Anorganické sloučeniny – látky složené ze dvou nebo více různých chemických prvků; ze sloučenin obsahujících uhlík do anorganických sloučenin patří oxid uhličitý, oxid uhelnatý, soli kyseliny uhličité, kyselina kyanovodíková a kyanatá spolu s jejich solemi a také sirouhlík

Organické sloučeniny

– přírodní látky, které tvoří těla organismů, vznikají v nich, přeměňují se a odbourávají

- látky uměle připravené (plasty, syntetická vlákna, rozpouštědla, ředidla, barviva a léčiva)

Základní rozdíly mezi anorganickými a organickými sloučeninami jsou jejich odlišné vlastnosti a rozdílné postupy při jejich výrobě, reakcích a zkoumání.

Surovinové zdroje organické chemie:

Fosilní látky (dávnověké) – uhlí, ropa, zemní plyn

Recentní látky (obnovitelné) – dřevo, rostlinné + živočišné tuky,…

Organické látky mající původ jak v živé přírodě tak většina organických látek uměle připravených (95 %) obsahují uhlík C.

 

1.1 ŽIVINY

obrázek č.1 Podíl látek organických a anorganických v lidském těle

 

Živiny jsou chemicky definovatelné látky potřebné k výživě. Nemusí však jít vždy o složky potřebné pro vlastní organismus. Každé potravina se skládá z živin, které jsou ale v jednotlivých potravinách různě procentuálně zastoupeny. Jak živiny rozdělujeme podle jejich chemické stavby, ukazuje následující schéma:

obrázek č.2 Živiny

 

Podle jejich funkce v organismu můžeme živiny dělit na:

1. Látky stavební – patří sem zejména bílkoviny a většina minerálních látek u živočichů, u rostlin jsou to pak především sacharidy. Z látek stavebních buduje mladé organismus své tělo, tedy novou živou hmotu. Dospělí z těchto látek vytváří nové tělní (somatické) buňky náhradou za buňky odumřelé nebo opotřebované nebo jimi nahrazuje ztrátu tělní hmoty po určitém strádání (hladovění, nemoc apod.).
2. Látky spotřební – sem patří zejména cukry, tuky a v některých případech i aminokyseliny. Látky spotřební slouží jako zdroj okamžité energie pro zajištění základních životních funkcí organismu, např. tělesné teploty, dýchání, trávení, pohybu a ke všem dalších životním projevům.
3. Látky zásobní – do této skupiny patří především lipidy (tuky), dále některé minerální látky (např. Ca) a v případě nouze i bílkoviny. Látky zásobní slouží jako depo pro případ nouze. Nejčastěji se jedná o tuk, který se ukládá především v podkožní vrstvě (tuk na jiných místech má i další funkce). Podobně se ukládají v kostech i minerální látky. Pokud dojde ke karenci (nedostatečnosti), jsou tyto depotní živiny uvolňovány podle potřeby organismu. Podobně je tomu i u bílkovin, které jsou ale spotřebovávány až v době nouze (hlad, nemoc) a převáděny na energetické živiny. Bílkoviny jsou odbourávány především ze svalové hmoty.
4. Látky katalytické – patří sem především vitaminy a řada minerálních látek. Katalytické (řídící) látky usměrňují a řídí metabolismus (látkovou výměnu) v těle organismu. Podobně, jako hormony a enzymy, které ale jsou vlastním produktem organismu. Tyto katalytické látky (vitamíny a minerálie) si organismy neumí sami vyrábět a musí je proto dostávat pravidelně v potravě. To platí především u některých vitaminů, protože ty si, na rozdíl od některých minerálií, organismus nemůže ukládat.

 

obrázek č.3 Potravinová pyramida

 

Energetická hodnota základních živin: (zdroj: http://www.danone.cz/cs/nutricni-udaje/)

1 g bílkovin = 4 kcal = 17 kJ

1 g sacharidů = 4 kcal = 17 kJ

1 g tuku = 9 kcal = 37 kJ

 

Požadavky na denní příjem energie se pohybují v rozmezí: (zdroj: http://www.danone.cz/cs/nutricni-udaje/)

2200 až 2400 kcal (9240 až 11 340 kJ) pro dospělého muže

1800 až 2200 kcal (7560 až 9240 kJ) pro dospělou ženu

1500 až 2000 kcal (6300 až 8400 kJ) pro děti

 

Odborníci na zdravou výživu doporučují jíst vyváženou stravu obsahující: (zdroj: http://www.danone.cz/cs/nutricni-udaje/)

50-55 % celkové energie ze sacharidů včetně cukrů

30-35 % celkové energie z tuků včetně nasycených mastných kyselin

10-15 % celkové energie z bílkovin

 

1.2 MAKROELEMENTY a MIKROELEMENTY (minerální látky)

Makroelementy a mikroelementy (makrobiogenní a mikrobiogenní prvky) jsou prvky obsažené ve sloučeninách, z nichž jsou tvořena těla organismů.

