Přírodní látky Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Mgr. Hana Bednaříková. Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz; ISSN 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozuje Národní ústav pro vzdělávání, školské a poradenské zařízení a zařízení pro další vzdělávání pedagogických pracovníků (NÚV).
14 PŘÍRODNÍ LÁTKY Mezi nejvýznamnější organické látky, které se vyskytují v přírodě, patří sacharidy, tuky a bílkoviny. Pro organismy jsou dále důležité např. vitaminy, enzymy a hormony. SACHARIDY Sacharidy (nesprávně též uhlohydráty nebo uhlovodany) jsou organické sloučeniny, ve kterých jsou vázány atomy uhlíku, vodíku a kyslíku. Jsou součástí rostlinných i živočišných těl. Pokud jejich molekulu tvoří 1 cukerná jednotka (např. glukosa, fruktosa), nazývají se monosacharidy. Skládají-li se jejich molekuly ze 2 cukerných jednotek (např. sacharosa - z glukosy a fruktosy), nazývají se disacharidy. Mono- a disacharidy chutnají sladce a jsou ve stravě pohotovým zdrojem energie. Polysacharidy jsou složeny z mnoha pospojovaných cukerných jednotek (škrob, celulosa), nejsou sladké a mají funkci zásobní a stavební. Nejvýznamnější chemickou reakcí v přírodě, na které je závislý život na Zemi, je fotosyntéza. Probíhá v zelených rostlinách za účasti chlorofylu a slunečního záření. Při fotosyntéze vzniká z oxidu uhličitého (ve vzduchu) a z vody glukosa a kyslík. Glukosa je bílá krystalická látka, dobře rozpustná ve vodě. Nazývá se také hroznový cukr, protože se vyskytuje ve vinných hroznech. Je obsažena ve většině ovocných šťáv, v medu a také krvi člověka, kam se dostává při trávení sacharidů obsažených v potravě. Přeměna glukosy je základním pochodem, při kterém organismy získávají energii. Spolu s uvolněním energie jsou konečnými produkty tohoto děje oxid uhličitý a voda, které živočichové vydechují. Jde o reakci opačnou k fotosyntéze. Koncentrace glukosy v krvi živočichů je složitými mechanismy udržována na stálé hodnotě. Její porušení může vést k obávané nemoci diabetes, nazývané lidově cukrovka. Tato nemoc se projevuje nevolnostmi a může vést k bezvědomí, které končí smrtí. U člověka nemocného cukrovkou se glukosa vylučuje močí. Proto se v lékařských laboratořích zjišťuje přítomnost glukosy v moči pacientů. Fruktosa se vyskytuje především ve zralých plodech ovoce a v medu. Nazývá se také ovocný cukr. Má velkou sladivost a používá se v kuchyních některých domácností. Sacharosa je bílá krystalická látka, dobře rozpustná ve vodě, s výrazně sladkou chutí. Je obsažena v cukrové řepě a v cukrové třtině, ze kterých se také průmyslově vyrábí. Prodává se nod názvem cukr. Ze sacharosy se dá řízeným zahříváním vyrobit karamel, který se používá pod označením E150 jako potravinářské barvivo. Škrob je bílá, ve vodě velice málo rozpustná pevná látka. Získává se z částí některých rostlin, např. z bramborových hlíz nebo obilných zrn. Průmyslově se z něj vyrábí glukosa a technická lepidla. Je významnou složkou potravy (např. v bramborách, v chlebu a v dalších výrobcích z mouky, v rýži). Celulosa je bílá pevná látka. Tvoří stěny rostlinných buněk. Téměř čistou celulosu obsahují vlákna z oplodí bavlníku, stonky Inu a konopí. Asi 50 % celulosy obsahuje dřevo stromů, ze kterého se také vyrábí. Celulosa je základní surovinou pro výrobu papíru, umělého hedvábí, celofánu aj. látek. Pod označením E460 se využívá jako plnivo při výrobě léčiv a vitaminových preparátů. Pro lidský organismus je nestravitelná.
