Најважније из лекције
- Масти и уља: Триацилглицероли (естри глицерола и масних киселина). Засићене киселине дају чврсте масти, а незасићене течна уља. Хидрогенизацијом уља настаје маргарин, а базном хидролизом (сапонификацијом) настају сапуни и глицерол.
- Угљени хидрати: Моносахариди (глукоза, фруктоза – редукују Фелингов и Толенсов реагенс), дисахариди (сахароза даје инвертни шећер хидролизом; лактоза) и полисахариди (скроб – доказује се јодом; целулоза – биљни ћелијски зид; гликоген – јетра и мишићи).
- Амино-киселине и протеини: \(\alpha\)-амино-киселине се спајају пептидним везама (\(-\text{CO}-\text{NH}-\)). Протеини могу бити влакнасти (градивни) или лоптасти (ензими, антитела, хормони). Нарушавање њихове просторне структуре назива се денатурација.
- Витамини: Растворљиви у мастима (A, D, E, K – могућност хипервитаминозе) и растворљиви у води (B комплекс, C – излучују се урином). Недостатак доводи до специфичних авитаминоза (скорбут, рахитис, кокошије слепило, берибери).
Масти и уља су смеше чији су главни састојци триацилглицероли (триглицериди) – естри трохидроксилног алкохола глицерола и виших масних киселина.
\[ \begin{matrix} \text{CH}_2-\text{O}-\text{CO}-\text{R}_1 \\ | \\ \text{CH}-\text{O}-\text{CO}-\text{R}_2 \\ | \\ \text{CH}_2-\text{O}-\text{CO}-\text{R}_3 \end{matrix} \]
Општа формула триацилглицерола (\(\text{R}_1\), \(\text{R}_2\) и \(\text{R}_3\) су угљоводонични низови масних киселина)
Порекло и агрегатно стање:
- Масти: углавном животињског порекла, у чврстом су агрегатном стању јер садрже претежно остатке засићених масних киселина (нпр. палмитинске, стеаринске).
- Уља: углавном биљног порекла (изузетак је рибље уље), у течном су агрегатном стању јер садрже више остатака незасићених масних киселина са двоструким везама (нпр. олеинске).
Због дугачких неполарних угљоводоничних низова, масти и уља су неполарна једињења: не растварају се у води, а растварају се у неполарним органским растварачима.
Масти и уља служе као богат извор и резерва енергије, пружају механичку заштиту органима и топлотну изолацију (поткожно масно ткиво).
Хидрогенизација уља: Индустријски процес адиције водоника на двоструке везе незасићених масних киселина у триацилглицеролима уља. Овим поступком течна биљна уља прелазе у чврсте масти (производња маргарина).
\[ \text{Триацилглицерол (незасићен, течан)} + 3\text{H}_2 \xrightarrow{\text{катализатор}} \text{Триацилглицерол (засићен, чврст)} \]
Сапонификација: Реакција базне хидролизе триацилглицерола са алкалним хидроксидима (\(\text{NaOH}\) или \(\text{KOH}\)), при чему настају глицерол и сапуни (соли масних киселина са најмање 8 угљеникових атома).
\[ \text{триацилглицерол} + 3\text{NaOH} \longrightarrow \text{глицерол} + 3\text{R-COO}^-\text{Na}^+ \quad (\text{сапун}) \]
Карбоксилатни анјон сапуна поседује:
- Неполарни реп (угљоводонични низ) – окреће се ка неполарној масној мрљи и везује је;
- Поларну главу (\(-\text{COO}^-\)) – окреће се ка молекулима воде.
У тврдој води (вода са чесме која садржи \(\text{Ca}^{2+}\) и \(\text{Mg}^{2+}\) јоне) сапун слабије пени јер са овим јонима гради тешко растворне талоге.
Угљени хидрати су биолошки важна органска једињења изграђена од атома угљеника, водоника и кисеоника. Настају у биљкама процесом фотосинтезе:
\[ 6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{светлост, хлорофил}} \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2 \]
Подела према сложености молекула:
| Класа | Број мономерних јединица | Примери |
|---|---|---|
| Моносахариди | 1 структурна јединица | Глукоза, фруктоза, галактоза |
| Олигосахариди | 2 до 10 јединица (најважнији су дисахариди) | Сахароза, лактоза |
| Полисахариди | Више од 10 јединица (природни полимери) | Скроб, целулоза, гликоген |
Моносахариди су најједноставнији угљени хидрати који се хидролизом не могу разложити на једноставнија једињења. По хемијском саставу су полихидроксилни алдехиди (алдозе) или полихидроксилни кетони (кетозе).
