CHON: Il carbonio C, l'idrogeno H, l'ossigeno O e l'azoto N, sono un gruppo di elementi chimici che compongono la materia vivente. A causa della loro posizione nella tavola periodica, questi atomi condividono caratteristiche che li rendono adatti a formare molecole organiche e covalenti..
Questi quattro elementi chimici costituiscono la maggior parte delle molecole degli esseri viventi, chiamati bioelementi o elementi biogenici. Appartengono al gruppo dei bioelementi primari o principali perché sono per il 95% nelle molecole degli esseri viventi.
Le molecole e gli atomi di CHON sono mostrati nell'immagine in alto: un anello esagonale come unità molecolare nel carbonio; la molecola H.Due (Colore verde); la molecola biatomica di ODue (il colore blu); e la molecola biatomica di NDue (colorato in rosso), con il suo triplo legame.
Hanno, oltre alle proprietà comuni, alcune peculiarità o caratteristiche che spiegano perché sono adatte a formare biomolecole. Avendo un basso peso atomico o massa, questo li rende molto elettronegativi e formano legami covalenti stabili, forti e ad alta energia..
Si legano insieme formando parte della struttura delle biomolecole organiche come proteine, carboidrati, lipidi e acidi nucleici. Partecipano anche alla formazione di molecole inorganiche essenziali per l'esistenza della vita; come l'acqua, H.DueO.
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Hanno una massa atomica bassa. Le masse atomiche di C, H, O e N sono: 12u, 1u, 16u e 14u. Ciò fa sì che abbiano un raggio atomico più piccolo, che a sua volta consente loro di stabilire legami covalenti stabili e forti..
I legami covalenti si formano quando gli atomi che partecipano alla formazione delle molecole condividono i loro elettroni di valenza..
Avere una massa atomica bassa, e quindi un raggio atomico inferiore, rende questi atomi molto elettronegativi.
C, H, O e N sono molto elettronegativi: attraggono fortemente gli elettroni che condividono quando formano legami all'interno di una molecola.
Tutte le proprietà comuni descritte per questi elementi chimici sono favorevoli alla stabilità e alla forza dei legami covalenti che formano..
I legami covalenti che formano possono essere apolari, quando gli stessi elementi si uniscono, formando molecole biatomiche come ODue. Possono anche essere polari (o relativamente polari) quando uno degli atomi è più elettronegativo dell'altro, come nel caso di O rispetto a H.
Questi elementi chimici hanno un movimento tra gli esseri viventi e l'ambiente noto come ciclo biogeochimico in natura..
Di seguito vengono citate alcune particolarità o proprietà che ciascuno di questi elementi chimici possiede che danno ragione alla sua funzione strutturale di biomolecole.
-A causa della sua tetravalenza, il C può formare 4 legami con 4 elementi diversi o uguali, formando una grande varietà di molecole organiche.
-Può essere attaccato ad altri atomi di carbonio formando lunghe catene, che possono essere lineari o ramificate.
-Può anche formare molecole cicliche o chiuse.
-Può formare molecole con legami singoli, doppi o tripli. Se nella struttura oltre a C è presente H puro, allora si parla di idrocarburi: rispettivamente alcani, alcheni e alchini.
-Unendosi con O, o N, il legame acquisisce polarità, che facilita la solubilità delle molecole che ha origine..
-Quando combinato con altri atomi come O, H e N, forma diverse famiglie di molecole organiche. Può formare aldeidi, chetoni, alcoli, acidi carbossilici, ammine, eteri, esteri, tra gli altri composti.
-Le molecole organiche avranno una conformazione spaziale diversa, che sarà correlata alla funzionalità o all'attività biologica..
-Ha il numero atomico più basso di tutti gli elementi chimici e si combina con O per formare l'acqua.
-Questo atomo di H è presente in gran parte negli scheletri di carbonio che formano molecole organiche..
-Maggiore è il numero di legami C-H nelle biomolecole, maggiore è l'energia prodotta dalla loro ossidazione. Per questo motivo l'ossidazione degli acidi grassi genera più energia di quella prodotta nel catabolismo dei carboidrati..
È il bioelemento che insieme all'H compongono l'acqua. L'ossigeno è più elettronegativo dell'idrogeno, il che gli consente di formare dipoli nella molecola d'acqua..
Questi dipoli facilitano la formazione di forti interazioni, chiamate legami idrogeno. I legami deboli come i ponti H sono essenziali per la solubilità molecolare e per il mantenimento della struttura delle biomolecole..
-Si trova nel gruppo amminico degli amminoacidi e nel gruppo variabile di alcuni amminoacidi come l'istidina, tra gli altri.
-È essenziale per la formazione di ammino zuccheri, basi azotate di nucleotidi, coenzimi, tra le altre molecole organiche.
H e O sono uniti da legami covalenti, formando acqua in un rapporto di 2H e O. Poiché l'ossigeno è più elettronegativo dell'idrogeno, si uniscono formando un legame covalente di tipo polare..
Avendo questo tipo di legame covalente, consente a molte sostanze di essere solubili formando legami idrogeno con esse. L'acqua fa parte della struttura di un organismo o essere vivente in circa il 70-80%.
L'acqua è il solvente universale, svolge molte funzioni nella natura e negli esseri viventi; ha funzioni strutturali, metaboliche e regolatorie. In mezzo acquoso, la maggior parte delle reazioni chimiche degli esseri viventi viene eseguita, tra molte altre funzioni..
Per unione del tipo covalente apolare, cioè senza differenza di elettronegatività, si uniscono atomi uguali come O. Si formano così i gas atmosferici, come l'azoto e l'ossigeno molecolare, essenziali per l'ambiente e gli esseri viventi..
Questi bioelementi si uniscono tra loro e con altri bioelementi, formando le molecole degli esseri viventi.
Sono uniti da legami covalenti, dando origine a unità monomeriche o semplici molecole organiche. Questi a loro volta sono uniti da legami covalenti e formano polimeri o molecole organiche complesse e supramolecole..
Pertanto, gli amminoacidi formano le proteine ei monosaccaridi sono le unità strutturali dei carboidrati o dei carboidrati. Gli acidi grassi e il glicerolo costituiscono i lipidi saponificabili, mentre i mononucleotidi costituiscono gli acidi nucleici DNA e RNA.
Tra le supramolecole ci sono, ad esempio: glicolipidi, fosfolipidi, glicoproteine, lipoproteine, tra gli altri.
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