1 (3) CHEMICKÉ SLOŢENÍ ORGANISMŮ Prvky Stejné prvky a sloučeniny se opakují ve všech formách života, protože mají shodné principy stavby těla i metabolismu. Např. chemické děje při dýchání jsou stejné pro rostliny i živočichy. Všechny základní sloučeniny obsažené v organismech vznikají z jednoduchých látek nacházejících se v jejich okolí. Je to např. H 2 O, CO 2, NH 3, SO 2 Biogenní prvky jsou prvky, které se vyskytují v organismech Podle % zastoupení v organismech je dělíme na: Makrobiogenní 1 a více% (C, O, H, N, P, Ca,) Oligobiogenní - 0,05% 1% (K, Na, Cl, S, Mg, Fe ) Mikrobiogenní - méně než 0,05% (F, Br, B, Mn, Si, Cu, Zn, Co, Mo ) Srovnání těla člověka a rostliny z hlediska průměrného % zastoupení chemických prvků Prvky C O H N P Ca Člověk 21 62,5 10 3,1 1 1,9 Rostlina - dřevina 45 45 6 1,5 0,2 0,5 Mikrobiogenní prvky - nazýváme běžně jako stopové prvky. Přestože se v organismu nachází ve velmi malém množství, tak jsou pro fungování životních funkcí nepostradatelné. Jen však v optimálním množství, je-li jich méně nebo více, mohou způsobit závažné poruchy zdraví, nebo i smrt. Nepotřebné a jedovaté prvky (Hg, Ti, Pb, Ni, Ag ) se mohou v těle hromadit po překročení určitého množství způsobit chronickou otravu a zdravotní potíže. Těţké kovy! Oligobiogenní prvky bývají běžnou součástí organismů, ale v těle jich již podstatně méně (do 1%) než prvků makrobiogenních. K rostliny i živočichové ho přijímají jako kationtu K +. U rostlin podporuje tvorbu kvalitních plodů, zvyšuje množství vody v buňkách a jejich metabolickou aktivitu. U živočichů se podílí na celé řadě metabolických dějů a přenosu nervového vzruchu. Nedostatek se u rostlin projevuje špatnou kvalitou plodů a žloutnutím listů. S rostliny ho přijímají výlučně ve formě SO 4 2- z půdního roztoku. Síra je součástí některých aminokyselin a enzymů. V půdě je jí obvykle dostatek. Fe pouze ve formě Fe 2+, je součástí řady enzymů účastnících se fotosyntézy. U živočichů je stěžejní jeho přítomnost v hemoglobinu - červeném krevním barvivu. Nedostatek způsobuje chudokrevnost (nedostatek červených krvinek). Makrobiogenní prvky tvoří nejvýznamnější organické látky těl organismů. C tvoří kostru všech organických látek. Do těla rostlin se dostává ve formě CO 2 je to základní stavební prvek všech organických látek, které vznikají při fotosyntéze.
Živočichové uhlík přijímají výhradně v potravě ve formě organických sloučenin cukry, tuky, bílkoviny. O 2 organismy ho přijímají buď ve formě sloučenin (H 2 O, CO 2 ) nebo jako plynnou dvoumolekulu O 2. V plynné dvoumolekule O 2 má zásadní význam při uvolňování energie z organických látek dýchání. H přijímán vždy ve formě sloučenin H 2 O, NH 3, H 3 PO 4 Vodík ovlivňuje ph, jeho molekula tvoří redukční činidlo v buněčném metabolismu dýchání. N rostliny ho přijímají v anorganických sloučeninách NO 3, NH 3, živočichové výhradně ve formě bílkovin. Dusík je zásadní součástí všech aminokyselin, které jsou základní stavební jednotkou bílkovin. (bílkoviny tvoří např. svaly, kůži a její deriváty, vnitřní orgány, ) Nadbytek i nedostatek anorganického dusíku v půdě má negativní vliv na pěstování rostlin a následnou kvalitu potravin. Nadbytek podporuje překotný růst vegetativních částí rostliny a způsobuje tmavě zelené zbarvení listů. Nedostatek se projevuje zesvětláním listů a zpomalením růstu. P je rostlinami přijímán ve formě H 2 PO 4 -. Fosfor je součástí mnoha látek, obsahují ho membrány buněk, enzymy i energeticky nejvýznamnější látka všech buněk ATP adenosintrifosfát což je universální energetická měna všech živých buněk. Z rostlin ho potřebují především ty, které hromadí v těle velké množství cukrů brambory, cukrovka, obilí, vinná réva Ca Přijímají rostliny i živočichové formou kationu Ca 2+, spolu s K + reguluje vodní režim rostlinné buňky a příznivě působí na růst kořenů. U živočichů je vápník nezbytnou součástí opěrné soustavy a zubů (uhličitan vápenatý - CaCO 3, fosforečnan vápenatý Ca 3 (PO 4 ) 2 ). Podílí se však také na přenosu nervového vzruchu a kontrakci svalů. Nedostatek Ca u rostlin způsobuje zahnívání kořenů, u živočichů špatný vývoj a stav kostí. Základní sloučeniny v organismech A anorganické neobsahují uhlíkatý řetězec - voda a látky v ní rozpuštěné B organické obsahují uhlíkaté řetězce - cukry, tuky, bílkoviny a nukleové kyseliny Průměrné % zastoupení základních látek v organismu: ţivočichové rostliny houby Anorganické - voda 60 75 89 - minerální látky 4 2 1 Organické - bílkoviny 18 4 3 - tuky 11 1 0,5 - cukry 6 15 2 - nukleové kys. 1 1,5 1 1 Voda představuje základní podmínku života, v živých organismech tvoří cca 3 99 % objemu tkání. Je základním rozpouštědlem většiny chemických sloučenin. Příjem anorganických látek organismy - rostliny přijímají anorganické látky rozpuštěné ve vodě ve formě iontů z půdy! Živočichové také, ale převažuje u nich příjem ve formě složitějších látek obsažených ve stravě. Např. N ve formě bílkovin. C ve formě cukrů atd.
