2.1. Uloge biomolekula u metaboličkim procesima

Biomolekule su zajednički naziv za sve molekule bitne u biološkim procesima. U biomolekule ubrajamo ugljikohidrate, lipide, proteine, nukleinske kiseline, vitamine, hormone i mnoge druge. U ovoj jedinici orijentirat ćemo se na biomolekule koje imaju hranjivu vrijednost, stoga ih još nazivamo hranjivim tvarima.

Za početak u svojim bilježnicama nacrtajte tablicu koju će činiti tri stupca: znam, želim znati i naučio sam. Prisjetite se što već znate o hranjivim tvarima iz hrane (koje hranjive tvari postoje, kako su one građene, koje su njihove uloge, koje namirnice obiluju određenim hranjivim tvarima i sl.) te tim informacijama popunite prvi stupac. Zatim u drugi stupac u obliku pitanja upišite sve ono što želite znati o hranjivim tvarima. Nakon što pročitate ovu jedinicu, popunite i treći stupac sa svim onim novim pojedinostima koje ste naučili.

Ugljikohidrati su organski spojevi građeni od atoma ugljika, vodika i kisika. Razlikujemo jednostavne i složene ugljikohidrate. U jednostavne ugljikohidrate ubrajamo monosaharide i disaharide. Monosaharidi su najjednostavniji ugljikohidrati.

Pogledajte galeriju slika koja prikazuje strukturne formule najpoznatijih monosaharida te opišite razlike među njima. Obratite pozornost na brojnost i raspored pojedinih atoma.

Riboza i deoksiriboza sadrže pet ugljikovih atoma, stoga ih nazivamo pentoze i sastavni su dijelovi ribonukleinske i deoksiribonukleinske kiseline. Glukoza, fruktoza i galaktoza sadrže šest ugljikovih atoma, stoga ih nazivamo heksoze i služe kao izvori energije za živa bića. Disaharidi su šećeri građeni od dviju molekula monosaharida, a služe kao izvor energije. Prilikom povezivanja dvaju monosaharida u disaharid oslobađa se jedna molekula vode.

Pogledajte video koji prikazuje nastanak disaharida.

Proučite tablicu u kojoj su navedeni najčešći disaharidi.

Biljke fotosintezom stvaraju monosaharide poput glukoze i fruktoze. Spajanjem glukoze i fruktoze u biljkama nastaje disaharid saharoza. To je glavni šećer koji upotrebljavamo u kućanstvu. Iako se nalazi i u ostalim biljkama, glavni izvori za industrijsko dobivanje ovoga šećera jesu šećerna trska i šećerna repa jer su te biljke najbogatije saharozom. Saharoza se prenosi iz listova u kojima nastaje do drugih biljnih organa.

Polisaharidi su složeni šećeri građeni od velikoga broja međusobno povezanih molekula monosaharida. Kao glavna rezerva energije biljkama služi polisaharid škrob. Škrob nastaje povezivanjem mnogo molekula glukoze i sprema se u biljne organe u obliku škrobnih zrnaca, primjerice u gomolj krumpira.

Slika 2.1.1.: Škrobna zrnca u stanicama gomolja krumpira

I životinje i gljive pohranjuju polisaharide kao zalihe energije. U njihovu slučaju radi se o polisaharidu glikogenu. Glikogen je sastavljen od velikoga broja molekula glukoze. Višak šećera koji unesemo u svoj organizam spremit će se u obliku glikogena u jetru i mišiće.

Pogledajte video koji prikazuje dokazivanje škroba u prehrambenim namirnicama.

Molekule glukoze koje biljke stvaraju fotosintezom povezuju se i u polisaharid celulozu koja ima građevnu ulogu u biljaka i u nekih jednostavnijih gljiva. U gljiva i u životinja postoji i polisaharid koji ima građevnu ulogu. To je hitin koji izgrađuje stanične stijenke većine gljiva, a i egzoskelet člankonožaca je građen od velikoga broja molekula glukoze.

Biljne i životinjske stanice mogu pretvarati šećere u masti i ulja koji su učinkovita spremišta energetskih zaliha. Njihovom oksidacijom oslobađa se dvaput više energije nego što se oslobađa oksidacijom ugljikohidrata ili proteina. Osim kao spremište energije, masti služe i kao toplinski izolator, što je bitno za životinje koje žive u polarnim predjelima poput tuljana i pingvina.

Slika 2.1.2.: Masni potkožni sloj služi moržu i kao rezerva energije i kao toplinski izolator.

