Organická hmota je chemická zlúčenina obsahujúca uhlík. Jedinými výnimkami sú kyselina uhličitá, karbidy, uhličitany, kyanidy a oxidy uhlíka.
História
Samotný pojem „organické látky“sa objavil v každodennom živote vedcov v štádiu raného vývoja chémie. V tom čase dominovali vitalistické svetonázory. Bolo to pokračovanie tradícií Aristotela a Plínia. Počas tohto obdobia boli učenci zaneprázdnení delením sveta na živé a neživé. Zároveň boli všetky látky bez výnimky jasne rozdelené na minerálne a organické. Verilo sa, že na syntézu zlúčenín „živých“látok je potrebná špeciálna „sila“. Je súčasťou všetkých živých bytostí a organické prvky sa bez nej nemôžu vytvoriť.
Toto tvrdenie, pre modernú vedu smiešne, dominovalo veľmi dlho, až kým ho v roku 1828 Friedrich Wöhler experimentálne nevyvrátil. Dokázal získať organickú močovinu z anorganického kyanátu amónneho. To posunulo chémiu dopredu. Rozdelenie látok na organické a anorganické sa však zachovalo aj v súčasnosti. Je základom klasifikácie. Je známych takmer 27 miliónov organických zlúčenín.
Prečo existuje toľko organických zlúčenín?
Organická hmota je až na pár výnimiek zlúčenina uhlíka. V skutočnosti ide o veľmi kuriózny prvok. Uhlík je schopný vytvárať reťazce zo svojich atómov. Je veľmi dôležité, aby spojenie medzi nimi bolo stabilné.
Okrem toho uhlík v organických látkach vykazuje valenciu - IV. Z toho vyplýva, že tento prvok je schopný vytvárať väzby s inými látkami nielen jednoduché, ale aj dvojité a trojité. Keď sa ich početnosť zvýši, reťazec atómov sa skráti. Zároveň sa len zvyšuje stabilita pripojenia.
Uhlík má tiež schopnosť vytvárať ploché, lineárne a trojrozmerné štruktúry. Preto je v prírode toľko rôznych organických látok.
Zloženie
Ako bolo uvedené vyššie, organická hmota sú zlúčeniny uhlíka. A to je veľmi dôležité. Organické zlúčeniny vznikajú, keď sú spojené s takmer akýmkoľvek prvkom periodickej tabuľky. V prírode najčastejšie ich zloženie (okrem uhlíka) zahŕňa kyslík, vodík, síru, dusík a fosfor. Zvyšné prvky sú oveľa zriedkavejšie.
Vlastnosti
Organická hmota je teda zlúčenina uhlíka. Existuje však niekoľko dôležitých kritérií, ktoré musí spĺňať. Všetky látky organického pôvodu majú spoločné vlastnosti:
1. Existujúce medzi atómamiodlišná typológia väzieb nevyhnutne vedie k vzniku izomérov. V prvom rade sú tvorené kombináciou molekúl uhlíka. Izoméry sú rôzne látky, ktoré majú rovnakú molekulovú hmotnosť a zloženie, ale odlišné chemické a fyzikálne vlastnosti. Tento jav sa nazýva izoméria.
2. Ďalším kritériom je fenomén homológie. Ide o rad organických zlúčenín, v ktorých sa vzorec susedných látok líši od predchádzajúcich o jednu skupinu CH2. Táto dôležitá vlastnosť sa uplatňuje vo vede o materiáloch.
Aké sú triedy organických látok?
Existuje niekoľko tried organických zlúčenín. Sú známe každému. Sú to bielkoviny, lipidy a sacharidy. Tieto skupiny možno nazvať biologickými polymérmi. Podieľajú sa na metabolizme na bunkovej úrovni v akomkoľvek organizme. Do tejto skupiny patria aj nukleové kyseliny. Môžeme teda povedať, že organická hmota je to, čo jeme každý deň, z čoho sme zložení.
Proteíny
Proteíny sa skladajú zo štruktúrnych zložiek – aminokyselín. Toto sú ich monoméry. Proteíny sa tiež nazývajú proteíny. Je známych asi 200 druhov aminokyselín. Všetky sa nachádzajú v živých organizmoch. Ale len dvadsať z nich sú zložky bielkovín. Nazývajú sa základné. Ale v literatúre môžete nájsť aj menej populárne výrazy – proteinogénne a proteínotvorné aminokyseliny. Vzorec tejto triedy organických látok obsahuje amínové (-NH2) a karboxylové (-COOH) zložky. Sú navzájom spojené rovnakými uhlíkovými väzbami.
