Orgaaniline aine on süsinikku sisaldav keemiline ühend. Ainsad erandid on süsihape, karbiidid, karbonaadid, tsüaniidid ja süsinikoksiidid.
Ajalugu
Mõte "orgaanilised ained" ise ilmus teadlaste igapäevaellu keemia varajases arengujärgus. Sel ajal domineerisid vitalistlikud maailmavaated. See oli Aristotelese ja Pliniuse traditsioonide jätk. Sel perioodil tegelesid asjatundjad maailma jagamisega elavateks ja elututeks. Samal ajal jagunesid kõik ained eranditult selgelt mineraalseteks ja orgaanilisteks. Usuti, et "elusate" ainete ühendite sünteesiks on vaja erilist "tugevust". See on omane kõigile elusolenditele ja orgaanilised elemendid ei saa ilma selleta tekkida.
See moodsa teaduse jaoks naeruväärne väide domineeris väga pikka aega, kuni 1828. aastal Friedrich Wöhler selle eksperimentaalselt ümber lükkas. Ta suutis saada orgaanilist uureat anorgaanilisest ammooniumtsüanaadist. See lükkas keemia edasi. Ainete jagunemine orgaanilisteks ja anorgaanilisteks on aga praegusel ajal säilinud. See on klassifikatsiooni aluseks. Tuntud on peaaegu 27 miljonit orgaanilist ühendit.
Miks on nii palju orgaanilisi ühendeid?
Orgaaniline aine on mõne erandiga süsinikuühend. Tegelikult on see väga uudishimulik element. Süsinik on võimeline moodustama oma aatomitest ahelaid. On väga oluline, et nendevaheline ühendus oleks stabiilne.
Lisaks on orgaanilistes ainetes sisalduval süsinikul valentsus – IV. Sellest järeldub, et see element on võimeline moodustama sidemeid teiste ainetega mitte ainult ühekordselt, vaid ka kahe- ja kolmekordselt. Kui nende paljusus suureneb, muutub aatomite ahel lühemaks. Samal ajal ühenduse stabiilsus ainult suureneb.
Süsinikul on ka võime moodustada tasaseid, lineaarseid ja kolmemõõtmelisi struktuure. Seetõttu on looduses nii palju erinevaid orgaanilisi aineid.
Kompositsioon
Nagu eespool mainitud, on orgaaniline aine süsinikuühendid. Ja see on väga oluline. Orgaanilised ühendid tekivad siis, kui need on seotud peaaegu iga perioodilisuse tabeli elemendiga. Looduses sisaldab nende koostis (lisaks süsinikule) enamasti hapnikku, vesinikku, väävlit, lämmastikku ja fosforit. Ülejäänud elemendid on palju haruldasemad.
Atribuudid
Niisiis, orgaaniline aine on süsinikuühend. Siiski on mitmeid olulisi kriteeriume, millele see peab vastama. Kõigil orgaanilise päritoluga ainetel on ühised omadused:
1. Aatomite vahel eksisteerivsidemete erinev tüpoloogia viib paratamatult isomeeride ilmumiseni. Esiteks tekivad need süsiniku molekulide koosmõjul. Isomeerid on erinevad ained, millel on sama molekulmass ja koostis, kuid erinevad keemilised ja füüsikalised omadused. Seda nähtust nimetatakse isomeeriaks.
2. Teiseks kriteeriumiks on homoloogia fenomen. Need on orgaaniliste ühendite sarjad, milles naaberainete valem erineb eelmistest ühe rühma võrra CH2. Seda olulist omadust kasutatakse materjaliteaduses.
Millised on orgaaniliste ainete klassid?
Orgaanilisi ühendeid on mitut klassi. Nad on kõigile teada. Need on valgud, lipiidid ja süsivesikud. Neid rühmi võib nimetada bioloogilisteks polümeerideks. Nad osalevad ainevahetuses mis tahes organismis rakutasandil. Sellesse rühma kuuluvad ka nukleiinhapped. Seega võime öelda, et orgaaniline aine on see, mida me iga päev sööme, millest me koosneme.
