Asi najlepšou hračkou na svete je stavebnica Lego. Dokonca aj z tej najjednoduchšej súpravy, obsahujúcej len základný typ kociek, sa dajú poskladať úžasné veci. A z čoho sa skladajú tie základné kocky?
Kocky Lega sa skladajú – tak ako všetky plasty – z makromolekúl. Tieto velikánske molekuly sa skladajú z nejakých menších jednotiek a tie sa skladajú najmä z uhlíka a vodíka (hoci občas je tam ešte aj nejaký kyslík, dusík, chlór a podobne).
Celé to naozaj pripomína niekoľkostupňovú stavebnicu. A tým úplne najzákladnejším dielikom v nej je atóm uhlíka.
.plastic
Uhlík má jednu pozoruhodnú vlastnosť, ktorá z neho robí úplne výnimočný prvok. Tou vlastnosťou je jeho schopnosť a ochota vytvárať stabilné chemické väzby, viete s kým? S uhlíkom.
Teda, aby sme boli presní, na tom, že uhlík sa chemicky viaže s uhlíkom, ešte nie je nič mimoriadne. Zaujímavé to začína byť až vďaka tomu, že jeden atóm uhlíka sa rád viaže s dvoma atómami uhlíka. Každý z týchto dvoch uhlíkov k sebe rád priviaže ešte ďalšieho uhlíka, a tak ďalej. Výsledkom sú uhlíkové reťazce a celá organická chémia.
Organické molekuly teda môžeme chápať ako stavby postavené zo stavebnice, ktorej základným dielikom je atóm uhlíka. Aké veľké molekuly sa takto dajú postaviť? Nuž, dosť veľké. Makromolekuly sa skladajú z desiatok tisícov atómov.
Nuž, ale dá sa takéto hebedo ešte nazvať molekulou? Pred sto rokmi prevládal medzi chemikmi názor, že nejde o jednu obrovskú molekulu, ale o akýsi zhluk veľkého množstva menších molekúl. Keď v roku 1920 prišiel Hermann Staudinger s myšlienkou, že škrob alebo celulóza sa skladajú predsa len z akýchsi ozrutne dlhých reťazcov opakujúcich sa dielikov s veľkosťou obyčajných molekúl, veľa sympatizantov si nezískal. A tak si musel na tú Nobelovu cenu počkať až do roku 1953.
V tom čase už bolo všetkým jasné, že mnohé organické molekuly majú schopnosť vytvárať medzi sebou chemické väzby, ktoré vedú k vzniku dlhých reťazcov (tým dielikom sa potom hovorí monoméry a reťazcom polyméry). Otázkou už dávno nebolo, či polyméry existujú, ale ako ich čo najúčinnejšie vyrábať. Na to prišli práve v roku 1953 Giulio Natta a Karl Ziegler. Nobelovu cenu dostali v roku 1963.
Pre plasty, ktoré sú typickými polymérmi, sa tým začala zlatá doba. Mnohé z nich síce boli objavené už v prvej polovici 20. storočia (celuloid dokonca už v 19. storočí) ale najväčší boom nastal až v druhej polovici storočia. A že tých plastov používame naozaj dosť: bakelit, celofán, epoxid, nylon, neoprén, polystyrén, polyvinylchlorid (PVC), polyetylén (PET), polyester, akrylonitril-butadién-styrén... Čože? Ten posledný že nepoznáte? Ale poznáte. To z neho sa vyrába Lego.
Keď sa teda pozeráme na stavbu z Lega, mali by sme vzdať hold nielen základnému dieliku celej stavby, ale aj základnému dieliku tohto dielika (polyméru), základnému dieliku tohto dielika (monoméru) a základnému dieliku tohto dielika, čiže uhlíku. Ale tým najúžasnejším výtvorom zo stavebnice, ktorej základným dielikom je uhlík, nie je tá stavba z Lega. Najúžasnejším výtvorom z uhlíka je to decko, ktoré sa tam niekde okolo motá.
