Organická hmota je chemická sloučenina obsahující uhlík. Jedinou výjimkou jsou kyselina uhličitá, karbidy, uhličitany, kyanidy a oxidy uhlíku.
Historie
Samotný termín „organické látky“se objevil v každodenním životě vědců ve fázi raného vývoje chemie. V té době dominovaly vitalistické světonázory. Bylo to pokračování tradic Aristotela a Plinia. Během tohoto období byli učenci zaneprázdněni rozdělováním světa na živé a neživé. Přitom byly všechny látky bez výjimky jasně rozděleny na minerální a organické. Věřilo se, že pro syntézu sloučenin „živých“látek je zapotřebí zvláštní „síla“. Je vlastní všem živým bytostem a organické prvky se bez něj nemohou vytvořit.
Toto tvrzení, pro moderní vědu směšné, dominovalo velmi dlouho, dokud jej v roce 1828 Friedrich Wöhler experimentálně nevyvrátil. Dokázal získat organickou močovinu z anorganického kyanátu amonného. To posunulo chemii dopředu. Dělení látek na organické a anorganické však zůstalo zachováno i v současnosti. Je základem klasifikace. Je známo téměř 27 milionů organických sloučenin.
Proč existuje tolik organických sloučenin?
Organická hmota je až na několik výjimek sloučenina uhlíku. Ve skutečnosti jde o velmi kuriózní prvek. Uhlík je schopen tvořit řetězce ze svých atomů. Je velmi důležité, aby spojení mezi nimi bylo stabilní.
Kromě toho uhlík v organických látkách vykazuje mocenství - IV. Z toho vyplývá, že tento prvek je schopen vytvářet vazby s jinými látkami nejen jednoduché, ale i dvojné a trojité. Jak se jejich početnost zvyšuje, řetězec atomů se zkracuje. Zároveň se pouze zvyšuje stabilita připojení.
Uhlík má také schopnost vytvářet ploché, lineární a trojrozměrné struktury. To je důvod, proč je v přírodě tolik různých organických látek.
Složení
Jak bylo uvedeno výše, organickou hmotou jsou sloučeniny uhlíku. A to je velmi důležité. Organické sloučeniny vznikají, když jsou spojeny s téměř jakýmkoli prvkem periodické tabulky. V přírodě nejčastěji jejich složení (kromě uhlíku) zahrnuje kyslík, vodík, síru, dusík a fosfor. Zbývající prvky jsou mnohem vzácnější.
Vlastnosti
Takže organická hmota je sloučenina uhlíku. Existuje však několik důležitých kritérií, která musí splňovat. Všechny látky organického původu mají společné vlastnosti:
1. Existující mezi atomyodlišná typologie vazeb nevyhnutelně vede ke vzniku izomerů. Především jsou tvořeny spojením molekul uhlíku. Izomery jsou různé látky, které mají stejnou molekulovou hmotnost a složení, ale různé chemické a fyzikální vlastnosti. Tento jev se nazývá izomerie.
2. Dalším kritériem je fenomén homologie. Jedná se o řadu organických sloučenin, ve kterých se vzorec sousedních látek liší od předchozích o jednu skupinu CH2. Tato důležitá vlastnost se uplatňuje ve vědě o materiálech.
Jaké jsou třídy organických látek?
Existuje několik tříd organických sloučenin. Jsou známé všem. Jsou to bílkoviny, lipidy a sacharidy. Tyto skupiny lze nazvat biologické polymery. Podílejí se na metabolismu na buněčné úrovni v jakémkoli organismu. Do této skupiny patří také nukleové kyseliny. Můžeme tedy říci, že organická hmota je to, co jíme každý den, z čeho jsme vyrobeni.