Makrobiogenní prvky se vyskytují v tělech organismů ve velkém množství a tvoří někdy až 99 % jejich hmotnosti. Nejvíce zastoupenými prvky v tělech organismů jsou uhlík C, vodík H, kyslík O, dusík N, síra S, fosfor P. V menším množství se pak vyskytují sodík Na, draslík K, hořčík Mg, vápník Ca a chlor Cl.

 

Mikrobiogenní prvky se vyskytují v tělech organismů pouze v nepatrném množství, ale přesto jsou pro jeho správnou činnost naprosto nezbytné. Mezi mikrobiogenní prvky patří např. Fe, Si, F, Zn, Se, I)

 

1. 3 CUKRY (Sacharidy)

Sacharidy jsou přírodní látky většinou rostlinného původu. V rostlinách tvoří buněčné stěny a ukládají se v nich jako zásobní látky. Pro živočichy jsou hlavním zdrojem energie. Sacharidy neboli cukry jsou nejrozšířenější přírodní látky.

Sacharidy tvoří zhruba 15 % živé hmoty člověka. V jejich molekulách jsou obsaženy tři základní prvky – uhlík, vodík a kyslík. Jejich molekula obsahuje vždy jednu karbonylovou skupinu a několik skupin hydroxylových - OH.

obrázek č.4 Vzorec glukózy

Základní funkce sacharidů jsou:

• Zásobárna a přenašeč energie
• Zdroj uhlíku pro heterotrofní organismy
• Strukturní složka buněk a tkání
• Složka DNA
• Složka některých bílkovin, vitaminů apod.

Sacharidy dělíme podle počtu atomů uhlíku na monosacharidy, disacharidy (oligosacharidy) a polysacharidy. Monosacharidy a disacharidy často označujeme jako cukry, protože mají sladkou chuť.

 

MONOSACHARIDY

Jsou to jednoduché sacharidy, které mají 3 až 6 atomů uhlíku v molekule a obsahují hydroxylové a karbonylové charakteristické skupiny.

Základní představitelé:

GLUKOSA (hroznový cukr)

obrázek č.5 Chemický vzorec glukózy

Vlastnosti: bílá krystalická ve vodě rozpustná látka sladké chuti

Význam: významný zdroj energie pro organismy, podílí se na stavbě většiny významných disacharidů i polysacharidů (sacharosy, laktosy, celulosy, ..). Používá se v lékařství, k výrobě mnoha organických sloučenin (ethanolu, kyseliny citronové, vitaminu C) a při přípravě cukrovinek. Protože je lehce stravitelná používá se v lékařství jako umělá výživa

Výskyt: v ovoci (např. v hroznech vinné révy), medu, v rostlinných šťávách a v krvi.

Chemické vlastnosti:

Např. Kvašení glukosy:
C6H12O6 --> 2 CH3-CH2OH + 2 CO2
glukosa ethanol oxid uhličitý

FRUKTOSA (ovocný cukr)

obrázek č.6 Chemický vzorec fruktózy

Vlastnosti: bílá krystalická látka, nejsladší ze všech sacharidů

Význam: jeji molekuly se podílejí na stavbě disacharidu sacharosy a polysacharidu inulinu. Používá se především jako sladidlo při onemocnění cukrovkou.

Výskyt: společně s glukosou se vyskytují v medu a ovoci.

DALŠÍ MONOSACHARIDY jsou třeba ribosa a deoxyribosa, které se vyskytují v nukleových kyselinách a galaktosa, kterou najdeme ve mléce.

 

DISACHARIDY

Disacharidy mají své molekuly složeny ze dvou molekul monosacharidů. Nejvýznamnější z nich jsou disacharidy, jejichž molekuly jsou tvořeny dvěma stejnými či různými molekulami monosacharidů. Z disacharidů jsou nejrozšířenější sacharosa, maltosa a laktosa.

C6H12O6 + C6H12O6 ---- > C12H22O11 + H2O

Základní představitelé:

Sacharosa, maltosa a laktosa mají shodný sumární vzorec C12H22O11.

