Jednoduché sloučeniny uhlíku: Základem všech organických látek je uhlík. Jeho atomy, na schématu černě zbarvené, mohou na sebe vázat mnohé jiné prvky, jako kyslík, vodík, dusík. Atomy uhlíku se též mohou vázat navzájem v kratší či delší řetězy, které jsou základem všech organických látek. Příkladem takové jednoduché organické látky je známý etylalkohol, skládající se ze 2 atomů uhlíku, 6 atomů vodíku a 1 atomu kyslíku.
Vztah neživého předmětu k prostředí: Zvláštnosti ve stavbě a chemickém složení živé hmoty jsou spjaty se zvláštním vztahem živého předmětu k prostředí. Ke znázornění rozdílu mezi neživým a živým v jejich vztahu k prostředí je možno použít velmi jednoduchého schématu. Vlivy prostředí, např. déšť, vítr, voda a sluneční záření, které působí na neživý předmět - v našem případě skálu, poškozují a rozrušují tento neživý předmět.
Vztah živého předmětu k prostředí: Živý tvor se naopak může zachovat při životě a dále se vyvíjet pouze tehdy, když přijímá určité vlivy ze svého prostředí: Kuře potřebuje k svému životu teplo, světlo, vodu, kyslík i potravu. Základem tohoto hmotného vztahu živého tvora k prostředí je přeměna látek a energie. Organismus přijímá z prostředí některé chemické látky, přeměňuje je na složky svého těla, a odpadové látky vydává do prostředí.
Schéma autotrofie: Jakým dějem získává živá příroda ze svého neživého prostředí základní organické látky, tj. cukry, tuky i bílkoviny? Pouze rostliny je dovedou vytvořit ve svých listech za pomoci chlorofylu z velmi jednoduchých anorganických látek. Buňky listů přijímají kysličník uhličitý ze vzduchu, jejich chlorofyl pohlcuje světelnou energii. Z půdy přijímá rostlina vodu a dusíkaté sole. Z těchto základních složek vytváří v složitém procesu fotosyntézy cukry, tuky i bílkoviny.
Molekula cukru: Základním chemickým produktem fotosyntézy je cukr. Schematicky znázorněná molekula cukru obsahuje řetězec o 6 atomech uhlíku, které na sebe vážou přibližně stejný počet atomů kyslíku a zhruba dvojnásobný počet atomů vodíku. Tento základní řetězec atomů uhlíku dovede již buňka dále přeměňovat na základy jiných látek, zejména na organické kyseliny.
Mastná kyselina a aminokyseliny: Ochuzením molekul cukru o kyslík, doplněním dalších uhlíků do řetězce a okysličením posledního uhlíku vznikají mastné kyseliny, /nahoře/ které jsou základními součástmi tuků. Připojením dusíkaté skupiny na mastnou kyselinu s poměrně malým počtem uhlíků v řetězci vzniká aminokyselina /dole/ - základní stavební složka bílkovin. Každá aminokyselina má tedy kromě kyselé skupiny /uhlík se 2 kyslíky a 1 vodíkem/ ještě skupinu dusíkatou - zásaditou /dusík s 1 nebo 2 vodíky/.
Peptidická vazba: V molekule bílkoviny jsou jednotlivé aminokyseliny navzájem spjaty v dlouhém řetězci. Dvě aminokyseliny se spojí vždy tak, že se uhlík kyselé skupiny první aminokyseliny sloučí s dusíkem zásadité skupiny druhé aminokyseliny /nahoře/. Z každé takové vazby, která se nazývá peptidická vazba, vzniká 1 molekula vody /uprostřed/. Rozrušením peptidických vazeb za účasti vody – tzv. hydrolýzou – je možno rozložit molekuly bílkovin až na jednotlivé aminokyseliny.
Typy aminokyselin: Takovým rozkladem různých typů bílkovin se podařilo zjistit, že celkový počet všech známých aminokyselin, které se mohou v molekule nejrůznějších bílkovin kombinovat, je poměrně malý. Dodnes bylo izolováno zhruba 20 aminokyselin. Schematický obraz několika druhů aminokyselin ukazuje, že se liší nejen počtem uhlíků v základním řetězci /černě/, ale též počtem a uložením kyselých a dusíkatých skupin.
Bílkovinné globule: Velikost bílkovinných molekul je obrovská proti velikosti molekul anorganických a jednoduchých organických látek, např. cukrů. Ukazuje to i elektronově mikroskopický snímek buněčné blány baktérie. Jsou patrny drobné kuličky - globule - velikosti několika stotisícin milimetru, tvořené obrovskými molekulami bílkovin.
Schéma bílkovinné globule: Rozmanitost bílkovinných molekul je podmíněna různým seřazením a odlišným poměrným zastoupením jednotlivých typů aminokyselin v řetězci. Jsou též rozdíly v prostorovém uspořádání řetězu aminokyselin. Na schématu bílkoviny kulovitého typu je patrno spirální stočení řetězu a postranní kratší řetězce aminokyselin. Různé typy aminokyselin jsou vyznačeny odlišnou barvou kuliček.
Koloidní roztok, sol a gel: Pro životní děje má velký význam dobrá rozpustnost většiny bílkovin, které s vodou vytvářejí tzv. koloidní roztoky. Osvětlíme si to nejlépe na příkladu klihu, který je vlastně směsí bílkovin a jejich štěpných produktů, získanou z vazivových tkání. Suchý klíh při styku s vodou bobtná, tj. jeho molekuly pohlcují vodu. Při zahřátí se jeho molekuly smrští a roztok je kapalný - sol, při chladnutí částice koloidu nabírají vodu, zvětšují se a roztok houstne - gel. Živá hmota je složitý systém mnoha koloidů, zejména bílkovin, které jsou v různém stupni zrosolovatění a zkapalnění.
Antiséra, očkovací látky: Bílkoviny jsou hlavními složkami nejen buněk, ale též tekutin tělních, především krevní plazmy. Z jejích složek jsou nejdůležitější globuliny, které jsou účinnou složkou imunních sér proti mnoha infekčním chorobám. Avšak také očkovací látky vyráběné z oslabených virů, baktérií či jejich jedů jsou většinou bílkoviny. Bez využití moderních poznatků o bílkovinách by dnešní medicína byla bezmocná v diagnoze, léčbě i v prevenci mnoha chorob.
Vláknité bílkoviny vlny, kůže, hedvábí: V blanách buněčných, pokožce a jejích výrůstcích, v ochranných obalech, vazivu i kostech jsou přítomny pevné a odolné bílkoviny vláknité nebo-li fibrilární struktury. Molekuly těchto bílkovin jsou tvořeny mírně zvlněnými a různě se větvícími řetězci aminokyselin. K tomuto typu bílkovin patří i klíh, o kterém již byla řeč. Bílkovinná vlákna jsou většinou pevného skupenství a odolná proti chemickým vlivům.
Svalové vlákno: Zvláštní místo zaujímají bílkoviny svalu. Ve svalových vláknech jsou podélně uloženy svazky dlouhých vlákének, fibril, které jsou jakoby příčně pruhovány /a - vpravo/. Při stahu svalovém nastane podélné zkrácení a příčné roztažení snopce fibril /b - vpravo/. Fibrily jsou složeny z vláknitých podélně probíhajících bílkovinných molekul, které jsou v klidu jen mírně zvlněny /a -vlevo/. Stah je podmíněn tím, že se k sobě přitáhnou aktivní skupiny /modrá a červená kolečka/, kterým byla dodána energie /b - vlevo/. Tím nastane zkrácení a rozšíření vláknité molekuly. Pro snadnější představu se mluví o tzv. harmonikovém efektu.
Koloběh dusíku: Jakým způsobem však vůbec získá bílkoviny živočich? Dovede je také syntetizovat jako rostlina? Schéma koloběhu dusíku, který je nezbytnou součástí bílkovin, nám ukazuje, že každý živočich je nakonec odkázán na přívody bílkovin, které jsou schopny tvořit pouze zelené rostliny. Avšak dusík zabudovaný do aminokyselin je v poslední fázi opět odevzdán neživé přírodě. Vyměšované zplodiny přeměny bílkovin i mrtvá těla rostlin a živočichů podléhají bakteriální hnilobě a kvašení, a dusík je z aminokyselin uvolňován v podobě čpavku. A ten je okysličován nitrifikačními baktériemi v půdě až na kyselinu dusičnou. Vzniklé soli této kyseliny - dusičnany - jsou opět přijímány rostlinami a dusík je znovu vestavován do aminokyselin.
Zdroj výživy u živočichů: Pouze někteří živočichové jsou však odkázáni v příjmu bílkovin přímo na rostliny. Jsou to býložravci /kráva/. Masožravci /kočka/ získávají bílkoviny převážně požíráním jiných živočichů. Člověk patří mezi všežravce, živící se smíšenou stravou. Výživa prvních dvou skupin živočichů je tedy jednostranná - u býložravců s převahou cukrů, zejména vyšších, jako škroby a celuloza, u masožravců bílkovin. U všežravců jsou základní živiny - cukry, tuky i bílkoviny - v rovnováze, takže nemusí být mnoho energie věnováno přestavbě jedněch organických látek na druhé.
Kalorická hodnota živin: Výživa dodává nejen stavební složky těla organismu, tedy především bílkoviny, ale též energii nutnou k životním úkonům. Z obrázku vidíme, že nejvíce energie vyjádřené v kaloriích obsahují tuky. Uvolňování energie se děje buněčným dýcháním, které bychom mohli srovnat se spalováním. Organická látka je při tom rozkládána až na nejjednodušší své složky, kysličník uhličitý a vodu. V živé hmotě se nejlépe spalují cukry, protože z nich může být uvolněna všechna energie.
