1. Химические истоки жизни и элементный состав организмов
Вопросы зарождения жизни и состава организмов всегда волновали умы химиков. В 1903 г. для обозначения науки о химическом составе живых клеток и организмов и о химических процессах, лежащих в основе их жизнедеятельности, К. Нойбергом (1877–1956) в научный оборот был введен термин «биохимия (биологическая или физиологическая химия)». Сегодня цель биохимии состоит в том, чтобы понять, каким образом взаимодействия биомолекул друг с другом порождают особенности живого состояния.
Современную биохимию разделяют на: статическую, изучающую химический состав живой материи; динамическую, изучающую процессы обмена веществ в организме; функциональную, изучающую процессы, лежащие в основе определенных проявлений жизнедеятельности. Различают биохимию: растений; животных; биохимию микроорганизмов; биохимию человека (медицинская биохимия).
Особый интерес для данной науки представляет ряд процессов: репликация, транскрипция и трансляция. Репликация это процесс самовоспроизведения макромолекул нуклеиновых кислот, обеспечивающий точное копирование генетической информации и передачу её от поколения к поколению. В основе механизма репликации лежит ферментативный синтез ДНК на матрице ДНК или РНК на матрице РНК. Репликацией называется также удвоение хромосом, в основе которого лежит репликация ДНК.
Транскрипция представляет собой процесс воспроизведения информации, хранящейся в ДНК, в виде одноцепочной молекулы иРНК (информационной РНК, которая переносит информацию о строении белка из ядра клетки в цитоплазму клетки к рибосомам). Этот процесс проявляется в синтезе молекулы иРНК по матрице ДНК. Молекула иРНК состоит и нуклеотидов, каждый из которых включает в себя остаток фосфорной кислоты сахар рибозу и одно из четырёх азотистых оснований (А, Г, Ц и У-урацил вместо Т-тюлина). В основе синтеза иРНК лежит принцип комплиментарности, т.е. против А в одной цепочке ДНК располагается У в иРНК, а против Г в ДНК – Ц в иРНК, таким образом, иРНК является комплиментарной копией ДНК или её определённого участка, и содержит информацию, кодирующую аминокислоту или белок. Каждая аминокислота в ДНК иРНК шифруется последовательностью из 3-х нуклеотидов, т.е. триплетом, который получил название кодон.
Трансляция – синтез полипептидной цепи с использованием мРНК в роли матрицы. Как и транскрипция, трансляция – сложный многостадийный процесс, требующий значительных затрат энергии и участия большого числа (до 300) вспомогательных молекул. В трансляции участвуют все три основных типа РНК: м-, р- и тРНК. мРНК является информационной матрицей; тРНК «подносят» аминокислоты и узнают кодоны мРНК; рРНК вместе с белками образуют рибосомы, которые удерживают мРНК, тРНК и белок и осуществляют синтез полипептидной цепи. Процесс трансляции основывается на том, что каждому триплету мРНК (кодону) соответствует определенная аминокислота. Генетический код расшифровывают тРНК. Напомним, что тРНК имеет структуру, состоящую из четырех петель. К одной из них присоединяется аминокислота (акцепторная петля), в противоположной (антикодоновой) находится триплет нуклеоти-дов, комплементарный кодону мРНК. Этот триплет называют антикодоном.
На элементном уровне окружающая действительность состоит из 110 открытых наукой химических элементов. Большинство из них попадают в живые организмы и участвуют в их жизнедеятельности. Такие элементы в химии получили название органогенов. Однако основу жизнедеятельности организмов обеспечивают только шесть химических элементов-органогенов. Это углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера. Их суммарная весовая доля в структуре живого организма составляет 97,4 %. За ними по степени важности следуют 12 элементов, которые принимают участие в построении многих физиологически важных компонентов биологических систем. Это натрий, калий, кальций, магний, алюминий, железо, кремний, хлор, медь, цинк, кобальт, никель. Их весовая доля в организме составляет 1,6 %. На остальные элементы, которые участвуют в построении и функционировании отдельных узкоспецифичных биосистем, приходится около 1 %.
Общая картина химического мира также весьма убедительно свидетельствует об отборе элементов. В настоящее время химической науке известно около 8 млн химических соединений. Из них подавляющее большинство (96 %) составляют органические соединения, которые образованы на основе все тех же 6–18 элементов. А из остальных 95–99 химических элементов природа создала всего лишь 300 тыс. неорганических соединений. Из органогенов на Земле наиболее распространены кислород и водород. Степень распространенности углерода, азота, фосфора и серы в поверхностных слоях Земли примерно одинакова и невелика – около 0,24 весовых процента. В космосе безраздельно господствуют только два элемента – водород и гелий, а остальные элементы можно рассматривать только как добавки к ним.
Такая резкая диспропорция между органическими и неорганическими соединениями, а также исключительно дифференцированный отбор минимума органогенов не могут быть объяснены различной распространенностью химических элементов в космосе и на Земле. Это означает, что определяющими факторами в отборе химических элементов при формировании органических систем, а тем более биосистем, выступает способность образовывать прочные и энергоемкие химические связи. Эти связи должны быть лабильны (т. е. способны к образованию новых разнообразных связей). Вот поэтому углерод и отобран из многих других элементов как органоген номер один.
Важную роль в существовании органического мира, особенно живого, играют и микроэлементы – химические элементы, присутствующие в организмах в низких концентрациях (обычно тысячные доли процента и ниже). Данный термин применяется и для обозначения некоторых химических элементов, содержащихся в почвах, горных породах, минералах, водах. Точные количественные критерии для различения микроэлементов (содержание которых в живых организмах составляет менее 0,001 %) от макроэлементов (содержание больше 0,01 %) не установлены. По современным данным, более 30 микроэлементов считаются необходимыми для жизнедеятельности растений и животных; большинство из них – металлы (Fe, Cu, Mn, Zn, Mo, Со и др.), некоторые – неметаллы (I, Se, Br, F, As).
В организме микроэлементы входят в состав разнообразных биологически активных соединений: ферментов (например, Zn – в карбоангидразу, Cu – в полифенолоксидазу, Mn – в аргиназу, Mo – в ксантиноксидазу; всего известно около 200 металлоферментов), витаминов (Со – в состав витамина B12), гормонов (I – в тироксин, Zn и Со – в инсулин), дыхательных пигментов (Fe – в гемоглобин и другие железосодержащие пигменты, Cu – в гемоцианин). Действие микроэлементов, входящих в состав указанных соединений или влияющих на их функции, проявляется главным образом в изменении активности процессов обмена веществ в организмах. Некоторые М. влияют на рост (Mn, Zn, I – у животных; В, Mn, Zn, Cu – у растений), размножение (Mn, Zn – у животных; Mn, Cu, Mo – у растений), кроветворение (Fe, Cu, Со), на процессы тканевого дыхания (Cu, Zn), внутриклеточного обмена и т.д. Для ряда обнаруженных в организмах микроэлементов (Sc, Zr, Nb, Au, La и др.) неизвестно их количественное распределение в тканях и органах и не выяснена биологическая роль.
Микроэлементы в почвах входят в состав разных соединений, большая часть которых представлена нерастворимыми или труднорастворимыми формами и лишь небольшая – подвижными формами, усваиваемыми растениями. На подвижность микроэлементов и их доступность растениям большое влияние оказывают кислотность почвы, влажность, содержание органического вещества и другие условия. Их содержание в почвах различных типов неодинаково. Например, подвижными формами В и Cu богаты чернозёмы (0,4–1,5 и 4–30 мг в 1 кг почвы) и бедны дерново-подзолистые (0,02–0,6 и 0,1–6,7 мг в 1 кг), недостаток Mo ощущается в лёгких, Со – в кислых дерново-подзолистых почвах, Mn – в чернозёмах, Zn – в бурых и каштановых.
Недостаток или избыток микроэлементов в почве приводит к дефициту или избытку их в растительном и животном организме. При этом происходят изменения характера накопления (депонирования), ослабление или усиление синтеза биологически активных веществ, перестройка процессов межуточного обмена, выработка новых адаптаций или развиваются расстройства, ведущие к т.н. эндемическим заболеваниям человека и животных. Так, эндемическая атаксия у животных вызывается недостатком Cu, некоторым избытком Mo и сульфатов, возможно, также Pb; эндемический зоб у человека и животных – недостатком I; акобальтозы – нехваткой Со в почве; борные энтериты, осложнённые пневмониями (у овец), – избытком В.
В различных биогеохимических провинциях эндемическими заболеваниями поражаются обычно 5–20 % поголовья сельскохозяйственных животных или популяции того или иного вида. Для растений также вреден недостаток или избыток микроэлементов. Например, при недостатке Mo подавляется образование цветков у цветной капусты и у некоторых бобовых; при недостатке Cu нарушается плодообразование у злаков, цитрусовых и других растений; при недостатке В – недоразвито цветоложе, отсутствует цветение (арахис), отмирают бутоны (яблоня, груша), засыхают соцветия (виноград) и плоды (арахис, капуста); при избытке В растения поражаются гнилью корневой шейки, заболевают хлорозом, массовое распространение получает образование галлов.
В регионах, где концентрация отдельных микроэлементов не достигает нижних пороговых границ, эндемические болезни удаётся предупреждать и излечивать добавлением в корм животных соответствующих микроэлементов; для растений применяют микроудобрения.
В существовании живого организма важнейшую роль играет и вода, без которой организмы не могут существовать. В организме содержание воды составляет 2/3от массы тела и изменяется с возрастом. Количество воды в разных тканях различно. Суточная потребность человека в воде примерно составляет 2,5 л. Эта потребность в воде покрывается за счет введения в организм жидкостей и пищевых продуктов. Эту воду считают экзогенной. Воду, которая образуется в результате окислительного распада в организме белков, жиров и углеводов, называют эндогенной. Вода является средой, в которой протекает большинство реакций обмена. Она принимает непосредственное участие в обмене веществ. Определенная роль принадлежит воде в процессах теплорегуляции организма. С помощью воды происходит доставка тканям и клеткам питательных веществ и удаление из них конечных продуктов обмена.
2. Химические механизмы жизнедеятельности
Все функции и процессы, происходящие в живом организме, можно изложить на языке химии, в виде конкретных химических процессов. Изучение мира раскрывает единство и взаимосвязь химической и биологической форм движения материи. Об этом же говорят и другие науки, возникшие на стыке биологии, химии и физики: биохимия – наука об обмене веществ и химических процессах в живых организмах, биоорганическая химия – наука о строении, функциях и путях синтеза соединений, составляющих живые организмы; физико-химическая биология – наука о функционировании сложных систем передачи информации и регулировании биологических процессов на молекулярном уровне, а также биофизика, биофизическая химия и радиационная биология.
Химии среди наук, изучающих жизнь, принадлежит основная роль. Именно она выявила важную роль фотосинтеза, метаболизма и биокатализа в обеспечении жизнедеятельности органического мира.
При химическом анализе процессов фотосинтеза была обоснована определяющая роль хлорофилла как химической основы фотосинтеза, гемоглобина как основы процесса дыхания, установлена химическая природа передачи нервного возбуждения, определена структура нуклеиновых кислот и т. д.
Научным достижением химии стало определение химических продуктов клеточного метаболизма – химических превращений, протекающих от момента поступления питательных веществ в живой организм до момента, когда конечные продукты этих превращений выделяются во внешнюю среду. К метаболизму относятся все реакции, в результате которых строятся структурные элементы клеток и тканей, и процессы, в которых из содержащихся в клетках веществ извлекается энергия. В рамках метаболизма выделяют анаболизм и катаболизм, т. е. процессы созидания органических веществ и процессы их разрушения. Анаболические процессы обычно связаны с затратой энергии и приводят к образованию сложных молекул из более простых, катаболические же сопровождаются высвобождением энергии и заканчиваются образованием таких конечных продуктов (отходов) метаболизма, как мочевина, диоксид углерода, аммиак и вода. Таким образом, можно определить две основные функции метаболизма: первая – обеспечение клеток необходимыми веществами, а вторая – обеспечение их энергией.
Интенсивность метаболизма регулируется четырьмя путями:
1. Суммарная скорость реакций определенного метаболического пути определяется концентрацией каждого из ферментов (обычно белковые молекулы или молекулы РНК (рибозимы) или их комплексы, ускоряющие (катализирующие) химические реакции в живых системах) этого пути, значением рН среды, внутриклеточной концентрацией каждого из промежуточных продуктов, концентрацией кофакторов и коферментов.
2. Активностью регуляторных (аллостерических) ферментов, которые обычно катализируют начальные этапы метаболических путей. Большинство из них ингибируется конечным продуктом данного пути и этот вид ингибирования называется «по принципу обратной связи».
3. Генетический контроль, определяющий скорость синтеза того или иного фермента.
4. Гормональная регуляция. Ряд гормонов (биологически активные вещества органической природы, вырабатывающиеся в специализированных клетках желёз внутренней секреции, поступающие в кровь и оказывающие регулирующее влияние на обмен веществ и физиологические функции. Гормоны служат гуморальными (переносимыми с кровью) регуляторами определённых процессов в различных органах и системах) способны активировать или ингибировать многие ферменты метаболических путей.
На интенсивность метаболизма влияет гемоглобин – сложный железосодержащий белок животных, обладающих кровообращением, способный обратимо связываться с кислородом, обеспечивая его перенос в ткани. У позвоночных животных содержится в эритроцитах, у большинства беспозвоночных растворён в плазме крови (эритрокруорин) и может присутствовать в других тканях.
Скорость и характер метаболизма определяют и витамины – группа низкомолекулярных органических соединений относительно простого строения и разнообразной химической природы, объединённая по признаку абсолютной необходимости их для гетеротрофного организма в качестве составной части пищи. Автотрофные организмы также нуждаются в витаминах, получая их либо путем синтеза, либо из окружающей среды.
Фактором, определяющим интенсивность метаболизма, выступаю и вышеописанные микроэлементы.
В конце ХХ в. оформляется производственная сфера, которая начала использовать огромный потенциал клеточного метаболизма микроорганизмов для производства полезных продуктов, в частности, из возобновляемых ресурсов (например, преобразование биомассы в биотопливо), и получившая название «метаболическая инженерия». Сегодня она занимается использованием методов генной инженерии для запуска в трансгенном организме новых биохимических реакций, новых метаболических путей. Например, с помощью переноса гена стилбенсинтазы винограда в табак, получены трансгенные растения, способные осуществлять синтез мощного антиоксиданта резвератрола из содержащихся в табаке молекул малонил-СоА и 4-кумарил-СоА.
3. Основные типы веществ в органической химии и их свойства
Для классификации органических соединений по типам и построения их названий в молекуле органического соединения принято выделять углеродный скелет и функциональные группы. Углеродный скелет представляет собой последовательность химически связанных между собой атомов углерода. Кроме атомов углерода в состав скелета могут входить и другие атомы, например, кислород, сера, азот, если они связаны, по меньшей мере, с двумя атомами углерода. Некоторые атомы углерода в углеродном скелете могут быть соединены с тремя или даже четырьмя другими атомами углерода, такой углеродный скелет называют разветвлённым. Например, в диметиловом эфире СН3-О-СН3 атом кислорода включен в скелет молекулы, а в этаноле – CH3CH2-OH – нет. Молекулы, в скелет которых, кроме атомов углерода, входят атомы других элементов, называются гетероатомными (лат. getero – «разный»).
Углеродные скелеты разделяют на следующие типы: ациклические (не содержащие циклов), например, бутан; циклические, например, бензол; гетероциклические.
В гетероциклическом скелете в углеродный цикл включается одни или несколько атомов, отличных от углерода. Исторически сложилась традиция не рассматривать такие гетероатомы как функциональные группы, а считать их частью углеродного скелета. Примером гетероциклического соединения может служить никотин.
В самих углеродных скелетах нужно классифицировать отдельные атомы углерода по числу химически связанных с ними атомов углерода. Если данный атом углерода связан с одним атомом углерода, то его называют первичным, с двумя – вторичным, тремя – третичным и четырьмя – четвертичным.
Поскольку атомы углерода могут образовывать между собой не только одинарные, но и кратные (двойные и тройные) связи, то соединения, содержащие только одинарные связи углерод–углерод, называют насыщенными, соединения с кратными углерод-углеродными связями называют ненасыщенными. Соединения, в которых атомы углерода связаны только с атомами водорода, называют углеводородами.
Функциональная группа – структурный фрагмент молекулы, характерный для данного класса органических соединений и определяющий его химические свойства. Выделяют следующие функциональные группы: азидная, гидроксильная, карбонильная, карбоксильная, азогруппа, аминогруппа.
Углеводы, полисахариды, жиры, аминокислоты и белки в составе живых организмов. Углеводы (сахара) – органические соединения, состоящие из углерода, водорода и кислорода, причем водород и кислород входят в их состав в соотношении 2 : 1, как в воде, отсюда и появилось их название. В организм человека и животных углеводы поступают с растительными пищевыми продуктами.
В зависимости от строения углеводы делятся на моносахариды, дисахариды и полисахариды. К наиболее важным моносахаридам относятся глюкоза и фруктоза. Специфическим свойством глюкозы является брожение, при котором под влиянием микроорганизмов она расщепляется на этиловый спирт и диоксид углерода (спиртовое брожение), молочную кислоту (молочнокислое брожение) или масляную кислоту, двухатомный водород и диоксид углерода (маслянокислое брожение). Фруктоза, или фруктовый сахар, не может непосредственно усваиваться человеческим организмом и в процессе обмена веществ преобразуется в глюкозу. Фруктоза способна заменять глюкозу в питании людей, страдающих сахарным диабетом, так как для ее усвоения не требуется гормон инсулин.
Дисахариды – углеводы, образованные остатками двух моносахаридов. В животных и растительных организмах распространены такие дисахариды: сахароза, лактоза, мальтоза, трегалоза. Сахароза – растительный (тростниковый или свекловичный) сахар, который обычно употребляют в пищу. Лактоза (молочный сахар) содержится в молоке, применяют для приготовления пенициллина и наполнителя в фармацевтической промышленности. Мальтоза (солод) образуется в животном организме как промежуточный продукт распада, а также в результате синтеза крахмала и гликогена, ее используют в пищевой промышленности. Трегалоза содержится в дрожжах и некоторых растениях, она повышает устойчивость клеток к неблагоприятным условиям.
Полисахариды – высокомолекулярные соединения, состоящие из сотен и тысяч остатков моносахаридов. Промышленно важными полисахаридами выступают крахмал и целлюлоза. Крахмал – белый порошок, без вкуса и запаха, не растворим в холодной воде, в горячей набухает и образует клейстер; ценный продукт, содержащийся в хлебе, крупах, картофеле. В промышленности крахмал перерабатывают в патоку и глюкозу и используют в кондитерской промышленности. Продукты неполного гидролиза крахмала – декстрины применяют в качестве клея, для загустения красок. В медицине крахмал применяют для приготовления мазей и т. д. Целлюлоза образуется в растениях в процессе фотосинтеза. Она составляет 98 % волокна хлопка, в древесине содержится ее около 60 %. Это волокнистое белое вещество, не растворимое в воде и органических растворителях, растворимое в концентрированных соляной и фосфорной кислотах и аммиакате меди двухвалентной. Применяют целлюлозу при изготовлении кинопленки, для получения древесного угля, метана, уксусной кислоты, в производстве искусственных волокон (вискозного и ацетатного шелка).
Жиры – природные органические соединения, полные сложные эфиры глицерина и одноосновных жирных кислот; входят в класс липидов. Жиры – важная составная часть пищи человека и животных. При окислении жиров в организме выделяется энергия, необходимая для его жизнедеятельности. Их применяют главным образом в качестве продуктов питания. До недавнего времени жиры использовали для получения моющих средств, сейчас их получают из продуктов переработки нефти.
Кислоты – один из основных классов химических соединений. Они получили свое название из-за кислого вкуса большинства кислот, таких как азотная или серная. По определению кислота – это протолит (вещество, участвующее в реакциях с переходом протона), отдающий протон в реакции с основанием, т. е. веществом, принимающим протон. В свете теории электролитической диссоциации кислота – это электролит, при электролитической диссоциации из катионов образуются лишь катионы водорода.
По содержанию кислорода кислоты бывают бескислородные (хлористая, сернистая) и кислородосодержащие (азотная); по основности – количеству атомов водорода – одноосновные (фосфорная), двухосновные (серная) и трехосновные (ортофосфорная); по силе – сильные – диссоциируют практически полностью (ортофосфорная), слабые – константа диссоциации меньше (уксусная); по устойчивости – устойчивые (серная) и неустойчивые (угольная); по принадлежности к классам химических соединений – неорганические (борная) и органические (муравьиная).