- Глукоза (\(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6\)): алдохексоза, грожђани шећер (декстроза). Главни извор енергије у ћелијама (ћелијско дисање), састојак је крви и инфузионих раствора.
- Фруктоза (\(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6\)): кетохексоза, воћни шећер. Најслађи природни угљени хидрат, заједно са глукозом саставни део меда и воћа.
Моносахариди су беле кристалне супстанце, слатког укуса, добро растворне у води. Постоје у ацикличном и цикличном облику (пет или шест чланова у прстену).
Хемијске реакције моносахарида:
- Фелингова реакција: са плавим \(\text{Cu}^{2+}\) јонима гради се црвени талог \(\text{Cu}_2\text{O}\).
- Толенсова реакција (сребрно огледало): са \(\text{Ag}^+\) јонима издваја се елементарно сребро (\(\text{Ag}\)) на зиду суда.
- Дехидратација (угљенисање): концентрована \(\text{H}_2\text{SO}_4\) одузима воду угљеним хидратима: \[ \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \xrightarrow{\text{конц. H}_2\text{SO}_4} 6\text{C} + 6\text{H}_2\text{O} \]
Дисахариди (\(\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}\)) настају повезивањем два молекула моносахарида преко атома кисеоника (гликозидна веза), уз издвајање воде.
1. Сахароза (стони шећер):
• Грађа: изграђена од остатака глукозе и фруктозе.
• Добија се из шећерне репе и трске.
• Не даје позитивну реакцију са Фелинговим и Толенсовим реагенсом.
• Хидролиза сахарозе: киселом хидролизом разлаже се на глукозу и фруктозу у односу \(1 : 1\). Ова смеша назива се инвертни шећер (главни састојак меда): \[ \text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11} + \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{H}^+} \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \; (\text{глукоза}) + \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \; (\text{фруктоза}) \]
• Грађа: изграђена од остатака глукозе и фруктозе.
• Добија се из шећерне репе и трске.
• Не даје позитивну реакцију са Фелинговим и Толенсовим реагенсом.
• Хидролиза сахарозе: киселом хидролизом разлаже се на глукозу и фруктозу у односу \(1 : 1\). Ова смеша назива се инвертни шећер (главни састојак меда): \[ \text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11} + \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{H}^+} \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \; (\text{глукоза}) + \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \; (\text{фруктоза}) \]
2. Лактоза (млечни шећер):
• Грађа: изграђена од остатака галактозе и глукозе.
• Налази се у млеку сисара као извор енергије за младунце.
• Даје позитивну реакцију са Фелинговим и Толенсовим реагенсом.
• Грађа: изграђена од остатака галактозе и глукозе.
• Налази се у млеку сисара као извор енергије за младунце.
• Даје позитивну реакцију са Фелинговим и Толенсовим реагенсом.
Полисахариди су природни полимери изграђени од великог броја остатака моносахарида (хомополисахариди садрже само једну врсту мономера – глукозу). Немају сладак укус и не реагују директно са Фелинговим и Толенсовим реагенсима.
| Полисахарид | Структура ланца | Улога и својства | Доказ / Реакција |
|---|---|---|---|
| Скроб | Разгранати и линеарни ланци глукозе | Резервни угљени хидрат биљака (семе, кртоле). Слабо се раствара у хладној, боље у топлој води градећи колоидни раствор (штирак). | Са јодом (\(\text{I}_2\)) даје карактеристично плаво-љубичасто обојење. Хидролизом даје глукозу. |
| Целулоза | Дугачки линеарни неразгранати ланци глукозе | Градивни полисахарид биљног ћелијског зида (памук садржи до 90 %, дрво око 50 %). Нерастворна у води. Људи је не варе (биљна влакна регулишу рад црева). | Не даје плаву боју са јодом. Користи се за производњу папира, текстила и експлозива. |
| Гликоген | Јако разгранати ланци глукозе | Резервни угљени хидрат у људском и животињском организму. Складишти се у јетри и мишићима. | Својства слична скробу. |
Амино-киселине су органска једињења која истовремено садрже базну амино-групу (\(-\text{NH}_2\)) и киселу карбоксилну групу (\(-\text{COOH}\)).
\[ \text{R}-\text{CH}(\text{NH}_2)-\text{COOH} \]
Општа формула \(\alpha\)-амино-киселина (\(-\text{NH}_2\) група је везана за \(\alpha\)-угљеников атом, први до \(-\text{COOH}\) групе)
Најједноставније амино-киселине:
- Глицин: \(\text{H}-\text{CH}(\text{NH}_2)-\text{COOH}\)
- Аланин: \(\text{CH}_3-\text{CH}(\text{NH}_2)-\text{COOH}\)
Есенцијалне амино-киселине: Амино-киселине које људски организам не може сам да синтетише, већ се морају уносити исхраном богатом протеинима (месо, јаја, млеко, соја).
Пептидна веза (\(-\text{CO}-\text{NH}-\)): Настаје реакцијом карбоксилне групе једне амино-киселине и амино-групе друге амино-киселине уз издвајање молекула воде:
\[ \text{R}_1\text{-CH(NH}_2\text{)-COOH} + \text{R}_2\text{-CH(NH}_2\text{)-COOH} \longrightarrow \text{R}_1\text{-CH(NH}_2\text{)-CO-NH-CH(R}_2\text{)-COOH} + \text{H}_2\text{O} \]
Протеини су природни макромолекули изграђени од великог броја остатака амино-киселина повезаних пептидним везама у тачно одређеном редоследу.
Облици и улоге протеина:
- Фибриларни (влакнасти): имају градивну улогу (изграђују кожу, косу, нокте, мишиће – нпр. кератин, колаген).
- Глобуларни (лоптасти): обављају функционалне улоге: транспортне (хемоглобин преноси \(\text{O}_2\)), заштитне (антитела), регулаторне (хормони попут окситоцина и инсулина).
- Ензими: протеини који делују као биолошки катализатори – убрзавају све хемијске реакције у организму.
Денатурација протеина: Процес нарушавања природне просторне структуре протеина, чиме се губи његова биолошка активност.
• Узрочници: висока температура, киселине, базе, соли тешких метала, органски растварачи.
• Типови: повратна (нпр. мућење беланца, гелирање) и трајна (нпр. пржење јајета, сирење млека додавањем киселине).
• Узрочници: висока температура, киселине, базе, соли тешких метала, органски растварачи.
• Типови: повратна (нпр. мућење беланца, гелирање) и трајна (нпр. пржење јајета, сирење млека додавањем киселине).
Витамини су органска једињења разноврсне хемијске структуре, неопходна у малим количинама за нормално функционисање организма.
Поремећаји везани за унос витамина:
- Авитаминоза: потпуни недостатак одређеног витамина.
- Хиповитаминоза: недовољан унос витамина.
- Хипервитаминоза: последица прекомерног уноса (карактеристична за витамине растворљиве у мастима јер се акумулирају у јетри).
| Група | Витамини | Главна улога | Последице авитаминозе |
|---|---|---|---|
| Растворљиви у мастима (липосолубилни) A, D, E, K |
A | Вид (родопсин), заштита слузокоже | Кокошије слепило, промене на кожи |
| D | Регулација метаболизма \(\text{Ca}\) и \(\text{P}\) | Рахитис код деце, остеопороза код одраслих | |
| E | Антиоксиданс, штити ћелијске мембране | Анемија | |
| K | Коагулација (згрушавање) крви | Крварења, немогућност згрушавања крви | |
| Растворљиви у води (хидросолубилни) B комплекс и C |
C (аскорбинска киселина) | Синтеза колагена, јак антиоксиданс, имунитет | Скорбут (крварење десни, испадање зуба) |
| \(\text{B}_1\) | Функција нервног система и разградња глукозе | Берибери (нервни поремећаји, слабост срца) | |
| \(\text{B}_3\) | Метаболизам масти и угљених хидрата | Пелагра (дерматитис, дијареја, деменција) |
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): У две необележене епрувете налазе се узорци раствора скроба и раствора глукозе. Како се помоћу једног хемијског реагенса може доказати у којој се епрувети налази скроб?
