химический каталог




Углеводы

Автор А.Н.Бочков, В.А.Афанасьев, Г.Е.Заиков

в виде тепла.

Углеводы стоят в начале и в конце этого грандиозного, непрерывно проходящего через биосферу потока энергии и энтропии: главными продуктами фотосинтеза являются гексозы, а главным источником энергии, удовлетворяющей повседневные потребности всех живых организмов, служит D-глюкоза.

Не будем разбирать ни реакции, протекающие при фотосинтезе, ни процессы, ведущие к утилизации энергии глюкозы: и те, и другие рассматриваются даже в современных школьных учебниках, не говоря уже об обширной научной литературе разной степени популярности. Однако с химических позиций небезынтересно задуматься о том, почему именно углеводам выпала ключевая роль во всей биоэнергетике.

Попытаемся мысленно сконструировать оптимальные структуры, пригодные для выполнения такой функции. В «техническое задание на проектирование» нам надо заложить два самых общих условия: материалом должны служить органические соединения*, а главной средой для планируемых процессов – вода. Для более поздних этапов эволюции нужно прибавить и третье условие – существование окислительной (кислородной) атмосферы. Проектируемая система – биосфера – должна функционировать в замкнутом пространстве планеты, практически исключающем обмен веществом с внешней средой; единственное, что поступает в систему извне,- это солнечная энергия.

Поэтому наша система, рассчитанная на длительное существование, по материальному балансу должна быть замкнута в цикл: исходные и конечные продукты ее функционирования должны быть идентичны. Это производство – производство живых организмов – сверхмноготоннажное. В нем позволительно использовать только самое дешевое и массовое сырье. Главное, что нам нужно – это основные элементы – органогены: углерод, водород, кислород и азот. Их наиболее распространенные источники на современной Земле – углекислый газ, вода и молекулярный азот.

Три названных вещества представляют собой наиболее устойчивые формы существования четырех элементов в нынешних геологических условиях. Иными словами, им соответствует минимум потенциальной энергии. Следовательно, любые органические соединения, содержащие эти элементы или некоторые из них, будут обладать определенным запасом энергии по сравнению с «основным состоянием» (CO2+H2O+N2) и будут способны выполнять нужную нам функцию. Задача, однако, поставлена на оптимизацию: какие типы соединений будут справляться с этой функцией наилучшим образом?

Будем и дальше рассуждать как химики. Органические соединения содержат углерод в более восстановленной форме, чем в CO2. В этом, в первую очередь, и заключается причина их энергоемкости в окислительной среде. Поэтому, оптимизируя решение по принципу наибольшей удельной емкости нашего аккумулятора, мы придем к наиболее восстановленным структурам – к предельным углеводородам. Вспомним, однако, что основная среда, согласно «техническому заданию»,- вода, в которой предельные углеводороды практически нерастворимы. Таким образом, и конструирование их молекул на стадии запасания энергии, и их распад на стадии утилизации энергии неизбежно включали бы гетерогенные реакции.

При прочих равных условиях гетерогенные реакции протекают резко замедленно по сравнению с гомогенными (это можно понять из самых общих соображений: гетерогенная реакция протекает на границе раздела фаз, т.е. в двухмерном пространстве, а гомогенная – в объеме, т.е. в трех измерениях). Поэтому биоэнергетика, построенная на предельных углеводородах, была бы в целом медленной: система была бы способна запасать много энергии, но обладала бы низкой мощностью. Это привело бы к большому замедлению всех жизненных процессов и, как следствие, к тому, что организмы оказались бы в гораздо большей степени подвержены воздействию неблагоприятных изменений внешней среды. Вывод: надо ориентироваться на более гидрофильные, растворимые в воде соединения, и при этом не слишком проиграть в энергоемкости по сравнению с углеводородами.

Повысить гидрофильность органической молекулы можно путем введения в нее полярных групп. Для создания таких групп пригодны два других имеющихся в нашем распоряжении элемента-органогена: кислород и азот.

При помощи каждого из них можно построить по три основных типа полярных группировок: карбоксильную (-COOH), карбонильную (=С=О) и спиртовую (?С-OH) на основе кислорода, и амидиновую (-С(-NH2)=NH), имидную (=С=NH) и аминогруппу (?С-NH2) на основе азота.

Что выбрать: кислород или азот? Предпочтение следует отдать кислороду. И вот по каким соображениям. Все три азотные группировки в водной среде в большей или меньшей степени склонны к гидролизу до соответствующих кислородных функций. Поэтому системы на их основе будут потенциально нестабильны, что нежелательно для столь фундаментальной системы, как биоэнергетика. Кроме того, все эти группы (особенно аминогруппа и тем более амидиновая) обладают основным характером. Поэтому рН растворов таких соединений будет сильно отклоняться в щелочную область от рН природной воды (около 7), что создаст для организмов с такой энергетико

страница 46
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Скачать книгу "Углеводы" (1.96Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
сетки, акссесуары в санкт-петербурге купить
обрезание у мужчин волгоград цена
зеркало настенное в раме
выбор сигвея

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(05.12.2016)