Biokemi og grundstofferne CHNOPS
Indholdsfortegnelse
8.1 Biokemi og molekylebindinger
Biokemi er den kemi, der beskæftiger sig med de kemiske forbindelser og processer, der forekommer i levende organismer – levende organismer som for eksempel planter, dyr og bakterier.
De mest almindelige grundstoffer i biokemien er C,H,N,O,P,S (kulstof, hydrogen, nitrogen, oxygen, phosphor og svovl ).
En forståelse for, hvorfor netop disse atomer er så vigtige, kræver kendskab til det periodiske system.
Atomerne CHNOPS er alle ikke-metaller. Ikke-metallerne danner molekylebindinger bindinger (også kaldet kovalente bindinger), hvilket betyder, at grundstofferne er fælles om elektroner. Det sker, fordi alle atomer gerne vil opfylde en 8-regel (oktet-regel), som betyder, at yderste skal fyldes.
Det ses af det periodiske system, at C står i 4. hovedgruppe, hvilket betyder, at C har 4 elektroner i yderste skal, men det betyder også, at C mangler 2 elektroner for at opfylde 8-reglen. C er altså meget villig til at binde sig med 4 andre atomer eller molekyler.
N står i 5. hovedgruppe og mangler altså 3 elektroner, mens O i 6. hovedgruppe mangler 2 elektroner for at opfylde 8-reglen.
Lidt speciel er H, da hydrogen kun søger 2 elektroner i yderste skal, og da hydrogen står i 1. hovedgruppe, mangler H én enkelt elektron.
Resultatet kan ses ved følgende eksempel. Nedenstående molekyle er et udsnit af DNA – det er basen Guanin. En streg symboliserer en binding, hvor de to molekyler deler et elektronpar. Hvis der er to streger, så deler de to atomer to elektronpar – altså 4 elektroner.
Det ses, hvordan der fra C udgår 4 bindinger, fra N udgår 3 bindinger, fra O udgår to bindinger, og fra H udgår én binding. På denne måde får alle atomerne, der indgår i molekylet, 8-reglen opfyldt.
Aktivitet: Byg molekyler
I skal bruge et molekylebyggesæt. Læg mærke til, at de sorte kugler, der skal forestille kulstof, har 4 huller, de hvide, hydrogen, har 1 hul og de røde, oxygen, har 2 huller.
Prøv at bygge følgende molekyler.
Tag billeder af jeres molekyler, når I er færdige, og diskutér, hvorfor de forskellige kugler har et forskelligt antal huller.
8.2 Vigtigheden af CHNOPS
Lad os i det følgende se på, hvorfor netop disse atomer er vigtige for levende organismer.
C
Alt liv er baseret på kulstof, og alle organiske stoffer indeholder kulstof.
Kulstof har 4 elektroner i yderste skal og danner komplekse organiske molekyler med H, N, O, P og S. Kulstof er grundstenen i opbygningen af kulhudrater, proteiner, DNA og fedtstoffer.
Teoretisk vil Silicium, der også står i 4. hovedgruppe i det periodiske system, minde om kulstof, så man kunne godt forestille sig liv på andre planeter, hvor livet var baseret på Silicium i stedet for kulstof.
Kulstof indgår i energiens cyklus, hvor uorganisk kuldioxid CO2 bliver til det organiske stof glucose C6H12O6 i plantes fotosyntese.
H & O
Hydrogen og oxygen udgør tilsammen vand, H2O. Alene dét gør H og O uundværlige, idet vand bruges til at transportere stoffer – vores blod består blandt andet af vand.
Oxygen O2 indgår også i fotosyntesen og respiration.
N
Nitrogen indgår blandt andet i aminosyrer, som danner proteiner, og nitrogen indgår også i baseparrene i DNA.
P
Phosphor indgår i cellemembranen, der består af phospholipider. I phospholipider er der en phosphatdel, der udgør det yderste og inderste polære vandskyende lag i cellemembranen.
Phosphat indgår også i dobbeltspiralen, som udgør DNA, og phosphat har en vigtig rolle at spille i forbindelse med dannelse af energi, ATP, Adenosin-Tri-Phosphat.
S
Svovl indgår i to af de 20 aminosyrer, vi har brug for til at lave proteiner. Svovl har stor betydning for foldningen og stabiliteten af proteiner, da to svovlatomer kan danne en såkaldt svovlbro S-S.
DNA betyder deoxyribonukleinsyre. DNA er opbygget af grundstofferne, H hydrogen, O oxygen, N nitrogen , C carbon og P phosphor.
8.3 Funktionelle grupper
Når man har større organiske molekyler, kan de inddeles efter, hvilke grupper molekylet indeholder. Det fortæller nemlig meget om, hvordan molekylet fungerer, fordi de hver især har nogle kemiske egenskaber.
En funktionel gruppe er den del af et organisk molekyle, der bestemmer, hvordan det reagerer rent kemisk, og der kan godt være flere funktionelle grupper på et molekyle.
Nedenfor ses bare tre funktionelle grupper, men der findes mange flere.
Hydrofob betyder vandskyende. Hydrofil betyder vandelskende.
Nedenfor ses de to aminosyrer glycin og alanin. Bemærk, at man ikke behøver at skrive C for alle kulstof atomerne. I hver af aminosyrerne nedenfor indgår to C, hvorpå de øvrige er bundet ved hjælp af molekylebindinger.
På begge molekyler ses en amino gruppe NH2 og en caboxylsyregruppe -COOH.
Friedrich Wöhler
Friedrich Wöler
Organisk kemi er kemi, hvor der indgår kulstof. Betegnelsen ”organisk kemi” kommer fra tidligere tider, hvor man troede, at der var en forskel på den kemi, der foregik i levende organismer, og den kemi, der var udenfor levende organismer (uorganisk kemi).
Friedrich Wöhler, 1800-1882, viste, at der ikke skulle en speciel livskraft til at fremstille organiske forbindelser.
I 1828 udgav Friedrich Wöhler en afhandling om fremstilling af et organisk stof urinstof ud fra uorganiske forbidelser. Han var derved den første, der viste, at der ikke var en særlig egenskab ved en organiske kemi.
Urinstof dannes i leveren og udskilles gennem nyrerne. Det lykkedes ham at fremstille det kunstigt i 1928.
