Значение углерода в жизни. Биологические молекулы.
Иногда говорят, что основу жизни на нашей планете составляет углерод. Этот элемент обнаружен во всех органических молекулах. Понятие «органический» в смысле «живой» употреблялось первоначально потому, что в то время только живым существам приписывалась способность образовывать органические соединения.
Убеждение это опроверг немецкий химик Велер, синтезировавший в 1828 г. органическое вещество мочевину из неорганических исходных веществ. Это вынудило ученых признать, что для синтеза химических компонентов живого не требуется никакой магии, никакой особой «жизненной силы».
Теоретически в наше время мы готовы к тому, чтобы синтезировать из неорганических исходных веществ даже ДНК, т. е. генетический материал, а значит, готовы уже «создать» жизнь.
Но почему столь важен именно углерод? Углерод образует с другими элементами прочные ковалентные связи, т. е. обобществляет с ними электроны. Он образует четыре ковалентные связи; его валентность, следовательно, равна 4. Простой пример такого обобществления электронов — метан, имеющий эмпирическую формулу СН4. Структурная формула метана представлена на рисунке.
Биологические молекулы
Живые организмы состоят из ограниченного числа элементов; соединяясь, эти элементы образуют молекулы — строительные блоки живого. Молекулы бывают самых разных размеров — от совсем небольшых, вроде диоксида углерода или воды, до таких гигантских, как молекулы белка (макромолекулы). Малые молекулы растворимы и обычно участвуют в обшей химической активности клеток, в так называемом метаболизме.
Более крупные молекулы служат резервом энергии или выполняют структурные функции, а некоторые из них можно назвать «информационными»: они являются носителями генетической информации (ДНК и РНК) или участвуют в ее реализации (белки).
Из малых молекул больше всего в организме содержится воды — от 60 до 95% обшей сырой массы. Во всех организмах мы находим также и некоторые простые органические соединения, играющие роль «строительных блоков», из которых строятся более крупные молекулы. По мнению биологов, эти немногие виды молекул могли синтезироваться в «первичном бульоне» (т. е. концентрированном растворе химических веществ) в мировом океане на ранних этапах существования Земли, еше до появления жизни на ней. Простые молекулы строятся в свою очередь из еще более простых неорганических молекул, а именно из диоксида углерода, азота и воды.
