залишаючи чотири в другій оболонці. Тому атоми вуглецю можуть утворювати чотири ковалентні зв'язки з іншими атомами, щоб задовольнити правило октету. Молекула метану наводить приклад: вона має хімічну формулу CH 4. Кожен з чотирьох атомів водню утворює єдину ковалентну зв'язок з атомом вуглецю, розділяючи пару електронів. Це призводить до заповнення крайньої зовнішньої оболонки.

    зображення
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Структура метану: Метан має чотиригранну геометрію, причому кожен з чотирьох атомів водню знаходиться на відстані 109,5° один від одного.

    Ключові моменти

    • Все живе містить вуглець в тій чи іншій формі.
    • Вуглець є основним компонентом макромолекул, включаючи білки, ліпіди, нуклеїнові кислоти та вуглеводи.
    • Молекулярна структура вуглецю дозволяє йому зв'язуватися різними способами і з багатьма різними елементами.
    • Вуглецевий цикл показує, як вуглець рухається по живій і неживій частинам навколишнього середовища.

    Ключові умови

    • правило октету: правило, яке свідчить про те, що атоми втрачають, отримують або ділять електрони, щоб мати повну валентну оболонку 8 електронів (має деякі винятки).
    • вуглецевий цикл: фізичний цикл вуглецю через земну біосферу, геосферу, гідросферу та атмосферу; включає такі процеси, як фотосинтез, розкладання, дихання та карбоніфікація
    • макромолекула: дуже велика молекула, особливо використовується стосовно великих біологічних полімерів (наприклад, нуклеїнових кислот і білків)