Masti i ulja građeni su od trovalentnoga alkohola glicerola i triju masnih kiselina od kojih se svaka veže na jednu hidroksilnu skupinu glicerola. Masne su kiseline duge lančaste molekule koje na jednome kraju sadrže karboksilnu skupinu, a na drugome kraju metilnu skupinu. Razlikujemo zasićene i nezasićene masne kiseline. Ugljikovi atomi zasićenih masnih kiselina povezani su u lance isključivo jednostrukim kovalentnim vezama, a nezasićene masne kiseline sadrže i dvostruke ili trostruke kovalentne veze.

Proučite Vennov dijagram koji prikazuje sličnosti i razlike između masti i ulja.

Slika 2.1.3.: Usporedba masti i ulja

Kolagen je protein koji čini oko 25 % ukupne količine proteina u tijelu sisavaca. Osim proteina eleastina i kolagen je osnovni sastojak vezivnoga tkiva. Ta dva proteina izgrađuju ligamente, hrskavicu, krvne žile, kožu, kosti i zube. Protutijela sudjeluju u obrani organizma od bolesti. To su proteini koje naš organizam stvara kao odgovor na patogene kao što su virusi i bakterije. Većina hormona u našemu tijelu, primjerice inzulin i glukagon, također su proteini po kemijskome sastavu, stoga možemo reći da proteini sudjeluju u koordinaciji tjelesnih aktivnosti. Hemoglobin je protein koji ima ulogu prijenosa kisika i ugljikova(IV) oksida po tijelu. Jedna od bitnih uloga proteina jest ubrzavanje kemijskih reakcija. Takve proteine nazivamo enzimima i bez njih nije moguć život jer ne postoje kemijske reakcije u živim bićima za koje nije potrebno njihovo djelovanje.

Građa proteina

Aminokiseline su podjedinice koje izgrađuju proteine. Postoji dvadeset različitih aminokiselina koje možemo naći u proteinima živih bića. Središnji atom svake aminokiseline jest ugljik. Na njega se na jednome kraju veže aminoskupina (-NH₂), a na drugome se kraju veže karboksilna skupina (-COOH). Na atom ugljika veže se i aminokiselinski ogranak (R). Svaka aminokiselina ima drukčiji aminokiselinski ogranak.

Slika 2.1.4.: Opća strukturna formula aminokiselina

Da bi izgradio vlastite proteine, svakomu su organizmu potrebne aminokiseline. Aminokiseline koje ljudski organizam može sam proizvesti nazivamo neesencijalnim aminokiselinama. Ostale aminokiseline moramo unijeti hranom. Te aminokiseline nazivaju se esencijalnim aminokiselinama.

Pogledajte video koji prikazuje kako se aminokiseline povezuju u proteine. Na videu su crnom bojom označeni atomi ugljika, bijelom atomi vodika, crvenom atomi kisika, a žutom atomi dušika.

Objasnite zašto je zakonska obveza na namirnicama posebno istaknuti količinu zasićenih masnih kiselina i jednostavnih šećera. Razmislite utječe li način pripreme pojedine namirnice na njezinu hranidbenu vrijednost. Primjerice, koja je razlika u količini hranjivih tvari u kuhanome i prženome krumpiru?

• Ugljikohidrati su molekule sastavljene od atoma ugljika, kisika i vodika, a dijelimo ih na jednostavne i složene.
• Jednostavni ugljikohidrati čija je uloga izvor energije jesu monosaharidi (glukoza, fruktoza i galaktoza) i disaharidi (saharoza, laktoza i maltoza). Monosaharidi koji izgrađuju nukleinske kiseline su riboza i deoskiriboza.
• Masti i ulja građeni su od alkohola glicerola i triju masnih kiselina. Masti su građene od zasićenih, a ulja od nezasićenih masnih kiselina. Masti i ulja djeluju kao spremište energije u organizmu. 
• Proteini su složeni organski spojevi izgrađeni od aminokiselina. Raznolike su njihove uloge u organizmu, a i složene su građe. Proteini izgrađuju tijelo, brane organizam od bolesti, koordiniraju tjelesne aktivnosti, prenose neke molekule po tijelu i ubrzavaju metaboličke procese.

Vrijeme je za popunjavanje trećega stupca u vašim tablicama. Upišite u taj stupac sve ono novo što ste naučili. Dopunite i stupac želim znati ako se pojavilo nešto novo što biste još htjeli naučiti i pretražite internetske izvore o tim informacijama.