CHON: WSPÓLNE CECHY, OSOBLIWOŚCI I CZĄSTECZKI - CHEMIA - 2026

CHON : węgiel C, wodór H, tlen O i azot N to grupa pierwiastków chemicznych tworzących materię żywą. Ze względu na położenie w układzie okresowym, atomy te mają wspólne cechy, które sprawiają, że nadają się do tworzenia cząsteczek organicznych i kowalencyjnych.

Te cztery pierwiastki chemiczne tworzą większość cząsteczek istot żywych, zwanych biopierwiastkami lub pierwiastkami biogennymi. Należą do grupy pierwotnych lub głównych biopierwiastków, ponieważ stanowią 95% cząsteczek istot żywych.

Źródło: Gabriel Bolívar

Cząsteczki i atomy CHON są pokazane na górnym obrazie: sześciokątny pierścień jako jednostka molekularna węgla; cząsteczka H ₂ (w kolorze zielonym); dwuatomowa cząsteczka O ₂ (zabarwiona na niebiesko); oraz dwuatomowa cząsteczka N ₂ (czerwona) z potrójnym wiązaniem.

Oprócz wspólnych właściwości mają pewne osobliwości lub cechy, które wyjaśniają, dlaczego nadają się do tworzenia biomolekuł. Dzięki niskiej masie lub masie atomowej są one bardzo elektroujemne i tworzą stabilne, mocne, wysokoenergetyczne wiązania kowalencyjne.

Wiążą się ze sobą tworząc część struktury organicznych biocząsteczek, takich jak białka, węglowodany, lipidy i kwasy nukleinowe. Uczestniczą także w tworzeniu nieorganicznych cząsteczek niezbędnych do istnienia życia; takie jak woda, H ₂ O.

Cechy wspólne CHON

Niska masa atomowa

Mają niską masę atomową. Masy atomowe C, H, O i N to: 12u, 1u, 16u i 14u. To powoduje, że mają mniejszy promień atomowy, co z kolei pozwala im na ustanowienie stabilnych i silnych wiązań kowalencyjnych.

Wiązania kowalencyjne powstają, gdy atomy uczestniczące w tworzeniu cząsteczek mają wspólne elektrony walencyjne.

Mając małą masę atomową, a zatem mniejszy promień atomowy, atomy te są bardzo elektroujemne.

Wysoka elektroujemność

C, H, O i N są silnie elektroujemne: silnie przyciągają wspólne elektrony, gdy tworzą wiązania w cząsteczce.

Wszystkie typowe właściwości opisane dla tych pierwiastków chemicznych są korzystne dla stabilności i siły wiązań kowalencyjnych, które tworzą.

Tworzone przez nie wiązania kowalencyjne mogą być niepolarne, gdy te same elementy łączą się, tworząc cząsteczki dwuatomowe, takie jak O ₂ . Mogą być również polarne (lub względnie polarne), gdy jeden z atomów jest bardziej elektroujemny niż drugi, jak w przypadku O w stosunku do H.

Te pierwiastki chemiczne poruszają się między istotami żywymi a środowiskiem, co jest znane jako cykl biogeochemiczny występujący w naturze.

Cechy szczególne

Poniżej wymieniono niektóre cechy szczególne lub właściwości każdego z tych pierwiastków chemicznych, które uzasadniają jego strukturalną funkcję biocząsteczek.

Atom węgla C.

-Ze względu na swoją tetrawalencję, C może tworzyć 4 wiązania z 4 różnymi lub równymi pierwiastkami, tworząc dużą różnorodność cząsteczek organicznych.

-Może być przyłączony do innych atomów węgla tworząc długie łańcuchy, które mogą być liniowe lub rozgałęzione.

-Może również tworzyć cząsteczki cykliczne lub zamknięte.

-Może tworzyć cząsteczki z pojedynczymi, podwójnymi lub potrójnymi wiązaniami. Jeśli w strukturze oprócz C jest czysty H, to mówimy o węglowodorach: odpowiednio alkanach, alkenach i alkinach.

- Łącząc się z O lub N, wiązanie nabiera polarności, która ułatwia rozpuszczalność cząsteczek, z których pochodzi.

