CHON: SPOLOČNÉ VLASTNOSTI, ZVLÁŠTNOSTI A MOLEKULY - CHÉMIA - 2026

CHON : C uhlík, vodík, kyslík a dusík v dusíku sú skupinou chemických prvkov, ktoré tvoria živú hmotu. Tieto atómy majú vďaka svojej polohe v periodickej tabuľke spoločné vlastnosti, vďaka ktorým sú vhodné na vytváranie organických a kovalentných molekúl.

Tieto štyri chemické prvky tvoria väčšinu molekúl živých bytostí, ktoré sa nazývajú bioelementy alebo biogénne prvky. Patria do skupiny primárnych alebo hlavných bioelementov, pretože v molekulách živých bytostí tvoria 95%.

Zdroj: Gabriel Bolívar

Molekuly a atómy CHON sú zobrazené na hornom obrázku: hexagonálny kruh ako molekulárna jednotka v uhlíku; H ₂ molekula (zelenej farby); diatomic molekula O ₂ (modrej farby); a diatomic molekula N ₂ (červená), s trojitú väzbou.

Okrem bežných vlastností majú niektoré zvláštnosti alebo vlastnosti, ktoré vysvetľujú, prečo sú vhodné na tvorbu biomolekúl. Nízka atómová hmotnosť alebo hmotnosť ich robí veľmi elektronegatívnymi a tvoria stabilné, silné, vysoko-energetické kovalentné väzby.

Viažu sa spolu a tvoria súčasť štruktúry organických biomolekúl, ako sú proteíny, uhľohydráty, lipidy a nukleové kyseliny. Zúčastňujú sa tiež na tvorbe anorganických molekúl nevyhnutných pre existenciu života; ako je voda, H ₂ O.

CHON Spoločné funkcie

Nízka atómová hmotnosť

Majú nízku atómovú hmotnosť. Atómové hmotnosti C, H, O a N sú: 12u, 1u, 16u a 14u. To spôsobuje, že majú menší atómový polomer, čo im umožňuje vytvárať stabilné a silné kovalentné väzby.

Kovalentné väzby sa tvoria, keď atómy, ktoré sa podieľajú na tvorbe molekúl, zdieľajú svoje valenčné elektróny.

Vďaka nízkej atómovej hmotnosti a teda nižšiemu atómovému polomeru sú tieto atómy veľmi elektronegatívne.

Vysoká elektronická aktivita

C, H, O a N sú vysoko elektronegatívne: silne priťahujú elektróny, ktoré zdieľajú, keď vytvárajú väzby v molekule.

Všetky spoločné vlastnosti opísané pre tieto chemické prvky sú výhodné pre stabilitu a pevnosť kovalentných väzieb, ktoré tvoria.

Kovalentné väzby, že forma môže byť nepolárne, ak sú niektoré prvky pripojiť, tvoriace diatomic molekúl, ako sú O ₂ . Môžu byť tiež polárne (alebo relatívne polárne), ak je jeden z atómov elektronegatívnejší ako druhý, ako v prípade O vo vzťahu k H.

Tieto chemické prvky sa pohybujú medzi živými bytosťami a prostredím, ktoré sa v prírode nazýva biogeochemický cyklus.

Špeciálne vlastnosti

Niektoré zvláštnosti alebo vlastnosti, ktoré má každý z týchto chemických prvkov a ktoré odôvodňujú jeho štrukturálnu funkciu biomolekúl, sú uvedené nižšie.

Atóm uhlíka C

- Z dôvodu svojej tetravalencie môže C tvoriť 4 väzby so 4 rôznymi alebo rovnakými prvkami, čím vytvára veľké množstvo organických molekúl.

-Môže byť pripojený k iným atómom uhlíka, ktoré tvoria dlhé reťazce, ktoré môžu byť lineárne alebo rozvetvené.

-Môže tiež vytvárať cyklické alebo uzavreté molekuly.

-Môže vytvárať molekuly s jednoduchými, dvojitými alebo trojitými väzbami. Ak je v štruktúre popri C iba čistá H, potom hovoríme o uhľovodíkoch: alkány, alkény a alkíny.

- Spojením s O alebo N získava väzba polaritu, ktorá uľahčuje rozpustnosť molekúl, z ktorých pochádza.

