CHON: C-Kohlenstoff, H-Wasserstoff, O-Sauerstoff und N-Stickstoff sind eine Gruppe chemischer Elemente, aus denen lebende Materie besteht. Aufgrund ihrer Position im Periodensystem weisen diese Atome Eigenschaften auf, die sie zur Bildung organischer und kovalenter Moleküle geeignet machen..
Diese vier chemischen Elemente bilden die meisten Moleküle von Lebewesen, sogenannte Bioelemente oder biogene Elemente. Sie gehören zur Gruppe der primären oder Haupt-Bioelemente, da sie zu 95% in den Molekülen von Lebewesen enthalten sind.
CHON-Moleküle und -Atome sind im oberen Bild dargestellt: ein hexagonaler Ring als molekulare Einheit in Kohlenstoff; das H-Molekülzwei (Grüne Farbe); das zweiatomige Molekül von O.zwei (die Farbe blau); und das zweiatomige Molekül von N.zwei (rot gefärbt) mit seiner Dreifachbindung.
Abgesehen von den gemeinsamen Eigenschaften weisen sie einige Besonderheiten oder Merkmale auf, die erklären, warum sie zur Bildung von Biomolekülen geeignet sind. Durch ihr geringes Atomgewicht oder ihre geringe Atommasse sind sie sehr elektronegativ und bilden stabile, starke und energiereiche kovalente Bindungen..
Sie binden zusammen und bilden einen Teil der Struktur organischer Biomoleküle wie Proteine, Kohlenhydrate, Lipide und Nukleinsäuren. Sie sind auch an der Bildung anorganischer Moleküle beteiligt, die für das Leben lebenswichtig sind. wie Wasser, H.zweiODER.
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Sie haben eine niedrige Atommasse. Die Atommassen von C, H, O und N sind: 12u, 1u, 16u und 14u. Dies führt dazu, dass sie einen kleineren Atomradius haben, was es ihnen wiederum ermöglicht, stabile und starke kovalente Bindungen herzustellen..
Kovalente Bindungen entstehen, wenn die Atome, die an der Bildung der Moleküle beteiligt sind, ihre Valenzelektronen teilen..
Eine niedrige Atommasse und damit ein geringerer Atomradius machen diese Atome sehr elektronegativ.
C, H, O und N sind sehr elektronegativ: Sie ziehen die Elektronen, die sie teilen, stark an, wenn sie Bindungen innerhalb eines Moleküls bilden.
Alle für diese chemischen Elemente beschriebenen gemeinsamen Eigenschaften sind günstig für die Stabilität und Festigkeit der von ihnen gebildeten kovalenten Bindungen..
Die kovalenten Bindungen, die sie bilden, können unpolar sein, wenn sich dieselben Elemente verbinden und zweiatomige Moleküle wie O bildenzwei. Sie können auch polar (oder relativ polar) sein, wenn eines der Atome elektronegativer als das andere ist, wie im Fall von O in Bezug auf H..
Diese chemischen Elemente haben eine Bewegung zwischen Lebewesen und der Umwelt, die als biogeochemischer Kreislauf in der Natur bekannt ist..
Nachfolgend werden einige Besonderheiten oder Eigenschaften erwähnt, die jedes dieser chemischen Elemente besitzt und die die strukturelle Funktion von Biomolekülen begründen.
-Aufgrund seiner Tetravalenz kann C 4 Bindungen mit 4 verschiedenen oder gleichen Elementen bilden und eine große Vielfalt organischer Moleküle bilden.
-Es kann an andere Kohlenstoffatome gebunden sein und lange Ketten bilden, die linear oder verzweigt sein können.
-Es kann auch cyclische oder geschlossene Moleküle bilden.
-Es kann Moleküle mit Einfach-, Doppel- oder Dreifachbindungen bilden. Wenn in der Struktur zusätzlich zu C reines H vorhanden ist, sprechen wir von Kohlenwasserstoffen: Alkanen, Alkenen bzw. Alkinen.