.people
Polymérmi totiž nie sú len plasty, ale aj proteíny a DNA. V prípade proteínov sú monomérmi aminokyseliny, ktoré obsahujú okrem uhlíka aj veľa dusíka, kyslíka a vodíka. Dusík sa dokonca podieľa aj na väzbe medzi jednotlivými aminokyselinami v rámci proteínu, ale stále platí, že úplne kľúčovými sú chemické vlastnosti uhlíka.
Na čo nám slúžia proteíny? Na všetko. Umožňujú pohyb našim svalom (aktín, myozín), podieľajú sa na výstavbe kože a kostí (kolagén), slúžia na transport dôležitých látok v tele (hemoglobín), riadia metabolizmus (inzulín), umožňujú zmyslové vnímanie (rodopsín), tvoria súčasť imunitného systnému (imunoglobulín) – a to sme spomenuli len tie najväčšie celebrity. Tisícky a tisícky enzýmov, ktoré umožňujú biochemické reakcie v bunkách – to sú tiež proteíny.
Ako sa všetky tieto dôležité proteíny do organizmu dostanú? Organizmus si ich sám vyrába na základe genetickej informácie zašifrovanej v DNA. No a DNA nie je nič iné, ako polymér zložený zo štyroch typov monomérov, ktorým sa hovorí nukleotidy. Samotné nukleotidy obsahujú, podobne ako aminokyseliny, okrem uhlíka aj dusík, kyslík, vodík a navyše ešte aj fosfor (ktorý hrá dôležitú úlohu vo väzbe medzi jednotlivými nukleotidmi), ale aj v tomto prípade je uhlík tým najdôležitejším prvkom.
A tak je to vlastne aj s ostatnými organickými látkami v našom tele. Všetky vďačia za svoju existenciu v prvom rade chemickým vlastnostiam uhlíka. Život, prinajmenšom ten život, ktorý poznáme u nás na Zemi, by bez prvku s vlastnosťami uhlíka zrejme nebol vôbec možný. Aké šťastie, že sa v tej Mendelejevovej tabuľke našiel aspoň jeden taký dobrák.
.universe
A ako je to inde vo vesmíre? Môže existovať život aj v mimozemských podmienkach? A ak áno, musí byť založený na báze uhlíka, alebo je možný aj celkom iný základ života?
Často sa v tejto súvislosti špekuluje o kremíku. Lenže kremík, z ktorého sú zložené hlavne kamene, neprejavuje tu na Zemi nijaké výraznejšie známky života (hoci, ako hovorí Terry Pratchett, niet pochýb o tom, že kamene vedia rozmýšľať – celý počítačový priemysel je na tom založený).
Na druhej strane treba priznať, že existuje niečo ako silikóny, a tie vedia za istých okolností vyzerať celkom živo. Silikóny majú k otázke prípadného mimozemského života na báze kremíka naozaj čo povedať. Ide totiž o polyméry, ktoré síce obsahujú aj organické časti s kopou uhlíka, ale základná väzba medzi monomérmi je v nich sprostredkovaná atómami kremíka a kyslíka. Zdá sa teda, že aj kremík je schopný byť základným dielikom stavebnice, z ktorej sa dajú skladať rôzne zaujímavé veci.
A na tom vlastne nie je nič prekvapujúce. Kremík má, rovnako ako uhlík, štyri valenčné elektróny (to sú tie, ktoré sú schopné vytvárať chemické väzby), a preto sa chemické vlastnosti týchto dvoch prvkov v mnohom podobajú. V atóme kremíka sú však valenčné elektróny ďalej od jadra ako v prípade uhlíka, a to spôsobuje v chémii oboch prvkov dôležité rozdiely. Kremík napríklad nejaví tendenciu vytvárať dvojité a trojité väzby (dva alebo tri valenčné elektróny zdieľané dvomi atómami). Uhlík takéto väzby vytvára celkom rád, a aj to je jeden z dôvodov bohatstva uhlíkovej organickej chémie. Či je tento hendikep kremíka rozhodujúci pre jeho schopnosť či neschopnosť stať sa základom života v mimozemských podmienkach, to sa nám do uzávierky tohto čísla zistiť nepodarilo.
Ale nech už to s kremíkom alebo ľubovoľným iným prvkom dopadne akokoľvek, jedno tomu uhlíku neodškriepime: urobil toho pre nás dosť veľa.
Kocky Lega sa skladajú – tak ako všetky plasty – z makromolekúl. Tieto velikánske molekuly sa skladajú z nejakých menších jednotiek a tie sa skladajú najmä z uhlíka a vodíka (hoci občas je tam ešte aj nejaký kyslík, dusík, chlór a podobne).
Celé to naozaj pripomína niekoľkostupňovú stavebnicu. A tým úplne najzákladnejším dielikom v nej je atóm uhlíka.
.plastic
Uhlík má jednu pozoruhodnú vlastnosť, ktorá z neho robí úplne výnimočný prvok. Tou vlastnosťou je jeho schopnosť a ochota vytvárať stabilné chemické väzby, viete s kým? S uhlíkom.
Teda, aby sme boli presní, na tom, že uhlík sa chemicky viaže s uhlíkom, ešte nie je nič mimoriadne. Zaujímavé to začína byť až vďaka tomu, že jeden atóm uhlíka sa rád viaže s dvoma atómami uhlíka. Každý z týchto dvoch uhlíkov k sebe rád priviaže ešte ďalšieho uhlíka, a tak ďalej. Výsledkom sú uhlíkové reťazce a celá organická chémia.
Organické molekuly teda môžeme chápať ako stavby postavené zo stavebnice, ktorej základným dielikom je atóm uhlíka. Aké veľké molekuly sa takto dajú postaviť? Nuž, dosť veľké. Makromolekuly sa skladajú z desiatok tisícov atómov.
Nuž, ale dá sa takéto hebedo ešte nazvať molekulou? Pred sto rokmi prevládal medzi chemikmi názor, že nejde o jednu obrovskú molekulu, ale o akýsi zhluk veľkého množstva menších molekúl. Keď v roku 1920 prišiel Hermann Staudinger s myšlienkou, že škrob alebo celulóza sa skladajú predsa len z akýchsi ozrutne dlhých reťazcov opakujúcich sa dielikov s veľkosťou obyčajných molekúl, veľa sympatizantov si nezískal. A tak si musel na tú Nobelovu cenu počkať až do roku 1953.
V tom čase už bolo všetkým jasné, že mnohé organické molekuly majú schopnosť vytvárať medzi sebou chemické väzby, ktoré vedú k vzniku dlhých reťazcov (tým dielikom sa potom hovorí monoméry a reťazcom polyméry). Otázkou už dávno nebolo, či polyméry existujú, ale ako ich čo najúčinnejšie vyrábať. Na to prišli práve v roku 1953 Giulio Natta a Karl Ziegler. Nobelovu cenu dostali v roku 1963.
Pre plasty, ktoré sú typickými polymérmi, sa tým začala zlatá doba. Mnohé z nich síce boli objavené už v prvej polovici 20. storočia (celuloid dokonca už v 19. storočí) ale najväčší boom nastal až v druhej polovici storočia. A že tých plastov používame naozaj dosť: bakelit, celofán, epoxid, nylon, neoprén, polystyrén, polyvinylchlorid (PVC), polyetylén (PET), polyester, akrylonitril-butadién-styrén... Čože? Ten posledný že nepoznáte? Ale poznáte. To z neho sa vyrába Lego.
Keď sa teda pozeráme na stavbu z Lega, mali by sme vzdať hold nielen základnému dieliku celej stavby, ale aj základnému dieliku tohto dielika (polyméru), základnému dieliku tohto dielika (monoméru) a základnému dieliku tohto dielika, čiže uhlíku. Ale tým najúžasnejším výtvorom zo stavebnice, ktorej základným dielikom je uhlík, nie je tá stavba z Lega. Najúžasnejším výtvorom z uhlíka je to decko, ktoré sa tam niekde okolo motá.
.people
Polymérmi totiž nie sú len plasty, ale aj proteíny a DNA. V prípade proteínov sú monomérmi aminokyseliny, ktoré obsahujú okrem uhlíka aj veľa dusíka, kyslíka a vodíka. Dusík sa dokonca podieľa aj na väzbe medzi jednotlivými aminokyselinami v rámci proteínu, ale stále platí, že úplne kľúčovými sú chemické vlastnosti uhlíka.
