Kimia Hidup

Topik 1 Chemistry of Life

PENGENALAN

Semua organisma hidup, daripada mkrob kepada mamalia, terdiri daripada bahan-bahan kimia dari kedua-dua dunia tak organik dan organik, yang muncul dalam kira-kira bahagian yang sama, dan melaksanakan tugas-tugas umum yang sama. Hidrogen, oksigen, nitrogen, karbon, fosforus dan sulfur biasanya membentuk lebih daripada 99% daripada jisim sel hidup, dan apabila digabungkan dalam pelbagai cara, bentuk hampir semua dikenali organik biomolekul. Dalam topik ini, anda akan didedahkan dengan kajian jenis unsur dan sebatian yang terdapat di dalam sel-sel. Anda secara khusus akan belajar oksigen, karbon dioksida dan air molekul mudah yang memainkan banyak peranan yang penting untuk semua organisma hidup. Anda akan meneroka makromolekul? lipid, karbohidrat, protein dan asid nukleik.

KOMPOSISI KIMIA DALAM SEL

Sel-sel haiwan, tumbuhan dan mikroorganisma mempunyai komposisi kimia yang sama. Sel mengandungi beberapa ribu bahan-bahan yang terlibat dalam pelbagai tindak balas kimia. Beberapa elemen yang terdapat di dalam sel-sel dalam kuantiti yang agak besar manakala yang lain adalah dalam kuantiti yang kecil. Empat unsur-unsur yang terdapat di dalam kuantiti yang besar adalah oksigen, karbon, nitrogen dan hidrogen (98%). Sulfur, fosforus, klorin, kalium, magnesium, natrium, kalsium dan zat besi bersama-sama terdiri daripada 1.9%. Semua unsur-unsur lain yang terdapat di dalam sel dalam jumlah yang kecil (kurang daripada 0.01%).

Faktor utama dalam kereaktifan atom pelbagai unsur-unsur kimia adalah bilangan ikatan mereka boleh membentuk dengan atom lain. Jadual 1.1 menunjukkan lima elemen, bersama-sama dengan contoh-contoh struktur sebatian mudah yang melibatkan unsur-unsur di mana ikatan diwakili oleh garis-garis yang menghubungkan atom bersama-sama.

Jadual 1.1:Contoh Elemen Penting dalam Sel

Karbon mempunyai tempat yang istimewa dalam kimia hayat kerana dengan empat ikatan, ia boleh link dengan atom karbon lain membentuk rantai, gelung dan rangkaian menyediakan asas struktur bagi sebatian kompleks yang mungkin mengandungi beribu-ribu atom karbon.

Sel juga terdiri daripada sebatian. Apakah perbezaan di antara elemen dan sebatian? Perbezaan antara elemen dan sebatian ialah unsur adalah bahan yang diperbuat daripada jenis yang sama atom, manakala sebatian yang diperbuat daripada unsur-unsur yang berbeza dalam perkadaran yang pasti. Besi, tembaga, hidrogen dan oksigen adalah contoh unsur-unsur. Contoh sebatian termasuk air (H2O) dan garam (Natrium Klorida? NaCl).

Oxygen (O2)

Oksigen adalah unsur kimia gas tidak berwarna, tidak berbau dan tanpa rasa yang muncul dalam sangat banyak di Bumi, terperangkap di atmosfera. Ramai orang yang biasa dengan oksigen, kerana ia adalah satu komponen penting dalam proses respirasi; tanpa oksigen, kebanyakan organisma akan mati dalam beberapa minit.

Nombor atom oksigen ialah lapan, dan ia dikenal pasti dengan simbol O pada jadual berkala unsur-unsur. Ia merupakan pemangkin utama dalam banyak tindak balas kimia. Pengoksidaan merupakan satu tindak balas itu, dan ia berlaku apabila oksigen bercampur dengan unsur-unsur dan sebatian lain. Oksigen juga memainkan peranan dalam pembakaran.

Oleh jisim, oksigen adalah elemen yang paling banyak di dalam badan manusia. Jika anda berfikir tentang hal itu, ini masuk akal, kerana kebanyakan badan itu terdiri daripada air atau H2O. Oksigen akaun untuk 61-65% daripada jisim tubuh manusia. Walaupun terdapat banyak lagi atom hidrogen di dalam badan anda daripada oksigen, setiap atom oksigen ialah 16 kali lebih besar daripada atom hidrogen.

