Chemickými ději v živých organismech se zabývá biochemie. Biochemie je hraniční věda, která studuje biologické objekty chemickými metodami. Zkoumá chemické složení a vlastnosti látek obsažených v organismech a chemické přeměny, které v organismech probíhají. Umožňuje odhalovat tajemství vzniku i podstaty života, dědičnosti a rozmnožování.

 FOTOSYNTÉZA

Výchozími látkami pro chemické děje v živých organismech jsou především kyslík a jednoduché sacharidy (cukry), které vznikají v zelených rostlinách fotosyntézou z vody a oxidu uhličitého za přítomnosti chlorofylu a slunečného záření:

6 CO2 + 6 H2O + E → C6H12O6 + 6 O2
oxid uhličitý + voda → glukosa + kyslík

 Tyto látky pak vstupují do chemických dějů jednak přímo v rostlinách, jednak se potravou dostávají do těl živočichů a v nich jsou postupně přeměňovány. Tyto biochemické děje se souhrnně označují jako metabolické přeměny neboli látkový metabolismus. Vytvářejí se při nich látky nezbytné pro organismus a současně se uvolňuje energie potřebná pro činnost živočišných orgánů, pro pohyb a růst živočichů, pro udržování tělesné teploty apod.

 Z velkého počtu metabolických procesů mají největší význam především ty, při nichž dochází k vytvoření sacharidů, lipidů a bílkovin, dále pak ty, při nichž se tyto energetické živiny štěpí na látky jednodušší, a konečně procesy, při nichž dochází k jejich vzájemné přeměně (přeměna bílkovin na sacharidy, sacharidů na lipidy atd.).

obrázek č.7 Schéma fotosyntézy

Fotosyntéza je asi nejdůležitější chemická reakce v přírodě. Probíhá v rostlinných buňkách a její podstatou je reakce vody s oxidem uhličitým za účasti sluneční energie (světla) a chlorofylu (přírodního zeleného barviva). Vzniká glukosa (jednoduchý cukr) a uvolňuje se kyslík.

Fotosyntéza probíhá v zelených rostlinách, které obsahují zelené barvivo - chlorofyl. Právě toto barvivo je schopno pohlcovat sluneční energii, proto je možné fotosyntézu charakterizovat jako přeměnu světelné energie v energii chemickou.

 Při fotosyntéze vznikají z anorganických látek látky organické. Až 40% přírodních látek vzniklo složitými chemickými přeměnami ze sacharidů, které slouží při těchto přeměnách jako zdroje chemické energie a jako výchozí látky pro syntézu složitějších molekul (bílkovin, tuků, polysacharidů).

 Odhaduje se, že fotosyntézou zelených rostlin se na Zemi vytvoří ročně až 1,5.1016 tun uhlíku vázaného v organických sloučeninách, přičemž do ovzduší se uvolní asi 4.1011 tun kyslíku.

 

ANAEROBNÍ A AEROBNÍ DÝCHÁNÍ

Anaerobní dýchání – dýchání organismů bez přístupu kyslíku.

Funguje na principu kvašení (např. alkoholové kvašení). Konečnými produkty nejsou pouze CO2 a H2O.

 

Rovnice alkoholového kvašení:

C6H12O6 → 2 CH3CH2OH + 2 CO2 + energie

glukóza              etanol               oxid uhličitý

 

Aerobní dýchání – má dvě základní fáze

1. fáze je anaerobní – bez přístupu kyslíku, probíhá v cytoplazmě

– rozpadají se molekuly glukózy - na pyruvát (glykolýza) a vznikají dvě molekuly ATP

2. fáze je aerobní – za přístupu kyslíku, probíhá v mitochondriích, uvolňuje se při ní energie, oxid uhličitý CO2 a voda H2O. Jedná se o tzv. Krebsův (citrátový) cyklus

obrázek č.8 schéma dýchání

 

TRÁVENÍ

Trávení je metabolický (biochemický) proces, při kterém se z potravy získávají potřebné živiny. V rámci trávení dochází k rozkladu potravy na jednodušší látky, které mohou být zpracovány tělem. Trávení je typické pro živočichy, ale také např. pro většinu masožravých (heterotrofních) rostlin.

 U živočichů probíhá trávení převážně v tenkém střevě a částečně i ve střevě tlustém. Hlavním reakčním principem trávení je tzv. hydrolytický rozklad (za přítomnosti vody) pomocí enzymů. Existují specifické enzymy pro každý typ látky tj. jak pro sacharidy, tak pro lipidy či bílkoviny.

 Trávená látka → produkt trávení

Disacharidy a sacharidy → jednoduché cukry

Tuky → glycerol a mastné kyseliny

Bílkoviny → aminokyseliny

 Trávení sacharidů v těle člověka

Trávení sacharidů začíná již v ústní dutině, kde je ve slinách přítomen enzym amyláza (ptyalin). Díky němu se polysacharidy z potravy (škrob a glykogen) štěpí na disacharid maltosu a následně enzym maltasa štěpí disacharid maltosu na jednoduchý cukr – glukózu (viz pokus se slinami).

 Trávení lipidů v těle člověka

Trávení lipidů (tuků) probíhá až v tenkém střevě. Zde dochází pomocí enzymů – lipáz, které štěpí lipidy na glycerol (trojsytný alkohol – propan-1, 2, 3-triol) a mastné kyseliny.

 Trávení bílkovin v těle člověka

Trávení bílkovin je založeno na štěpení peptidové vazby mezi jednotlivými aminokyselinami. Začíná v žaludku, kde se potrava mísí s žaludečními šťávami obsahujícími kyselinu chlorovodíkovou HCl. Vylučování žaludečních šťáv řídí hormon gastrin.

Součástí žaludečních šťáv je enzym pepsin, který štěpí dlouhé řetězce bílkovin na řetězce kratší. K dalšímu trávení bílkovin dochází v tenkém střevě díky enzymu trypsinu, který produkuje slinivka břišní. Zde se štěpí kratší řetězce polypeptidů na peptidy. Prostřednictvím mnoha dalších enzymů jsou výsledným produktem trávení bílkovin jejich základní jednotky aminokyseliny.

 

VYLUČOVÁNÍ

Vylučováním (exkrecí) se tělo zbavuje odpadových produktů.

Způsoby zbavování se odpadů z těla:

Kůže – vylučuje vodu a sůl (NaCl) uvolněné z potravy pomocí potních žláz pomocí pórů

Plíce – vylučují oxid uhličitý vznikající při spotřebovávání glukózy a také část vody se dostává z těla ven pomocí průdušnice a úst

Játra a žlučník – vylučují bilirubin jakožto zbytek rozkladu hemoglobinu z červených krvinek, který probíhá v játrech. Bilirubin odchází prostřednictvím žluče ven z těla a to stolicí.

Ledviny – vylučují močovinu, která je odpadním produktem využití bílkovin buňkami. Dále vylučují vodu a minerální soli prostřednictvím močového měchýře a močové trubice.

Tlusté střevo – vylučuje stolici, která je zbytkem potravy neobsahujícím žádné živiny. Z těla odchází stolice konečníkem.

 Většina buněk v lidském těle využívá ke své „chemické“ činnosti právě bílkovin. Jejich rozkladem se tvoří odpadní látky obsahující dusík (např. močovinu). Zbytky (odpadní látky) z tohoto procesu se odfiltrovávají ven z krevního oběhu pomocí ledvin (viz pokus Dialýza), které také regulují množství vody vylučované z organismu a udržují i správnou rovnováhu soli v těle.