Poznámky - biochémia

Obsah:

• lipidy
• heterocykly
• terpény
• steroidy
• alkaoidy
• sacharidy

Chémia prírodných látok

Oboznámime sa so zložením, štruktúrou a vlastnosťami organických látok, ktoré sa nachádzajú v živých organizmoch.

Biochémia – hraničná veda medzi chémiou a biológiou.

• statická – študuje látky, z ktorých sú zložené telá živých organizmov
• dynamická – skúška dynamické deje v živých organizmoch

Zloženie živých sústav

Prvky v telách organizmov sa nazývajú biogénne prvky:

• makro – tvoria 99 % živej hmoty, patria sem C, H, O, N, P, Ca
• mikro – tvoria 0,1 - 1 % živej hmoty, patria sem S, K, Mg, Cl, Na
• stopové – tvoria zvyšok, patria sem Zn, Mn, Co, I

Biogénne prvky vytvárajú biomolekuly, ktoré môžu byť:

• anorganického pôvodu – H₂0 (viac ako 60 %), NaCl, HCl, minerálne látky
• organického pôvodu – tuky, bielkoviny, cukry, nukleobé kyseliny

Lipidy

• prírodné organické zlúčeniny rastlinného alebo živočíšneho pôvodu
• z chemického pohľadu – estery alkoholov a vyšších karoboxylových kyselín
• hydrofóbne
• odpudzujú vodu
• rozpúšťajú sa len v nepolárnych zlúčeninách, nie vo vode
• stavebná látka bunkových membrán
• zdrojom energie
• tvoria tepelnú izoláciu organizmu
• slúžia aj ako mechanická ochrana (srdce, pečeň, ľadvina – obložené tukmi kvôli ochrane)
• z karboxlových kyselín sa v lipidoch nachádzajú kyseliny s párnym počtom uhlíkov, priamym, nerozvetveným reťazcom
• najčastejšie zastúpené – k. palmitová, k. stearová, k. olejová

Rozdelenie lipidov

1. jednoduché – estery – tuky a vosky
2. zložené – fosfolipidy

Jednoduché lipidy

• alkohol (jednosýtny alebo viacsýtny) a mastná kyselina

Podľa alkoholovej zložky

1. tuky – acylglyceroly – estery vyšších mastných kyselín s glycerolom ( 1,2,3-propantriol)
2. vosky – alkoholy sú jednosýtne a majú viac ako 16 uhlíkov

Acylglyceroly

• môžu mať esterifikované 1-3 skupiny OH
• najvýznamnejšie sú triaglyceroly

monoglycerol	diaglycerol	triaglycerol

• vlastnosti – prírodné zmesy triaglycerolov, obsahujú rôzne acylové zvyšky
• môžu byť:
• tuhé (alebo mazľavé) – obsahujú vo svojich molekulách prevažne acyly nasýtených mastných kyselín
• kvapalné (oleje) – obsahujú vo svojich molekulách prevažne acyly nenasýtených mastných kyselín

Vlastnosti a význam tukov

• bezfarebné látky bez chuti a zápachu
• žltnutie v teplom a vlhkom prostredí (baktérie)
• nenasýtené karboxylové kyseliny → takéto látky sú esenciálne (nevýhnutné) → meradlo biologickej hodnoty rastlinných tukov (olejov)

Hydrolýza tuku

• kyslá – glycerol + zmes mastných kyselín
• zásaditá – glycerol + soli mastných kyselín (mydlá)

• tuky ľahko podliehajú hydrolýze
• mydlá sú sodné (tuhé) alebo draselné (mazľavé) soli mastných kyselín
• používajú sa na čistenie, pranie, dezinfekcia
• pracie účinky mydla súvisia s jeho emulgačnými schopnosťami – vytrhávajú špinu a tvoria s ňou emulziu
• podobne fungujú aj pracie prášky, tzv. tenzíny
• ničia životné prostredie

Tuchnutie tukov

• spôsobené vzdušným kyslíkom a mikroorganizmami
• kazenie tuku – smrdí
• najviac oleje s obsahom nenasýtených mastných kyselín

Stužovanie tukov

• skvalitňovanie tukov
• hydrogenáciou
• tuky z nenasýtených mastných kyselín
• vodík sa aduje na dvojité väzby
• ochrana pred tuchnutím

