Лекция Биополимеры. Углеводы и липиды
Углеводы — органические соединения, состав которых в большинстве случаев выражается общей формулой C n (H 2 O) m (n и m ≥ 4). Углеводы подразделяются на моносахариды, олигосахариды и полисахариды.
Моносахариды — простые углеводы, в зависимости от числа атомов углерода подразделяются на триозы (3), тетрозы (4), пентозы (5), гексозы (6) и гептозы (7 атомов). Наиболее распространены пентозы и гексозы. Свойства моносахаридов — легко растворяются в воде, кристаллизуются, имеют сладкий вкус, могут быть представлены в форме α- или β-изомеров.
Рибоза и дезоксирибоза относятся к группе пентоз, входят в состав нуклеотидов РНК и ДНК, рибонуклеозидтрифосфатов и дезоксирибонуклеозидтрифосфатов и др. Дезоксирибоза (С 5 Н 10 О 4) отличается от рибозы (С 5 Н 10 О 5) тем, что при втором атоме углерода имеет атом водорода, а не гидроксильную группу, как у рибозы.
Глюкоза, или виноградный сахар (С 6 Н 12 О 6), относится к группе гексоз, может существовать в виде α-глюкозы или β-глюкозы. Отличие между этими пространственными изомерами заключается в том, что при первом атоме углерода у α-глюкозы гидроксильная группа расположена под плоскостью кольца, а у β-глюкозы — над плоскостью.
Глюкоза — это:
- один из самых распространенных моносахаридов,
- важнейший источник энергии для всех видов работ, происходящих в клетке (эта энергия выделяется при окислении глюкозы в процессе дыхания),
- мономер многих олигосахаридов и полисахаридов,
- необходимый компонент крови.
Фруктоза, или фруктовый сахар , относится к группе гексоз, слаще глюкозы, в свободном виде содержится в меде (более 50%) и фруктах. Является мономером многих олигосахаридов и полисахаридов.
Олигосахариды — углеводы, образующиеся в результате реакции конденсации между несколькими (от двух до десяти) молекулами моносахаридов. В зависимости от числа остатков моносахаридов различают дисахариды, трисахариды и т. д. Наиболее распространены дисахариды. Свойства олигосахаридов — растворяются в воде, кристаллизуются, сладкий вкус уменьшается по мере увеличения числа остатков моносахаридов. Связь, образующаяся между двумя моносахаридами, называется гликозидной .
Сахароза, или тростниковый, или свекловичный сахар , — дисахарид, состоящий из остатков глюкозы и фруктозы. Содержится в тканях растений. Является продуктом питания (бытовое название — сахар ). В промышленности сахарозу вырабатывают из сахарного тростника (стебли содержат 10-18%) или сахарной свеклы (корнеплоды содержат до 20% сахарозы).
Мальтоза, или солодовый сахар , — дисахарид, состоящий из двух остатков глюкозы. Присутствует в прорастающих семенах злаков.
Лактоза, или молочный сахар , — дисахарид, состоящий из остатков глюкозы и галактозы. Присутствует в молоке всех млекопитающих (2-8,5%).
Полисахариды — это углеводы, образующиеся в результате реакции поликонденсации множества (несколько десятков и более) молекул моносахаридов. Свойства полисахаридов — не растворяются или плохо растворяются в воде, не образуют ясно оформленных кристаллов, не имеют сладкого вкуса.
Крахмал (С 6 Н 10 О 5) n — полимер, мономером которого является α-глюкоза. Полимерные цепочки крахмала содержат разветвленные (амилопектин, 1,6-гликозидные связи) и неразветвленные (амилоза, 1,4-гликозидные связи) участки. Крахмал — основной резервный углевод растений, является одним из продуктов фотосинтеза, накапливается в семенах, клубнях, корневищах, луковицах. Содержание крахмала в зерновках риса — до 86%, пшеницы — до 75%, кукурузы — до 72%, в клубнях картофеля — до 25%. Крахмал — основной углевод пищи человека (пищеварительный фермент — амилаза).