Na čo nám slúžia proteíny? Na všetko. Umožňujú pohyb našim svalom (aktín, myozín), podieľajú sa na výstavbe kože a kostí (kolagén), slúžia na transport dôležitých látok v tele (hemoglobín), riadia metabolizmus (inzulín), umožňujú zmyslové vnímanie (rodopsín), tvoria súčasť imunitného systnému (imunoglobulín) – a to sme spomenuli len tie najväčšie celebrity. Tisícky a tisícky enzýmov, ktoré umožňujú biochemické reakcie v bunkách – to sú tiež proteíny.
Ako sa všetky tieto dôležité proteíny do organizmu dostanú? Organizmus si ich sám vyrába na základe genetickej informácie zašifrovanej v DNA. No a DNA nie je nič iné, ako polymér zložený zo štyroch typov monomérov, ktorým sa hovorí nukleotidy. Samotné nukleotidy obsahujú, podobne ako aminokyseliny, okrem uhlíka aj dusík, kyslík, vodík a navyše ešte aj fosfor (ktorý hrá dôležitú úlohu vo väzbe medzi jednotlivými nukleotidmi), ale aj v tomto prípade je uhlík tým najdôležitejším prvkom.
A tak je to vlastne aj s ostatnými organickými látkami v našom tele. Všetky vďačia za svoju existenciu v prvom rade chemickým vlastnostiam uhlíka. Život, prinajmenšom ten život, ktorý poznáme u nás na Zemi, by bez prvku s vlastnosťami uhlíka zrejme nebol vôbec možný. Aké šťastie, že sa v tej Mendelejevovej tabuľke našiel aspoň jeden taký dobrák.
.universe
A ako je to inde vo vesmíre? Môže existovať život aj v mimozemských podmienkach? A ak áno, musí byť založený na báze uhlíka, alebo je možný aj celkom iný základ života?
Často sa v tejto súvislosti špekuluje o kremíku. Lenže kremík, z ktorého sú zložené hlavne kamene, neprejavuje tu na Zemi nijaké výraznejšie známky života (hoci, ako hovorí Terry Pratchett, niet pochýb o tom, že kamene vedia rozmýšľať – celý počítačový priemysel je na tom založený).
Na druhej strane treba priznať, že existuje niečo ako silikóny, a tie vedia za istých okolností vyzerať celkom živo. Silikóny majú k otázke prípadného mimozemského života na báze kremíka naozaj čo povedať. Ide totiž o polyméry, ktoré síce obsahujú aj organické časti s kopou uhlíka, ale základná väzba medzi monomérmi je v nich sprostredkovaná atómami kremíka a kyslíka. Zdá sa teda, že aj kremík je schopný byť základným dielikom stavebnice, z ktorej sa dajú skladať rôzne zaujímavé veci.
A na tom vlastne nie je nič prekvapujúce. Kremík má, rovnako ako uhlík, štyri valenčné elektróny (to sú tie, ktoré sú schopné vytvárať chemické väzby), a preto sa chemické vlastnosti týchto dvoch prvkov v mnohom podobajú. V atóme kremíka sú však valenčné elektróny ďalej od jadra ako v prípade uhlíka, a to spôsobuje v chémii oboch prvkov dôležité rozdiely. Kremík napríklad nejaví tendenciu vytvárať dvojité a trojité väzby (dva alebo tri valenčné elektróny zdieľané dvomi atómami). Uhlík takéto väzby vytvára celkom rád, a aj to je jeden z dôvodov bohatstva uhlíkovej organickej chémie. Či je tento hendikep kremíka rozhodujúci pre jeho schopnosť či neschopnosť stať sa základom života v mimozemských podmienkach, to sa nám do uzávierky tohto čísla zistiť nepodarilo.
Ale nech už to s kremíkom alebo ľubovoľným iným prvkom dopadne akokoľvek, jedno tomu uhlíku neodškriepime: urobil toho pre nás dosť veľa.
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.