TUKY Tuky (triacylglyceroly, nesprávně též triglyceridy; patří mezi lipidy) jsou organické sloučeniny, ve kterých jsou vázány atomy uhlíku, vodíku a kyslíku. Jsou součástí rostlinných i živočišných těl. Jsou to estery glycerolu a organických kyselin s větším počtem atomů uhlíku v molekule (nejčastěji s šestnácti a osmnácti atomy uhlíku). Mají zejména funkci zásobní. Z přírodního materiálu se tuky získávají lisováním rozdrcených plodů rostlin, vytavováním (např. škvařením" sádla) a rozpouštěním v organických rozpouštědlech (např. v benzinu). Tuky jsou významnou složkou potravy živočichů a zásobní látkou organismů. Podle původu se rozlišují tuky rostlinné (např. slunečnicový a olivový olej) a tuky živočišné (např. máslo, sádlo, lůj, rybí olej). Tuky za běžné teploty kapalné nazýváme oleje. V olejích jsou obvykle vázané kyseliny s jednou nebo více dvojnými vazbami (tzv. nenasycené mastné kyseliny). Takovéto tuky, obsažené např. v mořských rybách a rostlinných olejích, patří k tukům lidskému organismu prospěšným. Pro potravinářské účely se z rostlinných olejů vyrábějí pevné tuky. Při tomto ztužování tuků reaguje vodík s olejem za vyšší teploty, tlaku a přítomnosti katalyzátoru. Během ztužování tuků zanikají dvojné vazby v uhlovodíkových řetězcích vázaných karboxylových kyselin. Ztužené tuky jsou stálejší, odolnější proti žluknutí a nemají nepříjemný zápach jako některé oleje. Ze ztužených rostlinných olejů se vyrábějí upravené pevné tuky. Nejrozšířenější z nich jsou margaríny. Tuky můžeme rozdělit na živočišné a rostlinné. Druhy tuků Příklady tuků Vhodnost použití z hlediska výživy a přípravy pokrmů živočišný rostlinný sádlo, lůj, máslo řepkový olej, slunečnicový olej, olivový olej, sójový olej Nadbytek tuků (zvláště živočišných) v potravě vede k obezitě a k poškozování zdraví (např. vznik srdečních a cévních onemocnění, poruchy trávení). Stále ještě přehlížená je jejich skrytá konzumace např. v tučných masech, uzeninách a tučných mléčných výrobcích (šlehačka, smetanové sýry, smetanové jogurty apod.). Rostlinné oleje jsou zdravější i cenově dostupnější než tuky živočišné. Doporučované jsou např. oleje bezerukový řepkový (obsahuje 60 % vázané kyseliny olejové, 20 % vázané kyseliny linolové), slunečnicový (obsahuje 65 % vázané kyseliny linolové, 27 % vázané kyseliny olejové) a olivový (obsahuje 71 % procent vázané kyseliny olejové, ale i 15 % vázané kyseliny palmitové). Slunečnicový a olivový olej se prodávají nerafinované, pouze za studena vylisované. Doba jejich skladovatelnosti je však kratší. (Rafinace je proces čištění jedlých olejů zbavují se kyselin a vody, filtrují se, bělí. Přitom se zbavují i nežádoucích pachů a chutí.) Pokud se oleje používají ke smažení a fritování (které probíhá při teplotách až 190 C), je vhodné použít tzv. fritovací oleje (obsahují hlavně vázanou kyselinu olejovou a palmitovou). Tyto oleje jsou za vyšších teplot stálejší. BÍLKOVINY Bílkoviny (proteiny) jsou složité organické látky, které spolu s vázanými atomy uhlíku, vodíku a kyslíku obsahují i atomy dusíku, popř. atomy síry a fosforu. Jejich stavebními jednotkami jsou aminokyseliny. Bílkoviny jsou nepostradatelnou složkou každého organismu. U člověka se vyskytují např. ve svalech, kůži, vlasech a krvi. Tvoří přibližně 19 % jeho hmotnosti. U živočichů mají především funkci stavební. Bílkoviny jsou nepostradatelnou složkou potravy živočichů. Z rostlinné potravy obsahují nejvíce bílkovin