Гликоген (С 6 Н 10 О 5) n — полимер, мономером которого также является α-глюкоза. Полимерные цепочки гликогена напоминают амилопектиновые участки крахмала, но в отличие от них ветвятся еще сильнее. Гликоген — основной резервный углевод животных, в частности, человека. Накапливается в печени (содержание — до 20%) и мышцах (до 4%), является источником глюкозы.
(С 6 Н 10 О 5) n — полимер, мономером которого является β-глюкоза. Полимерные цепочки целлюлозы не ветвятся (β-1,4-гликозидные связи). Основной структурный полисахарид клеточных стенок растений. Содержание целлюлозы в древесине — до 50%, в волокнах семян хлопчатника — до 98%. Целлюлоза не расщепляется пищеварительными соками человека, т.к. у него отсутствует фермент целлюлаза, разрывающий связи между β-глюкозами.
Инулин — полимер, мономером которого является фруктоза. Резервный углевод растений семейства Сложноцветные.
Гликолипиды — комплексные вещества, образующиеся в результате соединения углеводов и липидов.
Гликопротеины — комплексные вещества, образующиеся в результате соединения углеводов и белков.
Функции углеводов
Строение и функции липидов
Липиды не имеют единой химической характеристики. В большинстве пособий, давая определение липидам , говорят, что это сборная группа нерастворимых в воде органических соединений, которые можно извлечь из клетки органическими растворителями — эфиром, хлороформом и бензолом. Липиды можно условно разделить на простые и сложные.
Простые липиды в большинстве представлены сложными эфирами высших жирных кислот и трехатомного спирта глицерина — триглицеридами. Жирные кислоты имеют: 1) одинаковую для всех кислот группировку — карбоксильную группу (-СООН) и 2) радикал, которым они отличаются друг от друга. Радикал представляет собой цепочку из различного количества (от 14 до 22) группировок -СН 2 -. Иногда радикал жирной кислоты содержит одну или несколько двойных связей (-СН=СН-), такую жирную кислоту называют ненасыщенной . Если жирная кислота не имеет двойных связей, ее называют насыщенной . При образовании триглицерида каждая из трех гидроксильных групп глицерина вступает в реакцию конденсации с жирной кислотой с образованием трех сложноэфирных связей.
Если в триглицеридах преобладают насыщенные жирные кислоты , то при 20°С они — твердые; их называют жирами , они характерны для животных клеток. Если в триглицеридах преобладают ненасыщенные жирные кислоты , то при 20 °С они — жидкие; их называют маслами , они характерны для растительных клеток.
1 — триглицерид; 2 — сложноэфирная связь; 3 — ненасыщенная жирная кислота;4 — гидрофильная головка; 5 — гидрофобный хвост.
Плотность триглицеридов ниже, чем у воды, поэтому в воде они всплывают, находятся на ее поверхности.
К простым липидам также относят воски — сложные эфиры высших жирных кислот и высокомолекулярных спиртов (обычно с четным числом атомов углерода).
Сложные липиды . К ним относят фосфолипиды, гликолипиды, липопротеины и др.
Фосфолипиды — триглицериды, у которых один остаток жирной кислоты замещен на остаток фосфорной кислоты. Принимают участие в формировании клеточных мембран.
Гликолипиды — см. выше.
Липопротеины — комплексные вещества, образующиеся в результате соединения липидов и белков.
Липоиды — жироподобные вещества. К ним относятся каротиноиды (фотосинтетические пигменты), стероидные гормоны (половые гормоны, минералокортикоиды, глюкокортикоиды), гиббереллины (ростовые вещества растений), жирорастворимые витамины (А, D, Е, К), холестерин, камфора и т.д.
Функции липидов
| Функция | Примеры и пояснения |
|---|---|
| Энергетическая | Основная функция триглицеридов. При расщеплении 1 г липидов выделяется 38,9 кДж. |
| Структурная | Фосфолипиды, гликолипиды и липопротеины принимают участие в образовании клеточных мембран. |
| Запасающая |
Жиры и масла являются резервным пищевым веществом у животных и растений. Важно для животных, впадающих в холодное время года в спячку или совершающих длительные переходы через местность, где нет источников питания. Масла семян растений необходимы для обеспечения энергией проростка. |
| Защитная |
Прослойки жира и жировые капсулы обеспечивают амортизацию внутренних органов. Слои воска используются в качестве водоотталкивающего покрытия у растений и животных. |
| Теплоизоляционная | Подкожная жировая клетчатка препятствует оттоку тепла в окружающее пространство. Важно для водных млекопитающих или млекопитающих, обитающих в холодном климате. |
| Регуляторная |
Гиббереллины регулируют рост растений.