SACHAROSA (řepný cukr)

- skládá se z molekuly glukosy a molekuly fruktosy, které se spojily za současného uvolnění molekuly vody

Vlastnosti: bílá krystalická látka, dobře rozpustná ve vodě, s výrazně sladkou chutí

Využití: používá se jako běžné sladidlo v potravinářství; silným zahřátím přechází v karamel, který se používá jako potravinářské barvivo tzv. kulér, např. při výrobě černého piva, octa či rumu.

Výskyt: sacharosa je obsažena v množství až 20% v kořenech cukrové řepy, ve stéblech cukrové třtiny, ve sladkém ovoci a v dalších rostlinných šťávách. Zpracovává se v cukrovarech.

Je nejběžnější sladidlo známé jako cukr. Formy cukru jsou krystal, krupice, moučka a kostky. Kostkový cukr – český vynález poprvé vyroben v Dačicích.

MALTOSA (sladový cukr)

• je složena ze dvou glukosových jednotek, které se spojily za současného uvolnění molekuly vody. Maltosa se volně v přírodě nevyskytuje.

Vznik: vzniká rozkladem škrobu účinkem kyselin nebo enzymů

Výskyt: je obsažen v sladu, naklíčeném ječmenu - jedné ze surovin pro výrobu piva. Kvašením sladu s chmelovými výtažky, kvasinkami a jinými přísadami se v pivovarech vyrábí pivo. Podle množství maltosy v mladém pivě se určuje stupňovitost piva.

LAKTOSA (mléčný cukr)

• je složena z molekuly glukosy a molekuly galaktosy, které se spojily za současného uvolnění molekuly vody.

Výskyt: je obsažen v množství 3 až 5 % v mléce savců
Využití: uplatňuje se zejména při výrobě potravy pro kojence
Vznik: vyrábí se ze syrovátky

 

POLYSACHARIDY

Polysacharidy jsou složeny z velkého množství monosacharidů (více než 10). Nejznámější jsou škrob a celulosa, ve které se skládají až z 30 000 molekul glukosy.

Dělí se na:

a) zásobní - škrob a glykogen

b) stavební - celulosa

ŠKROB

• patří biologicky a hospodářsky mezi nejdůležitější polysacharidy.

Vlastnosti: bílá krystalická látka vytvářena rostlinami

Vlastnosti: bílý prášek, obvykle se vodě nerozpouští, pouze rozptýlí, jodovou tinkturou se barví modře (důkaz škrobu), v teplé vodě se rozpouští na tzv. škrobový maz

Výskyt: v rostlinách (brambory, zrna obilí, různé plody i listy rostlin a v potravinách, které se z nich připravují) jako zásobní látka.

Využití: výroba dextrinu, lepidla a plnidla pro výrobu papíru, používá se ke škrobení prádla a v potravinářství. Je důležitou složkou potravy člověka, je zdrojem energie.

GLYKOGEN (živočišný škrob)

Význam: pro živočichy má podobný význam jako škrob pro rostliny, neboť plní funkci zásobní látky. Jodem se barví červenohnědě.

Výskyt: je uložen především v játrech (až 20 %) a ve svalech (do 7 %). Při hladovění nebo tělesné námaze se glykogen z tkání odčerpává a jeho obsah klesá.

INULIN

Je to zásobní polysacharid, jehož makromolekula je sestavena z molekul fruktosy.

Výskyt: obsažený v zelenině (např. v topinamburu, artyčoku), pampeliškách a čekance.
Využití: používá se k výrobě fruktosy a jako přísada do pečiva pro diabetiky.

CELULOSA

Polysacharid vyskytující se v přírodě, nejhojnější organická sloučenina. Vzorec je (C6H10O5)n, kde n může být až 10 000. Čistou celulosou je bavlna. Dále se vyskytuje ve dřevě, z kterého se průmyslově vyrábí. Je nerozpustná ve vodě, jodem se nebarví.

Význam: je hlavním stavebním materiálem cévnatých rostlin, ale i bakterií, mořských rostlin a živočichů, tvoří podstatnou část membrán rostlinných buněk. Pro člověka je nestravitelnou, ale důležitou složkou potravy (podporuje peristaltiku střev).

Využití: používá se pro výrobu speciálních papírů (zejm. filtračních) nebo je dále chemický zpracovávána, např. při výrobě viskosových vláken, acetátových vláken, nitrocelulos, aj. Používá se na výrobu papíru, vaty, umělého hedvábí, celuloidu, výbušnin a jako textilní surovina.

 

1.4 TUKY (Lipidy)

Tuky jsou estery karboxylových kyselin s glycerolem.

• Pevné tuky (lůj, máslo, sádlo) jsou především estery palmitové a stearové kyseliny.
• Kapalné tuky (slunečnicový, olivový a jiné rostlinné oleje, rybí tuk) obsahují též estery kyseliny olejové.

Základní funkce tuků jsou:

• chrání organismy před ztrátou tělesné teploty,
• jsou ochranou pro vnitřní orgány
• jsou důležitou složkou potravy - jsou zásobní látkou a podílejí se i na stavbě buněk.

Při trávení je tuk rozkládán na glycerol a příslušné karboxylové kyseliny. Tyto látky organismus využívá buď jako zdroj energie, nebo z nich vytváří svůj vlastní tuk jako zásobní látku. U živočichů se tuky vyskytují v podkožní tkáni, u rostlin především v semenech.

Vlastností tuků:

- nízká teplota tání

- nerozpustné ve vodě a rozpustné v organických rozpouštědlech

- jsou lehčí než voda a hydrofóbní (vodu odpuzující)

- žluknou = rozkládají se na glycerol a mastné kyseliny, změna barvy tuku a zápachu

- jsou schopny tzv. zmýdelňování: tuk + hydroxid sodný ---> glycerol + mýdlo

Tuky můžeme rozdělit též na rostlinné a živočišné:

Rostlinné tuky se získávají lisováním nebo vyluhováním semen a plodů olejnatých rostlin. Získaný surový produkt se dále rafinuje. K nejvýznamnějším rostlinným tukům patří zejména olej olivový, podzemnicový, řepkový, sójový, slunečnicový, konopný, lněný a ricínový, kokosový tuk.

Živočišné tuky se připravují škvařením, lisováním nebo vytavováním živočišných tkání bohatých na tuky. Řadí se k nim především vepřové sádlo, hovězí lůj, rybí tuk a kostní tuk.

 

1.5 BÍLKOVINY (Proteiny)

Bílkoviny jsou makromolekulární látky, které vznikají vzájemnou vazbou mnoha set molekul různých aminokyselin. Bílkoviny obsahují vázané atomy uhlíku (50 až 55%), vodíku (6 až 7%), kyslíku (20 až 23%), dusíku (12 až 17%), někdy též síru, fosfor a jod.

Většina bílkovin je rozpustná ve vodě a ve zředěných roztocích solí. V organických rozpouštědlech se bílkoviny nerozpouštějí. Za zvýšené teploty se jejich struktura porušuje, což se projeví jejich vysrážením z roztoku.

Bílkoviny jsou nepostradatelnou složkou potravy živočichů. Organismy živočichů nejsou schopny vytvářet bílkoviny z minerálních látek tak dlouho jako rostliny, a proto je musí přijímat v potravě. Z rostlinné potravy obsahují nejvíce bílkovin luštěniny (čočka, fazole, hrách), méně již obiloviny a brambory. Zdrojem živočišných bílkovin je zejména maso, vejce, mléko a sýr. Při trávení lidský i živočišný organismus nejprve bílkoviny přijaté potravou rozloží na jednodušší látky (popř. až na aminokyseliny) a z nich potom vytváří bílkoviny jiného, sobě vlastního složení. Každý druh organismu vytváří bílkoviny charakteristického složení.

Pro tvorbu bílkovin a přenos dědičných vlastností mají základní význam nukleové kyseliny, které se v organismu vyskytují zároveň s bílkovinami. Nukleové kyseliny jsou složité makromolekulární látky, které dostaly jméno podle svého výskytu v buněčných jádrech (latinsky nucleus = jádro).

Vlastnosti bílkovin:

- srážení bílkovin varem - bílkoviny ztrácejí varem svou biologickou aktivitu

nositelky života

- složka potravy, člověk si je nedovede vytvořit z minerálních látek

Důkaz bílkovin (viz laboratorní cvičení):

bílkovina + HNO3 ---> žluté zbarvení

bílkovina + 10% NaOH + 1% CuSO4 ---> modrofialové zbarvení ( biuretová reakce)

 

1. 5. 1 Biokatalyzátory

Biokatalyzátory jsou přírodní organické sloučeniny, které svým katalytickým působením umožňují, ovlivňují a usměrňují průběh chemických dějů v živém organismu.

Některé biokatalyzátory jsou poměrně jednoduché organické sloučeniny, jiné jsou naopak složité makromolekulární látky bílkovinného či jiného charakteru. Podle funkce v organismu se rozlišují vitaminy, hormony a enzymy.

