ТЕМА 4. ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ, ИХ РАЗНООБРАЗИЕ И БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ

ЛЕКЦИЯ 1. ЛИПИДЫ, УГЛЕВОДЫ, БЕЛКИ

План

I. Липиды

II. Углеводы

III. Белки

IV.Принципы действия ферментов, их роль в жизнедеятельности организмов.

Органическими соединениями называют вещества, образованные атомами углерода, соединенными ковалентными связями. Содержание органических соединений в клетках составляет в среднем 20–30%. По количественному составу в живых организмах преобладают три класса органических веществ: белки, углеводы, и липиды. По процентному содержанию живых организмах преобладают три класса органических соединений: липиды, углеводы, белки.

I. Липиды. В настоящее время не существует единого общепринятого определения липидов, равно как и четких границ данного класса. Традиционно в биологии к липидам относят различные гидрофобные и амфифильные органические соединения, практически не растворимые в воде и хорошо растворимые в неполярных растворителях (бензол, ацетон, хлороформ), содержащиеся в живых организмах. По своей структуре липиды делятся на две больших группы: простые и сложные.

Молекула простого липида состоит из атомов углерода, водорода и кислорода. Обычно простыми липидами называют сложные эфиры жирных кислот с различными спиртами. Иногда в эту категорию относят также сами жирные кислоты, жирные альдегиды, жирные спирты, предельные углеводороды с длинной цепочкой и др., либо же эти вещества вообще исключают из класса липидов. Рассмотрим некоторые виды простых липидов, играющие наиболее важную роль в живых организмах:

1. Жиры – сложные эфиры, образованные трехатомным спиртом глицерином и тремя остатками жирных кислот. Они откладываются в виде включений в растительных и животных клетках. Повышенное содержание жиров (до 90 %) характерно для клеток почек, подкожной клетчатки позвоночных. У некоторых растений (подсолнечника, грецкого ореха, маслин и др.) много жиров содержится в семенах и плодах. Основные функции жиров:

- запасающая – в молекулах жиров запасается и хранится энергия; при полном окислении 1 г жира выделяется около 9 ккал энергии; кроме того, в процессе реакции выделяется вода, то есть, в виде жира можно запасать воду, что важно для животных пустынь, например, верблюдов.

- защитная – подкожная жировая клетчатка защищает внутренние органы животных и человека защищает от механических повреждений и от избыточной потери тепла (теплоизоляционная функция). Последняя особенно важна для млекопитающих, обитающих в холодных морях (киты, тюлени).

2. Воски — сложные эфиры высших жирных кислот и высших высокомолекулярных спиртов. Иногда к воскам относят и другие соединения близкие по физико-механическим свойствам. Выделяются покровными таканями наземных животных и растений. Важнейшая функция восков – обеспечение водонепроницаемости покровов. Восковой слой задерживает не только жидкую воду (например, секрет копчиковой железы, которым водоплавающие птицы смазывают перья, чтобы они не намокали), но и предотвращает излишнее испарение воды из тела, которое могло бы привести к фатальному обезвоживанию (например, заселение членистоногими сухих местообитаний стало возможным только после появления в их покровах тонкого внешнего воскового слоя, аналогичный слой имеют высшие растения). Отдельно следует упомянуть использование восков пчелами как строительный материал для гнезд.

Сложные липиды — липиды, включающие в свою структуру помимо углерода, водорода и кислорода другие химические элементы. Чаще всего: фосфор, серу, азот.

1. Фосфолипиды содержат, помимо жирных кислот и спирта, остаток фосфорной кислоты. В их состав часто также входят азотистые основания и другие компоненты. Фосфолипиды – важнейший структурный элемент клеточных мембран.

2. Гликолипиды образуются в результате соединения липидов с углеводами. Как и фосфолипиды, обладают амфифильностью и входят в состав клеточных мембран. Преимущественно локализуются преимущественно на наружной поверхности плазмолеммы, где их углеводные компоненты входят в число других углеводов клеточной поверхности, благодаря чему могут участвовать в межклеточных взаимодействиях и контактах.

3. Стероиды – полициклические липиды, производные холестерина. Холестерин входит с состав плазмолеммы всех эукариотических организмов, стабилизирует ее фосфолипидный бислой. Многие стероиды являются гормонами человека и животных, то есть выполняют регуляторную функцию.

Таким образом, липиды в живых организмах выполняют запасающую, защитную (включая теплоизоляционную), структурную и регуляторную функции.

II.Углеводы (сахара) — органические вещества, содержащие карбонильную группу и несколько гидроксильных групп. В клетках животных углеводы содержатся в незначительных количествах (до 5 % сухой массы), а в растительных клетках их значительно больше (до 90 %). Выделяют следующие виды углеводов:

1. Моносахариды – простейшие углеводы, не гидролизующиеся с образованием более простых углеводов. Хорошо растворимы в воде, имеют сладкий вкус. Они могут содержать от 3 до 10 атомов углерода: триозы (3 атома углерода), тетрозы (4), пентозы (5), гексозы (6) и так далее до дексоз (10). Примерами гексоз являются глюкоза и фруктоза, пентоз – рибоза и дезоксирибоза (их остатки входят в состав нуклеиновых кислот: РНК и ДНК соотвественно).