Vysychanie olejov

• výroba fermeží a niektorých náterových hmôt
• po rozotretí niektoré tuky na väčšiu plochu polymerizujú a vytvárajú na vzduchu suché tvrdé filmy

Vosky

• svojím chemickým zložením pripomínajú tuky
• sú však veľmi stále
• odolné proti hydrolýze i enzýmom

Živočíšne tuky

Výskyt:

• pod kožou zvierat
• obaľujú vnútorné orgány

Poznáme:

• masť – bravčový tuk
• loj – hovädzí tuk
• maslo – mliečny tuk
• rybí tuk

Použitie:

• v potravinárstve (príjem týchto tukov by nemal byť viac ako 30 %)
• výroba liekov a kozmetiky

Rastlinné tuky

Výskyt:

• v semenách a plodoch rastlín

Poznáme:

• repkový tuk
• slnečnicový tuk
• olivový tuk
• ľanový tuk
• makový tuk

Použitie:

• potravinársky priemysel
• náterové hmoty
• liečivá

Vosky

• rastlinného pôvodu– tvoria ochranu listov a plodov – kutikula
• živočíšneho pôvodu – ochraňujú orgány a majú stavebnú funkciu

Použitie:

• kozmetický priemysel
• farmaceutický priemysel

Zložité lipidy

Od jednoduchých sa líšia tým, že v molekule majú okrem alkoholu a karboxylovej skupiny ešte ďalšie zložky.

1. Fosfolipidy
• obsahuju viazanúH₃PO₄
• výskyt – membrána buniek, obličky, pečeň, sója
2. Glykolipidy
• sacharidová zložka – glukóza, galaktóza
• výskyt – membrány buniek, mozog, miecha

Vlastnosti:

• molekuly lipidov majú polárnu hydrofóbnu časť (rozpustnú vo vode) a nepolárnu hydrofóbnu časť (nerozpustnú vo vode)
• vo vode tvoria koloidy, tzv. micey

V bunkovej stene zabezpečujú semipermeabilitu – polopriepustnosť, prepúšťajú len určité látky, zabezpečujú heterogénnosť prostredia v bunke.

Izoprenidy

• sú prírodné látky
• ich stavebnou látkou je izoprén (2-metylbuta-1,3-dién)
• stavebná jednotka obsahuje 5 uhlíkov
• obsahuje 2 až n stavebných jednotiek

Výskyt:

• v rastlinných a živočíšnych ogranizmoch

1. terpény
2. stereoidy

Terpény

• skladajú sa z 2 až n izoprénových jednotiek

Silice

• voňvavé, prchavé
• olejovité látky v plodoch, listoch a iných častiach rastlín
• Využitie:
• v kozmetike
• voňvkárstvo

Živice

• tuhé lepkavé látky nerozpustné vo vode
• teplom mäkknú
• vznikajú oxidáciou silíc na kôre stromov

Balzamy

• polotekuté zmesy živíc a silíc
• využitie v medicíne a kozmetike

mentol

• súčasť silice mäty priepornej – ušľachitlá rastlina
• je to alkohol, obsahuje OH

gáfor

• v strome gáforníka
• typická vôňa
• využitie v medicíne

kaučuk

• polyterpén
• získaný z kaučukovníka jeho narezaním
• je elastický
• použitie – gumárenský priemysel

gutaperča

• stereoizomér prírodného kaučuku
• nie je elastický
• použitie – izolant v elektrotechnike

Steroidy

• prírodné látky
• základným skeletom je sterán

Poznáme:

• steroly (napr. cholesterol) – môžu byť živočíšneho (zoo-) alebo rastlinného (fito-) pôvodu
• žlčové kyseliny
• steroidné hormóny

Cholesterol

• zoosterol
• je vo všetkých tkanivách, hlavne v mozgu a miazge
• voľný cholesterol je v stenách buniek
• nachádza sa v živočíšnych tukoch
• asteroskleróza – infarkt myokardu

Žlčové kyseliny

• tvoria sa v pečeni z cholesterolu
• sú súčasťou žlče, ktorá vzniká v pečeni
• najrozšírenejšia je kyselina cholová

