CHÉMIA -1- -2- 4.3 CHEMICKÉ ZLOŽENIE ŽIVÝCH SÚSTAV str. 112 – 116 CHÉMIA pre 3. roč. gymnázií ( J. Čársky, J. Kopřiva a iní) -2- 4 ZÁKLADY BIOCHÉMIE 4.3 CHEMICKÉ ZLOŽENIE ŽIVÝCH SÚSTAV str. 112 – 116 Chemickou analýzou rastlinných a živočíšnych tiel sa dokázalo, že sa skladajú z tých istých prvkov, ktoré sa vyskytujú v zemskej kôre, v prostredí, v ktorom živé organizmy vznikajú, vyvíjajú sa, rozmnožujú i odumierajú. Prvkové zloženie živých sústav sa odlišuje od zloženia neživého prostredia len v množstve, t.j. v kvantitatívnom zastúpení prvkov (obr. 24). Prvky vyskytujúce sa v biosfére, ktoré sú potrebné na stavbu a životnú činnosť organizmov, nazývajú sa biogénne prvky. Podľa zastúpenia v organizme sa zaraďujú do skupín (tab. 5, pozri s. 115). Makroprvky > ako 0,005% z celkovej hmotnosti organizmu. Päť prvkov tejto skupiny sú základné biogénne prvky – C, H, N, O, P (tvoria 98% hmotnosti organizmu). Druhú skupinu tvoria mikroprvky < ako 0,005% z celkovej hmotnosti organizmu , zvyčajne sa viažu v bielkovinách (enzýmoch). Makroprvky ( > ako 0,005% ) základné biogénne prvky (tvoria 98% z celkovej hmotnosti organizmu). Mikroprvky (< ako 0,005% ) C – uhlík H – vodík N – dusík O – kyslík P – fosfor S – síra Ca – vápnik Mg – horčík Na – sodík Cl – chlór K – draslík Fe – železo Zn – zinok Mn – mangán Cu – meď Mo – molybdén I – jód Co – kobalt B – bór F – fluór Br – bróm Se – selén As – arzén Si – kremík Li – lítium Al – hliník Ti – titán V – vanád Tabuľka 5 Biogénne prvky sa vyskytujú v živých sústavách takmer výlučne v zlúčeninách. Sú to jednak anorganické zlúčeniny (minerálne) – voda, oxid uhličitý, amoniak, anorganické soli, a jednak jednoduché aj zložité bioorganické zlúčeniny. Relatívne zastúpenie hlavných skupín látok vidieť na obr. 25. Mnohé z nich majú extrémne veľké molekuly a mimoriadne pevnú štruktúru. Aj najjednoduchšie bunky, napr. baktérie, obsahujú niekoľko tisíc organických zlúčenín, vrátane bielkovín a nukleových kyselín. V zložitom ľudskom organizme sa nachádza asi 50 000 rôznych bielkovín. Každý biologický druh má svoje špecifické bielkoviny a nukleové kyseliny, ale ich biologické funkcie prebiehajú podobným spôsobom. Jednoduché organické zlúčeniny môže organizmus využívať nielen ako stavebné jednotky biomakromolekúl, ale aj ako štruktúrny základ pri metabolických premenách a pri výmene energie. Napríklad aminokyseliny sa zúčastňujú na stavbe bielkovín, ale súčasne sa z nich v organizme utvárajú aj hormóny, alkaloidy a iné zlúčeniny. Nukleotidy sa zúčastňujú na stavbe nukleových kyselín, ale sú aj nosičmi energie (ATP) a pod. 24. Prvkové zloženie A ľudského organizmu, B zemskej kôry 25. Relatívne zastúpenie hlavných skupín látok v organizmoch A voda, B nukleové kyseliny, C minerálne látky, D lipidy, E sacharidy, F bielkoviny % 50 25 B O C H N Ca P Cl S Na K Mg Fe Si A A 65% F 12% E 9% D 8% B 3% 3% VODA, OXID UHLIČITÝ A AMONIAK AKO ZÁKLADNÉ BIOGÉNNE ZLÚČENINY str. 114 – 115 Základné látky v biosyntéze organických zlúčenín, vrátane biomakromolekulových látok, sú voda, oxid uhličitý a amoniak (príp. molekulový dusík). Autotrofné organizmy sú schopné syntetizovať z týchto jednoduchých a energeticky chudobných látok zložité štruktúry sacharidov, aminokyselín, heterocyklických zlúčenín a i. Tie potom využívajú ako stavebné jednotky biomakromolekúl(polysacharidov, bielkovín, nukleových kyselín) alebo ako zdroj energie potrebnej pre životnú činnosť. Takto syntetizované látky sú potom živinami pre vyššie