Eluks olulised süsiniku­ühendid

Kõik organismid koosnevad süsinikuühenditest, mida on palju liike. Eriti tähtsad on aga kolm süsinikuühendite liiki: sahhariidid (süsivesikud), rasvad ja valgud. Need süsiniku­ühendid on organismi peamised ehitus­materjalid ja toitained.

Sahhariidid (vanema nimetusega süsivesikud) koosnevad süsinikust, vesinikust ja hapnikust, kusjuures enamasti on nende molekulides vesiniku ja hapniku aatomite suhe 2 : 1 nagu vee molekulis. Siit tuleb ka nimetus süsivesik. Väiksema molekuliga sahhariide, mis on magusad ja lahustuvad hästi vees, kutsutakse suhkruteks. Kõik suhkrud on valged kristalsed ained. Suure kontsentratsiooniga suhkrulahuseid nimetatakse siirupiteks.

Sahhariidid sisaldavad molekulis palju —OH-rühmi ning neid võib liigitada ka alkoholide hulka, nad on veesõbralikud ained.

Glükoos (C₆H₁₂O₆)

Glükoos on üks tähtsamaid suhkruid. Glükoosi leidub paljudes taimedes, eriti aga viinamarjades, mistõttu teda nimetatakse ka viinamarja­suhkruks. Glükoos ei ole nii magus kui tavaline suhkur, kuid käärib lahustes väga hästi ja on oluline toitaine. Glükoosi molekulis moodustavad 5 süsiniku aatomit ja 1 hapniku aatom 6-lülilise tsükli. Üks süsiniku aatom jääb tsüklist välja.

Fruktoos (C₆H₁₂O₆)

Fruktoos on samasuguse summaarse valemiga kui glükoos, kuid teistsuguse struktuuriga. Sellise nähtusega oleme varemgi kokku puutunud (vt ptk 5.3). Fruktoos on looduses samuti väga levinud. Kõige rohkem esineb teda puuviljades, mistõttu nimetataksegi teda ka puuvilja­suhkruks. Fruktoos on magusaim suhkur. Fruktoos käärib ja seedub raskemini kui glükoos.

Sahharoos (C₁₂H₂₂O₁₁)

Sahharoos ehk tavaline suhkur on argielus kõige tähtsam suhkur. Ka sahharoosi leidub paljudes taimedes, kõige enam suhkru­peedis ja suhkruroos, millest teda toodetaksegi. Sahharoosi molekul on tekkinud glükoosi molekulist ja fruktoosi molekulist, nende ühinemisel eraldub vee molekul. Sahharoos laguneb nii seedimisel kui ka pärmseenekeste toimel kergesti glükoosiks ja fruktoosiks.

Suhkrutest võiks nimetada veel laktoosi ehk piimasuhkrut ja maltoosi ehk linnasesuhkrut, nende molekulide koostis elementide aatomite järgi on samasugune kui sahharoosil, kuid molekulid erinevad veidi struktuurilt.

Tärklis on looduslik polümeer, mille pikad niiditaolised molekulid koosnevad üksteisega seotud glükoosi tsüklitest.

Kõik glükoosi tsüklid on seotud ahelas ühes ja samas asendis. Tärklise summaarne valem on (C₆H₁₀O₅)_n. Glükoosi molekulide ühinemisel tärkliseahelaks on iga glükoosi molekuli kohta eraldunud üks vee molekul. Tärklise molekulis on glükoosi tsüklite arv n suur: sajast mõne tuhandeni.

Tärklis on valge pulbriline aine, mis külmas vees ei lahustu, kuumas vees moodustab paksu häguse lahuse – kliistri. Tärklis on taimedes peamine varuaine, mis koguneb juurikatesse, seemnetesse ja vartesse. Ta on ka taimedele ja loomadele tähtis toitaine. Tärklise molekul laguneb seedimisel kergesti suhkruks. Peamised taimed, mis varustavad inimesi tärkliserikka toiduga, on teraviljad ja kartul.

Tselluloos on teine oluline looduslik polümeerne sahhariid. Tselluloosi summaarne valem on samasugune kui tärklisel: (C₆H₁₀O₅)_n, kus n on kuni 10000. Tselluloosi struktuur on tärklise omaga üsna sarnane tema molekul koosneb samuti pikaks ahelaks ühinenud glükoosi tsüklitest.

Terasemal vaatlemisel näeme, et iga järgmine glükoosi tsükkel selles ahelas on eelmisega võrreldes pööratud 180º. Selline pealtnäha pisike erinevus struktuuris toob kaasa suured erinevused tselluloosi ja tärklise omadustes. Tselluloos on kiulise ehitusega aine, ta on tugev ja painduv. Tselluloos ei lahustu üheski tavalises lahustis. Ka keemiliselt on tselluloos vastupidav. Loomad tselluloosi otseselt seedida ei suuda, tema molekuli lõhustavad ainult mõned bakterid ja seenekesed.

Tselluloos on looduses üks levinumaid sahhariide ja orgaanilisi ühendeid üldse. Ta on taimede organismis ehitusmaterjaliks (rakukestad). Puuvill on peaaegu puhas tselluloos. Putukate ja vähkide kõva koorik (kitiinkest) on koostise ja struktuuri poolest väga sarnane tselluloosiga, kuid sisaldab ka lämmastikku.

Tselluloos, kuigi ta vees ei lahustu, on oma molekulis olevate arvukate —OH-rühmade tõttu veesõbralik ja märgub veega kergesti.

Rasvu võib vaadelda kui glütseroolist ja rasvhapetest (rasvhapped on pikema süsivesinik­ahelaga karboksüül­happed, vt ptk 5.7) tekkinud süsinikuühendeid, kusjuures on eraldunud vesi.

Rasvu leidub kõigis organismides. Nad on tähtsaks varuaineks, mida organism kasutab toidupuuduse korral. Loomsed rasvad (sea-, veise-, lambarasv, või) on enamasti tahked. Taimseid rasvu, mis on enamasti vedelad, nimetatakse õlideks (oliivi-, rapsi-, päevalilleõli). Neid ei tohi ajada segamini vedelate suurema molekuliga süsivesinikega, mida nimetatakse samuti õlideks (vt ptk 5.4).

Rasvade molekulid sisaldavad pikki süsinikahelaid, —OH-rühmi seal ei ole. Sellepärast ei lahustu rasvad vees ja on vett-tõrjuvad.

Rasvad lagunevad seedimisel rasvhapeteks ja glütserooliks. Rasvu saab lagundada ka tugevate alustega keetes. Saadusteks on rasvhapete soolad ehk seebid ja glütserool.

Kui taimeõlisid panna reageerima vesinikuga, liitub vesinik kaksik­sidemetele ja vedelad taimeõlid muutuvad loomsete rasvade sarnasteks tahketeks rasvadeks. Nendest valmistatakse margariini.

Valgud on looduslikud polümeerid, nagu ka tärklis ja tselluloos. Viimastega võrreldes on valkudel aga üks oluline erinevus. Tärklise ja tselluloosi pikad molekulid koosnevad ainult üht liiki lülidest, s.o glükoosi tsüklitest. Valkude pikad molekulid koosnevad aminohapete jääkidest. Erinevaid aminohappeid, millest valgud tekivad, on kuni 20. Aminohape on karboksüülhape, mis sisaldab ka —NH₂-rühma (aminorühma).

Aminohappeid, millest valgud on tekkinud, on pisut vähem kui ladina tähestikus tähti. Tähti kombineerides on trükitud lugematul hulgal lehekülgi tekste ning trükitakse järjest juurde. Samal viisil, muutes valkudes esinevate aminohapete jääkide järjestust, on võimalik saada peaaegu lõpmatu hulk erinevaid valke.

Valgud on organismides kõige tähtsamad ühendid. Nad võtavad vahetult osa organismi kasvamisest ja paljunemisest, on ehitus­materjaliks ja panevad organismi liikuma.