Steroidné hormóny

• pohlavné žľazy
• ženské pohlavné hormóny
• estrogény – vaječníky
• gestrogény – žlté teliesko – význam v tehotenstve
• mužské pohlavné hormóny – testosterón – vývoj mužských pohlavných orgánov

Heterocyklické zlúčeniny

• Cyklické zlúčeniny – alifatické uhľovodíky, ktoré majú v cykle okrem atómov uhlíka 1 alebo viac tzv. heteroatómov – O, S, N.
• výskyt
• v živočíšnych a rastlinných organizmoch ako súčasť cukrov, aminokyselín, nukleových kyselín
• súčasť ropy

Poznáme:

1. 5-členné HCZ
2. 6-členné HCZ
3. kondenzované HCZ – 2 a viac heterocyklov

Vlastnosti:

• sú podobné aromatickým uhľovodíkom
• π elektróny v cykle sa zapájajú do kojugácie s elektrónovým párom heteroatómu

5-článkové (členné) heterocyklické zlúčeniny

pyrol

• bezfarebná, páchnuca jedovatá látka
• výskyt
• čiernouhoľný decht
• stavebná jednotka tzv. tetrapyrolových farbív:
• chlorofyl – zelené listové farbivo
• hemoglobín – červené krvné farbivo
• bilivabín – žlčové farbivo
• myoglobín – červené svalové farbivo

furán

• bezfarebná zapáchajúca kvapalina
• páchne podobne ako chloroform
• výskyt – sacharidy zvané furanózy

tiofén

• bezfarebná kvapalina
• výskyt – vo vitamíne H

6-členné heterocyklické zlúčeniny

pyridín

• jedovatá kvapalina
• výskyt – v čieronouhoľnom dechte
• použitie – ako rozpúšťadlo

kyselina nikotínová

• derivát pyridínu
• vzniká aj v tele
• jej amid – nikotínamid – súčasť koenzímov

Kondenzované heterocyklické zlúčeniny

• majú 2 a viac heterocyklov

purén

• deriváty
• kyselina močová – vzniká v orgainzme a pri poruchách metabolizmu sa usadzuje v svaloch a kĺboch – choroba DNA
• kofeín – nachádza sa v káve, čaji a stimuluje centrálny nervový systém, povzbuduje srdcovú činnosť

Alkaoidy

• sú to prírodné dusíkaté látky

Výskyt:

• len ako soli organických kyselín
• v rastlinách čelade ľaliovitých, makovitých, ľulkovité

Vlastnosti:

• zásaditý charakter
• jedovaté
• v malom množstve povzbudzujúce
• vo väčšom množstve spôsobujú smrť
• majú fyziologické účinky na organizmus
• dlhodobým užívaním → vývoj tolerancie, fyzickej a psychickej závislosti
• tolerancia – pri opakovanom užívaní si organizmus privyká a na dosiahnutie jej účinku potrebuje väčšie množstvo
• fyzická závislosť – prejavuje sa rastom tolerancie a zvyšovanie dávok
• psychická závislosť – strata kontroly nad užívaním
• alkaoidy takto pôsobiace na organizmus → drogy
• užívanie drog → narkománia

Opiové alkaoidy

• sušená šťava z nezrelých makovíc
• papaverín – uvoľňuje kŕče
• morfín – odstraňuje subjektívne bolesti, návykový
• heroín – pripravuje sa z morfínu, diacetát morfínu
• kodeín – na uvoľnenie kašľa, pripravuje sa metyláciou morfínu

Tropánové alkaoidy

• kokaín
• získava sa z koky
• má anestetický účinok – rýchle znecitlivenie, zvyšuje výkon na krátkodobý účinok
• vyššie dávky – poruchy svalovej koordinácie, kŕče a smrť
• atropín
• v ľúľkovci zlomocnom
• využíva sa v očnom lekárstve – rozširuje zrenice