Половой гормон тестостерон отвечает за развитие мужских вторичных половых признаков. Половой гормон эстроген отвечает за развитие женских вторичных половых признаков, регулирует менструальный цикл. Минералокортикоиды (альдостерон и др.) контролируют водно-солевой обмен. Глюкокортикоиды (кортизол и др.) принимают участие в регуляции углеводного и белкового обменов. |
| Источник метаболической воды | При окислении 1 кг жира выделяется 1,1 кг воды. Важно для обитателей пустынь. |
| Каталитическая | Жирорастворимые витамины A, D, E, K являются кофакторами ферментов, т.е. сами по себе эти витамины не обладают каталитической активностью, но без них ферменты не могут выполнять свои функции. |
Липиды - это органические вещества, которые не растворяются в воде, а растворяются в органических растворителях.
Липиды делятся на:
1. Жиры и масла (сложные эфиры трехатомного спирта глицерола и жирных кислот). Жирные кислоты бывают насыщенными (пальмитиновая, стеариновая, арахиновая) и ненасыщенными (олеиновая, линолевая, линоленовая). В маслах выше доля ненасыщенных жирных кислот, поэтому при комнатной температуре они находятся в жидком состоянии. В жирах полярных животных, по сравнению с тропическими животными, также содержится больше ненасыщенных жирных кислот.
2. Липоиды (жироподобные вещества). К ним относят: а) фосфолипиды, б) жирорастворимые витамины (A, D, Е, К), в) воска, г) простые липиды, не содержащие жирных кислот: стероиды (холестерол, гормоны коры надпочечников, половые гормоны) и терпены(гиббереллины – гормоны роста растений, каротиноиды – фотосинтетические пигменты, ментол).
Молекулы фосфолипидов имеют полярные «головки» (гидрофильные участки) и неполярные «хвосты» (гидрофобные участки). Благодаря такому строению они играют важную роль в образовании биологических мембран.
Функции липидов:
1) энергетическая - жиры источник энергии в клетке. При расщеплении 1 грамма выделяется 38,9 кДж энергии;
2) структурная (строительная) - фосфолипиды входят в состав биологических мембран;
3) защитная и теплоизоляционная - подкожная жировая клетчатка, защищает организм от переохлаждения и травм;
4) запасающая - жиры составляют запас питательных веществ, откладываясь в жировых клетках животных и в семенах растений;
5) регуляторная - стероидные гормоны участвуют в регуляции обмена веществ в организме (гормоны коры надпочечников, половые гормоны).
6) источник воды - при окислении 1 кг жира образуется 1,1 кг воды. Это используется животными пустыни, так верблюд может не пить 10-12 дней.
Углеводы - сложные органические вещества, общая формула которых C n (H 2 O) m . Они состоят из углерода, водорода и кислорода. В клетках животных их содержится 1-2%, а в клетках растений до 90% от массы сухого вещества.
Углеводы делятся на моносахариды, олигосахариды и полисахариды.
Моносахариды в зависимости от количества атомов углерода подразделяются на триозы (С 3), тетрозы (С 4), пентозы (С 5), гексозы (С 6), и т.д. Важную роль в жизнедеятельности клетки играют:
1) Пентозы. Рибоза и дезоксирибоза - входят в состав нуклеиновых кислот.
2) Гексозы: глюкоза, фруктоза, галактоза. Фруктоза содержится во многих плодах и в меде, обусловливая их сладкий вкус. Глюкоза является основным энергетическим материалом в клетке при обмене веществ. Галактоза входит в состав молочного сахара (лактозы).
