Biomolekuly - Jsi to, co jíš

Ahoj! Vítejte v mé kuchyni. Dneska jsem vás pozval sem, protože minulý týden jsme začali u mě v koupelně, což se mi moc nelíbí, a protože dneska vařím oběd, využiji kuchyň jako laboratoř. Čas strávený zde využiji k povídání o třech různých věcech: 1. o třech nejdůležitější molekulách na Zemi, 2. o asi nejhorším sendviči, co v životě sním, a 3. o podivném vědci, který nás naučil vše, co víme o moči. Rychlokurz biologie Chemie a energie: biomolekuly Zatím jsme mluvili o uhlíku a o vodě, a teď budeme mluvit o molekulách, z nichž se skládá všechno živé, a všechno živé ve všem živém. Je jedno, jestli jste bakterie, plejtvák obrovský, Lady Gaga nebo roztoč žijící na řasách britské královny. Říká se jim biomolekuly. Nejsou to jen stavební cihly. Jsou to molekuly nezbytné k životu všeho živého na Zemi. Jsou zásadním zdrojem energie a zásobárnou energie. Pro všechny organismy nesou návod k jejich vzniku, růstu, a způsobu předání těchto informací dalším generacím. Jsou to složky života. Nazývají se: sacharidy, lipidy, bílkoviny, a nukleové kyseliny. Dnes budeme mluvit jen o prvních třech. Ne náhodou je třídíme podobně jako potraviny. Protože… to jsou potraviny. Za toto dělení vděčíme jednomu málo známému anglickému lékaři, který před stovkami let zasvětil svůj život studiu lidské moči. Biolo-grafie: William Prout. Můj bože, jsem zpět, a to musí znamenat, že je čas na tu část Rychlokurzu biologie s nejdivnějším názvem: biolo-grafii. Jmenoval se William Prout. Začátkem 19. století ho začalo fascinovat lidské trávení, obzvláště moč, protože si myslel, že lidské tělo nejlépe pochopí přes chemii. A nejlepší cestou k poznání chemie těla bylo poznat, jak tělo zachází s jídlem. Byl tehdy praktickým lékařem, ale každé ráno před snídaní se věnoval výzkumu ve své domácí laboratoři v Londýně. A tam vyzkoumal mnoho skvělých věcí, třeba jako první objevil kyselinu chlorovodíkovou v žaludku a napsal přelomovou knihu o ledvinových kamenech: Pátrání po povaze a léčbě ledvinového písku, kamenů, a jiných chorobách souvisejících se špatnou funkcí vylučovacích orgánů. A samozřejmě byl také prvním člověkem, který objevil chemickou strukturu močoviny, hlavní složky moči. Zde ji vidíte. Také zjistil, že ve vodném prostředí močovina produkuje amoniak, a proto čůránky páchnou. Za léta studia moči Prout dospěl k závěru, že všechny potraviny se dají zařadit do tří kategorií: sacharózní (sacharidy), olejové (tuky), a albuminózní (proteiny). Došel dokonce k závěru, že abychom byli zdraví, musíme jíst všechny tyto tři skupiny. Nejen ovčí ledvinky a gin, čímž se pravděpodobně tenkrát živila většina Londýna. Ale jako spousta jiných, i Prout byl za života přehlížen, protože zatímco on se věnoval skutečné vědě, všichni ostatní byli přesvědčeni, že barvu moči určuje naše osobnost. Tenhle týpek vypadá jako pěkný blbec. A když tohle poznám z barvy, co asi zjistím z chuti… Prout ještě nevěděl nic o biomolekulách. Neznal jejich podstatu, ale chápal, že existují tři ingredience nutné pro život, a že organismy je buď musí vyrábět, nebo získávat z potravy, aby přežily. Začneme s nejjednoduššími z nich, a to jsou sacharidy. Už jste o nich slyšeli. Možná se jim vyhýbáte jako moru, ale pravda je taková, že nikdo a nic se jim nevyhne, protože jsou zdrojem veškeré energie, kterou můžeme využívat. Sacharidy jsou složeny z cukrů, nejjednodušší z nich jsou monosacharidy. Mono jako jeden, sacharidy jako cukry. Největší hvězdou z nich je glukóza, protože je opravdu základ, čímž myslím, že je číslem jedna v globálním potravním řetězci, protože pochází ze slunce. Všechnu biologickou energii původně zachytily rostliny ze Slunce díky fotosyntéze ve formě glukózy. Každá buňka, která potřebuje energii, ji získává z glukózy v procesu dýchání. Kromě glukózy máme i jiné monosacharidy, jako je fruktóza, která má stejný souhrnný vzorec C6H12O6, ale je uspořádána jinak. Na těchto jemných chemických rozdílech velmi záleží. Kupříkladu fruktóza je mnohem sladší než glukóza. Také ji tělo jinak zpracovává. A pak tu máme disacharidy, jak už napovídá název, jsou to dva spojené monosacharidy. Nejslavnější z nich je sacharóza, což