Определение молекулы
Молекула представляет собой два или более атомов, связанных вместе, чтобы сформировать единый химический объект. Каждый атом несет определенное количество электронов, которые вращаются вокруг ядра. Ядро состоит из протонов и нейтронов, разных чисел в разных элементах. Электроны, которые вращаются вокруг ядра, существуют в различных облаках или валентных оболочках. Эти оболочки предпочитают иметь определенное количество электронов, в зависимости от оболочки. Иногда один атом отдает электроны другому атому. Эти атомы одновременно изменяют электрический заряд и становятся ионами. Один будет положительным, а другой – отрицательным. Эти противоположные электрические эффекты притягивают друг друга и образуют ионные связи. Эти связи не образуют молекулы, и ионы могут быть легко разделены. Однако иногда атом делится электронами.
Когда два атома имеют общий электрон или несколько электронов, между ними образуется прочная связь, когда электрон проходит от одного ядра к другому и обратно. Эта электронная активность связывает два атома вместе. Молекулы могут образовывать одинарную связь, двойные связи, тройные связи и даже больше, в зависимости от того, сколько электронов они делят. Разделение электрона известно как Ковалентная связь и очень важен в биологии. Не только Ковалентная связь сильнее, чем ионные связи, но они хранят больше энергии. Организмы могут использовать это в своих интересах, накапливая энергию в химических связях. Это также означает, что ковалентные связи в пище должны быть разорваны, чтобы получить энергию. Вот почему наши тела имеют миллионы ферментов, бактерии, а также грибы которые функционируют вместе, чтобы разрушить множество ковалентных связей, присутствующих в нашей пище, и высвободить энергию.
Примеры Молекулы
Молекулы на основе углерода
Углерод, вероятно, самый важный элемент для всех живых организмов. Углерод обладает уникальной способностью образовывать 4 ковалентные связи, которые могут привести к образованию длинных цепочек молекул. Все органические молекулы содержат углерод, и способность манипулировать углеродными связями была, вероятно, очень ранним развитием в эволюции жизни. Все типы молекул, описанные ниже, содержат углерод с большим разнообразием других атомов, ковалентно связанных с углеродом. Углерод, когда он образует двойные связи с другими атомами углерода, может вращаться вокруг связи. Это может создать молекулы, которые являются гибкими, и различаются по форме. Большое разнообразие молекул углерода различной формы в биологическом мире создает уникальные взаимодействия.
Аденозинтрифосфат (АТФ)
Молекула, которая почти каждый организм использует аденозинтрифосфат или АТФ. Аденозин – это молекула из нескольких углеродных колец, представленная правой стороной молекулы ниже. Левая сторона представляет собой цепь фосфатных групп, которые представляют собой атомы фосфора, ковалентно связанные с атомами кислорода. Когда связи между этими фосфатными группами разрываются, энергия высвобождается. Обычно АТФ функционирует как коэнзим, передавая энергию от связи ферменту, который может использовать энергию для ускорения химической реакции. Две молекулы присутствуют после разрыва, свободно плавающие фосфатная группа и аденозиндифосфат или ADP. Через процессы гликолиза (расщепление глюкозы) и дыхания (использование кислорода для дальнейшего расщепления глюкозы) вырабатывается АТФ, который затем может использоваться для получения энергии в других клеточных процессах.
Типы Биологических Молекул
Молекула может иметь совсем другие свойства, чем атомы, из которых она состоит. Например, сахар представляет собой комбинацию углерода, кислорода и водорода. Углерод, как вы видели в конце пожара, представляет собой серо-пыльное вещество. Кислород и водород – оба газа. Каким-то образом, в сочетании с ковалентными связями, углеродные нити с кислородом и водородом становятся сладким и богатым энергией питательным веществом, на которое многие животные полагаются для выживания. В биологии есть много молекул, которые производят животные, но они бывают только нескольких типов.
Белки
Одним из наиболее важных типов молекул, продуцируемых клетками, является белок. Молекула белка представляет собой полимер. Это означает, что он был образован из множества более мелких молекул, известных как мономеры. Эти молекулы называются аминокислоты, ДНК каждого организма кодирует определенные последовательности аминокислот. Подходящие аминокислоты связаны вместе, и сложные взаимодействия между аминокислотами заставляют их складываться. Эти складки приводят к более сложным структурам. Структура белка позволяет ему функционировать по-разному.
Клетки используют белковые молекулы в широком спектре задач. Их можно использовать в качестве ферментов для катализа специфических реакций. Они могут образовывать антитела как часть иммунной защиты организма. Некоторые белки просто хранят аминокислоты для последующего использования. Есть белки, встроенные в клетка мембраны, которые позволяют ионам и другим молекулам проходить через мембраны. На нервных клетках белки используются для получения сигналов, посылаемых другими нервами, таким образом, передавая сигнал. В мускул клетки, белки несут ответственность за сокращение мышц. Еще другие белки используются просто как структурная поддержка. Список функций, для которых клетки используют белковые молекулы, огромен.
