Основы биохимии Том 1 - А. Ленинджер 1985

Биомолекулы
Состав живой материи: биомолекулы
Большинство биомолекул содержит углерод

Химические свойства живых организмов в значительной степени зависят от углерода, на долю которого приходится более половины их сухого веса. Углерод, так же как и водород, кислород и азот, может образовывать ковалентные связи, т. е. связи, осуществляемые парами электронов, принадлежащими обоим соединяющимся атомам (рис. 3-1). Для заполнения внешней электронной оболочки атому водорода не хватает одного электрона, атому кислорода - двух, атому азота - трех и атому углерода-четырех электронов. Таким образом, при взаимодействии атома углерода с четырьмя атомами водорода «обобществляются» четыре электронные пары, в результате чего возникает соединение метан (СН₄), в котором каждая общая электронная пара соответствует одной одинарной связи. Углерод может образовывать одинарные связи также и с атомами кислорода и азота. Однако наиболее важное значение в биологии имеет способность атомов углерода «делиться» электронными парами друг с другом, что приводит к формированию очень устойчивых одинарных углерод-углеродных связей. Каждый атом углерода может образовать одинарную связь с одним, двумя, тремя или четырьмя другими атомами углерода. Кроме того, два углеродных атома, соединяясь друг с другом, могут «обобществить» две пары электронов, при этом образуется двойная углерод-углеродная связь (рис. 3-2). Благодаря описанным свойствам ковалентно связанные атомы углерода способны образовывать множество разнообразных структур: линейные и разветвленные цепи, циклические и сетчатые структуры, а также их комбинации. Все эти структуры лежат в основе скелетов многочисленных органических молекул самых разных типов (рис. 3-3). К таким углеродным скелетам могут присоединяться другие атомные группы, что обусловлено способностью углерода образовывать ковалентные связи с кислородом, водородом. азотом и серой. Вещества, имеющие скелеты из ковалентно связанных углеродных атомов, называются органическими соединениями, причем их разнообразие практически безгранично. Поскольку большинство биомолекул относится к органическим соединениям, можно предположить, что способность углерода участвовать в формировании разнообразных химических связей сыграла решающую роль в выборе именно углеродсодержащих соединений для создания молекулярных механизмов клеток в процессе возникновения и эволюции живых организмов.

Рис. 3-1. Образование ковалентных связей. Между двумя атомами, имеющими на внешних оболочках неспаренные электроны, могут образоваться ковалентные связи путем «обобществления» электронных пар (молекулярных орбиталей). Атомы, участвующие в формировании ковалентных связей, стремятся к заполнению своих внешних электронных оболочек.

Рис. 3-2. Способность атомов углерода участвовать в образовании различных одинарных и двойных ковалентных связей. Тройные связи в органических биомолекулах встречаются крайне редко.