2 REAKTION K E M I 2 | GY M NA S I E T & V U X
Oxiderande
Frätande
Giftig
Miljöfarlig
Explosiv
Skadlig
Hälsofarlig
Gas under tryck
Eleven får verktyg för att nå en djupare förståelse av ämnet kemi där vetenskapliga modeller, ett vetenskapligt förhållningssätt och ett ämnesspecifikt språk utgör grunderna. Återkommande översikter hjälper eleven att repetera, sammanfatta och reflektera över textens innehåll. Läroboken kompletteras med en digital lärarhandledning och har en egen webbsida med bland annat webbövningar.
2 REAKTION K E M I 2 | GY M NA S I E T & V U X
KEMI 2 | GYMNASIET & V UX
Brandfarlig
reaktion kemi är ett nytänkande läromedel i kemi som engagerar. I Reaktion 2 fördjupas resonemangen kring kemisk bindning och energi. Här behandlas mer komplex kemi med hjälp av de vetenskapliga modellerna som introducerades i Reaktion 1.
2 REAKTION
Farosymboler
Helena Danielsson Thorell Emma Johansson
För mer information se www.nok.se/reaktion
ISBN 978-91-27-44915-2
9 789127 449152
Reaktion 2 Omslag med flikar_180620.indd 1-4
2018-06-21 15:00
Innehåll 1 om, hur fort och hur mycket 7 1:1 Hur snabbt och varför? 8
Varför sker kemiska reaktioner? 8 Hur snabbt sker kemiska reaktioner? 9 Vad påverkar en reaktions hastighet? 10 översikt 16
1:2 Jämvikt 18
Jämvikt – ett vardagsexempel 20 Jämviktskonstanten 22 Jämvikt eller inte? 26 översikt 28
1:3 Vi stör en jämvikt 29
Ett exempel med vår gamla reaktion 30 Olika sätt att störa en jämvikt 33 översikt 38
1:4 Syror och baser 39
Lite repetition om syror och baser 39 Starka och svaga syror 40 Starka och svaga baser 44 Surt och basiskt — pH-skalan 46 pH för starka syror och baser 49 pH för svaga syror och baser 49 översikt 51
1:5 Vi analyserar lite 53
Titrera kvantitativt, en repetition 53 Titrerkurvor 55 Titrerkurvor för svaga syror och baser 56 Tillbaka till titrerkurvorna 58 Mer information från titrerkurvor 59 Vi använder titrering kvalitativt 60 översikt 63
1:6 Buffertar 64
Så fungerar en buffert 65 En buffrande miljö 67 översikt 70 övningar 71
2 utan kol inget liv 77 2:1 Organisk kemi 78
”Livskraftens” kemi 78 Kol ska vara så himla speciellt 80 Oorganiska kolföreningar 82 En nanorevolution? 85 Systematik i kolkemins värld 86 Skelettformler 86 Vad betyder R i en formel? 87 översikt 88
2:2 Ämnesklasser handlar om funktionella grupper 89
Ämnesklasser med karbonylgrupp 93 Ämnesklasser utan karbonylgrupp 95 översikt 99
2:3 Alkaner 101
Alkaner i naturen 102 Alkaner reagerar 105 Redoxreaktioner i organisk kemi 114 översikt 116
2:4 Alkener 118
Alkyner 125 översikt 127
2:5 Bindningen inom molekylen bestämmer formen 128
Överlappande orbitaler är bindningar 128 Kol-kol enkelbindning 130 Kol-kol dubbelbindning 134 Kol-kol trippelbindning 137 översikt 139
2:6 Molekylens form och ämnets egenskaper 140 Isomerer 144 översikt 154
2:7 Dubbelbindningar som stabiliserar 155
Bensen 155 Delokaliserade elektroner och resonansstabilisering 157 Resonansstabilisering och sammansatta oorganiska joner 158 översikt 161
2:8 Aromatiska föreningar 162
Polycykliska aromatiska föreningar (PAH) 162 Aromatiska föreningar som påverkar 163 E-nummer 165 översikt 167
00_Reaktion 2 Fortext_180618.indd 4
2018-06-25 14:48
2:9 Kemiska reaktioner med organiska molekyler 168
Reaktionsmekanismer 168 Reaktioner inom organisk kemi 170 Reaktionsmekanism för syntes av paracetamol 183 översikt 186
2:10 Nomenklatur 188
Systematisk namngivning (enligt IUPAC) 188 övningar 194
3 analysera ännu mera 201 3:1 Att arbeta vetenskapligt 202 Experimentell undersökning 203 Undersökningens kvalitet 204 Vad är vad och hur mycket? 206 Provtagning 206 Tekniker för analys 208 översikt 208
3:2 Kromatografi 210
Tunnskiktskromatografi 210 Kolonnkromatografi 215 Vi använder kromatografi 218 Gelfiltrering 219 översikt 221
3:3 Spektroskopi 223
Vad är elektromagnetisk strålning? 224 IR-spektroskopi 228 UV-vis spektroskopi 232 Kärnmagnetisk resonansspektroskopi, NMR 235 Masspektrometri 240 översikt 243
3:4 Elektrofores 246 Gelelektrofores 246 översikt 249
3:5 Vi tittar på kemin – elektronmikroskop 250 övningar 253
4 livets reaktioner 265 4:1 Vad är liv? 266
Cellen – den minsta gemensamma enheten för liv 266 Termodynamikens andra huvudsats – en förutsättning för liv 272 översikt 274
4:2 Världens viktigaste reaktioner 275 Cellandning 275 Fotosyntesen 278 översikt 281
4:3 Vilka molekyler bygger cellen? 282 Lipider 284 Kolhydrater 290 Proteiner 299 översikt 331
4:4 Vi äter, vad händer? 334
Nedbrytning och syntes 341 Från mat till energi i metabolismen 345 översikt 359
4:5 Från gen till protein 362
Nukleinsyror 362 Replikation (DNA → DNA) 371 Transkription (DNA → RNA) 376 Translation (RNA → protein) 380 Mutationer 388 Genreglering 392 Sammanfattningsvis 395 Genom, transkriptom, proteom, mikrobiom 396 översikt 400
4:6 Bioteknik 404
DNA-sekvensering 404 Polymerase Chain Reaction (PCR) 408 Bioinformatik 410 Genetisk modifiering 413 Genteknik väcker etiska frågor 416 översikt 418 övningar 420
svar och lösningar 426 tabeller 447 register 448 Källförteckning till bilder 450
00_Reaktion 2 Fortext_180618.indd 5
2018-06-25 14:48
6
1 | FR Å N IDÉ TILL TEOR I
Reaktion 2 kap 01_180611.indd 6
2018-06-25 14:49
1 om, hur fort och hur mycket På något sätt har allt bildats genom kemiska reaktioner. Mineralet i berget och vattnet i sjön har bildats genom att ämnen har reagerat spontant, utan tillförsel av konstant energi. I de här reaktionerna avges energi och produkterna (mineralerna eller vattnet) är i ett lägre energitillstånd än utgångsämnena. Produkterna är i ett mer stabilt tillstånd. Alla levande organismer bildas genom oerhört många kemiska reaktioner där energi tillförs hela tiden. Kapitlet behandlar främst följande centrala innehåll:
Det här kapitlet kan användas som underlag för att utveckla:
• Kunskaper om kemins begrepp,
Reaktionshastighet och kemisk jämvikt
modeller, teorier och arbetsmetoder. • Förmåga att analysera och söka svar på ämnesrelaterade frågor samt att identifiera, formulera och lösa problem. Förmåga att reflektera över och värdera valda strategier, metoder och resultat. • Förmåga att planera, genomföra, tolka och redovisa experiment och observationer samt förmåga att hantera kemikalier och utrustning. • Kunskaper om kemins betydelse för individ och samhälle.
- Reaktionshastighet, till exempel
katalysatorers och koncentrationers inverkan på hur fort kemiska reaktioner sker. - Faktorer som påverkar jämviktslägen och jämviktskonstanter. - Beräkningar på och resonemang om jämviktssystem i olika miljöer, till exempel jämviktssystem i världshaven, i människokroppen och inom industriella processer. Kemins karaktär och arbetssätt - Modeller och teorier som förenklingar av verkligheten. - Avgränsning och studier av problem och frågor med hjälp av kemiska resonemang. - Planering och genomförande av experimentella undersökningar och observationer.
1 | O M , H U R F O R T O C H H U R M YC K E T
Reaktion 2 kap 01_180611.indd 7
7
2018-06-25 14:49
Vad påverkar en reaktions hastighet? För att beskriva hur en reaktion går till och för att kunna avgöra vilka faktorer som påverkar en reaktions hastighet använder vi oss av den så kallade kollisionsteorin.
Hur går reaktioner till? För att reaktion ska ske måste atomerna/molekylerna kollidera. Kollisionen måste ske med tillräcklig energi och vara geometriskt gynnsam (figur 1). 1
2
3 Figur 1. I bild 1 är energin i kollisionerna inte tillräcklig för att en reaktion ska ske. I bild 2 är orienteringen av molekylerna sådan så att reaktion inte kan ske. I bild 3 är energin tillräcklig och orienteringen av molekylerna sådan så att reaktion kan ske.
Aktiveringsenergin är minimienergin som kollisionen måste ske vid för att kunna komma över energibarriären (figur 2). 2 H2 (g)
O2 (g)
2 H2O (g)
energi
Ea reaktanter ∆H produkter
reaktionsförlopp Figur 2. Energiförändringen för en exoterm reaktion.
10
1 | O M , H U R F O R T O C H H U R M YC K E T
Reaktion 2 kap 01_180611.indd 10
2018-06-25 14:49
Om reaktionen är spontan vid den aktuella temperaturen så kommer en del av partiklarna att ha en energi som överskrider aktiveringsenergin. Det medför att reaktionen sker och fortskrider av sig självt. Men det kanske inte är alls så många partiklar som reagerar. Stearinets reaktion med syrgas är till exempel en spontan reaktion, men vi vet mycket väl att det inte ser ut att hända speciellt mycket med ett stearinljus om vi inte tänder det med en tändsticka. Det är dock viktigt att poängtera att det faktiskt händer något. Några av stearinljusmolekylerna kommer att reagera med luftens syremolekyler och det bildas koldioxid och vatten, men det går otroligt långsamt så för oss ser det ut som om ingenting händer. Tändstickan gör så att temperaturen höjs vilket leder till att fler kollisioner sker och därmed ökar antalet gynnsamma kollisioner.
Faktorer som påverkar reaktioners hastighet Koncentrationen av reaktanterna, temperaturen och reaktanternas fysikaliska tillstånd är viktiga faktorer som påverkar reaktionshastigheten. Koncentrationen av reaktanterna
Partiklarna måste stöta i varandra för att reagera. Finns det fler partiklar per volymenhet så kommer partiklarna oftare att kollidera med varandra. Det medför att sannolikheten för gynnsamma krockar ökar. Därmed kommer fler partiklar att reagera per tidsenhet och reaktionen går snabbare (figur 3). låg koncentration
hög koncentration
Figur 3. En ökad koncentration av partiklar ger fler kollisioner, vilket leder till en högre reaktionshastighet.
Temperaturen där reaktionen sker
En ökad temperatur gör vanligtvis att partiklar rör sig snabbare. När partiklarna rör sig snabbare är sannolikheten högre för att de ska kollidera med varandra. Då kolliderar de dessutom med en högre energi. Flera av krockarna kommer ha en så hög energi att
1 | O M , H U R F O R T O C H H U R M YC K E T
Reaktion 2 kap 01_180611.indd 11
11
2018-06-25 14:49
Reaktion 2 kap 02_180605.indd 76
2018-06-25 15:07
2 utan kol inget liv Allt liv som vi människor känner till baseras på molekyler som består av kolatomer bundna till andra kolatomer och andra atomslag, till exempel väte och syre. För några hundra år sedan trodde kemister att ämnen som innehöll kol bara kunde produceras av levande organismer. De här ämnena kallades därför för organiska ämnen. I dag är det ett samlingsnamn för alla slags molekyler som innehåller kol- och väteatomer, d.v.s. inte bara molekyler i levande organismer. Ca 98 % av alla ämnen som man känner till är organiska.
Det här kapitlet kan användas som underlag för att utveckla:
Kapitlet behandlar främst följande centrala innehåll:
• Kunskaper om kemins begrepp,
Organisk kemi - Olika organiska ämnesklasser, deras egenskaper, struktur och reaktivitet. - Reaktionsmekanismer, inklusive kvalitativa resonemang om, hur och varför reaktioner sker och om energiomsättningar vid olika slags organiska reaktioner. Kemins karaktär och arbetssätt - Modeller och teorier som förenklingar av verkligheten. Modellers och teoriers giltighetsområden och hur de kan utvecklas, generaliseras eller ersättas av andra modeller över tid. - Avgränsning och studier av problem och frågor med hjälp av kemiska resonemang. - Frågor om etik och hållbar utveckling kopplade till kemins olika arbetssätt och verksamhetsområden.
modeller, teorier och arbetsmetoder samt förståelse av hur dessa utvecklas. • Förmåga att analysera och söka svar på ämnesrelaterade frågor samt att identifiera, formulera och lösa problem. Förmåga att reflektera över och värdera valda strategier, metoder och resultat. • Kunskaper om kemins betydelse för individ och samhälle. • Förmåga att använda kunskaper i kemi för att kommunicera samt för att granska och använda information.
2 | U TA N KO L I N G E T L I V
Reaktion 2 kap 02_180605.indd 77
77
2018-06-25 15:07
2:1
Organisk kemi Omkring 1860 insåg man att indelningen i organisk kemi och oorganisk kemi var mycket användbar. Organisk kemi är kolföreningarnas kemi. Det handlar om ämnen som bygger upp och finns i levande organismer, så som kolhydrater, proteiner, fetter och mycket mera. Organisk kemi handlar också om alla ämnen som byggde upp de levande organismer som pressats ihop till fossiler, och som nu tas upp ur marken som fossil olja (råolja) och fossilgas (naturgas).
”Livskraftens” kemi Fram till för knappt tvåhundra år sedan trodde man att det behövdes någon typ av ”livskraft” för att ämnena skulle kunna bildas. År 1828 lyckades kemisten Friedrich Wöhler syntetisera urea på sitt laboratorium. Urea, som bland annat finns i urin, var ett ämne som man tidigare betraktat som speciellt för levande celler. Wöhler visade därmed att det inte behövdes någon ”livskraft” för att framställa en organisk molekyl. Reaktionen krävde bara hög temperatur eller högt tryck. Nedan ser du reaktionen mellan koldioxid och ammoniak som bildar urea. I ett mellansteg bildas först jonföreningen ammoniumkarbamat, därefter avges vatten och kvar finns urea: −
+
2 NH3 (g) + CO2 (g) → H2NCO2 NH4 (s) → → H2NCONH2 (s) + H2O (g) Urea är trivialnamn för ämnet (H2NCONH2). Alla organiska ämnen har också så kallade systematiska namn. Det systematiska namnet för H2NCONH2 är diaminometanal. Det systematiska namnet talar om vilka atomslag som ingår i molekylen och hur atomerna binder till varandra. Anta att vi inte skulle veta något om vilka atomslag som vatten består av. Med det systematiska namnet för vatten, diväteoxid, blir det tydligt att vatten består av två väteatomer och en syreatom. Vi kan använda den kemiska formeln H2O, det systematiska namnet diväteoxid eller trivialnamnet vatten för att namnge samma ämne.