je molekula glukózy a fruktózy spojená kovalentní vazbou. Mono- a disacharidy jsou takové malé kousíčky energie, které je pro tělo velmi snadné zpracovat, ale když se začnou spojovat do delších a delších řetězců, jejich funkce a role se změní. Už nejsou okamžitým přísunem energie, ale stanou se zásobníkem energie, nebo stavebním prvkem. To jsou polysacharidy. Už to nejsou jen dva nebo tři monosacharidy, mohou obsahovat tisíce jednoduchých cukerných jednotek. A protože jsou tak velké a rozložité, skvěle se z nich staví. Celulóza rostlin je nejběžnější stavební sloučenina. Je to jen řada molekul glukózy spojených dohromady, a je to nejběžnější organická sloučenina na Zemi. Bohužel, je velmi těžké ji strávit. Krávy to dokážou, ale lidé ne, proto nejíme trávu. Polysacharidy jsou také skvělým zásobníkem energie nejen svou strukturou, jsou to skutečné zásobníky. A proto jíme chléb. Zajímavá věc - chléb je vyroben ze škrobu. Z toho nejjednoduššího škrobu zvaného amylóza. Amylóza a celulóza vypadají skoro stejně, ale jedno je tráva a to druhé chléb. Chemie! Rostliny ukládají glukózu ve formě škrobu, který má různé formy, od kořenů a hlíz, přes sladké plody ovoce, po škrobnatá zrna pšenice, ze kterých se mele mouka. Obilné zrno je hlavní složkou chleba, a většina kalorií, které obsahuje, pochází ze sacharidů. Když tohle jím, a že toho sním hodně, jím tak chemickou energii, kterou pšenice získala ze slunce, aby jí nakrmila příští generaci svých semen, a my ji ukradli pro své potřeby. Vše jen pro mě. Nám lidem nikde nerostou plody nebo hlízy, a tak musíme svou energii skladovat jinak. To děláme za pomoci glykogenu, který se velmi podobá amylóze či škrobu, ale je více větvený a komplikovanější. Tvoří ho glukóza, kterou získáme při jídle, a ukládá se v našich svalech připraven k využití. Také je skladován v játrech. Toto je velmi krátkodobá zásoba. Kdybychom jeden den nejedli, vypotřebujeme téměř všechen svůj glykogen. Na delší dobu si energii ukládáme v tuku. Nejhorším nepřítelem našich maminek je tuk, ale ve skutečnosti je opravdu důležitý, a je nejznámějším typem velmi důležitých biomolekul, lipidů. Lipidy jsou menší a jednodušší, než komplexní sacharidy, ale shlukují se k sobě, protože jsou nerozpustné ve vodě, díky svým chemickým vazbám, které jsou většinou nepolární. Jak už víme z minulé lekce, voda se nepolárních molekul štítí, takže se s nimi nemísí. Třeba jeko olej a voda. Vlastně, tohle je olej a voda. A pokud jste někdy četli nutriční štítky, nebo se dívali na televizi, pravděpodobně víte, jak se tuky klasifikují. Přesto ale 99% z nás nemá nejmenší tušení, co ty klasifikace vlastně znamenají. Tuky se skládají převážně ze dvou složek: glycerolu, což je alkohol, a mastných kyselin, což jsou dlouhé uhlovodíkové řetězce končící karboxylovou skupinou. Když dáte tři mastné kyseliny dohromady, a připojíte k nim glycerol, vznikne triglycerid. Ten se vyskytuje v másle, v burákovém másle, v olejích a v bílých částech masa. Triglyceridy mohou být nasycené nebo nenasycené, a já vím, že když dám dohromady slova tuk a nasycený zní to jako večer v KFC, nás ale zajímá nasycenost vodíkem. V první lekci jsme si řekli, že uhlík velmi čile zachází se svými 4 elektrony. Může vytvářet jednoduché, dvojné, nebo dokonce trojné vazby. To znamená, že když se spojí atomy uhlíku a mastné kyseliny jednoduchou vazbou, na každém uhlíku zbude místo pro 2 atomy vodíku, a jeden z nich bude mít tři. Taková mastná kyselina je nasycená vodíkem. Když se ale některé z atomů uhlíku spojí dvojnou vazbou, obsadí tak o jeden elektron navíc, takže oba atomy vodíku už nelze navázat. To znamená, že kyselina není nasycena vodíkem, a je to tedy nenasycená mastná kyselina. Pro názornou ukázku se soustřeďme na tuto sklenici burákového másla. Tady můžete vidět oba typy tuků. To tekuté tady nahoře, to je nenasycený tuk, jemuž většinou říkáme olej. To pastovité tady dole také obsahuje spoustu nenasyceného tuku, ale i tuk nasycený, který nemá žádné dvojné vazby, Takže se může pevněji vázat a být tuhý při pokojové teplotě. Určitě jste už slyšeli i o další skupině tuků. Trans-tuky, o kterých všichni říkají, že je nemáme