Липиды
Другим важным классом молекулы является класс липидов. Липиды – это молекулы, которые плохо смешиваются с водой. гидрофобный, Часто связи в молекулах липида не создают зарядов, а являются неполярными. Эти неполярные молекулы не любят смешиваться с водой, очень полярная молекула, Липиды также являются полимерами и созданы из двух меньших молекул, глицерин и жирная кислота. Эти молекулы липидов накапливают много энергии и часто используются в жировых клетках для хранения энергии для организма. Иногда гидрофильный или любящий воду фосфат глава прикрепляется к молекулам липидов. Это создает фосфолипид, Многие фосфолипиды могут быть соединены для создания клеточных мембран. Иногда липиды могут стать стероидами или химическими веществами, которые заставляют клетки реагировать по-разному. Один из них, холестерин, может влиять на жесткость клеточных мембран, что, в свою очередь, может влиять на жесткость артерий и вен. Это одна из причин, почему врачи рекомендуют снизить уровень холестерина, чтобы ткани могли иметь правильную текстуру.
углеводы
В то время как белки и липиды обеспечивают структуру, поддержку и функции ферментов, углеводы в основном отвечают за энергию. Большинство животных перерабатывают какой-то сахар, чтобы их клетки функционировали. Растения часто хранят эти сахара в виде более сложных углеводов, таких как крахмалы. Отдельные сахара известны как моносахариды, в то время как несколько связанных сахаров называются полисахаридами. Растения иногда используют эти молекулы углеводов для других функций, таких как структура. Основным структурным углеводным растением является целлюлоза, которую они используют для создания клеточных стенок вокруг своих клеток. Оказывая давление на заполненный водой вакуоль внутри клетки молекулы целлюлозы сдвигаются и становятся жесткими.
Как молекула энергии, растения создают глюкозу через фотосинтез, Используя энергию света, растения могут накапливать энергию в связях глюкозы. Хотя глюкоза является легкой молекулой для получения энергии, ее не удобно хранить. Вместо этого растения объединяют молекулы глюкозы вместе, образуя более крупные полисахариды, которые можно складывать и хранить в специализированных клетках для дальнейшего использования. Животные хорошо знают об этом факте, и травоядные могут выживать только на глюкозе и других углеводах, присутствующих в растение матер. Фактически, даже люди могут процветать на травоядной диете, потому что у растений есть все углеводы и белок, в которых человек нуждается.
Нуклеиновые кислоты
Самая важная молекула жизни, ДНК, состоит из переплетенных нитей нуклеиновых кислот. Нуклеиновые кислоты – это молекулы, которые сами по себе ничего не значат, но при соединении в серию содержат информацию. Информация, которую они несут, может быть «прочитана» определенными белками, которые работают вместе, чтобы преобразовать кодоны ДНК в цепочки аминокислот, которые превращаются в функциональные белки. Этот процесс создания белков из информации, содержащейся в молекулах, известен как биосинтез и является основой всей жизни. Организмы могут копировать свои информационные молекулы и передавать их генетика на их потомстве. Начало жизни, вероятно, началось только с одной или двух из этих самовоспроизводящихся молекул, и за миллиарды лет расширилось (и сократилось) в разнообразие, которое мы видим сегодня.
- Валентной оболочки – электронная оболочка атомов, взаимодействующая с другими атомами.
- Ковалентная связь – Связь между атомами, в которой электроны являются общими.
- Ионная связь – Связь между атомами, вызванная электрическим притяжением между атомами.
- Атом – единая единица элемента или ядро из протонов и нейтронов, окруженное электронами.
викторина
1. Что из следующего НЕ является молекулой?A. H2OB. Cl-C. O2
Ответ на вопрос № 1
В верно. Cl– является примером иона или заряженного атома. Поскольку есть только один атом, это не молекула. O2 состоит из 2 атомов кислорода, соединенных вместе, образуя молекулу кислорода.
2. Поваренная соль состоит из двух ионов Na + и Cl–, которые существуют в матрице. Ионы не связываются вместе, но притягиваются друг к другу и образуют поваренную соль или NaCl. Является ли NaCl молекулой?A. даB. нетC. Только когда в матрице
Ответ на вопрос № 2
В верно. Только ковалентно связанные атомы могут образовывать молекулы. Даже в матрице ионных связей, которая существует в соли, между ионами существует только слабая связь, и они легко могут быть растворены растворитель,
3. Полимеры – это мономеры, связанные вместе. Мономеры являются примером чего?A. МолекулыB. атомыC. Ядра
Ответ на вопрос № 3
верно. И мономеры, и полимеры считаются молекулами, потому что они состоят из атомов, связанных вместе. Полимеры обычно считаются макромолекулами, потому что они очень большие.