Oksigen mempunyai banyak kegunaan, seperti yang ditunjukkan di bawah:

1. Kami menggunakan oksigen untuk pernafasan dan ia merupakan satu proses yang berterusan yang hanya akan berhenti apabila kita mati. Kita sedut oksigen dan menghembus karbon dioksida. Proses ini adalah sama untuk benda-benda hidup yang lain seperti haiwan, tumbuh-tumbuhan dan bakteria. 
2. Apabila tumbuhan dan haiwan mati dan mereput, oksigen digunakan. 
3. Apabila anda membakar api, ia menggunakan oksigen. 
4. Apabila logam berkarat, oksigen digunakan. 

Oksigen diperlukan untuk proses di seluruh dunia. Komposisi oksigen dikekalkan pada kira-kira 20% di udara dengan kitaran oksigen (lihat Rajah 1.1).

Rajah 1.1: Kitaran Oksigen

Karbon (C)

Semua organisma hidup mengandungi karbon, yang membentuk asas bagi semua molekul organik di dalam badan. Karbon merupakan unsur kedua paling banyak di dalam badan manusia, menyumbang 18% daripada berat badan.

Semua molekul organik (lemak, protein, karbohidrat, asid nukleik) mengandungi karbon. Karbon juga ditemui karbon dioksida. Anda menyedut udara yang mengandungi kira-kira 20% oksigen. Udara yang anda menghembus nafas mengandungi lebih kurang oksigen tetapi kaya dengan karbon dioksida.

Hidrogen (H)

Hidrogen adalah 10% daripada jisim tubuh manusia. Lebih kurang sekitar 60% daripada berat badan adalah air, banyak hidrogen wujud di dalam air, yang berfungsi untuk mengangkut nutrien, mengeluarkan bahan buangan, melincirkan organ-organ dan sendi, dan mengawal suhu badan.

Hidrogen juga penting dalam pengeluaran tenaga dan digunakan. H + ion boleh digunakan sebagai ion hidrogen atau pam proton untuk menghasilkan adenosina trifosfat (ATP) dan mengawal banyak tindak balas kimia. Semua molekul organik mengandungi hidrogen sebagai tambahan kepada karbon.

Nitrogen (N2)

Kira-kira 3% daripada jisim tubuh manusia adalah nitrogen. Protein, asid nukleik dan molekul organik lain mengandungi nitrogen. Gas nitrogen juga terdapat dalam paru-paru, kerana gas utama di dalam udara ialah nitrogen.

Kalsium (Ca)

Kalsium mencakupi 1.5% daripada berat badan manusia. Kalsium digunakan untuk memberikan sistem rangka ketegaran dan kekuatannya. Kalsium dijumpai dalam tulang dan gigi. Ca2 + ion adalah penting untuk fungsi otot.

Fosforus (P) 

Kira-kira 1.2% kepada 1.5% daripada badan anda terdiri daripada fosforus. Fosforus adalah penting untuk struktur tulang dan merupakan sebahagian daripada molekul tenaga utama dalam badan, ATP. Kebanyakan fosforus dalam badan adalah di dalam tulang dan gigi.

Kalium (K) 

Kalium membentuk 0.2% kepada 0.35% daripada tubuh manusia dewasa. Kalium adalah mineral penting dalam semua sel-sel. Ia berfungsi sebagai elektrolit dan adalah penting untuk pengecutan otot dan menjalankan impuls elektrik.

Sulfur (S)

Sulfur membentuk 0.20 % kepada 0.25% daripada tubuh manusia. Sulfur merupakan komponen penting daripada asid amino dan protein. Ia hadir dalam keratin , yang membentuk kulit, rambut dan kuku. Ia juga diperlukan untuk respirasi sel , membolehkan sel-sel untuk menggunakan oksigen .

Natrium (Na )

Kira-kira 0.10% kepada 0.15 % jisim badan adalah terdiri daripada natrium unsur tersebut. Natrium merupakan elektrolit penting di dalam badan. Ia adalah satu komponen penting dalam cecair selular dan diperlukan untuk penghantaran impuls saraf. Ia membantu mengawal jumlah cecair , suhu dan tekanan darah.

Magnesium (Mg )

Magnesium logam terdiri daripada kira-kira 0.05 % daripada berat badan . Kira-kira separuh daripada magnesium badan terdapat dalam tulang. Magnesium penting untuk banyak tindak balas biokimia . Ia membantu mengawal degupan jantung, tekanan darah dan paras glukosa darah. Ia digunakan dalam sintesis protein dan metabolisme. Ia diperlukan untuk menyokong sistem imun dan juga otot dan saraf fungsi.