Что такое углерод в биологии кратко

Обновлено: 06.07.2024

Соединения углерода являются основой растительных и животных организмов. Также он входит в состав веществ, имеющих неживотное происхождение - угля, нефти, природных газов, а также многих минералов, например, мела, мрамора, известняка.

Углерод образует четыре простых вещества – алмаз, графит, карбины и фуллерены, которые резко отличаются между собой по своим свойствам.

Алмаз является бесцветным кристаллом и самым твердым из минералов. Он имеет высокий коэффициент преломления и обладает свойствами диэлектрика. Благодаря этим свойствам алмаз широко применяется в промышленности.

Резкое различие в свойствах алмаза и графита обусловлено различным строением их кристаллов.

Третья форма существования углерода – карбин – черный мелкокристаллический порошок, имеющий полупроводниковые свойства. Карбины более активны, чем графит.

Четвертая форма – фуллерены. В них атомы углерода связаны многоцентровыми связями. При этом образуются правильные многогранники, в вершинах которых располагаются атомы. Наиболее характерны системы, содержащие 60 или 70 атомов, представляющие собой практически сферические частицы.

Наиболее известны два оксида углерода.

Оксид углерода СО – монооксид, угарный газ. При нормальных условиях не имеет цвета и запаха. Достаточно инертен при нормальных условиях. Он практически не растворяется в воде и с ней не реагирует. Молекула СО имеет самую высокую энергию связи среди двухатомных молекул, состоящих из разных атомов. Несмотря на высокую прочность СО легко сгорает, образуя СО₂. Реакция протекает самопроизвольно с выделением большого количества тепла.

Оксид углерода СО₂ – диоксид углерода, углекислый газ – получается при сгорании любых углеродсодержащих веществ в присутствии воздуха. Является продуктом дыхания живых существ. Диоксид углерода проявляет отчетливые кислотные свойства. Он легко реагирует со щелочами и основными оксидами, образуя соли угольной кислоты – карбонаты. Диоксид углерода плохо растворим в воде.

В природе углерод сосредоточен в карбонатных породах – известняках (СаСО₃), образующих громадные залежи, и некоторых других карбонатах (MgСО₃). Количество соединений углерода столь велико, что для их описания потребовалось выделить самостоятельное направление в химии – органическую химию. Число известных органических соединений углерода превышает 10 миллионов, тогда как число соединений всех остальных элементов составляет примерно 120 тысяч.

Содержание в человеческом организме

(вернуться к оглавлению)

Так как углерод является основой всех соединений органической химии, то в человеческом организме он присутствует повсеместно. Он входит в состав аминокислот, составных частей белков, представляющих основу жизнедеятельности. Помимо этого, углерод является компонентом жиров и углеводов, веществ, обеспечивающих процесс жизнедеятельности живых организмов.

Содержание в человеческом организме в процентном отношении к массе тела составляет 21 % от массы тела. Из них костная ткань – 36 %, мышечная ткань – 67 %.

Биологическая роль

(вернуться к оглавлению)

Как уже было сказано выше, углерод является основной составляющей всех органических форм жизни. Он входит в состав белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот, гормонов, ферментов, витаминов, то есть можно сказать, что углерод в той или иной степени важен для всех органов и систем живого организма, и всех, протекающих в них процессов, поддерживающих его жизнедеятельности.

Углекислота (СО₂), содержащаяся в крови, возбуждает дыхательный центр, расширяет мозговые сосуды, повышает возбудимость сердечной мышцы. Гидрокарбонаты калия (KHСО₃) и натрия (NaHCO₃) входят в состав буферных систем крови и тканей, поддерживающих рН организма. Уксусная кислота (СH₃COОН) принимает участие в синтезе холестерина.

Источники

(вернуться к оглавлению)

Основным источником углерода является пища, состоящая все из тех же углеродсодержащих веществ – белков, жиров, углеводов и других. При попадании в организм эти вещества под действие пищеварительной системы распадаются до мономеров, которые в дальнейшем используются нашим организмом для собственных нужд. В основе этого процесса лежат соединения, в состав которых входит углерод.

Суточная потребность

(вернуться к оглавлению)

Суточная потребность углерода не нормируется, но существуют нормы потребления вышеперечисленных органических веществ с пищей, в состав которых входит углерод.

Недостаток и избыток

(вернуться к оглавлению)

Вряд ли, представляется возможным оценить, как на организм влияет недостаток углерода, поскольку он входит в состав почти всех необходимых человеку веществ. Поэтому можно оценивать влияние нехватки лишь конкретных его соединений. То же относится и к избытку углерода. Например, при избытке углекислого газа СО₂ в окружающей атмосфере наступает кислородное голодание.

Токсичность

(вернуться к оглавлению)

Свободный углерод в виде сажи токсичен для человека. Длительный контакт с сажей или угольной пылью вызывает рак. Мельчайшая пыль угля вызывает изменение структуры легких, и как следствие нарушение их функций.

Крайне токсичным является угарный газ СО. Его предельно допустимая концентрация составляет 3 мг/м 3 . Отравляющее действие этого вещества вызвано тем, что СО связывается с гемоглобином крови почти в 1000 раз легче, чем кислород. В результате чего препятствует связыванию гемоглобина и кислорода, что приводит к быстро развивающемуся кислородному голоданию, удушью и, как следствию, смерти.

