1.Органічні речовини живих організмів, їх різноманітність та значення в існуванні живих істот. Історія вивчення.

Мета роботи: ознайомити студентів з історією вивчення органічних речовин та їх різноманітністю.

Студенти повинні знати:

• елементний склад живих організмів;

• будову, властивості і функції органічних сполук;

• основні етапи розвитку біологічної науки.

Студенти повинні уміти:

• наводити приклади значення органічних речовин,

Обладнання й матеріали: підручник, портрети видатних хіміків

Базові поняття й терміни: органічні речовини

Під час вивчення матеріалу потрібно звернути увагу на такі моменти.

Біологічна хімія,або біохімія - наука про хімічний склад живих організмів і хімічні процеси, що забезпечують їх життєдіяльність. У сучасній біології це одна з найрозвинутіших наук, яка нараховує близько сотні дисциплін: загальну біохімію, що вивчає закономірності молекулярної будови й протікання хімічних ре акцій у живому; біохімію тварин, рослин, мікробів і вірусів, завданнями яких є ви явлення особливостей хімічного складу й реакцій, що відбуваються у

клітинах, тканинах і тілах саме цих груп живих організмів; медичну біохімію, яка займається питаннями біохімії людини, розробкою діагностики захворювань,

контролем за перебігом хвороби та інші. Актуальними в останні десятиліття стали дослідження з радіаційної біохімії, що вивчає вплив іонізуючого випромінювання на структуру і властивості сполук живих систем.

Прогрес у біохімічних дослідженнях тісно пов’язаний з досягненнями у суміжних науках: неорганічній, органічній, фізичній хіміях, фізіології, біофізиці, клітинній біології, генетиці, еволюційній біології. На стиках цих наук з біохімією отримують дуже цікаві результати, саме тут формуються сучасні наукові напрями, серед яких і молекулярна біологія - наука про будову, функції й пе -

ретворення біологічних макромолекул, зокрема білків і нуклеїнових кислот. Ця наука використовує підходи й методи біохімії, а вирішує, головним чином, генетичні завдання - з’ясування механізмів реалізації спадкової інформації. Роль молекулярної біології у пізнанні життя важко переоцінити, адже специфічність біологічній матерії надають саме нуклеїнові кислоти і білки, а тому, вивчаючи особливості будови й функціонування біологічних макромолекул, можна впритул наблизитись до розкриття таємниць життя. Саме з молекулярної біології бере початок один із найбільш перспективних біотехнологічних напрямів - генна інженерія, що ставить перед собою завдання створення генетично модифікованих організмів, у клітинах яких продукуються речовини, не властиві даному виду

організмів, але які на дають йому характеристики, корисні для людини.

Початок ХIХ ст. відзнаменувався відкриттям органічних сполук, які були виділені з природної сировини.

У такий спосіб було отримано гліцерин, молочну, лимонну, яблучну й щавлеву кислоти, із цукрового буряка - сахарозу, з жовчі - холестерин, а із фрук тових соків - глюкозу й фруктозу. У результаті було описано близько

80 сполук, які зустрічалися в живих організмах, за що й отримали красномовну назву - органічні речовини.

Вивченням органічних речовин займається органічна хімія. Назва «органічна хімія» походить з припущення що органічні сполуки можуть бути синтезовані тільки в живих організмах.

Термін “органічна хімія” вперше запровадив в 1806 році шведський хімік Берцеліус. Вважалось, що всі органічні речовини мають одну дуже важливу особливість думали, що вони утворюються тільки під дією особливої “життєвої сили ”,яка існує лише в живій природі: в організмі тварин і в рослинах. Ці уявлення переважали до початку ХІХ століття. Берцеліус - один із головних прибічників теорії життєвої сили - писав в 1815 році: “ Коли ми розглядаємо наш організм як машину, то які б знання про його будову ми не мали, як би глибоко не розуміли взаємодію речовин однієї з одною, причина більшості явищ в живому організмі залишається так глибоко прихована від нас, що ми, певно, не зможемо виявити її. Цю приховану причину ми називаємо “ життєвою силою ”.

Викликає інтерес ще одне трактування предмета органічної хімії: “ Органічна хімія може звести з розуму. Вона являє собою первозданний тропічний ліс, повний несподіванок, непролазні хащі без кінця та краю, куди страшно зайти ”, - писав Фрідріх Веллер. До слів цього хіміка слід поставитись з повною довірою, адже саме він завдав першого удару по глибоко невірній віталістичній теорії, синтезувавши в 1828 році в лабораторії продукт життєдіяльності живого організму - сечовину. Це було справжньою хімічною сенсацією того часу. В1845 році німецький хімік Кольбе синтезував із деревного вугілля, сірки, хлору та води оцтову кислоту. В 1851 році француз Бертло при температурі червоного розжарювання із етилового спирту та оцтової кислоти синтезував бензол, фенол, нафталін. Особливе значення для спростування віталізму мали роботи Бертло по синтезу основних компонентів тваринного жиру.

В 1860 році ним при нагріванні гліцерину з жирними кислотами були утворені тристеарин, трипальмітин, триолеїн. У 1961 році росіянин Олександр Михайлович Бутлеров синтезував, діючи вапняною водою на пара-формальдегід, цукристу речовину, названу ним метиленітаном. Стало ясно, що для утворення органічних речовин ніякої “ життєвої сили ” не потрібно, необхідні сили тільки хімічні та фізичні

Основні досягнення кінця ХІХ і ХХ ст. пов’язані з дослідженнями структури, функції й перетворень біологічних макромолекул - білків і нуклеїнових кислот. У 1868 р. швейцарський біохімік Ф. Мішер (1844–1895) відкриває нуклеїнові кислоти. Російський вчений О.Я. Данилевський (1838–1928) вивчає склад, будову і властивості багатьох білків, на основі чого розробляє основні положення поліпептидної теорії будови молекули білка, здійснює синтез поліпептиду. Значний внесок у розвиток біохімії зробив німецький вчений Е. Фішер (1852–1919). На основі численних дослідів він встановив, що білки складають ся з амінокислот, сполучених пептидним зв’язком. Згодом це стало одним із положень сформульо-ваної Фішером поліпептидної теорії білків.

Ці та багато інших вчених, перш за все лауреати Нобелівської премії Л. Полінг, Дж. Вотсон, Ф. Крік, Ф. Сенгер, а також наукові колективи, в яких вони працювали, внесли істотний вклад у вивчення структури нуклеїнових кислот і білків, відкриття їх просторової будови.

Органічними називають сполуки, в основі яких лежить ланцюг, який утворений ковалентнозв’язаними атомами Карбону і може мати різну просторову структуру.

Завдяки неймовірній різноманітності можливих варіантів карбонового скелета органічні сполуки теж є дуже різноманітними.

Різноманітність органічних сполук забезпечується також різними функціональними групами, що входять до їх складу. Саме функціональні групи надають органічним сполукам характерних особливостей, визначаючи їхній «характер».

Нині описано структуру понад 10 млн. органічних сполук, частину з них виділено з живих організмів, однак значно більшу кількість синтезовано в лабораторіях.

У чому ж полягають особливості будови органічних сполук?

• Основним типом хімічного зв’язку в молекулах органічних речовин є ковалентний зв’язок. Це найміцніший тип хімічного зв’язку. Він виникає внаслідок утворення спільних електронних пар атомів, що приводить до зв’язу- вання різних атомів в одну молекулу. При цьому пара електронів одночасно належить сусіднім атомам. Особливо міцні зв’язки утворюються між атомами Оксигену, Карбону, Гідрогену і Нітрогену, які становлять, як ви пам’ятаєте, 98% маси клітини. Річ у тім, що чим легші елементи, тим міцніші між ними ковалентні зв’язки, а згадані О, С, Н і N є найлегшими з хімічних елементів, здатних утворювати такий тип зв’язків. Найпростішою органічною сполукою є метан.

• Ланцюги зі зв’язаних ковалентними зв’язками атомів Карбону утворюють основу, «скелет» молекули.

Крім невід’ємних для всіх органічних сполук елементів Карбону і Гідрогену, в них майже завжди наявний Оксиген, рідше - Нітроген. Крім того, до складу органічних сполук можуть входити Фосфор і значно рідше - Сульфур, а до деяких складних органічних сполук - ще і йони металів (Fe²⁺, Cu²⁺, Mg²⁺). Іноді до складу органічних сполук входять залишки молекул неорганічних сполук, частіше за все - похідних ортофосфатної кислоти.