Funkcie bielkovín
Proteíny v tele rastlín a živočíchov plnia mnoho dôležitých funkcií. Ale hlavný je štrukturálny. Proteíny sú hlavnými zložkami bunkovej membrány a matrice organel v bunkách. V našom tele sa všetky steny tepien, žíl a kapilár, šliach a chrupaviek, nechtov a vlasov skladajú hlavne z rôznych bielkovín.
Ďalšia funkcia je enzymatická. Proteíny pôsobia ako enzýmy. Katalyzujú chemické reakcie v tele. Sú zodpovedné za rozklad živín v tráviacom trakte. V rastlinách enzýmy fixujú polohu uhlíka počas fotosyntézy.
Niektoré typy bielkovín nesú v tele rôzne látky, ako napríklad kyslík. Môže sa k nim pripojiť aj organická hmota. Takto funguje transportná funkcia. Proteíny prenášajú ióny kovov, mastné kyseliny, hormóny a samozrejme aj oxid uhličitý a hemoglobín cez krvné cievy. Transport prebieha aj na medzibunkovej úrovni.
Proteínové zlúčeniny - imunoglobulíny - sú zodpovedné za ochrannú funkciu. Sú to krvné protilátky. Napríklad trombín a fibrinogén sa aktívne podieľajú na procese koagulácie. Zabraňujú tak väčšej strate krvi.
Proteíny sú tiež zodpovedné za vykonávanie kontraktilnej funkcie. Vzhľadom na to, že myozínové a aktínové protofibrily neustále voči sebe vykonávajú posuvné pohyby, svalové vlákna sa sťahujú. Ale aj v jednobunkových organizmoch podobneprocesy. Pohyb bakteriálnych bičíkov priamo súvisí aj s kĺzaním mikrotubulov, ktoré sú bielkovinovej povahy.
Oxidácia organickej hmoty uvoľňuje veľké množstvo energie. Ale spravidla sa bielkoviny spotrebúvajú na energetické potreby veľmi zriedkavo. Stáva sa to, keď sú všetky zásoby vyčerpané. Na to sú najvhodnejšie lipidy a sacharidy. Preto môžu proteíny vykonávať energetickú funkciu, ale iba za určitých podmienok.
Lipidy
Zlúčenina podobná tuku je tiež organická látka. Lipidy patria k najjednoduchším biologickým molekulám. Sú nerozpustné vo vode, ale rozkladajú sa v nepolárnych roztokoch, ako je benzín, éter a chloroform. Sú súčasťou všetkých živých buniek. Chemicky sú lipidy estery alkoholov a karboxylových kyselín. Najznámejšie z nich sú tuky. V tele zvierat a rastlín tieto látky plnia mnoho dôležitých funkcií. Mnoho lipidov sa používa v medicíne a priemysle.
Funkcie lipidov
Tieto organické chemikálie spolu s proteínmi v bunkách tvoria biologické membrány. Ich hlavnou funkciou je však energia. Pri oxidácii molekúl tuku sa uvoľňuje obrovské množstvo energie. Ide o tvorbu ATP v bunkách. Vo forme lipidov sa v tele môže nahromadiť značné množstvo energetických zásob. Niekedy sú dokonca viac, ako je potrebné na realizáciu bežného života. S patologickými zmenami v metabolizme "tukových" buniek sa stáva viac. Hocispravodlivo treba poznamenať, že takéto nadmerné rezervy sú jednoducho potrebné na hibernáciu zvierat a rastlín. Mnoho ľudí verí, že stromy a kríky sa v chladnom období živia pôdou. V skutočnosti spotrebúvajú zásoby olejov a tukov, ktoré si vytvorili cez leto.
V ľudskom a zvieracom tele môžu tuky plniť aj ochrannú funkciu. Ukladajú sa v podkoží a okolo orgánov, ako sú obličky a črevá. Slúžia teda ako dobrá ochrana pred mechanickým poškodením, teda nárazom.