2. Олигосахариды – углеводы, молекулы которых синтезированы из 2 — 10 остатков моносахаридов, соединённых ковалентными гликозидными связями. Соответственно различают: дисахариды, трисахариды и так далее. Например, сахароза (тростниковый, или свекловичный сахар) – дисахарид, состоящий из одного остатка глюкозы и одного остатка фруктозы. Имеют сладкий вкус, хорошо растворимы в воде. Под воздействием ферментов гидролизуют до моносахаридов.

3. Полисахариды – биополимеры, молекулы которых состоят из десятков, сотен или тысяч мономеров, которыми выступают остатки моносахаридов (одного или разных). Молекулярная масса некоторых из них может достигать нескольких миллионов а. е. м. Полисахариды отличаются друг от друга не только составом мономеров, но также длиной и степенью разветвленности цепей. Так, крахмал, целлюлоза и гликоген состоят из остатков глюкозы, но расположение их различно, в связи с чем указанные полисахариды имеют совершенно разные физико-химические свойства.

Углеводы могут вступать в связь с другими соединениями. Примеры: гликопротеиды (соединения углеводов с белками), гликолипиды (соединения углеводов с липидами).

Функции углеводов:

Запасающая и энергетическая. В клетках растений накапливается крахмал, животных и грибов – гликоген. Эти запасные соединения являются резервом питательных веществ и энергии. По мере необходимости эти вещества гидролизуются до глюкозы, которая окисляется в процессе дыхания. При окислении 1 грамма углеводов выделяются 4,1 ккал энергии и 0,4 г воды. Также глюкоза может расщепляться с выделением энергии и без участия кислорода – гликолиз.

1. Пластическая – остатки углеводов входят в состав сложных молекул (например, рибоза и дезоксирибоза участвуют в построении АТФ, ДНК и РНК).

2. Структурная (опорная) – участвуют в построении различных опорных структур. Так целлюлоза является основным структурным компонентом клеточных стенок растений, хитин выполняет аналогичную функцию у грибов, а также обеспечивает жёсткость экзоскелета членистоногих. В состав надмембранных структур клеток животных (гликокаликса) входят углеводы, обеспечивающие прочное соединение клеток между собой.

3. Осморегуляторная – углеводы участвуют в регуляции осмотического давления в организме. Например, содержание углеводов в соке вакуолей растительных клеток обеспечивает их упругое состояние – тургор.

4. Рецепторная – олигосахариды входят в состав клеточных рецепторов.

5. Защитная – полисахариды пектины способны связывать некоторые токсины и радионуклиды, мукополисахарид гепарин предотвращает свертывание крови, учувствует в иммунном ответе и др.

6. Входят в состав смазывающих жидкостей и слизей (см. функции воды).

III. Белки. Среди органических соединений белки играют ведущую роль. Они часто преобладают в клетках и в количественном соотношении: например, в клетках животных составляют до 40–50 % сухой массы, растений – до 20–35 %.

Белки – высокомолекулярные азотсодержащие биополимеры, мономерами которых являются остатки аминокислот.

Аминокислоты – это органические кислоты, содержащие аминогруппу(–NH₂), которой присущи щелочные свойства, и карбоксильную группу (–СООН) с кислотными свойствами. Между собой аминокислоты различаются специфической частью – радикалом.

В организмах живых существ обнаружено свыше 100 аминокислот, но в состав белков в подавляющем большинстве случаев входят лишь 20 из них. Молекула каждого определенного белка характеризуется специфическими составом и последовательностью аминокислотных остатков, которые определяют неповторимость ее функциональных свойств. Аминокислоты делят на заменимые и незаменимые. Заменимые аминокислоты способны синтезироваться в организмах человека и животных. Незаменимые аминокислоты в организмах человека и животных не образуются, а поступают вместе с пищей. Их синтезируют растения, грибы или бактерии. Следует отметить, что для разных видов животных набор незаменимых аминокислот неодинаков, к тому же он может меняться с возрастом. Например, аргинин или гистидин – заменимые для взрослых и незаменимы для детей.

Остатки молекул аминокислот в составе белков соединены между собой крепкой ковалентной связью, которая возникает между карбоксильной группой одной аминокислоты и аминогруппой другой. Этот связь называют пептидной. Так образуется соединение, состоящее из остатков двух аминокислот, – дипептид. Структуры, которые состоят из большого количества остатков аминокислот (свыше 50), относятся к полипептидам (пептидная связь обозначена цветом):

Полипептиды с высокой молекулярной массой (от 6000 до нескольких миллионов) называют белками. Они состоят из одной или нескольких полипептидных цепей и могут содержать до нескольких тысяч аминокислотных остатков.

Дата добавления: 2014-12-09; просмотров: 627; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!