Напили функции химических веществ имический состав организмов. Живые организмы, как и объекты нежи- Хти те най полет но сти ко коки земенов которих природе насчитывается около ста. Однако как по структуре химических соединений, входящих в их состав, так и по набору и содержанию химических элементов между неживыми и живыми системами имеются существенные раз-личия. В живых системах в значительных количествах встречаются кислород, углерод, водород и азот (в сумме около 96 %). Вместе с ещё восьмью химиче-скими элементами, содержание которых в живых организмах превышает 0,01 %, их называют макроэлементами (табл. 1). Всего в живых организмах найдено более 80 химических элементов, однако содержание большинства из них крайне мал (их называют микроэлементами). Тем не менее они крайне необходимы для жизнедеятельности организмов - например, такой микроэлемент, как кобальт, входит в состав важнейшего для организма витамина В/2. При недостаточном содержании или отсутствии микро-элементов могут возникнуть серьёзные заболевания. Так, недостаток иода приводит к болезням щитовидной железы (эндемический зоб), недостаток фтора - к нарушениям развития эмали зубов. Атомы и молекулы. Из школьных курсов физики и химии вам уже известны основные положения атомно-молекулярного учения, согласно которому почти все встречающиеся в природе вещества состоят из молекул (впрочем, есть вешества, состоящие непосредственно из атомов). А вот молекулы, в свою очередь, состоят из атомов различных химических элементов. Атом (от греч. атомос — неделимый, неразрезаемый) — частица вещества микро-скопических размеров и массы, наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств. Разумеется, с момента появления атомно-молекулярного учения современные представления о структуре атома и его неделимости значительно расши-рились, но нам в процессе характеристики молекулярного уровня организации живого важно знать, что атом состоит из атомного ядра и электронов, образую-ших вокруг него электронное облако. Структура атомов некоторых химических элементов схематически представлена на рисунке (рис. 14). Образование молекул различных веществ обеспечивается возникновением химической связи между входящими в их состав атомами. Эти связи возникают вследствие объединения электронных оболочек атомов, которые образуют молекулу (рис. 15). Как видно из рисунка, особенности образующейся химической связи и собственно строение самой молекулы зависят от количества неспаренных электронов на внешних электронных оболочках образующих её атомов, которые называют валентными. Химическую связь, образующуюся в молекулах между атомами за счёт объединения валентных электронов, называют ковалентной связью. Путём образования ковалентных связей атомы стремятся заполнить свои внешние валентные оболочки. При этом атомы одних химических элементов (например, водорода и металлов) чаще выступают в качестве доноров электро-нов, «отдавая» их атомам других элементов. В то же время атомы других элементов (например, кислорода и галогенов) являются акцепторами электронов, стремясь «отобрать» их у соседей. Если объединяется одна пара электронов, связь называется одинарной, если две - двойной и т. д. Такие связи весьма прочные, поэтому молекулы большинства веществ достаточно стабильны. Неорганические и органические вещества. Значительная часть соединений, входя-щих в состав клетки, встречается только в живой природе. Почти все подобные молекулы, за небольшим исключением, относятся к соединениям углерода, которые называют органическими веществами. Кроме того, в клетках в значительных количествах представлены и неорганические вещества: вода и некоторые соли, которые нужны для осуществления функций живых организмов. Очень важным свойством атома углерода является его способность образовывать связи сразу с четырьмя другими такими же атомами. Благодаря этой способности атомы углерода могут образовывать каркасы огромного количества разнообразных биологических молекул, которые называют углеродными скелетами (рис. 16). Большинство органических веществ состоит из небольшого количества эле-ментов: в них, помимо углерода, входит водород, а многие содержат ещё кислород и азот. Для заполнения внешней орбиты углероду недостаёт четырёх элек-тронов, поэтому он может образовать четыре общие электронные пары (т. е. четыре связи). Азоту для заполнения валентной оболочки недостаёт трёх элек-тронов, кислороду — двух, а водороду - одного. Кроме того, углерод, азот и кислород способны также образовывать двойные связи (а углерод и азот - ещё и тройные). Это значительно увеличива-ет разнообразие органических веществ и придаёт им новые свойства. В состав многих органических соединений входят также сера и фосфор. Многообразие органических веществ. Органические вещества - это сложные углеродсодержащие соединения, имею-шие крайне разнообразную структуру и свойства. Они могут быть как низко-, так и высокомолекулярными (так назы-нают вещества, состоящие из громадно-го количества повторяющихся элементарных звеньв и характеризующиеся большой молекулярной массой, а низ-комолекулярные вещества, напротив, имеют небольшой молекулярный вес), линейными или циклическими, гидро-фильными или гидрофобными (см. § 6). Их общее количество во много раз превосходит таковое всех известных неор-ганических веществ (рис. 17). На этих свойствах основана классификация органических веществ, хотя в ряде случаев данный принцип строго не соблюдается. Например, в группу витаминов входят соединения, имеющие различную структуру и химические свойства, однако все они обладают высокой биологической активностью и необходимы животным и человеку в микроколичествах. А общим свойством липидов является их плохая растворимость в воде, хотя разные группы этих веществ могут сильно различаться по своей структуре. Биополимеры. В состав живых организмов входят не только низкомолекулярные органические вещества (аминокислоты, сахара, органические кислоты, нукле-отиды, липиды и т. д.), но и высокомолекулярные, к которым относятся раз-личные биологические полимеры (биополимеры) (рис. 18). Полимеры - это молекулы, состоящие из большого количества повторяющихся единиц (мономеров), соединённых друг с другом ковалентными связями и образующих длинные неразветвлённые или разветвлённые цепи. Все подобные молекулы разделяют на гомополимеры, которые состоят из одинаковых мономеров (так, полисахариды крахмал, гликоген и целлюлоза состоят из молекул глюкозы), и гетерополимеры, которые построены из нескольких различающихся структурных блоков (так, в построении белков участвуют 20 разных аминокислот, а нуклеиновые кислоты состоят из 4 типов нуклео-тидов). Гетерополимеры могут быть регулярными и нерегулярными. Например, белки и нуклеиновые кислоты — это нерегулярные гетерополимеры, поскольку последовательности аминокислот в разных белках или нуклеотидов в ДНК и РНК уникальны и не имеют строгой периодичности, а вот перечисленные среди гомополимеров полисахариды (см. выше) являются типичными регулярными.