% obsah vody v těle organismů ţivočichové rostliny houby medúzy 99 vodní řasy 98 hnojník 95 slepičí vejce 74 brambora 75 hřib 91 svaly 55 75 listy 50 70 pýchavka 87 zubovina, kost 10 semena 3 25 lanýž 75 Organické látky Jsou makromolekulární látky, které obsahují sloučeniny uhlíku a vodíku (C+H) Tvoří nepřeberné množství sloučenin a neustále se objevují nové. Základních cca 100 sloučenin se nachází takřka ve všech buňkách. Základní organické sloučeniny cukry, tuky, bílkoviny a nukleové kys. Ostatní organické látky jsou kvantitativně méně zastoupené, ale mají své specifické zcela nezastupitelné funkce vitamíny, enzymy, hormony atd. Aminokyseliny, bílkoviny Nachází se ve všech buňkách. U živočichů jsou základním stavebním materiálem především kůţe, nehtů, kopyt, chlupů, svalů a vazů, ale i regulačních látek enzymy, hormony atd. V rostlinách se ve větší míře nachází hlavně v plodech a klíčí-cích semenech. (ovesné vločky, luštěniny, ořechy ) Bílkoviny jsou makromolekulární látky tvořené cca 20 různými aminokyselinami. Ty se však mnohokrát opakují a molekula bílkoviny je tvořena stovkami až tisíci molekul. Bílkoviny jsou poměrně citlivé na změny vnějšího prostředí vlivem fyzikálních jevů (teplota) nebo chemických látek (soli, kyseliny, zásady, etanol) rychle dochází ke sráţení (koagulaci) molekul, při které se nevratně mění jednotlivé prostorové struktury a bílkoviny přestanou být biologicky aktivní. Tento proces nazýváme denaturace. Denaturované bílkoviny jsou však lépe stravitelné! Pečení, vaření smažení, grilování apod Bílkoviny mají sloţitou prostorovou strukturu: 1. Primární určuje ji pořadí aminokyselin v peptidickém řetězci 2. Sekundární je následné prostorové uspořádání řetězce (typickým tvarem je šroubovice nebo alfa helix skládaný list) 3. Terciární vzniká zprohýbáním sekundární struktury bílkoviny 4. Kvartérní vzniká pospojováním terciárních struktur bílkovin do složitějších útvarů Rozdělení bílkovin A - z hlediska sloţení: mohou být bílkoviny jednoduché obsahují aminokyseliny spojené do peptidických řetězců a sloţené obsahují nebílkovinné složky, které výrazně ovlivňují jejich vlastnosti (cukry - glykoproteiny, tuky - lipoproteiny, zbytek kys. fosforečné - fosfoproteiny ) B podle tvaru: mohou být bílkoviny vláknité nebo kompaktní kulovité.