D:\Program Files\Physicon\Open Biology 2.6\content\3DHTML\08010203.htm
Мальтоза
Молекулы олигосахаридов образуются в процессе полимеризации 2-10 моносахаридов. При соединении двух моносахаридов образуются дисахариды: сахароза, состоящая из молекул глюкозы и фруктозы; лактоза, состоящая из молекул глюкозы и галактозы; мальтоза, состоящая из двух молекул глюкозы. В олигосахаридах и полисахаридах молекулы мономеров соединены гликозидными связями.
Полисахариды образуются в процессе полимеризации большого количества моносахаридов. К полисахаридам относятся гликоген (основное запасное вещество в клетках животных); крахмал (основное запасное вещество в клетках растений); целлюлоза (содержится в клеточных стенках растений), хитин (содержится в клеточной стенке грибов). Мономером гликогена, крахмала и целлюлозы является глюкоза.
D:\Program Files\Physicon\Open Biology 2.6\content\3DHTML\08010208.htmЦеллюлоза
Функции углеводов:
1) энергетическая - углеводы основной источник энергии в клетке. При расщеплении 1 грамма углеводов выделяется 17,6 кДж энергии.
2) структурная (строительная) - из целлюлозы построены оболочки растительных клеток.
3) запасающая - полисахариды служат запасным питательным материалом.
Белки - это биологические полимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Белки очень важны для жизни клетки. Они составляют 50-80 % сухого вещества животной клетки. В состав белков входит 20 различных аминокислот. Аминокислоты подразделяют на заменимые, которые могут синтезироваться в организме человека, и незаменимые (метионин, триптофан, лизин и др.). Незаменимые аминокислоты не могут синтезироваться в организме человека и должны поступать с пищей.
Аминокислота
В зависимости от свойств радикала аминокислоты делят на три группы: неполярные, полярные заряженные и полярные незаряженные.
Аминокислоты соединяются между собой связью NH-CO (ковалентная, пептидная связь). Соединения из нескольких аминокислот называют пептидами. В зависимости от их количества различают ди-, три-, олиго- или полипептиды. Обычно в состав белков входит 300-500 аминокислотных остатков, но есть и более крупные, содержащие до нескольких тысяч аминокислот. Различия белков определяются не только составом и числом аминокислот, но и последовательностью чередования их в полипептидной цепи. Уровни организации белковых молекул:
1) первичная структура - это последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Аминокислоты соединены пептидными связями. Первичная структура специфична для каждого белка и определяется аминокислотной последовательностью, закодированной в ДНК. Замена только
одной аминокислоты приводит к изменению функций белка.
2) вторичная структура - это закрученная в спираль (α - спираль) или уложенная в виде гармошки (β - слой) полипептидная цепь. Вторичная структура поддерживается водородными связями.
3) третичная структура - уложенная в пространстве спираль, образующая глобулу или фибриллу. Белок активен только в виде третичной структуры. Она поддерживается дисульфидными, водородными, гидрофобными и другими связями.
4) четвертичная структура - формируется при объединении нескольких белков, имеющих первичную, вторичную и третичную структуры. Например, белок крови гемоглобин состоит из четырех молекул белка глобина и небелковой части, которая носит название - гем.
Белки по строению бывают простые (протеины) и сложные (протеиды). Простые белки состоят только из аминокислот. Сложные имеют в своем составе кроме аминокислот другие химические соединения (например: липопротеиды, гликопротеиды, нуклеопротеиды, гемоглобин и др.).
При действии на белок различных химических веществ, высокой температуры происходит разрушение структуры белка. Этот процесс называется денатурацией. Процесс денатурации иногда обратим, то есть, может произойти самопроизвольное восстановление структуры белка -ренатурация. Ренатурация возможна, когда сохранена первичная структура белка.
Функции белков:
1.Структурная (строительная) функция - белки входят в состав всех клеточных мембран и органоидов клетки.
2. Каталитическая (ферментативная) - белки-ферменты ускоряют химические реакции в клетке.
3. Двигательная (сократительная) - белки участвуют во всех видах движений клетки. Так сокращение мышц обеспечивается сократительными белками: актином и миозином.
4. Транспортная - белки транспортируют химические вещества. Так, белок гемоглобин переносит кислород к органам и тканям.
5. Защитная - белки крови антитела (иммуноглобулины) распознают чужеродные для организма антигены и способствуют их уничтожению.