Kalorická spotřeba: Potrava člověka musí tedy především krýt spotřebu energie nutné k životním dějům, hlavně ke svalové práci. Proto jsou podstatné rozdíly podle druhu zaměstnání i věku v denní spotřebě potravin, vyjádřené souhrnnou kalorickou hodnotou. Z obrázku vidíme, že je u dospělých lidí značné rozpětí mezi minimem 2500 kalorií u duševně pracujících až po 4500 - 5000 kalorií u velmi těžce pracujících.
Obsah bílkovin a jejich využití: Je však důležité njen množství, ale i složení potravy. Nutné je zejména určité minimální množství bílkovin. Jejich obsah v různých druzích potravy a jejich využití je uveden ve schématu. Zdravotnictví oprávněně propaguje požívání mléka, vajec a mléčných výrobků, protože zde jsou přítomny bílkoviny vhodného složení, a též lehce stravitelné. Jejich využití, podobně jako bílkovin lehkého masa, je nejlepší. V rostlinných bílkovinách naopak chybějí některé aminokyseliny pro člověka nepostradatelné.
Trávení a zažívání: Jaká je stravitelnost bílkovinných potravin? Po rozmělnění v ústech je bílkovinná strava štěpena v žaludku fermentem pepsinem, dále ve dvanáctníku a tenkém střevě trypsinem a erepsinem až na aminokyseliny. Je jasné, že vysoký obsah odolných bílkovin např. ve vazivu podstatně zhoršuje stravitelnost. Uvolněné aminokyseliny jsou v tenkém střevě vstřebávány a rozpuštěny v krvi se dostávají do jaterních a jiných buněk, které z nich tvoří bílkoviny tělu vlastní.
Vyměšování zplodin: Nestrávené zbytky potravy jsou v tlustém střevě zkvašovány a odcházejí jako stolice z těla. Zplodiny buněčného dýchání, kysličník uhličitý a voda, jsou odstraňovány dýchacími orgány, pokožkou a ledvinami. Dusíkaté zbytky aminokyselin a dalších dusíkatých látek jsou vychytávány z krve ledvinnými buňkami a odcházejí s močí.
Spotřeba bílkovin během růstu: Denní spotřeba bílkovin se během růstu člověka podstatně mění. V grafu je vyjádřena spotřeba bílkovin v gramech na 1 kg tělesné váhy. Do 3 let je spotřeba nejvyšší – 2 g/1 kg -, pak stále klesá, a po skončení růstu okolo 27 let se ustaluje na 1 g/1 kg. Je to pochopitelné, protože při růstu se zmnožuje živá hmota, kdežto v dospělosti musí být zajištěna pouze náhrada opotřebovaných složek.
Dělení buněčné: Jaká je podstata procesu množení nebo-li reprodukce živé hmoty? Buněčná úroveň tohoto děje byla objasněna již koncem minulého století. Buňky se množí dělením, při němž hraje velmi důležitou úlohu jaderná hmota. Z ní se vytvářejí vláknité nebo tyčinkovité chromozomy/černě/, které se podélně štěpí a zcela pravidelně se rozejdou do obou nově vznikajících buněk. Moderní biochemie doplnila tyto poznatky zjištěním, že podstatnou chemickou složkou chromozomů jsou deoxynukleové kyseliny /DNK/, sídlo a zdroj dědičných informací.
Syntéza bílkovin: Bílkoviny jsou podle dnešních představ syntetizovány v ribozomech, nepatrných tělíscích obsahujících ribonukleovou kyselinu, která jsou ve velkém množství rozmístěna v jádru buněčném, cytoplasmě i jejích organelách. Ribonukleová kyselina snad ve spojení s bílkovinou tvoří jakousi "matrici" /na schématu dole/, do níž jsou za pomocí fermentů přesně podle "negativu" seřazovány aminokyseliny přijaté buňkou.
Řízení reprodukce živé hmoty: Řízení reprodukce živé hmoty by se dalo vyjádřit tímto schématem: Deoxynukleové kyseliny chromozomů v jádru buněčném /DNK/ předávají dědičné informace ribonukleovým kyselinám /RNK/, jadérku /červeně/ a RNK cytoplasmy, jaké druhy bílkovin mají syntetizovat. To by byla, velmi stručně, biochemická podstata jevů dědičnosti a reprodukce živé hmoty.
Biologové: Problém reprodukce bílkovin a celé živé hmoty soustřeďuje dnes na sebe pozornost biochemie i biologie, protože s jeho vyřešením by byla nejen objasněna podstata života jako zvláštní kvality pohybu hmoty, ale bylo by umožněno i řešení mnoha praktických otázek zdravotnických, jako otázky příčin a léčby rakoviny, zajištění zdravého vývoje a prodloužení lidského života.
y