-Durch die Verbindung mit O oder N erhält die Bindung eine Polarität, die die Löslichkeit der Moleküle erleichtert, aus denen sie stammt..
-In Kombination mit anderen Atomen wie O, H und N bildet es verschiedene Familien organischer Moleküle. Es kann unter anderem Aldehyde, Ketone, Alkohole, Carbonsäuren, Amine, Ether, Ester bilden.
-Organische Moleküle haben unterschiedliche räumliche Konformationen, die mit der Funktionalität oder der biologischen Aktivität zusammenhängen..
-Es hat die niedrigste Ordnungszahl aller chemischen Elemente und verbindet sich mit O zu Wasser.
-Dieses H-Atom ist zu einem großen Teil in den Kohlenstoffgerüsten vorhanden, die organische Moleküle bilden..
-Je größer die Anzahl der CH-Bindungen in Biomolekülen ist, desto größer ist die Energie, die durch ihre Oxidation erzeugt wird. Aus diesem Grund erzeugt die Oxidation von Fettsäuren mehr Energie als beim Abbau von Kohlenhydraten..
Es ist das Bioelement, das zusammen mit H Wasser bildet. Sauerstoff ist elektronegativer als Wasserstoff, wodurch Dipole im Wassermolekül gebildet werden können..
Diese Dipole erleichtern die Bildung starker Wechselwirkungen, die als Wasserstoffbrücken bezeichnet werden. Schwache Bindungen wie H-Brücken sind für die molekulare Löslichkeit und die Aufrechterhaltung der Struktur von Biomolekülen wesentlich..
-Es findet sich in der Aminogruppe von Aminosäuren und in der variablen Gruppe einiger Aminosäuren wie Histidin unter anderem.
-Es ist essentiell für die Bildung von Aminozuckern, den stickstoffhaltigen Basen von Nukleotiden, Coenzymen und anderen organischen Molekülen.
H und O sind durch kovalente Bindungen verbunden und bilden Wasser in einem Verhältnis von 2H und O. Da Sauerstoff elektronegativer als Wasserstoff ist, bilden sie eine kovalente Bindung vom polaren Typ..
Durch diese Art von kovalenter Bindung können viele Substanzen durch Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen löslich werden. Wasser ist Teil der Struktur eines Organismus oder Lebewesens in etwa 70 bis 80%.
Wasser ist das universelle Lösungsmittel, es erfüllt viele Funktionen in der Natur und in Lebewesen; Es hat strukturelle, metabolische und regulatorische Funktionen. In wässrigem Medium werden neben vielen anderen Funktionen die meisten chemischen Reaktionen von Lebewesen durchgeführt..
Durch die Vereinigung des unpolaren kovalenten Typs, dh ohne Unterschied in der Elektronegativität, werden gleiche Atome wie O vereinigt. Auf diese Weise entstehen atmosphärische Gase wie Stickstoff und molekularer Sauerstoff, die für die Umwelt und die Lebewesen essentiell sind..
Diese Bioelemente verbinden sich miteinander und mit anderen Bioelementen und bilden die Moleküle der Lebewesen.
Sie sind durch kovalente Bindungen verbunden, wodurch monomere Einheiten oder einfache organische Moleküle entstehen. Diese wiederum sind durch kovalente Bindungen verbunden und bilden Polymere oder komplexe organische Moleküle und Supramoleküle..
Somit bilden Aminosäuren Proteine und Monosaccharide sind die Struktureinheiten von Kohlenhydraten oder Kohlenhydraten. Fettsäuren und Glycerin bilden verseifbare Lipide, und Mononukleotide bilden die DNA und RNA der Nukleinsäuren.
Zu den Supramolekülen gehören beispielsweise: Glykolipide, Phospholipide, Glykoproteine, Lipoproteine unter anderem.
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