Valgud
Valgud koosnevad struktuursetest komponentidest – aminohapetest. Need on nende monomeerid. Valke nimetatakse ka valkudeks. Tuntakse umbes 200 tüüpi aminohappeid. Neid kõiki leidub elusorganismides. Kuid ainult kakskümmend neist on valkude komponendid. Neid nimetatakse põhilisteks. Kuid kirjandusest võib leida ka vähempopulaarseid termineid – proteinogeensed ja valke moodustavad aminohapped. Selle orgaanilise aine klassi valem sisaldab amiini (-NH2) ja karboksüüli (-COOH) komponente. Need on üksteisega ühendatud samade süsiniksidemetega.
Valgufunktsioonid
Valgud taimede ja loomade kehas täidavad paljusid olulisi funktsioone. Kuid peamine on struktuurne. Valgud on rakumembraani põhikomponendid ja rakkude organellide maatriks. Meie kehas koosnevad kõik arterite, veenide ja kapillaaride seinad, kõõlused ja kõhred, küüned ja juuksed peamiselt erinevatest valkudest.
Järgmine funktsioon on ensümaatiline. Valgud toimivad ensüümidena. Nad katalüüsivad keemilisi reaktsioone kehas. Nad vastutavad toitainete lagunemise eest seedetraktis. Taimedes fikseerivad ensüümid fotosünteesi käigus süsiniku asendi.
Teatud tüüpi valgud kannavad kehas erinevaid aineid, näiteks hapnikku. Nendega on võimeline liituma ka orgaaniline aine. Nii toimib transpordifunktsioon. Valgud kannavad veresoonte kaudu metalliioone, rasvhappeid, hormoone ja loomulikult süsihappegaasi ja hemoglobiini. Transport toimub ka rakkudevahelisel tasandil.
Valguühendid – immunoglobuliinid – vastutavad kaitsefunktsiooni eest. Need on vere antikehad. Näiteks trombiin ja fibrinogeen osalevad aktiivselt hüübimisprotsessis. Seega hoiavad need ära suurema verekaotuse.
Valgud vastutavad ka kontraktiilse funktsiooni täitmise eest. Tulenev alt asjaolust, et müosiini ja aktiini protofibrillid teevad üksteise suhtes pidev alt libisevaid liigutusi, tõmbuvad lihaskiud kokku. Kuid isegi üherakulistes organismides sarnasedprotsessid. Bakterite viburite liikumine on otseselt seotud ka valgulise iseloomuga mikrotuubulite libisemisega.
Orgaanilise aine oksüdeerumisel vabaneb suur hulk energiat. Kuid reeglina tarbitakse valke energiavajaduseks väga harva. See juhtub siis, kui kõik varud on ammendatud. Selleks sobivad kõige paremini lipiidid ja süsivesikud. Seetõttu võivad valgud täita energiafunktsiooni, kuid ainult teatud tingimustel.
Lipiidid
Rasvalaadne ühend on samuti orgaaniline aine. Lipiidid kuuluvad kõige lihtsamate bioloogiliste molekulide hulka. Need on vees lahustumatud, kuid lagunevad mittepolaarsetes lahustes, nagu bensiin, eeter ja kloroform. Nad on osa kõigist elusrakkudest. Keemiliselt on lipiidid alkoholide ja karboksüülhapete estrid. Kõige kuulsamad neist on rasvad. Loomade ja taimede kehas täidavad need ained mitmeid olulisi funktsioone. Paljusid lipiide kasutatakse meditsiinis ja tööstuses.
Lipiidide funktsioonid
Need orgaanilised kemikaalid koos rakkude valkudega moodustavad bioloogilisi membraane. Kuid nende peamine ülesanne on energia. Kui rasvamolekulid oksüdeeritakse, vabaneb tohutul hulgal energiat. See osaleb rakkudes ATP moodustumisel. Lipiidide näol võib organismis koguneda märkimisväärne hulk energiavarusid. Mõnikord on neid isegi rohkem kui normaalse elu elluviimiseks vaja. Patoloogiliste muutustega "rasva" rakkude ainevahetuses muutub see rohkemaks. Kuigiaus alt öeldes tuleb märkida, et sellised ülemäärased varud on lihts alt vajalikud loomade ja taimede talveunestamiseks. Paljud inimesed usuvad, et külmal perioodil toituvad puud ja põõsad mullast. Tegelikkuses kasutavad nad suve jooksul valmistatud õlide ja rasvade varusid.
Inimese ja looma kehas võivad rasvad täita ka kaitsefunktsiooni. Need ladestuvad nahaalusesse koesse ja elundite, näiteks neerude ja soolte, ümber. Seega on need hea kaitse mehaaniliste kahjustuste, st põrutuste eest.
