Organische stof is een chemische verbinding die koolstof bevat. De enige uitzonderingen zijn koolzuur, carbiden, carbonaten, cyaniden en koolstofoxiden.
Geschiedenis
De term 'organische stoffen' zelf verscheen in het dagelijks leven van wetenschappers in het stadium van de vroege ontwikkeling van de chemie. In die tijd domineerden vitalistische wereldbeelden. Het was een voortzetting van de tradities van Aristoteles en Plinius. In deze periode waren experts bezig de wereld te verdelen in levend en niet-levend. Tegelijkertijd waren alle stoffen, zonder uitzondering, duidelijk onderverdeeld in mineraal en organisch. Men geloofde dat voor de synthese van verbindingen van "levende" stoffen een speciale "kracht" nodig was. Het is inherent aan alle levende wezens, en organische elementen kunnen zich niet vormen zonder.
Deze verklaring, belachelijk voor de moderne wetenschap, domineerde heel lang, totdat Friedrich Wöhler het in 1828 experimenteel weerlegde. Uit anorganisch ammoniumcyanaat wist hij organisch ureum te winnen. Dit duwde de chemie vooruit. De verdeling van stoffen in organisch en anorganisch is echter in het heden bewaard gebleven. Het ligt ten grondslag aan de classificatie. Er zijn bijna 27 miljoen organische verbindingen bekend.
Waarom zijn er zoveel organische verbindingen?
Organische materie is, op enkele uitzonderingen na, een koolstofverbinding. In feite is dit een zeer merkwaardig element. Koolstof kan ketens vormen van zijn atomen. Het is erg belangrijk dat de verbinding ertussen stabiel is.
Bovendien vertoont koolstof in organische stoffen valentie - IV. Hieruit volgt dat dit element in staat is om bindingen te vormen met andere stoffen, niet alleen enkelvoudig, maar ook dubbel en drievoudig. Naarmate hun veelvoud toeneemt, wordt de keten van atomen korter. Tegelijkertijd neemt de stabiliteit van de verbinding alleen maar toe.
Ook heeft koolstof het vermogen om platte, lineaire en driedimensionale structuren te vormen. Daarom zijn er zoveel verschillende organische stoffen in de natuur.
Compositie
Zoals hierboven vermeld, is organisch materiaal koolstofverbindingen. En dit is erg belangrijk. Organische verbindingen ontstaan wanneer het wordt geassocieerd met bijna elk element van het periodiek systeem. In de natuur omvat hun samenstelling (naast koolstof) meestal zuurstof, waterstof, zwavel, stikstof en fosfor. De overige elementen zijn veel zeldzamer.
Eigenschappen
Organische stof is dus een koolstofverbinding. Er zijn echter een aantal belangrijke criteria waaraan het moet voldoen. Alle stoffen van organische oorsprong hebben gemeenschappelijke eigenschappen:
1. Bestaand tussen atomenverschillende typologie van bindingen leidt onvermijdelijk tot het verschijnen van isomeren. Allereerst worden ze gevormd door de combinatie van koolstofmoleculen. Isomeren zijn verschillende stoffen met hetzelfde molecuulgewicht en dezelfde samenstelling, maar met verschillende chemische en fysische eigenschappen. Dit fenomeen wordt isomerie genoemd.
2. Een ander criterium is het fenomeen homologie. Dit zijn reeksen organische verbindingen, waarbij de formule van aangrenzende stoffen verschilt van de vorige met één groep CH2. Deze belangrijke eigenschap wordt toegepast in de materiaalkunde.
Wat zijn de klassen van organische stoffen?
Er zijn verschillende klassen van organische verbindingen. Ze zijn bij iedereen bekend. Dit zijn eiwitten, lipiden en koolhydraten. Deze groepen kunnen biologische polymeren worden genoemd. Ze zijn betrokken bij het metabolisme op cellulair niveau in elk organisme. Tot deze groep behoren ook nucleïnezuren. We kunnen dus zeggen dat organische stof is wat we elke dag eten, waar we van gemaakt zijn.
Eiwitten
Eiwitten bestaan uit structurele componenten - aminozuren. Dit zijn hun monomeren. Eiwitten worden ook wel eiwitten genoemd. Er zijn ongeveer 200 soorten aminozuren bekend. Ze zijn allemaal te vinden in levende organismen. Maar slechts twintig daarvan zijn componenten van eiwitten. Ze worden basis genoemd. Maar in de literatuur vind je ook minder populaire termen - proteïnogene en eiwitvormende aminozuren. De formule van deze klasse organische stof bevat amine (-NH2) en carboxyl (-COOH) componenten. Ze zijn met elkaar verbonden door dezelfde koolstofbindingen.
Eiwitfuncties
Eiwitten in het lichaam van planten en dieren vervullen veel belangrijke functies. Maar de belangrijkste is structureel. Eiwitten zijn de belangrijkste componenten van het celmembraan en de matrix van organellen in cellen. In ons lichaam bestaan alle wanden van slagaders, aders en haarvaten, pezen en kraakbeen, nagels en haar voornamelijk uit verschillende eiwitten.
De volgende functie is enzymatisch. Eiwitten werken als enzymen. Ze katalyseren chemische reacties in het lichaam. Ze zijn verantwoordelijk voor de afbraak van voedingsstoffen in het spijsverteringskanaal. In planten bepalen enzymen de positie van koolstof tijdens fotosynthese.
Sommige soorten eiwitten dragen verschillende stoffen in het lichaam, zoals zuurstof. Ook organische stof kan zich bij hen voegen. Zo werkt de transportfunctie. Eiwitten vervoeren metaalionen, vetzuren, hormonen en natuurlijk koolstofdioxide en hemoglobine door de bloedvaten. Transport vindt ook plaats op intercellulair niveau.
Eiwitverbindingen - immunoglobulinen - zijn verantwoordelijk voor de beschermende functie. Dit zijn antistoffen in het bloed. Trombine en fibrinogeen zijn bijvoorbeeld actief betrokken bij het stollingsproces. Zo voorkomen ze meer bloedverlies.
Eiwitten zijn ook verantwoordelijk voor het uitvoeren van de contractiele functie. Vanwege het feit dat myosine- en actine-protofibrillen constant glijdende bewegingen ten opzichte van elkaar uitvoeren, trekken spiervezels samen. Maar zelfs in eencellige organismen, vergelijkbaarprocessen. De beweging van bacteriële flagella is ook direct gerelateerd aan het glijden van microtubuli, die van eiwitachtige aard zijn.
Oxidatie van organisch materiaal maakt grote hoeveelheden energie vrij. Maar in de regel worden eiwitten zeer zelden geconsumeerd voor energiebehoeften. Dit gebeurt wanneer alle voorraden op zijn. Lipiden en koolhydraten zijn hiervoor het meest geschikt. Daarom kunnen eiwitten een energiefunctie vervullen, maar alleen onder bepaalde voorwaarden.
Lipiden
Een vetachtige verbinding is ook een organische stof. Lipiden behoren tot de eenvoudigste biologische moleculen. Ze zijn onoplosbaar in water, maar ontleden in niet-polaire oplossingen zoals benzine, ether en chloroform. Ze maken deel uit van alle levende cellen. Chemisch gezien zijn lipiden esters van alcoholen en carbonzuren. De meest bekende daarvan zijn vetten. In het lichaam van dieren en planten vervullen deze stoffen veel belangrijke functies. Veel lipiden worden gebruikt in de geneeskunde en de industrie.
Functies van lipiden
Deze organische chemicaliën vormen samen met eiwitten in cellen biologische membranen. Maar hun belangrijkste functie is energie. Wanneer vetmoleculen worden geoxideerd, komt er een enorme hoeveelheid energie vrij. Het gaat om de vorming van ATP in de cellen. In de vorm van lipiden kan zich een aanzienlijke hoeveelheid energiereserves in het lichaam ophopen. Soms zijn ze zelfs meer dan nodig voor de uitvoering van het normale leven. Met pathologische veranderingen in het metabolisme van "vette" cellen wordt het meer. Hoewelin alle eerlijkheid moet worden opgemerkt dat dergelijke buitensporige reserves gewoon nodig zijn voor het overwinteren van dieren en planten. Veel mensen geloven dat bomen en struiken zich tijdens de koude periode met aarde voeden. In werkelijkheid gebruiken ze de reserves aan oliën en vetten die ze in de zomer hebben gemaakt.
In het menselijk en dierlijk lichaam kunnen vetten ook een beschermende functie vervullen. Ze worden afgezet in het onderhuidse weefsel en rond organen zoals de nieren en darmen. Ze dienen dus als een goede bescherming tegen mechanische schade, dat wil zeggen schokken.