Tuky majú navyše nízku úroveň tepelnej vodivosti, čo pomáha udržiavať teplo. To je veľmi dôležité najmä v chladnom podnebí. U morských živočíchov k dobrému vztlaku prispieva aj vrstva podkožného tuku. Ale u vtákov majú lipidy tiež vodoodpudivé a mazacie funkcie. Vosk pokrýva ich perie a robí ich pružnejšími. Niektoré druhy rastlín majú na listoch rovnaký povlak.
Sacharidy
Organický vzorec C (H2O)m označuje, či zlúčenina patrí do trieda sacharidov. Názov týchto molekúl odkazuje na skutočnosť, že obsahujú kyslík a vodík v rovnakom množstve ako voda. Okrem týchto chemických prvkov môžu zlúčeniny obsahovať napríklad dusík.
Sacharidy v bunke sú hlavnou skupinou organických zlúčenín. Sú to primárne produkty procesu fotosyntézy. Sú tiež počiatočnými produktmi syntézy v rastlinách inýchlátky ako alkoholy, organické kyseliny a aminokyseliny. Sacharidy sú tiež súčasťou buniek zvierat a húb. Nachádzajú sa tiež medzi hlavnými zložkami baktérií a prvokov. Takže v živočíšnej bunke sú od 1 do 2% a v rastlinnej bunke môže ich počet dosiahnuť 90%.
Dnes existujú iba tri skupiny sacharidov:
- jednoduché cukry (monosacharidy);
- oligosacharidy, pozostávajúce z niekoľkých molekúl postupne spojených jednoduchých cukrov;
- polysacharidy, obsahujú viac ako 10 molekúl monosacharidov a ich derivátov.
Funkcie uhľohydrátov
Všetky organické látky v bunke vykonávajú určité funkcie. Takže napríklad glukóza je hlavným zdrojom energie. Rozkladá sa v bunkách všetkých živých organizmov. To sa deje počas bunkového dýchania. Glykogén a škrob sú hlavným zdrojom energie, pričom prvý u zvierat a druhý u rastlín.
Sacharidy plnia aj štrukturálnu funkciu. Celulóza je hlavnou zložkou bunkovej steny rastlín. A u článkonožcov plní chitín rovnakú funkciu. Nachádza sa aj v bunkách vyšších húb. Ak si ako príklad vezmeme oligosacharidy, tak tie sú súčasťou cytoplazmatickej membrány – vo forme glykolipidov a glykoproteínov. V bunkách sa často zisťuje aj glykokalyx. Pentózy sa podieľajú na syntéze nukleových kyselín. V tomto prípade je deoxyribóza zahrnutá v DNA a ribóza je zahrnutá v RNA. Tieto zložky sa tiež nachádzajú v koenzýmoch, napríklad vo FAD,NADP a NAD.
Sacharidy sú tiež schopné vykonávať ochrannú funkciu v tele. U zvierat látka heparín aktívne bráni rýchlemu zrážaniu krvi. Vzniká pri poškodení tkaniva a blokuje tvorbu krvných zrazenín v cievach. Heparín sa nachádza vo veľkých množstvách v žírnych bunkách v granulách.
Nukleové kyseliny
Proteíny, sacharidy a lipidy nie sú všetky známe triedy organických látok. K chémii patria aj nukleové kyseliny. Ide o biopolyméry obsahujúce fosfor. Keďže sú v bunkovom jadre a cytoplazme všetkých živých bytostí, zabezpečujú prenos a ukladanie genetických údajov. Tieto látky boli objavené vďaka biochemikovi F. Miescherovi, ktorý študoval spermie lososa. Bol to „náhodný“objav. O niečo neskôr sa RNA a DNA našli aj vo všetkých rastlinných a živočíšnych organizmoch. Nukleové kyseliny boli tiež izolované v bunkách húb a baktérií, ako aj vírusov.
Celkovo sa v prírode vyskytujú dva typy nukleových kyselín – ribonukleová (RNA) a deoxyribonukleová (DNA). Rozdiel je jasný už z názvu. DNA obsahuje deoxyribózu, päťuhlíkový cukor. A ribóza sa nachádza v molekule RNA.
Nukleové kyseliny študuje organická chémia. Témy na výskum diktuje aj medicína. V kódoch DNA je ukrytých veľa genetických chorôb, ktoré vedci ešte musia objaviť.