У обе епрувете се дода неколико капи раствора јода.
У епрувети у којој се налази скроб јавиће се карактеристично интензивно плаво-љубичасто обојење.
У епрувети са глукозом неће доћи до промене боје јода.
У епрувети у којој се налази скроб јавиће се карактеристично интензивно плаво-љубичасто обојење.
У епрувети са глукозом неће доћи до промене боје јода.
Задатак 2 (средњи): Израчунај масу чистог угљеника која настаје потпуним угљенисањем (дехидратацијом помоћу концентроване \(\text{H}_2\text{SO}_4\)) узорка глукозе масе \(36\text{ g}\).
Подаци: \(M(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6) = 180\text{ g/mol}\), \(M(\text{C}) = 12\text{ g/mol}\).
Подаци: \(M(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6) = 180\text{ g/mol}\), \(M(\text{C}) = 12\text{ g/mol}\).
1. Корак: Једначина реакције дехидратације глукозе:
\[ \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \xrightarrow{\text{конц. H}_2\text{SO}_4} 6\text{C} + 6\text{H}_2\text{O} \]
2. Корак: Израчунавање количине супстанце глукозе:
\[ n(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6) = \frac{m}{M} = \frac{36\text{ g}}{180\text{ g/mol}} = 0{,}2\text{ mol} \]
3. Корак: Из стехиометријског односа из једначине (\(1\text{ mol } \text{глукозе} : 6\text{ mol } \text{C}\)):
\[ n(\text{C}) = 6 \cdot n(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6) = 6 \cdot 0{,}2\text{ mol} = 1{,}2\text{ mol} \]
4. Корак: Израчунавање масе угљеника:
\[ m(\text{C}) = n(\text{C}) \cdot M(\text{C}) = 1{,}2\text{ mol} \cdot 12\text{ g/mol} = 14{,}4\text{ g} \]
Одговор: Маса добијеног угљеника је \(14{,}4\text{ g}\).
Задатак 3 (средњи): Након кувања раствора сахарозе уз додатак неколико капи разблажене хлороводоничне киселине, раствор показује позитивну реакцију са Фелинговим реагенсом, иако чиста сахароза не реагује. Објасни зашто се то дешава и како се зове настала смеша.
У киселој средини при загревању долази до реакције киселе хидролизе сахарозе:
\[ \text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11} + \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{H}^+, t} \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \; (\text{глукоза}) + \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \; (\text{фруктоза}) \]
Сахароза се разлаже на моносахариде глукозу и фруктозу у односу \(1:1\). Ова смеша назива се инвертни шећер.
Пошто су глукоза и фруктоза редукциони моносахариди, они дају позитивну реакцију са Фелинговим реагенсом градећи црвени талог \(\text{Cu}_2\text{O}\).
Задатак 4 (тежак): Напиши једначину грађења пептидне везе између два молекула глицина (\(\text{H}-\text{CH}(\text{NH}_2)-\text{COOH}\)) и заокружи пептидну везу у насталом дипептиду. Колико се пептидних веза налази у молекулу хексапептида (пептида изграђеног од 6 амино-киселина)?
1. Једначина реакције грађења дипептида (глицил-глицин):
\[ \text{H}_2\text{N}-\text{CH}_2-\text{COOH} + \text{H}_2\text{N}-\text{CH}_2-\text{COOH} \longrightarrow \text{H}_2\text{N}-\text{CH}_2-\mathbf{CO-NH}-\text{CH}_2-\text{COOH} + \text{H}_2\text{O} \]
Пептидна група је \(-\mathbf{CO-NH}-\).
2. Број пептидних веза: Број пептидних веза у нецикличном пептиду је увек за 1 мањи од броја спојених амино-киселина (\(n - 1\)). За хексапептид (\(n = 6\)): \[ 6 - 1 = 5 \text{ пептидних веза} \]
2. Број пептидних веза: Број пептидних веза у нецикличном пептиду је увек за 1 мањи од броја спојених амино-киселина (\(n - 1\)). За хексапептид (\(n = 6\)): \[ 6 - 1 = 5 \text{ пептидних веза} \]