organizmy, ktoré ich prijímajú vo forme potravy a metabolizujú ich. Tým opäť tvoria základ pre stavbu zložitejších štruktúr alebo sú zdrojom energie. V kolobehu chemických premien (spaľovaním, kvasením, hnitím a dýchaním) sa voda, oxid uhličitý a amoniak vracajú späť do pôvodnej anorganickej formy. Tak sa zabezpečuje rovnováha medzi vnútorným a vonkajším prostredím organizmu aj neprestajné obnovovanie živej hmoty. Voda - tvorí prostredie, v ktorom prebiehajú fyzikálne a chemické deje; zúčastňuje sa na mnohých biochemických reakciách ––hydrolýza, adície. Oxid uhličitý – (spolu s vodou) je východisková látka pri fotosyntéze sacharidov a konečným produktom biologickej oxidácie organických zlúčenín. Amoniak – je východisková látka biosyntézy a konečný produkt látkových premien dusíkatých organických zlúčenín. Seminár z CH 17 (34. vyuč. hod.) Biogénny význam prvkov CHÉMIA PRE 3.ROČNÍK GYMNÁZIÍ

-3- [Chemickou analýzou rastlinných a živočíšnych tiel sa dokázalo, že sa skladajú z tých istých prvkov, ktoré sa vyskytujú v zemskej kôre, v prostredí, v ktorom živé organizmy vznikajú, vyvíjajú sa, rozmnožujú i odumierajú. Prvkové zloženie živých sústav sa odlišuje od zloženia neživého prostredia len v množstve, t.j. v kvantitatívnom zastúpení prvkov (obr. 24).] [ Makroprvky > ako 0,005% z celkovej hmotnosti organizmu. Päť prvkov tejto skupiny sú základné prvky – C, H, N, O, P (tvoria 98% hmotnosti organizmu). Druhú skupinu tvoria mikroprvky < ako 0,005% z celkovej hmotnosti organizmu , zvyčajne sa viažu v bielkovinách (enzýmoch). ] [ Biogénne prvky sa vyskytujú v živých sústavách takmer výlučne v zlúčeninách. Relatívne zastúpenie hlavných skupín látok vidieť na obr. 25.] [Voda-tvorí prostredie, v ktorom prebiehajú fyzikálne a chemické deje; zúčastňuje sa na mnohých biochemických reakciách ––hydrolýza, adície. Oxid uhličitý – (spolu s vodou) je východisková látka pri fotosyntéze sacharidov a konečným produktom biologickej oxidácie organických zlúčenín. Amoniak – je východisková látka biosyntézy a konečný produkt látkových premien dusíkatých organických zlúčenín.] Otázky a úlohy 1. Ako sa odlišuje prvkové zloženie živých sústav od neživého vonkajšieho prostredia? 2. Charakterizujte jednotlivé skupiny biogénnych prvkov. 3. Charakterizujte biologický význam vody, oxidu uhličitého a amoniaku. 4. Vysvetlite význam biosyntézy vody v živých sústavách. [ Veľký biologický význam má biosyntéza vody z atómov vodíka, ktoré sa uvoľňujú pri dehydrogenácii (oxidácii) organických látok, a z kyslíka, ktorý sa dostáva do organizmu z vonkajšieho prostredia (difúziou alebo dýchaním).Biosyntézou vody organizmus získava najväčšie množstvo energie, jej časť využije na tvorbu ATP a zostávajúca časť sa premieňa na teplo. Pri vzniku jedného molu vody sa uvoľní 234 kJ energie. ] Seminár z CH 17 (34. vyuč. hod.) 4 ZÁKLADY BIOCHÉMIE Biogénny význam prvkov -4- Viaceré kovy vo forme katiónov majú veľký význam pre zdravie človeka. Pre človeka majú základný (esenciálny) význam tieto stopové prvky: železo, meď, zinok, mangán, kobalt, molybdén, chróm, cín, vanád, jód, selén, horčík a fluór. Železo má v organizme viacero funkcií. S určitou bielkovinou tvorí krvné farbivo hemoglobín, ktoré dopravuje kyslík; ďalej pôsobí v enzýmoch dýchacích buniek, ktoré napomáhajú okysličovanie živín a uvoľňovanie energie. Človek má určitú rezervu železa v pečeni a slezine. Tá sa však musí ustavične dopĺňať, aby nevznikla málokrvnosť. Najlepším zdrojom vo výžive človeka je listová