luštěniny (čočka, fazole, hrách), méně již obiloviny a brambory. Zdrojem živočišných bílkovin je zejména maso, vejce a sýry. Při trávení lidský organismus bílkoviny přijaté potravou nejprve rozloží na jednodušší látky a potom z nich vytváří bílkoviny jiného, sobě vlastního složení. Při onemocnění ledvin se v moči vyskytují bílkoviny. Proto se při rozboru moči v lékařské laboratoři zjišťuje jejich přítomnost. Vlivem působení kyselin, zásad a některých dalších látek dochází k denaturaci bílkovin. Při ní dochází ke změnám ve struktuře molekul a tím i ke změnám vlastností. Vyšší teplota je pro bílkoviny nebezpečná. Při teplotě blízké 40 C dochází k poškození některých bílkovin, při teplotě kolem 60 C k nevratnému porušení jejich struktury a ztrátě životních schopností. Pro náš organismus jsou tepelně upravené bílkoviny výrazně stravitelnější. NUKLEOVÉ KYSELINY Významnou složkou organismů jsou také nukleové kyseliny. Nacházejí se především v buněčných jádrech. Deoxyribonukleová kyselina (DNA) má zásadní význam pro uchování a přenos dědičných informací. Buňky organismů obsahují také ribonukleovou kyselinu (RNA), která usměrňuje tvorbu bílkovin. VITAMINY Vitaminy je pojem historický, který označuje různé látky, jež přijímá člověk potravou buď v již potřebném složení, nebo ve formě provitaminů (provitaminy jsou sloučeniny, které se v těle mění na účinné vitaminy). Jejich nedostatek v potravě vyvolává vážná onemocnění a může způsobit i smrt. Některé vitaminy jsou rozpustné v tucích (například A, D, E, K), jiné ve vodě (například vitaminy skupiny B, C, H). Lidský organismus neumí vitaminy vytvořit, proto je musí přijímat ve stravě přímo nebo jejich provitaminy. V tucích rozpustné vitaminy ozn. výskyt onemocnění A máslo, játra, rybí tuk, zelenina, ovoce šeroslepost D játra, vejce, rybí tuk, mléko, ovoce rachitis (křivice), trpasličí vzrůst E rostlinné oleje, zelenina, pšeničné klíčky neplodnost K zelenina, ovoce; produkt střevních bakterií zvýšená krvácivost Ve vodě rozpustné vitaminy ozn. výskyt onemocnění B1 kvasnice, obilí, játra nervová onemocnění (beri-beri) B2 kvasnice, maso, mléko, vejce, zelenina poruchy růstu, kožní choroby B3 (PP) kvasnice, obilí, rajčata, mléko, játra pelagra (hubnutí, záněty kůže, demence) B5 téměř ve všech potravinách kožní a nervová onemocnění B6 zelenina, maso kožní a nervová onemocnění B12 játra, maso zhoubná anemie, nervová onemocnění C ovoce, zelenina, brambory ztráta odolnosti, únava, skorbut (kurděje) H játra, mozek, vejce, mléko, houby; produkt střevních bakterií vzácné onemocnění kůže
ENZYMY Enzymy jsou biokatalyzátory, které se podílejí na řízení metabolismu. Mnoho reakcí by bez jejich přítomnosti v organismu neprobíhalo. Nejvýznamnější vlastností enzymů je jejich specificita. Reagují jen s určitým typem látek. Reakce se sice aktivně účastní, ale po proběhnutí chemické reakce se zase zpět uvolňují. Názvy enzymů mají většinou příponu -asa (např. sacharasa, amylasa), méně často příponu -in (např. pepsin). Nezastupitelnou roli mají enzymy při trávení potravy a v poslední době v průmyslovém odvětví označovaném jako biotechnologie. Sem patří např. výroba piva, výroba sýrů, šťáv, moštů apod. Všichni také znají enzymatické prací prostředky. TRÁVENÍ POTRAVY Nezastupitelnou roli mají enzymy při trávení potravy. Škrob v přijaté potravě je nejdříve v ústech štěpen amylasou obsaženou ve slinách. Z polysacharidu tak vzniká disacharid maltosa. Ta se pak v tenkém střevě štěpí enzymem maltasou na glukosu. V kyselém prostředí žaludku se pepsinem štěpí bílkoviny. Jejich štěpení je dokončeno v tenkém střevě trypsinem. Pankreatické šťávy ze slinivky břišní (pankreas) obsahují bohatou směs