Námeľové alkaoidy

• ich základom je kyselina lysergová
• námeľ – produkt parazitickej huby kyjaničky purpurovej, ktorá rastie na obilninách
• ergometrín – najjednoduchší zástupca, amid kyseliny lysergovej
• ergotamín – dihydrogenderivát kyseliny lysergovej, využíva sa pri liečbe migrény
• LSD – dietylamid kyseliny lysergovej, patrí medzi halucinogénne drogy
• kofeín
• káva obsahuje 2 % koefínu
• čajové listy obsahuje 5 % kofeínu
• 100 ml kávy obsahuje asi 0,8 g
• 1 dávka by nemal byť viac ako 1,5 g
• krátkodobo povzbudzuje
• Nikotín
• nachádza sa v listoch tabaku
• najrozšírenejšia návyková droga
• negatívny vplyv na sliznicu žalúdka, krvný obeh a iné orgány
• chronická obštrukčná choroba pľúc
• organizmus sa dlhodobo zbavuje
• chinín
• nachádza sa v kôre chinínovníka
• je veľmi horký
• liek proti malárií
• pridáva sa do nápojov

• medzi halucinogénne drogy patrí hašiš a marihuana
• nie sú to alkaloidy ale terpény
• z konope siateho
• THC – účinná látka

Sacharidy

• najrozšírenejšie prírodne látky
• trvalá súčasť všetkých buniek
• získava sa fotosyntézou
• glukoneogenéza – ak potrava neobsahuje potrebné množstvo sacharidov, využíva na ich syntézu aminokyseliny(z bielkovín) alebo glycerol(z tukov)

Biologický význam sacharidov

• v rastlinnom tele majú najmä stavebnú funkciu
• pre živočíšne organizmy – hlavný zrdoj energie
• zásobné látky (škrob, glykogén)

Rozdelenie sacharidov

1. jednoduché alebo monosacharidy – už sa nerozložia na jednoduchšie sacharidy
2. zložité – pri hydrolýze sa rozložia na dve alebo viac molekúl monosacharidov
• oligosacharidy -- obashujú 2-10 jednotiek (diasacharidy, trisacharidy)
• polysacharidy -- veľké množstvo jednotiek

Monosacharidy

1. aldózy - obsahujú aj aldehydovú skupinu
2. ketózy - obsahujú aj ketónovú skupinu

• glyceraldehyd
• má chirálny (asymetrický) atóm uhlíka C* -- optická izoméria
• majú rovnaké vlastnosti -- optické antipódy, enantioméry
• ich zmes v pomere 1:1 je opticky neaktívna -- racemát
• podľa priestorového rozloženiea -- D- a L-rady

Vlastnosti

• glukóza
• hroznový cukor
• najvýznamnejší monosacharid
• viazaná takmer vo všetkých zložitých sacharidov
• základný sacharid živočíšneho organizmu
• ľahko stráviteľná
• alkoholovím kvasením roztokov glukózy vzniká etanol a oxid uhličitý
• pri mliečnom kvasení sa mení na kyselinu mliečnu
• technická výroba -- hydrolýzou škrobu
• fruktóza
• ovocný cukor
• v ovocí a mede
• najsladší cukor

Zložené sacharidy

1. disacharidy
• sacharóza (repný cukor)
• vo všetkých rastlinách
• najviac v cukrovej repe a cukrovej trstine
• používa sa na sladenie potravín a nápojov
• na Slovensku je veľká produkcia sacharózy
• Laktóza (mliečny cukor)
• nachádza sa v mlieku cicavcov -- materské mlieko (6-7 %), kravské mlieko (4-5 %)
• pripravuje sa zo srvátky
2. polysacharidy
• Škrob
• čiastočnou hydrolýzou sa štiepy na dextríny (polysacharidy s nižšou relatívnou molekulovou hmotnosťou) -- používajú sa ako technické lepidlo
• pokračujúcou hydrolýzou vzniká disacharid maltóza a napokon monosacharid D-glukóza
• hlavný zdroj -- niektoré časti rastlín -- zemiakové hľúzy (až 20 % škrobu), zrná 50 až 80 %
• základná zložka potravy
• Glykogén
• rastlinné a živočíšne bunky si odkladajú prebytočné množštvo glukózy ako glykogén
• v čase potreby sa rozkladajú na glukózu → ATP
• Celuóza
• výroba papiera, obalového materiálu, hygienických potrieb
• hlavná živina pre bylinožravce
• najrozšírenejšia organická látka v prírode