Proteiny
Proteiny se skládají ze strukturálních složek – aminokyselin. To jsou jejich monomery. Bílkoviny se také nazývají proteiny. Je známo asi 200 typů aminokyselin. Všechny se nacházejí v živých organismech. Ale jen dvacet z nich je součástí bílkovin. Říká se jim základní. Ale v literatuře se můžete setkat i s méně oblíbenými pojmy – proteinogenní a proteinotvorné aminokyseliny. Vzorec této třídy organické hmoty obsahuje aminové (-NH2) a karboxylové (-COOH) složky. Jsou navzájem spojeny stejnými uhlíkovými vazbami.
Funkce bílkovin
Proteiny v těle rostlin a zvířat plní mnoho důležitých funkcí. Ale ten hlavní je strukturální. Proteiny jsou hlavními složkami buněčné membrány a matrice organel v buňkách. V našem těle se všechny stěny tepen, žil a kapilár, šlach a chrupavek, nehtů a vlasů skládají převážně z různých bílkovin.
Další funkce je enzymatická. Proteiny fungují jako enzymy. Katalyzují chemické reakce v těle. Jsou zodpovědné za rozklad živin v trávicím traktu. V rostlinách enzymy fixují polohu uhlíku během fotosyntézy.
Některé typy bílkovin přenášejí v těle různé látky, jako je kyslík. Může se k nim připojit i organická hmota. Takto funguje transportní funkce. Proteiny přenášejí krevními cévami ionty kovů, mastné kyseliny, hormony a samozřejmě oxid uhličitý a hemoglobin. Transport probíhá také na mezibuněčné úrovni.
Za ochrannou funkci jsou zodpovědné proteinové sloučeniny - imunoglobuliny. Jsou to krevní protilátky. Například trombin a fibrinogen se aktivně podílejí na procesu koagulace. Zabraňují tak větší ztrátě krve.
Proteiny jsou také zodpovědné za provádění kontraktilní funkce. Vzhledem k tomu, že myosinové a aktinové protofibrily neustále vůči sobě provádějí posuvné pohyby, dochází ke kontrakci svalových vláken. Ale i u jednobuněčných organismů podobněprocesy. Pohyb bakteriálních bičíků také přímo souvisí s klouzáním mikrotubulů, které jsou proteinové povahy.
Oxidace organické hmoty uvolňuje velké množství energie. Ale zpravidla se bílkoviny spotřebovávají pro energetické potřeby velmi zřídka. K tomu dochází, když jsou vyčerpány všechny zásoby. K tomu se nejlépe hodí lipidy a sacharidy. Proto mohou bílkoviny plnit energetickou funkci, ale pouze za určitých podmínek.
Lipidy
Sloučenina podobná tuku je také organická látka. Lipidy patří k nejjednodušším biologickým molekulám. Jsou nerozpustné ve vodě, ale rozkládají se v nepolárních roztocích, jako je benzín, éter a chloroform. Jsou součástí všech živých buněk. Chemicky jsou lipidy estery alkoholů a karboxylových kyselin. Nejznámější z nich jsou tuky. V těle zvířat a rostlin plní tyto látky mnoho důležitých funkcí. Mnoho lipidů se používá v lékařství a průmyslu.
Funkce lipidů
Tyto organické chemikálie spolu s proteiny v buňkách tvoří biologické membrány. Ale jejich hlavní funkcí je energie. Při oxidaci molekul tuku se uvolňuje obrovské množství energie. Jde o tvorbu ATP v buňkách. Ve formě lipidů se v těle může hromadit značné množství energetických zásob. Někdy jsou dokonce více, než je nutné pro realizaci běžného života. S patologickými změnami v metabolismu "tukových" buněk se stává více. Ačkolispravedlivě je třeba poznamenat, že takové nadměrné rezervy jsou prostě nezbytné pro přezimování zvířat a rostlin. Mnoho lidí věří, že stromy a keře se v chladném období živí půdou. Ve skutečnosti spotřebovávají zásoby olejů a tuků, které si vytvořili přes léto.
V lidském a zvířecím těle mohou tuky plnit i ochrannou funkci. Ukládají se v podkoží a kolem orgánů, jako jsou ledviny a střeva. Slouží tedy jako dobrá ochrana proti mechanickému poškození, tedy nárazu.