Enzymy jsou biokatalyzátory, které z hlediska chemického složení se řadí mezi bílkoviny. Katalyzují většinu významných chemických reakcí, které probíhají v živém organismu. Enzymy jsou nepostradatelné především při metabolických procesech, při nichž vznikají nebo naopak rozkládají lipidy, sacharidy a bílkoviny.

Enzymy působí specificky, neboť uskutečňují pouze určitý typ reakce. V buňkách jsou enzymy buď volné v cytoplazmě, nebo vázané na buněčné struktury (membrány). K svému účinku vyžadují určitou optimální teplotu (obvykle 37°C) a většinou neutrální prostředí. Některé žaludeční enzymy jsou však aktivní i v silně kyselém prostředí. Za vyšších teplot a v přítomnosti těžkých kovů (olovo, rtuť aj.) se enzymy znehodnocují. Enzymů je známo několik tisíc.

Příklady: Ptyalin (obsažen ve slinách), pepsin a trypsin (obsaženy v žaludeční šťávě)

Enzymy se používají v kvasném, textilním, koželužském, potravinářském a farmaceutickém průmyslu. V poslední době se užívají též při výrobě enzymatických pracích prostředků.

Hormony jsou biokatalyzátory, které vytvářejí endokrinní žlázy, tj. žlázy s vnitřní sekrecí jako jsou: hypofýza (podvěsek mozkový), štítná žláza, příštítná tělíska, nadledvinky, slinivka břišní (pankreas), pohlavní žlázy, epifýza a thymus (brzlík)

Přehled nejdůležitějších hormonů je uveden v tabulce:

Název hormonu	Žláza	Funkce hormonu
somatotropin	hypofýza	reguluje růst těla; jeho nedostatek způsobuje zakrslý růst, nadbytek - gigantismus
vasopresin	hypofýza	má vliv na krevní tlak
insulin	pankreas	má vliv na hladinu cukru v krvi
thyroxin	štítná žláza	reguluje rychlost látkové přeměny
adrenalin	nadledvinky	zvyšuje krevní tlak

Vitaminy jsou organické sloučeniny, které již v malých koncentracích ovlivňují průběh některých chemických dějů v živém organismu.

Význam vitamínů spočívá v tom, že tvoří nezbytnou součást enzymů. Z hlediska chemického složení netvoří vitamíny sourodou skupinu látek. Některé z nich patří mezi deriváty, jiné jsou odvozeny od sacharidů apod.

Podle rozpustnosti vitamíny dělíme na dvě skupiny:

a) rozpustné ve vodě

b) rozpustné v tucích

Vitamín	Hlavní zdroje	Projevy avitaminózy (viz níže)
Vitamíny rozpustné ve vodě
B1	kvasnice, obilné slupky, vnitřnosti	záněty nervů, obrna
B2	kvasnice, vnitřnosti, vejce, mléko	očni choroby, zdrsnění pokožky
B12	vnitřnosti, maso	zastavení růstu, zhoubná anemie (chudokrevnost)
C	čerstvé ovoce, zelenina, brambory	únava, malátnost, zduření dásní
Vitamíny rozpustné v tucích
A	játra, rybí tuk, máslo, mléko, špenát, salát	poruchy zraku a nervového systému
D	rybí tuk, máslo, vejce, mléko, špenát, rajčata	deformace kostí, křivice (rachitis)
E	kukuřice, máslo, vejce, rostlinné oleje	neplodnost

Vitaminy si živočišný organismus nedovede připravit, takže lidé i ostatní živočichové jsou odkázání na jejich příjem v potravě. Přítomnost a vhodná koncentrace vitaminů v těle jsou nezbytné především pro správný růst a vývoj každého jedince. Nepřítomnost některého vitaminu v těle se projevuje vážnými fyziologickými poruchami a onemocněním, které se obecně označuje jako avitaminóza. Typická avitaminóza se vyskytuje v našich podmínkách poměrně vzácně; častěji jsou onemocnění z nedostatečného množství vitaminu, tzv. hypovitaminóza, která má pochopitelně mírnější průběh než avitaminóza. Naopak nadbytečné množství některého vitamínu v těle může způsobit hypervitaminózu.

 

(zpracováno dle: ŠIBOR, Jiří, PLUCKOVÁ ,Irena, MACH, Josef. Úvod do obecné a organické chemie, biochemie a dalších chemických oborů. 1. vyd. Brno: NOVÁ ŠKOLA, s.r.o., 2011. 131 s. ISBN 978-80-7289-282-2.)