Lisaks on rasvadel madal soojusjuhtivus, mis aitab sooja hoida. See on väga oluline, eriti külmas kliimas. Mereloomadel aitab heale ujuvusele kaasa ka nahaalune rasvakiht. Kuid lindudel täidavad lipiidid ka vetthülgavaid ja määrivaid funktsioone. Vaha katab nende suled ja muudab need elastsemaks. Mõne taimeliigi lehtedel on sama kate.
Süsivesikud
Orgaaniline valem C (H2O)m näitab, kas ühend kuulub klassi süsivesikuid. Nende molekulide nimi viitab asjaolule, et need sisaldavad hapnikku ja vesinikku samas koguses kui vesi. Lisaks nendele keemilistele elementidele võivad ühendid sisaldada näiteks lämmastikku.
Süsivesikud rakus on orgaaniliste ühendite põhirühm. Need on fotosünteesiprotsessi peamised tooted. Need on ka sünteesi algproduktid muude taimede taimedesained nagu alkoholid, orgaanilised happed ja aminohapped. Süsivesikud on ka osa loomade ja seente rakkudest. Neid leidub ka bakterite ja algloomade põhikomponentide hulgas. Loomarakus on neid 1–2% ja taimerakus võib nende arv ulatuda 90% -ni.
Tänapäeval on ainult kolm süsivesikute rühma:
- lihtsuhkrud (monosahhariidid);
- oligosahhariidid, mis koosnevad mitmest järjestikku ühendatud lihtsuhkru molekulist;
- polüsahhariidid, need sisaldavad rohkem kui 10 molekuli monosahhariide ja nende derivaate.
Süsivesikute funktsioonid
Kõik orgaanilised ained rakus täidavad teatud funktsioone. Näiteks glükoos on peamine energiaallikas. See laguneb kõigi elusorganismide rakkudes. See juhtub rakulise hingamise ajal. Glükogeen ja tärklis on peamised energiaallikad, millest esimene on loomadel ja teine taimedel.
Süsivesikud täidavad ka struktuurset funktsiooni. Tselluloos on taime rakuseina põhikomponent. Ja lülijalgsetes täidab kitiin sama funktsiooni. Seda leidub ka kõrgemate seente rakkudes. Kui võtame näitena oligosahhariidid, siis on need osa tsütoplasmaatilisest membraanist - glükolipiidide ja glükoproteiinide kujul. Samuti tuvastatakse rakkudes sageli glükokalüks. Pentoosid osalevad nukleiinhapete sünteesis. Sel juhul sisaldub desoksüriboos DNA-s ja riboos RNA-s. Neid komponente leidub ka koensüümides, näiteks FAD-s,NADP ja NAD.
Süsivesikud on samuti võimelised kehas kaitsvat funktsiooni täitma. Loomadel takistab aine hepariin aktiivselt vere kiiret hüübimist. See moodustub koekahjustuse ajal ja blokeerib verehüüvete moodustumist veresoontes. Hepariini leidub suurtes kogustes nuumrakkudes graanulites.
Nukleiinhapped
Valgud, süsivesikud ja lipiidid ei ole kõik teadaolevad orgaaniliste ainete klassid. Keemia hõlmab ka nukleiinhappeid. Need on fosforit sisaldavad biopolümeerid. Nad, olles kõigi elusolendite rakutuumas ja tsütoplasmas, tagavad geneetiliste andmete edastamise ja säilitamise. Need ained avastati tänu biokeemikule F. Miescherile, kes uuris lõhe spermatosoide. See oli "juhuslik" avastus. Veidi hiljem leiti RNA-d ja DNA-d ka kõigist taime- ja loomaorganismidest. Nukleiinhappeid on eraldatud ka seente ja bakterite, aga ka viiruste rakkudes.
Kokku leidub looduses kahte tüüpi nukleiinhappeid – ribonukleiinhappeid (RNA) ja desoksüribonukleiinhappeid (DNA). Erinevus on pealkirjast selge. DNA sisaldab desoksüriboosi, viie süsinikuga suhkrut. Ja riboosi leidub RNA molekulis.
Nukleiinhappeid uuritakse orgaanilise keemia abil. Uurimisteemasid dikteerib ka meditsiin. DNA-koodides on peidus palju geneetilisi haigusi, mida teadlased pole veel avastanud.