78
2 | U TA N KO L I N G E T L I V
Reaktion 2 kap 02_180605.indd 78
2018-06-25 15:07
Trivialnamn är det icke-systematiska namnet. Det är ofta det äldre namnet på ämnet. Ibland säger trivialnamnet något om var ämnet hittas eller hur det produceras. Många trivialnamn ersätts efter hand med systematiska namn, men vissa trivialnamn lever kvar eftersom de är så inarbetade. Vid försäljning av kemikalier används nästan alltid det systematiska namnet. Genom att använda det systematiska namnet minimeras risken för att ämnen förväxlas.
IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) är den organisation som tar fram de internationella namngivningsreglerna för de systematiska namnen. Reglerna är utformade så att ett ämne kan ha flera olika namn. Men olika ämnen kan aldrig ha samma namn. Medlemmarna i IUPAC består av de olika nationella kemiakademierna. Svenska nationalkommittén för kemi representerar Kungliga Vetenskapsakademien i IUPAC. Det systematiska namnet för H2NCONH2 är alltså diaminometanal och trivialnamnet är urea. O H2N
NH2
Figur 1. Den kemiska formeln är H2NCONH2, det systematiska namnet diaminometanal och trivialnamnet är urea.
I dag används urea i många olika sammanhang och ämnet är ett bra exempel på att samma molekyl ofta får olika namn beroende på hur och var den används. När molekylen används i hudkrämer kallas den för karbamid i innehållsförteckningen, när den används i glass och tuggummi kallas den istället för E927b. Ämnet används också till exempel som avisningsmedel på flygplatser, samt vid avgasrening i dieselmotorer.
2 | U TA N KO L I N G E T L I V
Reaktion 2 kap 02_180605.indd 79
79
2018-06-25 15:07
Urea är också ett gödningsmedel. Det innehåller kväve som är ett viktigt näringsämne för växter. Kväveatomer ingår till exempel i alla aminosyror, som i sin tur är byggstenarna i proteiner.
H2NCONH2 i handkräm kallas för karbamid.
H2NCONH2 i gödningsmedel kallas för urea.
H2NCONH2 i tuggummi kallas för E927b.
H2NCONH2 används också i avisningsmedel på flygplatser.
Kol ska vara så himla speciellt Kolatomer är byggstenarna i de flesta material som finns på jorden. Några få exempel är olika plaster, ditt DNA, alla enzymer, alla träd, alla cellväggar, alla kolfibercyklar, allt smör, alla färgämnen o.s.v. Kolatomen är mycket speciell och det är antagligen kolatomens egenskaper som gör att det finns liv på jorden. När astrokemister söker efter liv på andra planeter är det bland annat kol de letar efter. Till exempel har NASAs rymdsond Dawn upptäckt ett område på dvärgplaneten Ceres som är täckt av organiska molekyler i form av kolväten. Ceres finns i asteroidbältet som ligger mellan Mars och Jupiter.
80
2 | U TA N KO L I N G E T L I V
Reaktion 2 kap 02_180605.indd 80
2018-06-25 15:07
Men hur hamnade kolvätena på Ceres? Det är inte helt uteslutet att de kom med en asteroid eller komet, men en asteroid eller komet som kraschlandar ger upphov till så mycket värme att eventuella organiska föreningar troligen skulle förstöras. Rymdsonden Dawn har också visat på förekomst av fruset vatten, salter, karbonater och lermineral på Ceres. För länge sedan kan det ha funnits ”lagom mycket” värme kvar från dvärgplanetens ”födelse” och då skulle lermineraler i vatten ha kunnat katalysera syntesen av organiska föreningar. Enligt forskarna är detta det mest sannolika scenariot för kolföreningarnas uppkomst.
Nasas rymdsond Dawn i omlopp kring dvärgplaneten Ceres.