Углерод является элементом-органогеном.
Его содержание в организме составляет 18% от общего веса, то есть более 12 кг для взрослого.
Атомы углерода являются структурной основой всех органических соединений, образуя бесконечное множество различных веществ (известно несколько миллионов органических соединений). Органические соединения углерода являются одним из основополагающих факторов жизни на Земле.

Биологическая роль углерода

Как и другие элементы-органогены, углерод в виде отдельного элемента не обладает биологическим значением, - биологической ролью обладают его соединения.

из различных соединений углерода (белки, жиры, углеводы, нуклеотиды, гормоны, амино- и карбоновые кислоты и др.) состоят все ткани организма
является структурным компонентом всех органических соединений
его соединения участвуют во всех биохимических процессах
при окислении соединений углерода образуется необходимая для организма энергия
оксид углерода (IV) CO₂, образующаяся в результате окисления соединений углерода, стимулирует дыхательный центр, регулирует значение рН крови

Пищевые источники углерода

Углерод находится во всех пищевых продуктах в виде соответствующих органических соединений. Человеческий организм не способен усваивать неорганические соединения углерода.

Дефицит углерода

Избыток углерода

Не наблюдается. Возможны отравления токсичными соединениями оксид углерода (II), четыреххлористый углерод, сероуглерод, соли цианистой кислоты, бензол и другие.

Что такое хроматида, углерод, азот, эндосперм, гормон, система органов, рост. Зараннее спасибо, только не слишком замудренные ответы, потому что 6 класс многие понятия не изучали.

1)Хроматидой называют структурный элемент хромосомы, формирующийся в интерфазе ядра клетки в результате удвоения хромосом.
это понятие используется, пока центромеры остаются в контакте. после разделения хромосом в ходе анафазы митоза или мейоза нити называют дочерними хромосомами.
2)Углерод - Химический элемент, важнейшая составная часть всех органических веществ в природе.
3) Азот - Химический элемент, газ без цвета и запаха, составляющий основную часть воздуха и являющийся одним из главных элементов питания растений.
4) Эндосперм - (от эндо. и греч. sperma - семя) - запасающая ткань семенирастений, в которой откладываются питательные вещества, необходимые дляразвития зародыша. Хорошо развит у злаков, пасленовых, зонтичных инекоторых других растений.
5) Гормон - Биологически активное вещество, вырабатываемое специальными органами или клетками в одной части организма и регулирующее деятельность органов и тканей в других частях организма.
6). Увеличение организма или отдельного органа в процессе развития. // перен. Совершенствование в процессе развития, качественное улучшение.
7) 1 орган + 1 орган + 1 орган. = система органов.
Система органов - это неделимая, неразрывная совокупность частей организма, выполняющая связь с другими органами и одну определённую функцию.
Допустим выделительная система: почки + мочеточника + мочевой пузырь = выделительная система. Система органов-совокупность органов одинаковой или сходной функции.

Три формы углерода

Углерод — удивительное вещество, физические свойства которого и даже внешний вид описать однозначно просто невозможно. Этот элемент — рекордсмен по количеству аллотропных модификаций. Три формы углерода:
• кристаллическая: алмазы, наноалмазы, фуллерены, фуллерит, графиты, карбины, лонсдейлиты, углеродные нанотрубки и нановолокна, графен, волокна и структуры;
• аморфная: угли (древесный, в том числе активированный уголь, антрацит и др.), коксы, сажа, углеродная нанопена, стеклоуглерод, техуглерод;
• кластерная: астралены, диуглерод, углеродные наноконусы.

Молекулы кристаллического углерода характеризуются правильной кристаллической решеткой. Большинство форм кристаллического углерода отличаются очень высокой твердостью и тугоплавкостью. Алмаз обладает высокой плотностью, почти не проводит тепло и ток. Графит, наоборот, имеет невысокую плотность и слоистое строение; проводит ток, может возгоняться, минуя жидкое состояние.

Вещества, относящиеся к аморфным формам, не являются чистой формой углерода, но содержат углерод в очень значительных количествах. Для аморфного углерода характерна высокая теплоемкость, свойства полупроводников, невысокая плотность, относительно невысокая термостойкость — при температуре выше 1600 °С он превращается в графит. Как правило, их основой являются разные формы мелкокристаллического графита в виде неупорядочной структуры.

Углеродные кластеры — сложные соединения с очень интересными свойствами. Им, а также другим перспективным материалам на основе углерода, мы посвятим одну из ближайших статей.

Химические свойства

С химическими свойствами немного проще. В нормальных условиях углерод практически не вступает в реакции с другими элементами и веществами, инертен к кислотам, щелочам, галогенам. При высоких температурах проявляет сильные восстановительные свойства. Наиболее химически активны аморфные виды углерода, наиболее инертны — кристаллические. Графит по химической активности занимает серединное положение. При высоких температурах углерод окисляется кислородом (горит), образует несколько видов оксидов.

Графит и аморфный углерод при высоких температурах реагируют с водородом, азотом, фтором, галогенами, щелочными металлами, солями металлов, серой. В результате реакции с водородом и азотом получается синильная кислота. Взаимодействие большинства металлов, углерода, бора и кремния приводит к образованию карбидов. Углерод восстанавливает оксиды металлов до металлов. При определенных условиях удается преобразовать углерод, содержащийся в твердых видах топлива, в горючие газы (реакция газификации топлив очень важна для промышленности).

Следующая статья будет о содержании углерода в природе, его опасности и сферах применения.

Читайте также: