Mezi přírodní makromolekulární látky patří tuky, cukry, bílkoviny a nukleové kyseliny.
Význam
Jsou důležitou součástí lidského těla
Stavební složky rostlinných a živočišných organismů.
Napomáhají chemickým reakcím v podobě enzymů
Tuky
Tuky=lipidy
Vznik
Tuk je ester, kde alkohol je glycerol = 1,2,3-propantriol, kyselina je vždy palmitová, olejová, stearová (=tuky jsou estery vyšších mastných kyselin a glycerolu):
CH2-OH CH2-COO-x
| |
CH —OH + 3(COOH-x) -→ CH-COO-x + 3H2O
| |
CH2-OH CH2-COO-x
, kde x je např. CH3-(CH2)14 (podle toho, jestli je to kyselina stearová, palmitová, nebo olejová)
Musí být 3x, protože glycerol má 3 uhlíky, na které se kyselina naváže.
Nasycené tuky
Palmitová a stearová jsou nasycené kyseliny → vznikají z nich nasycené tuky.
Ty jsou pevného skupenství
Dělí se na tuky živočišného (např. máslo, sádlo) a rostlinného původu
Nasycené tuky jsou také přítomny v mléce a v mléčných výrobcích - tyto tuky chrání před rakovinou tlustého střeva
Nejznámějším nasyceným tukem je cholesterol - živočišný tuk
"hodný" a "zlý" cholesterol – "zlý" ucpává cévy a tepny, získává se z tučných jídel; "hodný" – rozpouští vitamíny (A, D, E, K), "hodný" cholesterol obsahují ořechy, semínka
Nenasycené tuky
Vznikají reakcí glycerolu s kyselinou olejovou, nenasycené jsou díky tomu, že kyselina olejová obsahuje dvojnou vazbu
Jsou to většinou kapaliny, též je označujeme jako oleje.
Mezi nenasycené oleje patří rostlinné oleje (slunečnicový, olivový, ...) a rybí tuk.
Všechny nenasycené tuky jsou zdravé, nemají žádný škodlivý vliv na lidský organismus.
Poznámky
Přepálené tuky – pokud už olej jednou prošel svým bodem varu, uvolňuje "toxiny" – ty mohou způsobit alergie, trávicí potíže, ...
Ztužování tuků – proces, který se používá v potravinářském průmyslu, reakce H2 s olejem (glycerol + kyselina olejová - dvojná vazba) – za vyšší teploty, za vyššího tlaku, za přítomnosti katalyzátoru (látka, která reakci podporuje) se v kyselině olejové z dvojné vazby stává jednoduchá → kyselina olejová se mění buďto na palmitovou nebo stearovou, tudíž z kapalného oleje vzniká pevný tuk
Ztužováním vznikají tzv. margaríny
fermež - rostlinný olej na vzduchu vysychá a tuhne
Využití živočišných tuků - mýdlo, šampóny
Význam tuků
Zdroj energie, musí být obsaženy v potravě
Tuková vrstva - ochrana vnitřních orgánů
Tuky chrání tělo před ztrátou tepla
Rozpouští některé vitamíny - A, D, E, K
Podílejí se na tvorbě některých hormonů
Doporučená denní dávka - 30-35% = 50-105g tuku denně - etikety potravin
Vosky
= estery karboxylových kyselin (palmitová/stearová/olejová) + alkohol, který má 1 OH skupinu = 1-sytný alkohol (methanol, ethanol, ...)
Dělí se na rostlinné (Tvoří povlaky na listech, na plodech, kmenech stromů, nejvíce např. rostlina voskovka; tvoří mechanickou ochranu) a živočišné (Především stavební funkce - včelí vosk - při 30ºC se tvaruje, nad 60ºC taje; poté výroba např. krémů na boty, vosků na leštění aut)
Cukry
(=sacharidy)
= organické sloučeniny, ve kterých jsou vázány uhlíky do šestíúhelníků (šestiúhelníky pak tvoří dlouhý řetězec), na ně jsou dále navázány kyslíky, vodíky, hydroxylová skupina (=-OH skupina) a karbonylová skupina (=-CO skupina)
*Starý název sacharidů - uhlovodany/uhlohydráty
Monosacharidy
mají šest uhlíkatých atomů uzavřených do kruhu, na uhlíky jsou navázány vodíky nebo kyslíky, nebo více hydroxylových skupin (-OH)
Koncovka -óza
Glukóza
Sumární vzorec - C6H12O6
Další názvy: hroznový cukr, krevní cukr, dextróza
V rostlinných i živočišných tkáních - významný zdroj energie (přebytek cukru → přeměna v tuk)
je produktem fotosyntézy
Bez glukózy nefunguje NS a mozek
Hormon inzulin reguluje citlivost těla na glukózu - porucha tvorby inzulinu - onemocnění cukrovka
Fruktóza
Má také sumární vzorec C6H12O6, jako glukóza, ale od glukózy se liší strukturou
= ovocný cukr, je součást ovoce
také vzniká při fotosyntéze, ale v malém množství
sladí o 30% více než glukóza = má větší sladivost
Je důležitou součástí medu, kde jsou společně s glukózou v poměru 1:1
cukernatost - cukry mohou přecházet z kapalného skupenství do pevného, ale přeměna je vratná
Galaktóza
cukr mléčný
Nemá sladkou chuť, je obsažen v mléce savců
galaktosemie - porucha rozkladu galaktózy v těle; nedá se vyléčit; genetická vada
Složité sacharidy
mají několik šestiúhelníků - podle počtu se označují např. disacharidy (2 šestiúhelníky), trisacharidy (3 šestiúhelníky), ...
Nejznámější skupina jsou disacharidy - ty mají 2 uhlíkaté šestiúhelníky = 12 uhlíků
Disacharidy
Sacharosa
Vznik: spojení glukózy a fruktózy
= cukr třtinový, cukr řepný → vyrábí se buď z cukrové třtiny, nebo z cukrové řepy, dále se nepřečišťuje
nepřečištěné cukry sladí méně
Používá se k výrobě karamelu - zahřívání
Karamel - chemické označení E150, používá se jako potravinářské barvivo, výroba cukrovinek, barvivo do nápojů
Nadměrný příjem - tvorba zubního kazu - v dutině ústní dochází k přeměně cukru na kyselinu → leptání skloviny; prevence: žvýkání žvýkaček Orbit®
Maltóza
Vznik: spojení dvou molekul glukózy
= sladový cukr
bílá krystalická látka, přibližně stejná energetická hodnota a sladivost jako sacharóza
Vzniká při klíčení zrn ječmene nebo při zpracování chmelu
Je součástí sladu → největší využití - výroba piva a alkoholických nápojů
Laktóza
Vznik: spojení glukózy a galaktózy
Také cukr mléčný, tentokrát ale disacharidický
V mléce savců - na 1l ca 6g
Používá se k výrobě různých tablet - pouze pro zlepšení chuti - a různých vitamínových přípravků
* Sacharin - umělé sladidlo - má být "dietní", ve skutečnosti je ale 400krát sladčí než cukr (dodá 400× více energie) ˇ:( (šmajlík)
Polysacharidy
Dochází k pospojování velkého počtu šestiúhelníků (monosacharidů) - v řádech desítek, stovek, tisíců
Označujeme je též jako makromolekulární látky.
Škrob
Skládá se ze dvou látek:
Amylóza
tvoří 70%, je nerozpustná
uhlíky jsou pospojované do šroubovice
Amylopektin
tvoří 30%, je rozpustný
uhlíky jsou pospojované ve dlouhém řetězci ( /\/\/\/\/\/\ )
Zahříváním vodního roztoku škrobu vzniká tzv. škrobový maz
Škrob vzniká v rostlinách, jeho vznik je závislý na fotonsyntéze - vzniká ze sacharidů při fotosyntéze vzniklých
Je to zásobní cukr
Vyskytuje se ve hlízách (brambory), luštěninách (fazole, čočka) a obilovinách
Škrob je pořád cukr, tudíž si na něj musí dávat pozor cukrovkáři
Škrob se využívá v potravinářském průmyslu - zahušťování jídel, přítomen v pečivu, čínská kuchyně
Je obsažen v přípravcích na škrobení prádla - škrob odpuzuje špínu, "chycená" špína lépe pouští
Pražením škrobu (např. pečení chleba) vzniká dextrin
Důkaz škrobu - jodškrobová reakce - kapka jódu zfialoví
Glykogen
živočišný škrob
1 molekula glykogenu obsahuje ca 120 000 molekul glukózy
Je to zásobní látkou hub a člověka
u člověka je nejvetší zásobárna ve svalech a játrech - 250-400g, pravidelní sportovci až 800g, to je ale po 30-90min aktivity spáleno na "normální" hranici 250-400g
Celulóza
=buničina
Řádově několik desítek glukózových jednotek
Výskyt v bunečných stěnách
Je nestravitelná (projde trávicím traktem)
Celulóza=E460
Pod tímto názvem se dodává jako plnidlo při výrobě různých tablet, vitamínových doplňků a léčiv - obal "rozpůlovatelných" tablet
Využívá se zejména při výrobě papíru, celofánu, různých umělých vláken, textilu, bezdýmného prachu (=prach, ze kterého se nekouří)
Celulóza + další polysacharidy tvoří tzv. vlákninu
vláknina v trávicím traktu nabobtnává a zvětšuje svůj objem → tím usnadňuje trávení a vylučování
Největším zdrojem vlákniny je jablko
Hydrolýza
Chemická reakce, které podléhají složité cukry a polysacharidy
Probíhá v kyselém nebo v zásaditém prostředí
Můžou působit i enzymy - ty se u člověka tvoří v trávicím traktu
hydolýzou se složité sacharidy a polysacharidy štěpí na monosacharidy
Př.: škrob (syrové pečivo) → dextriny (upečené pečivo) → maltóza → glukóza
*Fotosyntéza
Probíhá vždy v zelených rostlinách
Podmínky : sluneční svit (světlo obecně), chlorofyl
Světelná fáze
rostlina zachycuje světelné záření, to postupně předává molekulám chlorofylu
Přijímá se pouze světelné záření o vlnové délce 400-700 nm
fotosyntetická barviva - chlorofyl, karotenoidy, xantofyly (pokud není chlorofyl, "vystačí" karotenoidy nebo xantofyly)
Existují 4 druhy chlorofylu - A,B,C,D
V molekulách chlorofylu dojde k přeměně světelné energie na energii chemickou
Část energie si ale rostlina ponechá - část světelné energie je využita na štěpení molekul vody (štěpení = fotolýza vody):
H2O → 4H + O2
Atomy vodíku se využívájí k tvorbě enzymů, enzymy se pak využívají k urychlování dalších reakcí
Kyslík - 1. produkt fotosyntézy
(nevyčíslená) rovnice fotosyntézy:
CO2 + H2O → C6H12O6 + H2O
Většina C6H12O6 je glukóza, část je ale fruktóza
Temnostní fáze
využívají se enzymy a vodík, které se vytvořily ve světelné fázi
Za účasti enzymů se tvoří monosacharidy: CO2 + H2O → C6H12O6 + H2O
V další fázi se monosacharidy spojí a tvoří disacharidy - nejčastěji sacharóza; nebo polysacharidy - nejčastěji škrob
Tyto di- a polysacharidy mají zásobní funkci a ukládají se do rostlinných orgánů
Přechod monosacharidů na di- a polysacharidy je složitý proces, podle způsobu tvorby složitých sacharidů se rostliny dělí do 3 skupin:
C3-rostliny
(název podle pana Calvina)
rostou v mírném pásu
Využívají CO2 z atmosféry, přijímají ho pomocí průduchů (= 2 svěrací buňky, mezi nimi průduchová šterbina, průduchy vždy na spodní straně listu)
C4-rostliny
Rostliny schopny snášet vysoké teploty i sucho
např. cukrová třtina, kukuřice
část CO2 získávají z atmosféry, část z procesů probíhajících v rostlině
Také využívají průduchů, ty jsou ale často zavřené - bránění vypařování vody z rostliny
CAM-rostliny
Jsou schopny žít v extrémních pouštních podmínkách
sukulent - např. kaktus
Průduchy otevírají pouze v noci, CO2 si uloží do vakuol
Příkladem jsou tučnolisté rostliny; bromeliovité rostliny (např. ananas)
*chloróza - nedostatek chlorofylu v rostlině - žloutnou listy → opadají → rostlina uhyne
Proč potřebujeme kyslík?
//TODO: Látka chybí
glukóza se štěpí, štěpení=glykolýza, uvolňuje se ATP
kyselina citronová se štěpí v cyklu kyseliny citronové, uvolňuje se ATP a CO2
Tento děj probíhá v mitochondriích, proto se říká, že mitochondrie jsou energetickým centrem buňky
Při rozštěpení 1 glukózy se vyrobí 38 moklekul ATP, z čehož je 68% procent využito na nějakou činnost, zbytek se přemění na teplo.
Kvašení
= rozklad některých organických látek, nejčastěji sacharidů, působením enzymů. Enzymy jsou produkovány mikroorganismy (kvasinky).
* Enzymy jsou látky, které chemickou reakci buď urychlují, nebo zpomalují, nebo jí uplně zastavují
** Kvasinky jsou organismy mikroskopických rozměrů, rozmnožují se pučením (=na kvasince naroste pupen, do něj přejde část jádra, na pupenu vyroste další pupen ...).
Alkoholové kvašení
Sacharomyces
C6H12O6 ------------> C2H5OH+CO2
Sacharomyces - specifický druh kvasinek
Alkoholové kvašení je třeba nechat proběhnout do konce (12% ethanolu), jinak vzniká methanol
Využití např. ve vinařství
Mléčné kvašení
=kvašení, které probíhá bez přítomnosti kyslíku
štěpí se sacharidy, vzniká kyselina mléčná + CO2, na štěpení se podílejí kvasinky rodu Lactobacilus.
Využití: při výrobce kysaného zelí, okurek, sýrů, tvarohů
bakterie mléčného kvašení jsou v zubním plaku → štěpí cukry → vzniká kyselina mléčná → ta naleptává zubní sklovinu → vznik zubního kazu
Máselné kvašení
štěpí se sacharidy, vzniká kyselina máselná + CO2, kvašení pomáhají bakterie máselného kvašení (což jsou kvasinky)
Nejvíce se využívá při výrobě sýrů - Olomoucké tvarůžky
Probíhá i v přírodě - tam, kde je nedostatek kyslíku (bažiny, znečištěné vody), ve hnoji
Máselné kvašení je doprovázeno zápachem
Octové kvašení
Jako jediné probíhá za přítomnosti kyslíku
Z ethanolu za přístupu kyslíku vzniká kyselina octová
Při kvašení se uvolňují bakterie octového kvašení – bakterie acetobacter
Příklad octového kvašení – zkysnutí vína
Zkysnutí vína lze zabránit přídavkem SO2
Bílkoviny
=proteiny
makromolekulární látky přírodní povahy
Vznik: spojení desítek či stovek molekul aminokyselin (aminokyseliny – zkratka=AK)
Molekuly AK obsahují zejména atomy uhlíku, vodíku, dále dusík, kyslík, občas také fosfor a síra
AK
Každá aminokyselina obsahuje aminoskupinu (NH2) a karboxylovou kyselinu (COOH)
Všechny aminokyseliny tedy vypadají takto: H
|
NH2-C-COOH
|
R
Kde R je radikál – ten je u různých aminokyselin odlišných
Aminokyseliny se v bílkovině spojí tzv. peptidickou vazbou:
H H H
| | |
NH2-C-COOH + N-C-COOH
| | |
R H R
↓↓↓
H H
| |
NH2-C-CO-NH-C-COOH + H2O
| |
R R
(NH2 = H-N-H)
Z jedné aminokyseliny se odštěpí OH, z druhé se odštěpí jedno H, vzniká H2O, zbytek se spojí peptidickou vazbou
AK se dělí na esenciální (jsou nezbytné, musíme je přijímat, je jich 20) a neesenciální (vyrábíme si je sami)
Dejme tomu, že máme 4 aminokyseliny: AK1, AK2, AK3 a AK4
z AK1-AK3-AK4-AK2 vznikne bílkovina ♠
z AK1-AK4-AK2-AK3 vznikne bílkovina ♬
Bílkovina je dána přesným uspořádáním aminokyselin (pokud zaměníme pouze jednu AK, vznikne úplně jiná bílkovina)
Důkaz bílkovin v neznámém vzorku: Biuretova reakce – neznámý vzorek + 10% roztok hydroxidu sodného (NaOH) + 1% roztok síranu měďnatého (CuSO4). Pokud je ve vzorku přítomna bílkovina, roztok změní barvu na červenofialova až modrofialova
denaturace bílkovin – mění se struktura a uspořádání AK či bílkovin; vlivem toho dochází ke ztrácení funkce bílkoviny; denaturace nastává vlivem silných kyselin, silných hydroxidů, těžkým kovem, nebo vlivem teploty
Hermann Emil Fischer: Nobelova cena za objevení struktury bílkovin
Výskyt bílkovin: bílé maso, vejce (žloutek ale obsahuje cholesterol), mléko, luštěniny
Bílkoviny → tvorba svaloviny
Funkce bílkovin
Stavební funkce
tubulin – vytváří trubičky; vytváří cytoskelet (buněčná kostra)
keratin – pouze u živočichů; ve vlasech, nehtech, rozích, peřích; nedostatek keratinu vyvolává lámavost vlasů a nehtů a jejich špatnou kvalitu
kolagen – pouze u živočichů; v kostech, šlachy, vazy, klouby; kolagen je i v pokožce (pružnost); kosmetické přípravky, krémy, ...; kolagen je i v želatině
Transportní funkce
hemoglobin – je důležitou součástí červených krvinek; ve struktuře hemoglobinu je železo; přenos kyslíku v těle; červená barva
Při navázání O2 se hemoglobin mění na oxyhemoglobin, při navázání CO2 se hemoglobin mění na karboxyhemoglobin
Lidé žijící ve vyšších nadmořských výškách (→ řidčí vzduch) mají více hemoglobinu
Při navázání CO (oxidu uhelnatého – např. při požáru) vzniká z hemoglobinu karbonylhemoglobin, ten je toxický – nevratná vazba – odstranit ho může pouz transfúze krve
hemocyanin – transportní látka v těle bezobratlých živočichů (stejná funkce jako hemoglobin); žlutozelená barva
Zdroj energie
V případě dlouhodobého hladovění se berou bílkoviny ze svalové hmoty, zubů, nehtů, pokožky a kostí
Funkce zajišťující pohyb
tubulin – v bičíčích u bakterií a jednobuněčných organismů, bičíky spermie
aktin a myosin – bílkoviny v příčně pruhovaných svalech
Ochranná a obranná funkce
imunoglobuliny – v těle organismu působí jako protilátky (při očkování se do těla vpíchne oslabená cizorodá látka, následkem čehož si organismus vytvoří protilátky – imunoglobiny)
HIV – zabraňuje tvorbě imunoglobulinů
enzymy — látky bílkovinné povahy, které ovlivňují chemické reakce → jsou to katalyzátory
katalytované reakce = reakce, které jsou ovlivňovány enzymy nebo jinými katalyzátory:
K
A+B ---> AB
(reakcí látek A a B vzniká látka AB, K=katalyzátor)
Katalyzátor se při chemické reakci nespotřebovává, vystupuje z reakce v nezměněné podobě. Stejně tak i v reakcích, kde je více kroků:
A+K --> AK+B --> AB+K
Enzymy se dělí do 3 skupin:
Aktivátory – urychlují chemické reakce
Inhibitory – zpomalují chemické reakce
Katalytické jedy – zastavují chemické reakce
Reakce se dělí na homogenní (katalyzátor je ve stejném skupenství jako reagující látky) a heterogenní (katalyzátor je v odlišném skupenství než reagující látky)
Nukleové kyseliny
nukleotid
Dělí se na DNA (deoxyribonukleová kyselina) – dvojšroubovice a RNA (ribonukleová kyselina) – jednoduchá šroubovice
DNA
Kóduje genetické informace, neboli geny (jeden gen určuje např. barvu očí, další např. povahové rysy)
DNA + bílkoviny → chromozom
Chromozomy se shromažďují v buněčném jádře
Při dělení buněk nastává dělení jádra, při dělení jádra nastává dělení DNA. Dělení DNA = replikace. Přitom se dvoušroubovice rozplete na dvě vlákna, ke každému se pak vytvoří vlákno nové.
Význam
Největší význam spočívá v genetice
Každý člověk má svojí typickou DNA, tudíž kombinaci genů
Při pohlavním rozmnožování dochází ke kombinaci genů samičky a samečka, vytváří se nový jedinec, ten má svou vlastní kombinaci genů.
Daktyloskopie – studuje otisky prstů (každý člověk má unikátní otisky)
DNA se využívá v genovém inženýrství
RNA
Význam
Pomocí RNA se v našem těle vytváří bílkoviny, k tomu je ale nutná DNA – ta je předlohou pro tvorbu vlákna RNA
Vitamíny
= chemické látky převážně rostlinného původu
Vitamíny pomáhají správnému průběhu chemických dějů
Člověk a živočichové přijímají vitamíny buďto přímo – ve formě provitamínu (např. tablety s vitamínem C), nebo nepřímo – za pomoci enzymů dochází v těle k jejich syntéze (=vzniku)
Vitamíny rozpustné ve vodě
B-komplex (= B1, B2, ...), vitamín C
Vitamín C
= kyselina askorbová
bílá krystalická látka kyselé chuti, rozpustná ve vodě, denní spotřeba je 60-100mg – nadbytek vitamínu C je vyloučen močí
Vitamín C je antioxidant – antioxidanty jsou látky, které mají schopnost ničit nádorové bujení
Funkce
posiluje imunitu
podporuje tvorbu kolagenu v lidském těle (kolagen je ve vlasech, nehtech, kůži)
urychluje hojení ran
vitamín C je ničen varem, zmrazením, stykem s některými kovy
B-komplex
komplex vitamínů B1, B2, B3, B5, B6, B12
Všechny tyto B-komplexy jsou obsaženy v pivě a kvasnicích
Funkce
pomáhají při přeměně tuků, cukrů, bílkovin v lidském těle
chrání a vyživují centrální nervovou soustavu
podílí se na krvetvorbě
B3
Nedostatek: deprese, psychické poruchy, záněty na kůži
pokud není přijímán vůbec, vzniká onemocnění pelagra – kombinace výše zmíněných příznaků, černé boláky po celém těle
B5
= panthenol
podporuje růst vlasů, jejich hustotu a lesk
přídavek do šampónů
B12
vyskytuje se v potravinách živočišného původu (zejména hovězí maso)
zodpovídá za krvetvorbu
při nedostatku vzniká onemocnění anemie – chudokrevnost (nedostatek červených krvinek)
Nedostatek: podrážděnost, nervozita, nervové poruchy, roztroušená skleróza
Vitamíny rozpustné v tucích
Vitamíny A, D, E, K
Vitamín A
může být přijímán ve formě provitamínu
provitamín vitamínu A je karoten
karoten je obsažen např. v mrkvi, rajčatech, paprikách, brokolici, broskvích, meruňkách
karoten je také dodáván v opalovacích krémech, je to totiž barvivo
čistý vitamín A je ve vnitřnostech, vaječném žloutku, v mléčných výrobcích
zodpovídá za zdravou oční sítnici, souvisí s imunitou, je antioxidant
nedostatek: šeroslepost (→ až oslepnutí), časté záněty horních a dolních cest dýchacích
předávkování: u těhotných žen může vyvolat až potrat
Vitamín D
je obsažen v rybím tuku a rybách, kondenzované mléko, v čistém kakau, v hovězím mase, játra
je důležitý pro tvorbu kostí (podporuje ukládání fosforu do kostí), pro růst kostí, hojení zlomenin
nedostatek: nemoc křivice, neboli rachitis (dochází k deformaci kostí); řídnutí kostí
Vitamín E
je to soubor osmi chemických látek se stejnou funkcí
je obsažen v oříšcích, v některých olejích (olivové), luštěninách, v celozrnném pečivu
antioxidant
udržuje správnou funkcí pohlavních žláz a orgánů, zvyšuje sexuální výkonnost, podporuje hojení ran, má protizánětlivé účinky
Vitamín K
je v olivovém oleji, v sójovém oleji, v zelené zelenině, v luštěninách
je také vytvářen bakterií Escherischia coli v tlustém střevě
je důležitý pro krevní srážlivost
nedostatek: špatné hojení ran