jíst. Mají pravdu, nejezte je. V přírodě se nevyskytují, jsou to v podstatě nenasycené mastné kyseliny, ale nemají zahnuté, ale rovné molekuly, a proto jsou pro vás extra super špatné. Nejezte je. Omega 3 tuky, nebo mastné kyseliny, jsou nenasycené na 3 místech, jak vidíte tady, to je jediný rozdíl, a důležité jsou proto, že je neumíme sami vyrobit. Jsou to esenciální mastné kyseliny, což znamená, že je získáváme pouze z potravy. Z toho všeho začínám mít hlad, ale než se dostaneme k dalšímu jídlu, jsou tu i méně chutné tuky, o kterých si musíme promluvit. Takže, pamatujeme si, že triglyceridy jsou mastné kyseliny připojené na glycerol. Jednu z mastných kyselin vyměníme za fosforečnou skupinu, a máme tu fosfolipid. Fosfolipidy tvoří buněčné membrány. Protože fosforečná skupina má polární konec, přitahuje vodu. Druhý konec je nepolární, proto vodu odpuzuje. Takže kdybyste hodili pár fosfolipidů do vody, automaticky se uspořádají takto, s hydrofobními konci u sebe a s hydrofilními konci otočenými do vody. Každá buňka ve vašem těle tuto strukturu používá, k vytvoření buněčné membrány. To aby udržela nežádoucí látky vně a žádoucí uvnitř. Dalším typem lipidů jsou steroidy. Steroidy mají kostru ze čtyř propojených uhlíkových kruhů, a mohou tvořit stovky variací. Nejzákladnějším z nich je cholesterol, který se pojí s fosfolipidy při tvorbě buněčných membrán. Můžou z něj ale také vzniknat lipidové hormony. A teď se dostáváme k nejkomplikovanějším, nejvýznamnějším, mnohostranně úžasným látkám v našem těle, k bílkovinám. A tím komplikovaným myslím, že jsou to zřejmě nejkomplikovanější sloučeniny na planetě. Ve skutečnosti jsou tak úžasné, že uděláme samostatnou lekci o nich a o tom, jak vznikají podle DNA. Právě teď jsou v každém z vás desítky tisíc bílkovin, a dělají všechno co mohou, aby vás udržely při životě. Jsou to enzymy, které regulují chemické procesy a pomáhají trávit potravu. Jsou to protilátky, které se vážou na patogeny jako bakterie a viry, aby je mohl imunitní systém zničit. Nebo endorfiny, které působí ve vašem mozku a způsobují, že cítíte emoce. Jsou všude a dělají vše. Všechno tohle bílkoviny dělají za použití pouhých 20 ingrediencí, což jsou aminokyseliny. Stejně jako mastné kyseliny, i aminokyseliny obsahují karboxylovou skupinu, a na druhém konci mají aminoskupinu. Nevím, jestli jste si všimli, ale tohle je poprvé, co se v naší potravě objevuje dusík. To je superdůležité, protože přesto, že dusík je všude, jako třeba v 80% vzduchu, nemůžeme ho vzít ze vzduchu a nacpat si ho do pusy. Musíme jej získávat z potravy. Proto musíme jíst potraviny bohaté na dusík, jako jsou vejce, které ho mají opravdu hodně, protože celý bílek je bílkovina. Obsahuje opravdu hodně dusíku. Mezi aminovou a karboxylovou skupinou je uhlík. Ten jeden ze svých elektronů sdílí s vodíkem, a druhý sdílí s R, čímž nahrazujeme zbytek molekuly. Říkáme tomu R-skupina. Nebo také postranní řetězec, kterých máme 20 různých druhů. Tato část určuje tvar a funkci dané aminokyseliny. Když připojíme tento řetězec, vznikne valin. Tato aminokyselina má mnoho funkcí, třeba ochranu a stavbu svalové tkáně, a když dáme tohle sem, dostaneme tryptofan, který je nejznámější proto, že pomáhá regulovat náladu a míru energie. Aminokyseliny formují dlouhé řetězce, zvané polypeptidy. Bílkoviny vznikají, když se polypeptidy spojí a dále složí do velmi elegantních struktur. Skládají se, natáčí a kroutí. Kdyby byly sochami, chodil bych se na ně dívat do muzea každý den, a kolem nahotinek bych prošel bez povšimnutí. Syntéza bílkovin je možná, jen když máme všechny potřebné aminokyseliny. A devět z nich si nedokážeme vyrobit. Histidin, isoleucin, leucin, lysin, methionin, fenylalanin, threonin, tryptofan a valin. Potraviny bohaté na bílkoviny se v těle rozloží na základní části, a uvolněné esenciální aminokyseliny se využijí na tvorbu vlastních bílkovin. Některé potraviny, zvláště ty s živočišnými bílkovinami, obsahují všechny esenciální aminokyseliny, jako třeba tohle vejce. Tím uzavíráme tento třípatrový sendvič biologické úžasnosti, v němž je všechno, co potřebujeme ke štěstí a zdraví, a právě proto věřím, že bude výborný. Není.