- CHON Gemeenschappelijke kenmerken
- Lage atomaire massa
- Hoge elektronegativiteit
- Speciale kenmerken
- Het koolstofatoom C
- Het H-atoom
- Het O-atoom
- Het N-atoom
- Moleculen waaruit CHON bestaat
- Water
- De gassen
- Biomoleculen
- Referenties
CHON : C koolstof, H waterstof, O zuurstof en N stikstof, zijn een groep chemische elementen waaruit levende materie bestaat. Door hun ligging op het periodiek systeem delen deze atomen kenmerken die ze geschikt maken voor het vormen van organische en covalente moleculen.
Deze vier chemische elementen vormen de meeste moleculen van levende wezens, die bio-elementen of biogene elementen worden genoemd. Ze behoren tot de groep van primaire of belangrijkste bio-elementen omdat ze voor 95% in de moleculen van levende wezens zitten.
Bron: Gabriel Bolívar
De CHON-moleculen en atomen worden weergegeven in de bovenste afbeelding: een hexagonale ring als een moleculaire eenheid in koolstof; H 2 molecuul (groen); het diatomische molecuul O 2 (blauw gekleurd); en het diatomische molecuul N 2 (rood), met zijn drievoudige binding.
Ze hebben, naast de gemeenschappelijke eigenschappen, enkele eigenaardigheden of kenmerken die verklaren waarom ze geschikt zijn om biomoleculen te vormen. Doordat ze een laag atoomgewicht of -massa hebben, zijn ze zeer elektronegatief en vormen ze stabiele, sterke covalente bindingen met hoge energie.
Ze binden samen en vormen een onderdeel van de structuur van organische biomoleculen zoals eiwitten, koolhydraten, lipiden en nucleïnezuren. Ze nemen ook deel aan de vorming van anorganische moleculen die essentieel zijn voor het bestaan van leven; zoals water, H 2 O.
CHON Gemeenschappelijke kenmerken
Lage atomaire massa
Ze hebben een lage atomaire massa. De atoommassa's van C, H, O en N zijn: 12u, 1u, 16u en 14u. Hierdoor hebben ze een kleinere atoomstraal, waardoor ze op hun beurt stabiele en sterke covalente bindingen kunnen vormen.
Covalente bindingen worden gevormd wanneer de atomen die deelnemen om de moleculen te vormen, hun valentie-elektronen delen.
Met een lage atomaire massa, en dus een lagere atomaire straal, zijn deze atomen erg elektronegatief.
Hoge elektronegativiteit
C, H, O en N zijn zeer elektronegatief: ze trekken de elektronen die ze delen sterk aan wanneer ze bindingen vormen binnen een molecuul.
Alle gemeenschappelijke eigenschappen die voor deze chemische elementen worden beschreven, zijn gunstig voor de stabiliteit en sterkte van de covalente bindingen die ze vormen.
De covalente bindingen die ze vormen, kunnen apolair zijn, wanneer dezelfde elementen samenkomen en diatomische moleculen zoals O 2 vormen . Ze kunnen ook polair (of relatief polair) zijn wanneer een van de atomen elektronegatiever is dan de andere, zoals in het geval van O met betrekking tot H.
Deze chemische elementen hebben een beweging tussen levende wezens en de omgeving die bekend staat als de biogeochemische cyclus in de natuur.
Speciale kenmerken
Enkele bijzonderheden of eigenschappen van elk van deze chemische elementen die reden geven voor de structurele functie van biomoleculen, worden hieronder vermeld.
Het koolstofatoom C
-Vanwege zijn tetravalentie kan C 4 bindingen vormen met 4 verschillende of gelijke elementen, waardoor een grote verscheidenheid aan organische moleculen wordt gevormd.
-Het kan aan andere koolstofatomen worden vastgemaakt en lange ketens vormen, die lineair of vertakt kunnen zijn.
-Het kan ook cyclische of gesloten moleculen vormen.
-Het kan moleculen vormen met enkele, dubbele of drievoudige bindingen. Zit er naast C ook nog zuiver H in de structuur, dan spreken we van koolwaterstoffen: alkanen, alkenen en alkynen.