Bovendien hebben vetten een lage thermische geleidbaarheid, wat helpt om warm te blijven. Dit is erg belangrijk, vooral in koude klimaten. Bij zeedieren draagt ook de onderhuidse vetlaag bij aan een goed drijfvermogen. Maar bij vogels vervullen lipiden ook waterafstotende en smerende functies. De was bedekt hun veren en maakt ze elastischer. Sommige plantensoorten hebben dezelfde coating op de bladeren.
Koolhydraten
Organische formule C (H2O)m geeft aan of de verbinding tot de klasse koolhydraten. De naam van deze moleculen verwijst naar het feit dat ze evenveel zuurstof en waterstof bevatten als water. Naast deze chemische elementen kunnen verbindingen bijvoorbeeld stikstof bevatten.
Koolhydraten in de cel vormen de hoofdgroep van organische verbindingen. Dit zijn de primaire producten van het fotosyntheseproces. Ze zijn ook de eerste producten van synthese in planten van anderestoffen zoals alcoholen, organische zuren en aminozuren. Koolhydraten maken ook deel uit van de cellen van dieren en schimmels. Ze worden ook gevonden onder de belangrijkste componenten van bacteriën en protozoa. Dus in een dierlijke cel zijn ze 1 tot 2%, en in een plantencel kan hun aantal oplopen tot 90%.
Vandaag de dag zijn er slechts drie groepen koolhydraten:
- enkelvoudige suikers (monosacchariden);
- oligosachariden, bestaande uit verschillende moleculen van achtereenvolgens verbonden enkelvoudige suikers;
- polysachariden, ze bevatten meer dan 10 moleculen monosachariden en hun derivaten.
Koolhydraatfuncties
Alle organische stoffen in de cel vervullen bepaalde functies. Zo is bijvoorbeeld glucose de belangrijkste energiebron. Het wordt afgebroken in de cellen van alle levende organismen. Dit gebeurt tijdens cellulaire ademhaling. Glycogeen en zetmeel zijn de belangrijkste energiebronnen, de eerste in dieren en de laatste in planten.
Koolhydraten hebben ook een structurele functie. Cellulose is het hoofdbestanddeel van de plantencelwand. En bij geleedpotigen vervult chitine dezelfde functie. Het wordt ook gevonden in de cellen van hogere schimmels. Als we bijvoorbeeld oligosachariden nemen, dan maken ze deel uit van het cytoplasmatische membraan - in de vorm van glycolipiden en glycoproteïnen. Ook wordt glycocalyx vaak in cellen gedetecteerd. Pentosen zijn betrokken bij de synthese van nucleïnezuren. In dit geval zit deoxyribose in het DNA en ribose in het RNA. Ook worden deze componenten gevonden in co-enzymen, bijvoorbeeld in FAD,NADP en NAD.
Koolhydraten zijn ook in staat om een beschermende functie in het lichaam uit te voeren. Bij dieren verhindert de stof heparine actief een snelle bloedstolling. Het wordt gevormd tijdens weefselbeschadiging en blokkeert de vorming van bloedstolsels in de bloedvaten. Heparine wordt in grote hoeveelheden aangetroffen in mestcellen in korrels.
Nucleïnezuren
Eiwitten, koolhydraten en lipiden zijn niet alle bekende klassen van organische stoffen. Chemie omvat ook nucleïnezuren. Dit zijn fosforhoudende biopolymeren. Ze bevinden zich in de celkern en het cytoplasma van alle levende wezens en zorgen voor de overdracht en opslag van genetische gegevens. Deze stoffen zijn ontdekt dankzij de biochemicus F. Miescher, die zalmspermatozoa bestudeerde. Het was een "toevallige" ontdekking. Even later werden ook RNA en DNA gevonden in alle plantaardige en dierlijke organismen. Nucleïnezuren zijn ook geïsoleerd in de cellen van schimmels en bacteriën, evenals virussen.
In totaal worden er in de natuur twee soorten nucleïnezuren gevonden: ribonucleïnezuur (RNA) en deoxyribonucleïnezuur (DNA). Het verschil is duidelijk uit de titel. DNA bevat deoxyribose, een suiker met vijf koolstofatomen. En ribose wordt gevonden in het RNA-molecuul.
Nucleïnezuren worden bestudeerd door organische chemie. Onderwerpen voor onderzoek worden ook bepaald door de geneeskunde. Er zijn veel genetische ziekten verborgen in de DNA-codes die wetenschappers nog moeten ontdekken.