6. Энергетическая - белки являются источником энергии в клетке. При расщеплении 1 грамма белков выделяется 17,6 кДж энергии.
7. Регуляторная - белки участвуют в регуляции обмена веществ в организме (гормоны инсулин, глюкагон).
8. Рецепторная - белки лежат в основе работы рецепторов.
9. Запасающая - белки альбумины являются резервными белками организма (в яичном белке содержится овальбумин, в молоке - лактальбумин).
1. Характеристика углеводов Углеводы, или сахариды, органические вещества, в состав которых входит углерод, кислород, водород. Углеводы составляют около 1% массы сухого вещества в животных клетках, а в клетках печени и мышц до 5%. Наиболее богаты углеводами растительные клетки (до 90% сухой массы). Химический состав углеводов характеризуется их общей формулой С m (Н 2 О) n, где mn. Количество атомов водорода в молекулах углеводов, как правило, в два раза больше атомов кислорода (то есть как в молекуле воды). Отсюда и название углеводы.
Простые углеводы Простые углеводы называют моносахаридами. В зависимости от числа атомов углерода в молекуле моносахаридов различают: триозы (3С), тетрозы (4С), пентозы (5С), гексозы (6С), гептозы (7С). Сложные углеводы Сложными называют углеводы, молекулы которых при гидролизе распадаются с образованием простых углеводов. Среди сложных углеводов различают олигосахариды и полисахариды. Различают две группы углеводов: простые сахара и сложные сахара, образованные остатками простых сахаров. Простые углеводы называют моносахаридами. Общая формула простых сахаров (СН 2 О) n, где n 3 1. Характеристика углеводов
Свойства моносахаридов: низкая молекулярная масса; сладкий вкус; легко растворяются в воде; кристаллизуются; относятся к редуцирующим (восстанавливающим) сахарам. Важнейшие моносахариды: Пентозы рибоза и дезоксирибоза, входящие в состав ДНК, РНК. Дезоксирибоза (С 5 Н 10 О 4) отличается от рибозы (С 5 Н 10 О 5) тем, что при втором атоме углерода имеет атом водорода, а не гидроксильную группу как у рибозы. 1. Характеристика углеводов
Из гексоз наиболее распространены глюкоза, фруктоза и галактоза (общая формула С 6 Н 12 О 6). Глюкоза (виноградный сахар). В свободном виде встречается и у растений, и у животных. Глюкоза это первичный источник энергии для клеток. Фруктоза. Широко распространена в природе. В свободном виде встречается в плодах. Особенно много ее в меде, фруктах. Значительно слаще глюкозы и других сахаров. Входит в состав олиго- и полисахаридов, участвует в поддержании тургора растительных клеток. Поскольку метаболизм фруктозы не регулируется инсулином, имеет важное значение при питании больных сахарным диабетом. Моносахариды могут быть представлены в форме - и -изомеров. Гидроксильная группа при первом атоме углерода может располагаться как под плоскостью цикла (-изомер), так и над ней (-изомер). 1. Характеристика углеводов
N. Среди сложных углеводов различают олигосахариды и полисахариды. Олигосахариды. Олигос" title="Сложными называют углеводы, молекулы которых при гидролизе распадаются с образованием простых углеводов. Их состав выражается общей формулой С m (H 2 O) n, где m>n. Среди сложных углеводов различают олигосахариды и полисахариды. Олигосахариды. Олигос" class="link_thumb"> 6 Сложными называют углеводы, молекулы которых при гидролизе распадаются с образованием простых углеводов. Их состав выражается общей формулой С m (H 2 O) n, где m>n. Среди сложных углеводов различают олигосахариды и полисахариды. Олигосахариды. Олигосахаридами называют сложные углеводы, содержащие от 2 до 10 моносахаридных остатков. В зависимости от количества остатков моносахаридов, входящих в молекулы олигосахаридов, различают дисахариды, трисахариды, тетрасахариды и т.д. Наиболее широко распространены в природе дисахариды. У олигосахаридов хорошая растворимость в воде, они легко кристаллизуются, обладают, как правило, сладким вкусом, могут быть как редуцирующими, так и нередуцирующими. 