-Door verbinding te maken met O of N, verkrijgt de binding polariteit, wat de oplosbaarheid van de moleculen die het voortbrengt, vergemakkelijkt.
-Door te combineren met andere atomen zoals O, H en N, vormt het verschillende families van organische moleculen. Het kan onder andere aldehyden, ketonen, alcoholen, carbonzuren, aminen, ethers, esters vormen.
-Organische moleculen zullen verschillende ruimtelijke conformatie hebben, die gerelateerd zal zijn aan de functionaliteit of biologische activiteit.
Het H-atoom
-Het heeft het laagste atoomnummer van alle chemische elementen en combineert met O om water te vormen.
-Dit H-atoom is in een groot deel aanwezig in de koolstofskeletten die organische moleculen vormen.
-Hoe groter de hoeveelheid CH-bindingen in de biomoleculen, hoe groter de energie die wordt geproduceerd met hun oxidatie. Om deze reden genereert de oxidatie van vetzuren meer energie dan die geproduceerd wordt bij de afbraak van koolhydraten.
Het O-atoom
Het is het bio-element dat samen met H water vormt. Zuurstof is elektronegatiever dan waterstof, waardoor het dipolen kan vormen in het watermolecuul.
Deze dipolen vergemakkelijken de vorming van sterke interacties, waterstofbruggen genaamd. Zwakke bindingen zoals H-bruggen zijn essentieel voor moleculaire oplosbaarheid en voor het behoud van de structuur van biomoleculen.
Het N-atoom
-Het komt voor in de aminogroep van aminozuren en in de variabele groep van sommige aminozuren zoals onder andere histidine.
-Het is essentieel voor de vorming van aminosuikers, de stikstofbasen van nucleotiden, co-enzymen en andere organische moleculen.
Moleculen waaruit CHON bestaat
Water
Bron: Pixabay
H en O zijn verbonden door covalente bindingen en vormen water in een verhouding van 2H en O. Omdat zuurstof elektronegatiever is dan waterstof, komen ze samen om een covalente binding van het polaire type te vormen.
Door dit type covalente binding te hebben, kunnen veel stoffen oplosbaar zijn door er waterstofbindingen mee te vormen. Water maakt ongeveer 70 tot 80% deel uit van de structuur van een organisme of levend wezen.
Water is het universele oplosmiddel, het vervult vele functies in de natuur en in levende wezens; het heeft structurele, metabolische en regulerende functies. In een waterig medium worden de meeste chemische reacties van levende wezens uitgevoerd, naast vele andere functies.
De gassen
Bron: Pixabay
Door vereniging van het apolaire covalente type, dat wil zeggen zonder verschil in elektronegativiteit, worden gelijke atomen verenigd zoals O. Aldus worden atmosferische gassen gevormd, zoals stikstof en moleculaire zuurstof, essentieel voor het milieu en levende wezens.
Biomoleculen
Bron: Max Pixel
Deze bio-elementen verenigen zich met elkaar en met andere bio-elementen en vormen de moleculen van levende wezens.
Ze worden verbonden door covalente bindingen, waardoor monomere eenheden of eenvoudige organische moleculen ontstaan. Deze worden op hun beurt verbonden door covalente bindingen en vormen complexe organische moleculen of polymeren en supramoleculen.
Aminozuren vormen dus eiwitten en monosacchariden zijn de structurele eenheden van koolhydraten of koolhydraten. Vetzuren en glycerol vormen verzeepbare lipiden en mononucleotiden vormen nucleïnezuren DNA en RNA.
Onder de supramoléculen bevinden zich bijvoorbeeld: glycolipiden, fosfolipiden, glycoproteïnen, lipoproteïnen, onder anderen.
Referenties
- Carey F. (2006). Organische chemie. (6e ed.). Mexico, Mc Graw Hill.
- Cursus held. (2018). 2 functie van bio-elementen bio-elementen primair onder. Hersteld van: coursehero.com
- Cronodon. (sf). Bio-elementen. Hersteld van: cronodon.com
- Leven persoon. (2018). Bio-elementen: classificatie (primair en secundair). Hersteld van: lifepersona.com
- Mathews, Holde en Ahern. (2002). Biochemie (3e ed.). Madrid: PEARSON