Рис. 3.1. Химический состав клеток

Органические вещества живых организмов

Кроме неорганических веществ в состав клеток живых организмов входят также органические вещества (рис. 3.1).

Органических веществ в мире гораздо больше, чем неорганических. Сейчас их насчитывается уже более 25 млн, и постоянно открываются или создаются новые. Из предыдущих разделов биологии вы узнали, что органические вещества входят в состав живых организмов, которыми мы питаемся, а также продуктов растительного или животного происхождения. Различные вещества содержатся в них в разном количестве (рис. 3.2).

Рис. 3.2. В состав живых организмов входит множество органических веществ

Вы уже знаете, что все органические вещества разделяют на четыре основные группы: белки, углеводы, липиды и нуклеиновые кислоты. В состав всех этих веществ обязательно входят атомы Карбона (С), Гидрогена (Н) и Оксигена (О). Они могут содержать также атомы Нитрогена (N) (обязательные компоненты белков и нуклеиновых кислот), Фосфора (Р) (компоненты нуклеиновых кислот), Сульфура (S) (встречаются в белках, но отсутствуют в нуклеиновых кислотах).

Особенности строения органических веществ

Молекулы органических веществ отличаются от молекул неорганических веществ и друг от друга особенностями строения.

Особенности строения молекул органических веществ

Рис. 3.3. Схема строения биополимеров

В значительной степени особенности строения органических молекул обусловлены свойствами атомов Карбона, который может образовывать четыре одинаковые связи. Такие связи делают возможным существование легко разветвляющихся или очень длинных молекул. А небольшой размер самого атома С делает эти связи достаточно прочными. Например, Силиций, который следует за Карбоном в IV группе Периодической таблицы химических элементов, образует подобные цепочки гораздо хуже, главным образом потому, что его атом имеет больший радиус и образует намного более слабые химические связи.

Мономеры и полимеры

Органические молекулы по размеру делятся на две группы — малые и большие молекулы (макромолекулы). Макромолекулы имеют массу более 1000 Да (1 Да = 1 а.е.м.) и не менее 30 атомов Карбона в одной молекуле. Они состоят из одинаковых (или почти одинаковых) маленьких органических молекул, которые называют мономерами (от греч. моно — один). Другое широко распространенное название таких молекул — полимеры (от греч. поли — много).

Полимеры широко распространены в природе. Кроме того, они искусственно производятся человеком в промышленных масштабах. К ним относятся хорошо известные в повседневной жизни полиэтилен, полипропилен, полистирол и другие соединения. С ними вы более подробно ознакомитесь на уроках химии.

Биополимеры

Полимеры, которые создаются живыми организмами, называют биополимерами. Например, капрон, который производится искусственно, — это полимер, а шелк, который синтезируют насекомые, — биополимер. Оба они состоят из небольших органических молекул — мономеров.

Количество мономеров в биополимерах может быть различным: от одного-двух десятков в некоторых белках и углеводах до сотен тысяч и даже миллионов (молекула ДНК первой хромосомы человека состоит из 248 млн пар нуклеотидов, то есть содержит 496 млн мономеров).

Со многими биополимерами вы уже ознакомились в предыдущих разделах биологии. Наиболее известными биополимерами являются белки, углеводы и нуклеиновые кислоты. Мономерами белков являются аминокислоты, углеводов — моносахариды, а нуклеиновых кислот — нуклеотиды (рис. 3.3).

Наиболее распространенными биополимерами на нашей планете являются углеводы целлюлоза (синтезируется растениями) и хитин (синтезируется грибами и насекомыми). К биополимерам относятся также ферменты (пепсин), транспортные белки (гемоглобин), резервные вещества живых организмов (крахмал, гликоген) и др.

Некоторые биополимеры благодаря своему строению обладают удивительными свойствами. Одним из таких полимеров является паутина. Ее вырабатывают представители паукообразных. По составу паутина относится к белкам. Но она не является сплошной нитью, а имеет структуру, как у каната, — сплетенную из многих микроволокон. Максимальная нагрузка, которую выдерживает паутина, составляет 2,7 ГПа. Этот же показатель для стали — 1,5 ГПа.

Основными группами органических веществ в живых организмах являются белки, углеводы, липиды и нуклеиновые кислоты. Значительная часть органических веществ является биополимерами. Их молекулы состоят из большого числа маленьких молекул — мономеров, соединенных между собой.