Наибольшее значение в органическом мире имеют карбоновые и нуклеиновые кислоты.
Карбоновые кислоты – соединения, содержащие в молекулах одну или несколько карбоксильных групп. Наиболее промышленно значимые карбоновые кислоты – метановая (муравьиная), этановая (уксусная), бутановая (масляная), акриловая, олеиновая, линолевая, щавелевая, лимонная.
Муравьиную кислоту используют как сильный восстановитель в медицине. Уксусная кислота применяется для синтеза красителей, медикаментов, производства ацетатных волокон, кинопленки, органического стекла. Масляная кислота применяется для обеззоливания, в синтезе душистых веществ для парфюмерии и пищевой промышленности, в производстве пластификаторов для лаков и эмульгаторов. Акриловая кислота применяется при производстве высокомолекулярных соединений, при варке олифы. Олеиновая и линолевая кислоты входят в состав растительных масел и используются для получения твердых жиров. Щавелевую кислоту и ее соли применяют в текстильной и кожевенной промышленности в качестве протравы; как реагент – в аналитической и органической химии; как компонент составов для очистки металлов от ржавчины и оксидов; для осаждения редкоземельных элементов. Лимонная кислота используется как вкусовая добавка и консервант в пищевой промышленности, для производства напитков, сухих шипучих напитков, применяется в медицине в составе средств, улучшающих энергетический обмен, в косметике как регулятор кислотности.
Азотсодержащие органические соединения, в молекулы которых входят карбоксильные и аминогруппы (одновалентная группа остатка аммиака), называются аминокислотами. Из них построены молекулы белков. Аминокислоты – бесцветные кристаллические вещества, многие имеют сладкий вкус, хорошо растворимы в воде, малорастворимы в органических растворителях. Аминокислоты нужны для синтеза белков в живых организмах; многие аминокислоты применяют в медицине, для подкормки животных; производные аминокислот используют для синтеза капроновых волокон.
Белки – высокомолекулярные природные полимеры, имеют большую молекулярную массу, многие из них растворимы в воде с образованием коллоидных растворов.
Белки подвержены денатурации – необратимому разрушению их структуры при взаимодействии с солями тяжелых металлов, концентрированными кислотами, этанолом – и гидролизу – разложению под действием ферментов на воды и аминокислоты, которые используются для синтеза специфических данному организму белков. Биосинтез идет с поглощением энергии. Одновременно происходит разрушение белков до оксида углерода, при этом выделяется энергия.
Определяющую роль в биосинтезе белков и передаче наследственных признаков играют нуклеиновые кислоты – полимеры (полинуклеотиды) с высокой молекулярной массой. Мономерными звеньями являются мононуклеотиды, содержащие остатки азотистого (пиримидинового и пуринового) основания, рибозы или дезоксирибозы и фосфорной кислоты. Мононуклеотиды связаны между собой сложноэфирными мостиками в полимерную цепь.
Рибонуклеиновая кислота содержит остатки рибозы, дезоксирибонуклеиновая – остатки дезоксирибозы, составляющие макромолекулу ДНК в виде двух взаимосвязанных спиралей. Водородная связь возникает между гетероциклическими основаниями цепей, образующими комплементарные (взаимно дополняющие) пары. При этом соблюдается следующая закономерность: одно основание пуриновое, другое – пиримидиновое; тимин обязательно образует пару с аденином, а цитозин – с гуанином. Генетическая информация определяется последовательностью оснований в молекуле ДНК.
Высокомолекулярные соединения (ВМС, полимеры) – это сложные углеродосодержащие вещества с большими молекулярными массами, состоящие из большого числа повторяющихся звеньев. Помимо кислот, белков, жиров и углеводов, которые образуются естественными и искусственными путями, в органическом мире значительное место занимают не относящиеся к живому миру полимеры, получаемые в ходе промышленного производства.
Молекула полимера – макромолекула, в которой соединилось п молекул мономера (низкомолекулярные вещества), где п – степень полимеризации. Многократно повторяющиеся группы атомов в макромолекуле – структурные звенья.
Основные методы синтеза ВМС – полимеризация и поликонденсация. В процессе полимеризации мономеры соединяются друг с другом ковалентными связями, образуя полимер.