Vad är det då som gör kolatomen så speciell? Kolatomen finns i grupp 14 i periodiska systemet och liksom alla grundämnen i grupp 14 har kolatomen fyra valenselektroner. Kolatomen kan alltså bilda fyra kovalenta bindningar med andra atomer och det gör att antalet möjliga molekyler som kan skapas nästan är oändligt. I dag känner vi till ca 14 miljoner olika organiska ämnen. Molekylerna i figurerna nedan är några exempel.
Figur 2. Oktan, finns bland annat i bensin.
2 | U TA N KO L I N G E T L I V
Reaktion 2 kap 02_180605.indd 81
81
2018-06-25 15:07
2:1
översikt Nya begrepp organiska ämnen – ett samlingsnamn för alla typer av molekyler som innehåller kol- och väteatomer oorganiska ämnen – samlingsnamnet på alla ämnen som inte baseras på kolatomer systematiskt namn – talar om vilka atomslag som ingår i molekylen och hur atomerna binder till varandra trivialnamn - det icke-systematiska namnet. Det är ofta det äldre namnet på ämnet
Sammanfattning Ordet organiska ämnen är ett samlingsnamn för alla typer av molekyler som innehåller kol- och väteatomer. Organiska molekyler innehåller ofta andra atomslag som till exempel syre, kväve, svavel och fosfor. Organiska föreningar kan namnges med ett systematiskt namn och ett trivialnamn. Det systematiska namnet talar om vilka atomslag som ingår i molekylen och hur atomerna binder till varandra. Trivialnamn är ofta det äldre namnet på ämnet. Ibland säger trivialnamnet något om var ämnet hittas eller hur det produceras. Kolatomer är byggstenarna i de flesta material som finns på jorden. Några få exempel på kolinnehållande föreningar är olika plaster, ditt DNA, alla enzymer, alla träd, alla cellväggar, alla kolfibercyklar, allt smör, alla färgämnen o.s.v.
88
Kolatomen är mycket speciell och det är antagligen kolatomens egenskaper som gör att det finns liv på jorden. Kolatomen finns i grupp 14 i periodiska systemet och liksom alla grundämnen i grupp 14 har kolatomen fyra valenselektroner. Kolatomen kan alltså bilda fyra kovalenta bindningar med andra atomer och det gör att antalet möjliga molekyler som kan skapas nästan är oändligt. Alla ämnen som innehåller kolatomer räknas inte som organiska. Några exempel på oorganiska kolföreningar är karbonater (som till exempel finns i kolsyrade drycker), koloxider (som koldioxid, kolmonoxid) och cyanider. Andra exempel är diamant och grafen.
Uppgift Rita skelettformler till de organiska molekylerna nedan. H H H H H H
C C C C C H H H H H H pentan H H H H
H
C C C C O H H H H H butanol H H H
H
O
C C C C H H H
O H
butansyra
2 | U TA N KO L I N G E T L I V
Reaktion 2 kap 02_180605.indd 88
2018-06-25 15:07
2
övningar 10. Gasol är ett gasformigt bränsle som består av en blandning av alkanerna propan (C3H8) och butan (C4H10). Skriv ner de två balanserade reaktionsformlerna för reaktionerna då propan respektive butan förbränns. 11. Beskriv vilka för- och nackdelar det finns med en hög temperatur vid förbränning av alkaner. 12. Beskriv fyra olika modeller som kan användas för att beskriva en redoxreaktion. 13. Visa med hjälp av oxidationstal vad det är som oxideras respektive reduceras i följande reaktion: 6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2 14. Varför är det så att miljögifter binder och följer med mikroplaster längre än vad de gör med naturligt förekommande partiklar? Om du behöver, ta reda på hur miljögifterna, plasterna och de naturligt förekommande partiklarna ser ut molekylärt. 15. Förklara likheter och skillnader mellan alkaner, alkener och alkyner. Visa också likheter och skillnader genom att rita skelettformler för några molekyler som du väljer själv. Om du har läst avsnitt 2.5: 16. Beskriv med hjälp av den kvantmekaniska atommodellen varför metanmolekylen får en tetraederform. 17. Förklara med hjälp av den kvantmekaniska atommodellen varför kolatomerna som binder med en dubbelbindning inte kan rotera kring sin egen axel. 18. Förklara varför metanol lättare tar sig in i kroppen än metan. 19. Beskriv varför formen på molekylen är viktig som en faktor för att avgöra om molekylen är skadlig för kroppen.