1. Характеристика углеводов n. Среди сложных углеводов различают олигосахариды и полисахариды. Олигосахариды. Олигос"> n. Среди сложных углеводов различают олигосахариды и полисахариды. Олигосахариды. Олигосахаридами называют сложные углеводы, содержащие от 2 до 10 моносахаридных остатков. В зависимости от количества остатков моносахаридов, входящих в молекулы олигосахаридов, различают дисахариды, трисахариды, тетрасахариды и т.д. Наиболее широко распространены в природе дисахариды. У олигосахаридов хорошая растворимость в воде, они легко кристаллизуются, обладают, как правило, сладким вкусом, могут быть как редуцирующими, так и нередуцирующими. 1. Характеристика углеводов"> n. Среди сложных углеводов различают олигосахариды и полисахариды. Олигосахариды. Олигос" title="Сложными называют углеводы, молекулы которых при гидролизе распадаются с образованием простых углеводов. Их состав выражается общей формулой С m (H 2 O) n, где m>n. Среди сложных углеводов различают олигосахариды и полисахариды. Олигосахариды. Олигос"> title="Сложными называют углеводы, молекулы которых при гидролизе распадаются с образованием простых углеводов. Их состав выражается общей формулой С m (H 2 O) n, где m>n. Среди сложных углеводов различают олигосахариды и полисахариды. Олигосахариды. Олигос">
Дисахариды образуются в результате конденсации двух моносахаридов (чаще всего гексоз). Связь, возникающую между двумя моносахаридами, называют гликозидной. Обычно она образуется между 1-м и 4- м углеродными атомами соседних моносахаридных единиц (1,4-гликозидная связь). 1. Характеристика углеводов
Полисахариды (греч. poly – много) являются полимерами и состоят из неопределенно большого (до нескольких сотен или тысяч) числа остатков молекул моносахаридов, соединенных ковалентными связями. К ним относятся: o крахмал (запасной углевод растений); o гликоген (запасной углевод животных); o целлюлоза (клеточная стенка растений); o хитин (клеточная стенка грибов); o муреин (клеточная стенка бактерий). 1. Характеристика углеводов
Молекулы крахмала и гликогена состоят из остатков -глюкозы, целлюлозы из остатков -глюкозы. Кроме того, у целлюлозы цепи не ветвятся, а у гликогена они ветвятся сильнее, чем у крахмала. С увеличением количества мономеров растворимость полисахаридов уменьшается и исчезает сладкий вкус. 1. Характеристика углеводов
Основная функция углеводов – энергетическая. При их ферментативном расщеплении и окислении молекул углеводов выделяется энергия, которая обеспечивает жизнедеятельность организма. При полном расщеплении 1 г углеводов освобождается 17,6 кДж. 1. Характеристика углеводов
Углеводы выполняют запасающую функцию. При избытке они накапливаются в клетке в качестве запасающих веществ (крахмал в клетках растений, гликоген в клетках животных) и при необходимости используются организмом как источник энергии. Усиленное расщепление углеводов происходит, например, при прорастании семян, интенсивной мышечной работе, длительном голодании. 1. Характеристика углеводов
Очень важной является структурная, или строительная, функция углеводов. Они используются в качестве строительного материала. Так, целлюлоза благодаря особому строению нерастворима в воде и обладает высокой прочностью. В среднем 2040% материала клеточных стенок растений составляет целлюлоза, а волокна хлопка – почти чистая целлюлоза, и именно поэтому они используются для изготовления тканей. 1. Характеристика углеводов
Какие элементы входят в состав углеводов? Какова общая формула углеводов? Углерод, водород и кислород. С х (Н 2 О) у, где х у. Какие классы углеводов различают? Различают три основных класса углеводов: простые – моносахариды, и сложные – олигосахариды и полисахариды. Назовите важнейшие моносахариды: Из моносахаридов наибольшее значение для живых организмов имеют рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза, галактоза. Назовите важнейшие дисахариды: Сахароза (тростниковый сахар), мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар). Назовите важнейшие полисахариды: Крахмал (запасной углевод растений), гликоген (запасной углевод животных), целлюлоза (клеточная стенка растений), хитин (клеточная стенка грибов), муреин (клеточная стенка бактерий). Чем отличаются альфа и бета-изомеры глюкозы? Гидроксильная группа при первом атоме углерода может располагаться как под плоскостью цикла (-изомер), так и над ней (-изомер). Подведем итоги:
Что известно об энергетической функции углеводов? Это основная функция, при полном окислении 1 г выделяется 17,6 кДж. Энергии. В какой форме запасают углеводы растения и животные? Растения – в форме крахмала, животные – в форме гликогена. Что известно о структурной функции углеводов? Клеточная стенка растений состоит из целлюлозы, грибов – из хитина, бактерий – из муреина. Подведем итоги:
Липиды (от греч. lipos – жир) – обширная группа жиров и жироподобных веществ, которые содержатся во всех живых клетках. Большинство их неполярны и, следовательно, гидрофобны. Они практически нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях (бензин, хлороформ, эфир и др.). В некоторых клетках липидов очень мало, всего несколько процентов, а вот в клетках подкожной жировой клетчатки млекопитающих их содержание достигает 90%. По химическому строению липиды весьма разнообразны. 2. Характеристика липидов
1. Простые липиды – жиры и воска. Жиры – наиболее простые и широко распространенные липиды. Их молекулы образуются в результате присоединения трех остатков высокомолекулярных жирных кислот к одной молекуле трехатомного спирта глицерина. Среди соединений этой группы различают жиры, остающиеся твердыми при температуре 20 °С, и масла, которые в этих условиях становятся жидкими. Масла более типичны для растений, но могут встречаться и у животных. Жирные кислоты представляет собой карбоксильную группу и углеводородный хвост, отличающийся у разных жирных кислот количеством группировок –СН 2. «Хвост» неполярен, поэтому гидрофобен. Большая часть жирных кислот содержит в "хвосте" четное число атомов углерода, от 14 до Характеристика липидов
Кроме того, углеводородный хвост может содержать различное количество двойных связей. По наличию или отсутствию двойных связей в углеводородном хвосте различают: насыщенные жирные кислоты и ненасыщенные жирные кислоты, имеющие двойные связи между атомами углерода (-СН=СН-). 2. Характеристика липидов
При образовании молекулы триглицерида каждая из трех гидроксильных (-ОН) групп глицерина вступает в реакцию конденсации с жирной кислотой. В ходе реакции возникают три сложноэфирные связи, поэтому образовавшееся соединение называют сложным эфиром. Обычно в реакцию вступают все три гидроксильные группы глицерина, поэтому продукт реакции называется триглицеридом. Физические свойства зависят от состава их молекул. Если в триглицеридах преобладают насыщенные жирные кислоты, то они твердые (жиры), если ненасыщенные жидкие (масла). Плотность жиров ниже, чем у воды, поэтому в воде они всплывают и находятся на поверхности. 2. Характеристика липидов
2. Сложные липиды – фосфолипиды, гликолипиды и липопротеины. Фосфолипиды по своей структуре сходны с жирами, но в их молекуле один или два остатка жирных кислот замещены остатком фосфорной кислоты. Фосфолипиды являются составным компонентом клеточных мембран. Липиды могут образовывать сложные соединения с веществами других классов, например с белками – липопротеиды и с углеводами – гликолипиды. 2. Характеристика липидов
3. Стероиды – это липиды, не содержащие жирных кислот и имеющие особую структуру. К стероидам относятся гормоны, в частности кортизон, вырабатываемый корой надпочечников, различные половые гормоны, витамины A, D, Е, К и ростовые вещества растений. Стероид холестерин – важный компонент клеточных мембран. 2. Характеристика липидов
Жиры являются основным запасающим веществом у животных, а также у некоторых растений. Они могут использоваться также в качестве источника воды (при окислении 1 кг жира образуется 1 кг 100 г воды). Это особенно ценно для пустынных животных, обитающих в условиях дефицита воды. Помимо воды, находящейся в пище, они используют метаболическую воду. 2. Характеристика липидов
Одна из основных функций – энергетическая. При полном окислении 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии. То есть жиры дают более чем в 2 раза больше энергии по сравнению с углеводами. У позвоночных животных примерно половина энергии, потребляемой клетками в состоянии покоя, образуется за счет окисления жиров. 2. Характеристика липидов