On vaja, et valkude struktuur ja koostis kogu aeg natuke muutuks, aga ainult kindlates piirides. Sellepärast on valgud ühtaegu väga reageerimisvõimelised ja välismõjude suhtes väga tundlikud ühendid. Valgud on organismis kohandunud elu­tegevuseks temperatuuril alla 40 ℃. Enamik valkusid muutub elutegevuseks kõlbmatuks temperatuuril 70 ℃. Näiteks on selline valk munavalge, mis kuumutamisel kalgendub. Erandi moodustavad piimavalgud, sest need kannatavad isegi keetmist. Piima­valgud on aga väga tundlikud hapete suhtes. Kui piimale hapet lisada, läheb piim kokku (paksuks). Sama toimub ka piima hapnemisel (vt ptk 5.7).

Et valk pärast kuumutamist või happega töötlemist enam elu­tegevuseks ei sobi, ei tähenda sugugi seda, et ta toiduks ei kõlba. Vastupidi, lihavalgud on pärast kuumutamist kergemini seeditavad. Kõõluste ja kontide valgud muutuvad aga keetmisel kergesti lahustuvaks želatiiniks, mida kasutatakse tarretise ja želee valmistamisel. Ka süldi keetmisel tekib želatiin.

Taimed valmistavad valke ise teistest süsiniku­ühenditest. Loomad suudavad endale valmistada ainult toidus olevaid valke (taimseid või loomseid) aminohapeteks lagundades ja nendest uusi valke kokku pannes. Kõiki aminohappeid nad ise valmistada ei suuda.

Oleme tutvunud mitmete tähtsate süsinikuühendite rühmadega, suuremat osa neist nimetatakse tavaliselt orgaanilisteks ühenditeks (süsivesinikud, alkoholid, karboksüül­happed, sahhariidid, rasvad, valgud). Orgaanilisteks nimetatakse neid ühendeid sellepärast, et enamik nendest on nii või teisiti seotud organismidega: nad tekivad organismide elutegevuse käigus, on eluprotsesside jaoks hädatarvilikud või on tekkinud organismide jäänustest (nt nafta).

Uurides lähemalt orgaaniliste ühendite struktuuri, näeme, et nad sisaldavad peaaegu alati C—C- või C—H-sidemeid. Selle järgi võikski orgaanilisi ühendeid määratleda. Teisest küljest on aga selline määratlus väga tinglik. Näiteks kuigi metaani (CH₄) peetakse orgaaniliseks ühendiks ja see tekib organismide lagunemisel, ei erine ta põhi­mõtteliselt sellisest tüüpilisest anorgaanilisest ühendist nagu ammoniaak (NH₃). Mõlemad on vastavate elementide – süsiniku ja lämmastiku – kõige lihtsamad vesinikuühendid. Ammoniaak tekib samuti mitmesuguste orgaaniliste ainete lagunemisel.

Päritolu järgi võiks ka HCl orgaaniliste ühendite hulka kuuluda: tekib ta ju inimese ja paljude loomade maos. Ometi ei pea keegi HCl orgaaniliseks ühendiks. Samuti tekib tüüpiline anorgaaniline ühend CO₂ organismide hingamisel.

Tänapäeval valmistatakse sadu tuhandeid orgaanilisi ühendeid, nende seas palju selliseid, mida looduses ei leidu.

Kõikjal enda ümber võime märgata orgaanilisi ühendeid. Puit, millest on valmistatud aknaraamid, põrand ja mööbel, koosneb orgaanilistest ühenditest, neist tähtsaim on tselluloos. Liimid, värvid, toiduained, kosmeetika­vahendid, mootori­kütused, looduslikud ja tehiskiud­ained, putukatõrje­vahendid, seebid, šampoonid, ravimid – kõik need on orgaanilised ühendid või koosnevad peamiselt orgaanilistest ühenditest. Et paremini orienteeruda ümbritsevas maailmas, osata õigesti ümber käia kõigi eelmainitud ainete ja materjalidega, neid valmistada ja kasutada, tuleb hästi tunda süsiniku­ühendite keemiat. Osa neid aineid ja materjale käsitleme lähemalt järgmistes peatükkides.