2 | U TA N KO L I N G E T L I V
Reaktion 2 kap 02_180605.indd 195
195
2018-06-25 15:09
Proteiner Nu har vi kommit till de mest mångfacetterade och fascinerande biomolekylerna i vår kropp – proteinerna. De är förmodligen de mest komplicerade molekylerna som finns på jorden (och sannolikt i hela universum). Just nu gör tiotusentals olika sorters proteiner allt de kan för att du ska hålla dig levande. Några exempel på proteiner som finns i din kropp är enzymer som bryter ned maten, antikroppar som sätter sig på främmande bakterier och virus så att ditt immunförsvar kan hitta dem samt endorfiner som påverkar dina känslor (figur 38-40). Proteiner finns överallt i din kropp och de gör allting. Vi har cirka
1 miljard proteiner per cell. I en typisk mänsklig cell sker produktion och nedbrytning av proteiner med en hastighet på cirka 2 000 proteiner per sekund.
Figur 38. Datorillustration av enzymet laktatdehydrogenas, ett enzym som är med i processen då mat bryts ned.
Figur 39. Datorillustration av en antikropp som finns i alla kroppsvätskor.
Figur 40. Datorillustration av insulin. Det är ett hormon som gör att kroppens celler lättare tar upp glukos från blodet. Hormonet gör också att glukosmolekyler byggs samman till glykogen.
4 | LI V ETS R E A K TION ER
Reaktion 2 kap 04_180614.indd 299
299
2018-06-26 15:04
Majoriteten av alla läkemedel består av molekyler som påverkar biokemiska processer genom att interagera med ett specifikt mål i kroppen. De här målen är ofta proteiner som fyller viktiga funktioner. Varje protein är unikt. För att kunna förstå mekanismen bakom en sjukdom och för att kunna ta fram en fungerande medicin måste vi förstå hur proteinerna fungerar, till exempel hur receptorerna påverkas när läkemedel binds och vad det leder till för effekter i cellen.
Proteiner i cellmembran För att våra celler ska få näring behöver den komma in genom cellmembranet. Transporten sker genom proteiner. De här proteinerna är extremt viktiga för hela kroppen. Ett membranprotein fungerar som en mycket komplicerad dörr (figur 41) och molekylen som ska passera in i cellen måste ha exakt rätt form för att kunna passera igenom den här dörren.
Figur 41. Datorillustration av membranproteiner i ett cellmembran.
300
4 | LI V ETS R E A K TION ER
Reaktion 2 kap 04_180614.indd 300
2018-06-26 15:04
Ibland krävs det energi, eller att andra ämnen deltar för att transporten in eller ut ur cellen ska ske. När du har ätit något kommer ganska snart glukos från tarmarna ut i blodet och när glukoshalten i blodet ökar frisätts insulin från bukspottkörteln. Insulin, som är ett protein, binder till insulinreceptorer på cellmembranet (receptorerna är också proteiner). När insulin binder till receptorerna är det en signal till att glukos ska transporteras in i cellen (figur 42). glukos från tunntarmen
insulin från bukspottkörteln
insulin öppnar cellerna för glukos
insulin insulinreceptor
blodkärl
glukos
utsida
glukostransportör
insida
insulin aktiverar glukostransportör Figur 42. Insulin behövs för att glukos ska komma in i cellen.