К промышленно значимым полимерам относятся:
полиэтилен и полипропилен – мягкие, эластичные, термопластичные, механически прочные материалы, электроизоляторы, химически устойчивые, не растворяются в ацетоне, бензоле, дихлорэтане, при сильном нагревании разлагаются. Используются для изготовления труб, сосудов, аппаратов, предметов быта;
политетрафторэтилен – механически прочный, по химической устойчивости превосходит все металлы, не горит, диэлектрик, выдерживает температуру до 260 °С. Используется для изготовления антипригарного покрытия кухонной посуды, известен под коммерческим названием Teflon;
поливинилхлорид – мягкий, эластичный, при охлаждении становится твердым и хрупким, не растворяется в ацетоне и бензоле, горит, образуя хрупкий шарик. Используется для производства искусственной нити, в качестве изоляционного материала;
полистирол – твердый, хрупкий, прозрачный материал, горит коптящим пламенем. Применяется для изготовления электроизоляционных материалов, пенопластов, бытовых изделий;
полиметилметакрилат – твердый, прозрачный, растворим в бензоле и дихлорэтане. Используется для производства органического стекла и других прозрачных пластмасс;
фенолформальдегидные смолы – твердые, хрупкие, горят с сильным запахом фенола, не растворяются в ацетоне, бензоле, дихлорэтане. Применяется для изготовления фенопластов.
Топливно-энергетический потенциал органических веществ. Органическое вещество является источником ископаемого топлива: нефть, каменный уголь, горючий сланец, природный газ и его гидраты, торф и другие горючие минералы и вещества, добываемые под землёй или открытым способом.
Ископаемые виды топлива содержат высокий процент углерода и включают ископаемый уголь, нефть и природный газ. В свою очередь нефть, газ, а также ископаемый уголь образовались из отложений когда-то живших организмов под воздействием высокой температуры, давления и анаэробного разложения погребённых под слоем осадочных пород мёртвых организмов. Возраст организмов в зависимости от вида ископаемого топлива составляет, как правило, миллионы лет, а иногда превышает 650 миллионов лет. Более 80 % нефти и газа, которые используются в настоящее время, сформировались в наслоениях, которые образовались в мезозое и в третичный период между 180 и 30 млн лет назад из морских микроорганизмов, накопившихся в виде осадочных пород на морском дне.
Основные составляющие нефти, а также газа сформировались в то время, когда органические остатки ещё не полностью окислились, а углерод, углеводород и подобные им компоненты присутствовали в небольших количествах. Осадочные породы покрыли остатки этих веществ. Температура и давление увеличились, и жидкий углеводород скопился в пустотах скал.
Уголь – вид ископаемого топлива, образовавшийся из частей древних растений под землей без доступа кислорода. Уголь был первым из используемых человеком видов ископаемого топлива.
Горючий сланец – полезное ископаемое из группы твёрдых каустобиолитов, дающее при сухой перегонке значительное количество смолы (близкой по составу к нефти). Сланцы в основном образовались 450 миллионов лет тому назад на дне моря из растительных и животных остатков. Горючий сланец состоит из преобладающих минеральных (кальциты, доломит, гидрослюды, монтмориллонит, каолинит, полевые шпаты, кварц, пирит и других) и органических частей (кероген), последняя составляет 10-30 % от массы породы и только в сланцах самого высокого качества достигает 50-70 %. Органическая часть является био- и геохимически преобразованным веществом простейших водорослей, сохранившим клеточное строение (талломоальгинит) или потерявшим его (коллоальгинит); в виде примеси в органической части присутствуют измененные остатки высших растений (витринит, фюзенит, липоидинит).
Торф – горючее полезное ископаемое; образовано скоплением остатков растений, подвергшихся неполному разложению в условиях болот. Содержит 50-60 % углерода. Теплота сгорания (максимальная) 24 МДж/кг. Используется комплексно как топливо, удобрение, теплоизоляционный материал и так далее. Для болота характерно отложение на поверхности почвы неполно разложившегося органического вещества, превращающегося в дальнейшем в торф. Слой торфа в болотах не менее 30 см, (если меньше, то это заболоченные земли).
Ископаемые виды топлива являются невозобновимым природным ресурсом.