potřebných trávicích enzymů. Štěpení lipidů usnadňuje žluč. Aby mohla být potrava využita, musí se všechny makromolekulární látky rozštěpit na základní stavební jednotky, neboť teprve ty mohou být v tenkém střevě vstřebány do krve, která je dopraví do jater k dalšímu zpracování. HORMONY Hormony jsou složité organické látky, které spolu s nervovým systémem zajišťují všechny procesy v těle. Své hormony mají rostliny (fytohormony), bezobratlí živočichové i obratlovci včetně lidí. U člověka produkují hormony žlázy s vnitřní sekrecí a v těle jsou přenášeny krví. Hormony pohybující se uvnitř těl ovlivňují růst, látkovou přeměnu i rozmnožování. Hormony pohybující se vně organismů slouží především jako komunikační prostředek mezi jedinci téhož druhu (tzv. feromony). Známé jsou lapače hmyzu založené na vysílání účinného pohlavního feromonu, který do nich přiláká samečky. Feromony nevysílá jen hmyz, ale i savci. Přidávají se do dražších parfémů pro zvýšení sexuální přitažlivosti. Hormony se tvoří a vyplavují v jedné části těla a cestují (většinou krví) do ostatních částí ke svým tzv. cílovým buňkám. Tam působí na vnitřní pochody v buňce. Přitom se uvádí v činnost další enzymové systémy v buňce, tím se ovlivní různé chemické reakce a buňka tak vykonává činnost, k níž ji hormon původně směroval. Výsledky působení hormonu můžeme pozorovat až po delší době a jsou dlouhodobější. Po splnění svého úkolu je hormon samotnou cílovou buňkou zbaven aktivity a je následně odplaven do jater. Zde se rozloží a vyloučí z těla nebo se jeho fragmenty použijí k výstavbě nových molekul hormonu. Většina hormonů se tvoří v žlázách, které nemají vlastní vývody, a své produkty vyplavují přímo do krevního oběhu tzv. žlázy s vnitřní sekrecí (endokrinní). Patří mezi ně např. štítná žláza, slinivka břišní, nadledvinky, vaječníky, varlata, placenta.
1. Určete a zdůvodněte správné řešení. Lidé potřebují ke svému životu energii, kterou získávají z potravy. Tato energie pochází a) ze vzduchu, b) z půdy, c) z vody, d) ze Slunce 2. Dřevo, jehož základem je celulosa, patří k nejvýznamnějším palivům. Urči správnou odpověď. Při spalování dřeva v kamnech uniká vodní pára do komína a) vždy, b) pouze, když je dřevo vlhké, c) nikdy, d) pouze, pokud použijeme určitý druh dřeva 3. Představte si, že máte ke svačině chléb s máslem a šunkou. Kdyby z vaší svačiny zmizely všechny organické látky, zůstaly by vám pouze a) cukry b) tuky c) bílkoviny d) minerální látky 4. Z uvedených předmětů urči ten, který má největší podíl bílkovin. a) kostka sádla b) vaječná skořápka c) kost d) balíček masa e) hlávka zelí f) dřevo 5. Z uvedených dějů vyberte ty, které probíhají v lidském těle jako enzymové reakce a) dýchání b) ethanolové kvašení c) fotosyntéza d) trávení 6. Prací prostředky s označením BIO obsahují přísadu hormonů schopných odstraňovat především bílkovinné nečistoty. a) Proč je účinnost těchto přípravků teplotně omezená? b) Proč se nemají používat k praní vlny a hedvábí? c) Proč se mají při praní používat ochranné (gumové) rukavice? 7. Přehřátím tuku při použití v kuchyni může dojít k jeho vznícení. Jak se v takové situaci zachováte? 8. Na základě svých znalostí o vlastnostech bílkovin vysvětlete, proč lze vařením ve vodě zničit většinu choroboplodných zárodků v potravinách. 9. Do zeleninových salátů se přidává i trochu oleje. Má to ještě jiný význam než zlepšení chuti?
Použité zdroje Václav Pumpr, Martin Adamec, Pavel Beneš, Věra Scheuerová, Základy přírodovědného vzdělávání pro SOŠ a SOU CHEMIE, druhé aktualizované vydání, Praha, FORTUNA 2010