Vid typ 1-diabetes har kroppen slutat tillverka insulin och då får man för hög halt av glukos i blodet. Några tecken på typ 1-diabetes är bland annat att man blir trött och kraftlös, går snabbt ner i vikt, kissar oftare och att man blir väldigt törstig. Vid typ 2-diabetes producerar inte bukspottkörteln tillräckligt med insulin och cellerna får därför svårare att ta upp sockret i blodet. Insulinreceptorerna blir också mindre känsliga för insulin, det kallas för insulinresistens. Diabetes är en sjukdom som man har hela livet, men det finns bra behandlingar att få.
4 | LI V ETS R E A K TION ER
Reaktion 2 kap 04_180614.indd 301
301
2018-06-26 15:04
Grundforskning och tillämpad forskning Att ta reda på hur proteinerna fungerar hör till det som kallas för grundforskning. Både grundforskning och tillämpad forskning är viktiga för att ta fram ny kunskap, men de fungerar på lite olika sätt och har olika mål i sikte. Grundforskning bedrivs enbart i syfte att ta fram ny kunskap och bygga vidare på befintlig kunskap, i motsats till tillämpad forskning som är inriktad mot att lösa en viss fråga. Kemisten Jöns Jacob Berzelius, en av de främsta vetenskapshjärnorna i Sveriges historia, skrev redan år 1838: ”Den som vid vetenskaplig forskning frågar: Hvartill båtar den? har intet sinne för vetenskap. Hvarje ny positiv kunskap, huru oanvändbar den än må synas i borgerliga lifvet, leder till ännu andra kunskaper, med hvilka den sammanknyter sig, och under det, att den bidrager till att reda begreppen, frambringar den resultat, hvilkas vigt oftast icke kunde förutspås vid forskningens vagga.” De största vetenskapliga upptäckterna görs inte sällan när forskare fördjupar sig i sina ämnesområden utan konkreta mål. Ofta bygger tillämpad forskning på resultat från grundforskning. Genom grundforskning har man till exempel sett att cancerceller har extra många av vissa sockertransportörer. Att blockera transportörerna skulle kunna vara ett sätt att svälta ut cancerceller. Att ta fram en medicin som gör just det här skulle kunna vara ett exempel på tillämpad forskning.
Aminosyrorna Alla proteiner är uppbyggda av endast 20 olika byggstenar som kallas aminosyror. Aminosyror har en amingrupp i den ena änden och en karboxylsyragrupp i den andra, därav namnet aminosyra (figur 43).
aminogrupp
karboxylgrupp
R sidokedja Figur 43. Alla aminosyror har samma grundstruktur.
302
4 | LI V ETS R E A K TION ER
Reaktion 2 kap 04_180614.indd 302
2018-06-26 15:04
2 REAKTION K E M I 2 | GY M NA S I E T & V U X
Oxiderande
Frätande
Giftig
Miljöfarlig
Explosiv
Skadlig
Hälsofarlig
Gas under tryck
Eleven får verktyg för att nå en djupare förståelse av ämnet kemi där vetenskapliga modeller, ett vetenskapligt förhållningssätt och ett ämnesspecifikt språk utgör grunderna. Återkommande översikter hjälper eleven att repetera, sammanfatta och reflektera över textens innehåll. Läroboken kompletteras med en digital lärarhandledning och har en egen webbsida med bland annat webbövningar.
2 REAKTION K E M I 2 | GY M NA S I E T & V U X
KEMI 2 | GYMNASIET & V UX
Brandfarlig
reaktion kemi är ett nytänkande läromedel i kemi som engagerar. I Reaktion 2 fördjupas resonemangen kring kemisk bindning och energi. Här behandlas mer komplex kemi med hjälp av de vetenskapliga modellerna som introducerades i Reaktion 1.
2 REAKTION
Farosymboler
Helena Danielsson Thorell Emma Johansson
För mer information se www.nok.se/reaktion
ISBN 978-91-27-44915-2
9 789127 449152
Reaktion 2 Omslag med flikar_180620.indd 1-4
2018-06-21 15:00