- Kombináciou s inými atómami, ako sú O, H a N, vytvára rôzne rodiny organických molekúl. Okrem iných zlúčenín môže tvoriť aldehydy, ketóny, alkoholy, karboxylové kyseliny, amíny, étery, estery.

- Organické molekuly budú mať rôznu priestorovú konformáciu, ktorá bude súvisieť s funkčnosťou alebo biologickou aktivitou.

Atóm vodíka

- Má najnižšie atómové číslo všetkých chemických prvkov a kombinuje sa s O za vzniku vody.

- Tento atóm H je vo veľkej miere prítomný v uhlíkových kostrach, ktoré tvoria organické molekuly.

- Čím väčšie množstvo väzieb CH v biomolekulách, tým väčšia energia sa produkuje ich oxidáciou. Z tohto dôvodu oxidácia mastných kyselín vytvára viac energie ako energia produkovaná pri katabolizme uhľohydrátov.

Atóm kyslíka

Je to bioelement, ktorý spolu s H tvorí vodu. Kyslík je viac elektronegatívny ako vodík, čo mu umožňuje vytvárať dipóly v molekule vody.

Tieto dipóly uľahčujú vytváranie silných interakcií nazývaných vodíkové väzby. Slabé väzby, ako sú H mostíky, sú nevyhnutné pre molekulárnu rozpustnosť a pre zachovanie štruktúry biomolekúl.

Atóm dusíka

- Nachádza sa okrem iného v aminoskupine aminokyselín a vo variabilnej skupine niektorých aminokyselín, ako je histidín.

- Je nevyhnutný na tvorbu aminosacharidov, dusíkatých báz nukleotidov, koenzýmov, okrem iných organických molekúl.

Molekuly, ktoré tvoria CHON

voda

Zdroj: Pixabay

H a O sú spojené pomocou kovalentných väzieb tvoriacich vodu v pomere 2H a O. Pretože kyslík je viac elektronegatívny ako vodík, sú spojené a vytvárajú kovalentnú väzbu polárneho typu.

Tým, že má tento typ kovalentnej väzby, umožňuje mnohým látkam byť rozpustné tvorbou vodíkových väzieb s nimi. Voda je asi 70 až 80% súčasťou štruktúry organizmu alebo živej bytosti.

Voda je univerzálnym rozpúšťadlom, plní veľa funkcií v prírode a v živých bytostiach; má štrukturálne, metabolické a regulačné funkcie. Vo vodnom prostredí sa väčšina chemických reakcií živých bytostí vykonáva okrem iných funkcií.

Plyny

Zdroj: Pixabay

Spojením nepolárneho kovalentného typu, to znamená, bez rozdielu v elektronegativite, sa spoja rovnaké atómy, ako napríklad O. Takto sa vytvárajú atmosférické plyny, ako je dusík a molekulárny kyslík, ktoré sú nevyhnutné pre životné prostredie a živé bytosti.

biomolekúl

Zdroj: Max Pixel

Tieto bioelementy sa navzájom spájajú as ostatnými bioelementmi vytvárajú molekuly živých bytostí.

Sú spojené kovalentnými väzbami, čím vznikajú monomérne jednotky alebo jednoduché organické molekuly. Tieto sú zase spojené kovalentnými väzbami a tvoria komplexné organické molekuly alebo polyméry a supramolekuly.

Aminokyseliny teda tvoria proteíny a monosacharidy sú štruktúrnymi jednotkami uhľohydrátov alebo uhľohydrátov. Mastné kyseliny a glycerol tvoria zmydelniteľné lipidy a mononukleotidy tvoria nukleové kyseliny DNA a RNA.

Medzi supramolekuly patria napríklad glykolipidy, fosfolipidy, glykoproteíny, lipoproteíny.

Referencie

1. Carey F. (2006). Organická chémia. (6. vydanie). Mexiko, Mc Graw Hill.
2. Kurz Hrdina. (2018). 2 funkcia bioelementov primárnych bioelementov. Obnovené z: Coursehero.com
3. Cronodon. (SF). Bioelements. Získané z: cronodon.com
4. Životná osoba. (2018). Bioelementy: Klasifikácia (primárna a sekundárna). Obnovené z: lifepersona.com
5. Mathews, Holde a Ahern. (2002). Biochemistry (3. vydanie). Madrid: PEARSON