Nejběţnější bílkoviny v organismech 1. stavební kolagen - cca 25% všech bílkovin (chrupavky, kosti, kůže, ale i ve svalech) keratin vlasy, chlupy, nehty, kopyta, pokožka elastin součást pružných vláken a vaziva aktin a myozin bílkoviny svalových vláken peptidoglykan buněčná stěna bakterií a sinic 2. zásobní gluten (lepek) pšenice kasein v mléce 3. regulační, ochranné, informační oxytocin hormon hypofýzy - při porodu podněcuje stahy dělohy a ovlivňuje také vylučování mléka. Má vliv na psychiku člověka, podporuje pozitivní vztahy mezi lidmi inzulín hormon slinivky váže glukózu z krve do buněk. fibrinogen rozpustná krevní bílkovina umožňuje srážení krve! Sacharidy cukry (uhlohydráty) Po chemické stránce jsou to cyklické uhlíkaté sloučeniny. Rozdělení sacharidů Název počet stavebních jednotek příklady cukrů 1.monosacharidy 1 ribóza, glukóza, fruktóza 2.oligosacharidy 2 10 sacharóza, laktóza 3.polysacharidy řádově stovky až tisíce celulóza, škrob, glykogen, chitin Ribóza, deoxyribóza pentózy (5 molekul uhlíku), které jsou součástí nukleových kyselin DNA a RNA, nositelek genetických informací Glukóza hexóza (6 molekul C) produkt fotosyntézy, zdroj energie. V plodech rostlin (hroznové víno až 30%) U živočichů v krvi. Základní stavební jednotka složitějších cukrů (celulóza). Sacharóza řepný cukr disacharid složený z fruktózy a glukózy sladidlo vyráběné z cukrové řepy nebo třtiny. Důležitá složka potravy v plodech, zásobních orgánech apod. Laktóza mléčný cukr v mléce savců Celulóza je složená z mnoha molekul glukózy tvoří buněčné stěny rostlin, nejběžnější organická látka nejčistší celulóza tvoří bavlnu. Vyrábí se z ní papír. Lignin (dřevovina) základní složka dřeva, tvoří cca 30% jeho hmotnosti Škrob zásobní polysacharid plody (obilniny, brambory, luštěniny ) Glykogen živočišný škrob zásobní látka ve svalech a játrech obratlovců (včetně člověka) Chitin stavební polysacharid houby, vnější kostra hmyzu Lipidy - Tuky Chemicky různorodé látky ve vodě nerozpustné. Nejčastěji mají stavební nebo zásobní funkci. U rostlin převládají kapalné - oleje, u živočichů - pevné tuky. Vosky představují specifickou formu tuků. Jsou pevné, odpuzují vodu a nejčastěji mají ochrannou funkci chrání před smáčením a pronikáním vody do buněk. Ovčí vlna lanolín, plástve - včelí vosk. U rostlin pokrývají vosky nejčastěji listy a plody a chrání je tím před vysycháním, škůdci i smáčením. Sloţené lipidy mají kromě esterů alkoholu a mastných kyselin také jiné chemické složky. Fosfolipidy obsahují zbytek kys. fosforečné buněčné membrány (CTM)
Steroidy zvláštní skupina tuků odvozená od izoprénu. cholesterol látka, kterou lidský organismus potřebuje pro tvorbu hormonů a vitamínu D. Cholesterol pomáhá tělu zpracovávat tuky, je také důležitý při tvorbě buněčných membrán. Příliš vysoká koncentrace v krvi však nese pro organismus zdravotní rizika, především onemocnění srdce ucpávání cév arterioskleróza. testosteron mužský pohlavní hormon sekundární pohlavní znaky růst svalů, vousů atd. progesteron ženský pohlavní hormon, produkuje ho žluté tělísko, navozuje vývoj mléčné žlázy, podporuje růst a výživu děložní sliznice Nukleotidy a nukleové kyseliny Nukleotidy jsou sloučeniny, které nacházíme ve všech buňkách. Jejich molekulu tvoří cukr pentóza (ribóza nebo deoxiribóza) zbytek kyseliny fosforečné (fosfát) a dusíkaté báze - (adenin, guanin, tymin, cytosin, uracil) Volné nukleotidy ATP adenosintrifosfát universální energetické platidlo. Při jeho štěpení se uvolňuje velké množství chemické energie ta se využívá na: pohyb, transport látek, přenos nervového vzruchu atd. Dále mezi volné nukleotidy patří také NAD - nikotinamidadenindinukleotid, NADP nikotinamidadenindinukleotidfosfát. Sloţené nukleotidy Vytváří spojením mnoha molekul významné nukleové sloučeniny nositelky genetické informace DNA a RNA (deoxyribonukleová a ribonukleová kyselina). (DNA kóduje pořadí aminokyselin v bílkovinách) Průměr šroubovice DNA je pouze cca 2 nm, délka molekuly je však několik mm aţ desítky cm. DNA se nachází v jádře buněk v útvarech, které nazýváme chromozómy. Regulační látky v buňkách: Jsou účinné již při velmi malém množství, mají různé chemické složení Vitamíny biologicky účinné látky, nepostradatelné při látkovém a energetickém metabolismu. Většina z nich vzniká v rostlinách, živočichové je musí přijímat ve stravě nebo je vyrábí z provitamínů (betakaroten v mrkvi). Hormony, fytohormony a feromony biologicky aktivní látky ovlivňují fyziologické procesy v organismu. Růst organismu, vývoj pohlavních orgánů a znaků, u rostlin ovlivňují kvetení, zbarvení rostlin i přeměnu světelné energie. Vylučují je žlázy s vnitřní sekrecí. Feromony - jsou známé především u hmyzu, jejich pomocí nejčastěji samičky lákají samečky. (využívají se při biologickém boji proti škůdcům - feromonové pasti na kůrovce).