1.1.2. Вуглець.

Звичайно для виникнення і існування життя однієї води недостатньо. Вся сукупність метаболічних процесів в живих організмах припускає безліч різноманітних перетворень хімічних сполук. Тому біологічні молекули повинні мати властивість швидкої перебудови, розпаду та синтезу. Найбільше відповідають цим вимогам молекули, побудовані на основі вуглецю. Властивості цього хімічного елемента обумовлені здатністю утворювати чотири ковалентних зв’язки (рис.4). Крім того атоми вуглецю здатні об’єднуватися в довгі ланцюги і часто з додатковими бічними ланцюгами. В інших випадках ланцюги з’єднуються в так звані кільцеві структури. Такі ланцюги та кільця складають основу органічних молекул. Слід зауважити, що раніше вважали, що органічні молекули притаманні лише живим організмам, тому вони і отримали назву органічних речовин. З неорганічних речовин відомий, наприклад, диоксид вуглецю – СО₂. Цілий ряд інших неорганічних речовин також присутні в живому – вода, хлористий натрій тощо. В умовах виникнення та еволюції життя на нашій планеті лише вуглець був здатний утворювати різноманітні стійкі сполуки, що відповідали необхідним вимогам.

Рис.4. Важлива для живих організмів властивість вуглецю – здатність утворювати прості, розгалужені та циклічні (замкнуті) ланцюги.

Прості ланцюги вуглецю, у кількості близько 30-ти атомів, приєднуючи атоми різних хімічних елементів, утворюють так звані малі органічні молекули клітини. Їх молекулярна маса від 100 до 1000. Крім того, такі прості комбінації атомів, як метильні групи ( СН₃), гідроксильні ( ОН), карбоксильні ( СООН), аміногрупи ( NH₂) можуть включатися в біологічні молекули і багато разів комбінуватися та повторюватися в них. Кожна з цих груп має певні хімічні і фізичні властивості, які визначають властивості молекул, до складу яких вони входять. Як вже мова йшла вище, малі органічні молекули утворюють, в основному, чотири типи молекул: прості цукри, жирні кислоти, амінокислоти та нуклеотиди. Саме на ці сполуки припадає більша частина маси клітини.

Малі органічні молекули здатні з’єднуватися, утворюючи більш крупні молекули – так звані полімери або макромолекули. Якщо порівнювати цей процес з будівництвом, то малі органічні молекули – це своєрідні будівельні блоки, які носять назву мономерів. Організм будує свої полімери з мономерів. Цей процес оборотний, тобто полімери можуть руйнуватись до мономерів. Яскравим прикладом цього може слугувати травлення. Тут із складних полімерів їжі (білки, вуглеводи) під дією травних ферментів утворюються відповідні мономери – амінокислоти та глюкоза. Ці мономери транспортуються в клітини, де з них знову синтезуються білки та вуглеводи, але властиві саме даному організму. Такі ж самі процеси протікають і безпосередньо в клітині. Старі відпрацьовані структури руйнуються, а потім знов використовуються в будівних процесах.

В усіх живих організмах розрізнюють чотири класи органічних сполук: вуглеводи, жири, білки та нуклеїнові кислоти. Розглянемо послідовно їх будову та функції.