Tuky mají navíc nízkou úroveň tepelné vodivosti, což pomáhá udržovat teplo. To je velmi důležité, zejména v chladném klimatu. U mořských živočichů přispívá k dobrému vztlaku i podkožní tuková vrstva. U ptáků však lipidy také plní vodu odpuzující a lubrikační funkce. Vosk obaluje jejich peří a činí je pružnějšími. Některé druhy rostlin mají na listech stejný povlak.
Sacharidy
Organický vzorec C (H2O)m udává, zda sloučenina patří do třída sacharidů. Název těchto molekul odkazuje na skutečnost, že obsahují kyslík a vodík ve stejném množství jako voda. Kromě těchto chemických prvků mohou sloučeniny obsahovat například dusík.
Sacharidy v buňce jsou hlavní skupinou organických sloučenin. Jedná se o primární produkty procesu fotosyntézy. Jsou také výchozími produkty syntézy v rostlinách jinýchlátky jako alkoholy, organické kyseliny a aminokyseliny. Sacharidy jsou také součástí buněk zvířat a hub. Nacházejí se také mezi hlavními složkami bakterií a prvoků. Takže v živočišné buňce jsou od 1 do 2 % a v rostlinné buňce může jejich počet dosáhnout 90 %.
Dnes existují pouze tři skupiny sacharidů:
- jednoduché cukry (monosacharidy);
- oligosacharidy, skládající se z několika molekul postupně spojených jednoduchých cukrů;
- polysacharidy, obsahují více než 10 molekul monosacharidů a jejich derivátů.
Funkce sacharidů
Všechny organické látky v buňce plní určité funkce. Takže například glukóza je hlavním zdrojem energie. Rozkládá se v buňkách všech živých organismů. To se děje během buněčného dýchání. Glykogen a škrob jsou hlavním zdrojem energie, přičemž první u zvířat a druhý u rostlin.
Sacharidy také plní strukturální funkci. Celulóza je hlavní složkou buněčných stěn rostlin. A u členovců plní stejnou funkci chitin. Nachází se také v buňkách vyšších hub. Vezmeme-li jako příklad oligosacharidy, pak jsou součástí cytoplazmatické membrány – ve formě glykolipidů a glykoproteinů. V buňkách je také často detekován glykokalyx. Pentózy se podílejí na syntéze nukleových kyselin. V tomto případě je deoxyribóza zahrnuta v DNA a ribóza je zahrnuta v RNA. Tyto složky se také nacházejí v koenzymech, například ve FAD,NADP a NAD.
Sacharidy jsou také schopny plnit v těle ochrannou funkci. U zvířat látka heparin aktivně brání rychlému srážení krve. Vzniká při poškození tkáně a blokuje tvorbu krevních sraženin v cévách. Heparin se nachází ve velkém množství v žírných buňkách v granulích.
Nukleové kyseliny
Proteiny, sacharidy a lipidy nejsou všechny známé třídy organických látek. Chemie také zahrnuje nukleové kyseliny. Jedná se o biopolymery obsahující fosfor. Protože jsou v buněčném jádře a cytoplazmě všech živých bytostí, zajišťují přenos a ukládání genetických dat. Tyto látky byly objeveny díky biochemikovi F. Miescherovi, který studoval spermie lososa. Byl to „náhodný“objev. O něco později byla RNA a DNA nalezena také ve všech rostlinných a živočišných organismech. Nukleové kyseliny byly také izolovány v buňkách hub a bakterií a také virů.
Celkem se v přírodě vyskytují dva typy nukleových kyselin – ribonukleová (RNA) a deoxyribonukleová (DNA). Rozdíl je zřejmý z názvu. DNA obsahuje deoxyribózu, pětiuhlíkový cukr. A ribóza se nachází v molekule RNA.
Nukleové kyseliny jsou studovány organickou chemií. Témata pro výzkum také diktuje medicína. V kódech DNA je ukryto mnoho genetických chorob, které vědci teprve musí objevit.