zelenina, pretože sa v nej nachádza i vitamín C, s ktorým sa železo dostáva do organizmu oveľa ľahšie. Stopové množstvá medi (1 – 2 mg denne), prítomné v rybách, vnútornostiach a pečeni, sú potrebné pri tvorbe krvného farbiva aj červených krviniek. To sa týka i kobaltu, ktorý sa nachádza hlavne v listových druhoch zeleniny. Zinok je zložkou niektorých hormónov a enzýmov; človek denne prijíma 13 až 22 mg tohto prvku. Denná potreba mangánu predstavuje u dospelého 2-3 mg, u dieťaťa 1,25 mg. Celkové množstvo molybdénu v organizme dospelého človeka sa odhaduje na 7 mg. Vhodnou zásobárňou tejto látky sú rozličné druhy zeleniny a vnútorností. Chróm sa pokladá za esenciálny stopový prvok, pretože spolupôsobí s inzulínom. V Jordánsku, kde je nedostatok chrómu v pitnej vode, zaznamenali u mladistvých osôb zvýšený výskyt cukrovky. Ich stav sa normalizoval, keď sa im dlhší čas podával chlorid chrómu. Predpokladá sa, že chróm má určitú úlohu aj pri prevencii aterosklerózy a infarktu srdcového svalu. Nikel je hojne rozšírený v pôde, ale aj v rastlinách a vo vode. Človek ho získava najmä z kakového prášku, čaju, sóje a niektorých ďalších strukovín. Cín je prirodzenou zložkou potravín. Kilogram jedla pripraveného z čerstvého mäsa, obilnín alebo zeleniny obsahuje asi 1 mg tohto stopového prvku. V rybom mäse a niektorých druhoch ovocia (napr. v pomarančoch, broskyniach a banánoch) sa nachádza aj stokrát toľko cínu. Biologická funkcia vanádu nie je bližšie objasnená. Predpokladá sa jeho účinok proti ateroskleróze. Jód sa sústreďuje v štítnej žľaze, kde sa spája a aminokyselinou tyrozínom a vyrába hormón tyroxín, ktorý podporuje okysličovanie živín v bunkách. V oblastiach, kde bol nedostatok jódu, sa v minulosti často vyskytovali poruchy telesného a duševného vývoja detí (kretenizmus) a struma čiže zväčšenie štítnej žľazy. V ich prevencii sa osvedčilo obohacovanie kuchynskej soli jódom v množstve 25 mg/ kg. Už 2 mg jódu v dennom príjme potravín zabráni týmto dvom obávaným ochoreniam. Prirodzený obsah selénu v používatinách je vyšší než 0,5 mg / kg. Obsah selénu v pôdach a rastlinách vykazuje veľké zemepisné rozdiely. Horčik je dôležitým katiónom, ktorý udržiava integritu srdcového svalu. Hojne sa vyskytuje nielen v rastlinách, ale aj v mäse a vnútornostiach. Na základne najnovších poznatkov dospelému človeku stačí 300-500 mg horčíka denne, no jeho príjem je spravidla nižší. Jedným z najaktívnejších biogénnych prvkov je fluór. Pre zdravie ľudí a zvierat sú nevyhnutné určité množstvá tohto prvku , prítomného najmä v pitnej vode a potravinách. Ak je v litri pitnej vody menej ako 1 mg fluóru, zvyšuje sa kazivosť chrupu. Z potravín rastlinného a živočíšneho pôvodu prijíma človek okolo 0,6 mg fluóru denne. Medzi najdôležitejšie zdroje tohto prvku patria múčne výrobky, z ovocia hlavne čerešne a hrozno, zo zeleniny zasa hlávkový šalát, kapusta a mrkva. Pri nedostatku fluóru v pitnej vode sa u nás používa na prevenciu zubného kazu prípravok Natrium fluoratum. Gram fluorovaných zubných pást obsahuje asi 1 mg fluóru. 5. Vypíšte pod ióny kovových prvkov, kde sa v tele človeka nachádzajú: ( hemoglobín, vnútrobunkové ióny, kosti, zuby, krv, nervy) Fe2+ Mg2+ Ca2+ 6. Uveďte zdroje uvedených iónov. 7. Krátko po hodinovom fitnes – tréningu sa náhle dostavia v lýtkach kŕče. Na vine je nedostatok horčika. Telo ho pri cvičení alebo inej fyzickej záťaži vypotí a prirýchlo ho ubúda aj pri strese. Uveďte, ako môžeme nedostatok horčíka v tele doplniť. Stopové prvky