- Łącząc się z innymi atomami, takimi jak O, H i N, tworzy różne rodziny cząsteczek organicznych. Może tworzyć między innymi aldehydy, ketony, alkohole, kwasy karboksylowe, aminy, etery, estry.

- Cząsteczki organiczne będą miały różną konformację przestrzenną, która będzie związana z funkcjonalnością lub aktywnością biologiczną.

Atom H.

-Ma najniższą liczbę atomową ze wszystkich pierwiastków chemicznych i łączy się z O, tworząc wodę.

-Ten atom H jest obecny w dużej części w szkieletach węglowych, które tworzą cząsteczki organiczne.

-Im większa ilość wiązań CH w biomolekułach, tym większa energia wytwarzana podczas ich utleniania. Z tego powodu utlenianie kwasów tłuszczowych generuje więcej energii niż ta wytwarzana podczas katabolizmu węglowodanów.

Atom O.

To bioelement, który razem z H tworzy wodę. Tlen jest bardziej elektroujemny niż wodór, co pozwala mu tworzyć dipole w cząsteczce wody.

Te dipole ułatwiają tworzenie silnych oddziaływań, zwanych wiązaniami wodorowymi. Słabe wiązania, takie jak mostki H, są niezbędne dla rozpuszczalności molekularnej i utrzymania struktury biocząsteczek.

Atom N.

-Znajduje się w grupie aminowej aminokwasów oraz w grupie zmiennej niektórych aminokwasów, takich jak między innymi histydyna.

-Jest niezbędny do tworzenia aminocukrów, zasad azotowych nukleotydów, koenzymów i innych cząsteczek organicznych.

Cząsteczki tworzące CHON

woda

Źródło: Pixabay

H i O są połączone za pomocą wiązań kowalencyjnych tworzących wodę w proporcji 2H i O. Ponieważ tlen jest bardziej elektroujemny niż wodór, są one połączone, tworząc wiązanie kowalencyjne typu polarnego.

Posiadając ten typ wiązania kowalencyjnego, umożliwia rozpuszczanie wielu substancji poprzez tworzenie z nimi wiązań wodorowych. Woda stanowi około 70 do 80% struktury organizmu lub żywej istoty.

Woda jest uniwersalnym rozpuszczalnikiem, pełni wiele funkcji w przyrodzie i istotach żywych; ma funkcje strukturalne, metaboliczne i regulacyjne. W środowisku wodnym między innymi zachodzi większość reakcji chemicznych istot żywych.

Gazy

Źródło: Pixabay

Przez połączenie apolarnego typu kowalencyjnego, to znaczy bez różnicy elektroujemności, łączą się równe atomy, takie jak O. W ten sposób powstają gazy atmosferyczne, takie jak azot i tlen cząsteczkowy, niezbędne dla środowiska i istot żywych.

Biomolekuły

Źródło: Max Pixel

Te biopierwiastki łączą się ze sobą iz innymi biopierwiastkami, tworząc cząsteczki żywych istot.

Są one połączone wiązaniami kowalencyjnymi, dając początek jednostkom monomerycznym lub prostym cząsteczkom organicznym. Te z kolei są połączone wiązaniami kowalencyjnymi i tworzą złożone cząsteczki organiczne lub polimery i supramolekuły.

Zatem aminokwasy tworzą białka, a monosacharydy są jednostkami strukturalnymi węglowodanów lub węglowodanów. Kwasy tłuszczowe i glicerol tworzą zmydlające się lipidy, a mononukleotydy tworzą kwasy nukleinowe DNA i RNA.

Wśród supramolécules są między innymi: glikolipidy, fosfolipidy, glikoproteiny, lipoproteiny.

Bibliografia

1. Carey F. (2006). Chemia organiczna. (6th ed.). Meksyk, Mc Graw Hill.
2. Bohater kursu. (2018). 2 funkcje biopierwiastków podstawowych wśród biopierwiastków. Odzyskany z: coursehero.com
3. Cronodon. (sf). Biopierwiastki. Odzyskany z: cronodon.com
4. Osoba życia. (2018). Biopierwiastki: Klasyfikacja (pierwotne i wtórne). Odzyskany z: lifepersona.com
5. Mathews, Holde i Ahern. (2002). Biochemistry (3rd ed.). Madryt: PEARSON