Благодаря низкой теплопроводности липиды выполняют защитную функцию, т. е. служат для теплоизоляции организмов. Например, у многих позвоночных животных хорошо выражен подкожный жировой слой, что позволяет им жить в условиях холодного климата, а у китообразных он играет еще и другую роль – способствует плавучести. Восковой налет на различных частях растений препятствует излишнему испарению воды, у животных он играет роль водоотталкивающего покрытия. 2. Характеристика липидов
Липиды выполняют и строительную функцию, так как нерастворимость в воде делает их важнейшими компонентами клеточных мембран (фосфолипиды, липопротеины, гликолипиды, холестерин). Многие производные липидов (например, гормоны коры надпочечников, половых желез, витамины A, D, Е, К) участвуют в обменных процессах, происходящих в организме. Следовательно, этим веществам присуща и регуляторная функция. 2. Характеристика липидов
Какие органические молекулы можно назвать липидами? Вещества, молекулы которых неполярны и, следовательно, гидрофобны. Они практически нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях (бензин, хлороформ, эфир).. Что можно сказать о строении жиров? Жиры состоят из трех остатков высокомолекулярных жирных кислот, присоединенных к одной молекуле трехатомного спирта глицерина. Что можно сказать о фосфолипидах? Фосфолипиды по своей структуре сходны с жирами, но в их молекуле один или два остатка жирных кислот замещены остатком фосфорной кислоты. Фосфолипиды являются составным компонентом клеточных мембран. Что можно сказать о стероидах? Стероиды – это липиды, не содержащие жирных кислот и имеющие особую структуру. К стероидам относятся гормоны, в частности кортизон, вырабатываемый корой надпочечников, различные половые гормоны, витамины A, D, Е, К и ростовые вещества растений. Подведем итоги:
Почему жиры являются основным запасающим веществом у живых организмов? При полном окислении 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии. То есть жиры дают более чем в 2 раза больше энергии по сравнению с углеводами. Кенгуровая крыса не пьет всю жизнь. Как ей это удается? Использует метаболическую воду. При окислении 1 г жира образуется более 1 г воды. Кроме этого вода есть в пище. Какие гормоны относятся к липидам? Кортизон, вырабатываемый корой надпочечников, различные половые гормоны. Какие липиды выполняют строительную функцию? Компоненты клеточных мембран: фосфолипиды, липопротеины, гликолипиды, холестерин. Подведем итоги:
Характеристика углеводов.
Кроме неорганических веществ в состав клетки входят и органические вещества: белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты и низкомолекулярные органические вещества.
Белки 10-20% Вода 75-85%
Жиры 1-5% Неорганические вещества 1,0-1,5%
Углеводы 0,2-2,0 %
Нуклеиновые кислоты 1-2%
Низкомолекулярные органические вещества - 0,1-0,5%
Органические вещества относятся к группе полимеров. Различают регулярные полимеры и нерегулярные полимеры. Важное место среди них занимают углеводы, соединения, в состав которых входят атомы углерода, кислорода и водорода. Их общая формула С m (Н 2 О) n , они делятся на простые и сложные углеводы.
Простые углеводы называют моносахаридами. В зависимости от числа атомов углерода в молекуле моносахаридов различают: триозы (3С), тетрозы (4С), пентозы (5С), гексозы (6С), гептозы (7С). В природе наиболее широко распространены пентозы и гексозы. Важнейшие из пентоз - дезоксирибоза и рибоза, входящие в состав ДНК, РНК и АТФ; из гексоз наиболее распространены глюкоза, фруктоза и галактоза (общая формула С 6 Н 12 О 6).
Моносахариды могут быть представлены в форме a- и b-изомеров. Гидроксильная группа при первом атоме углерода может располагаться как под плоскостью цикла (a-изомер), так и над ней (b-изомер). Молекулы крахмала состоят из остатков a-глюкозы, целлюлозы - из остатков b-глюкозы.
Дезоксирибоза (С 5 Н 10 О 4) отличается от рибозы (С 5 Н 10 О 5) тем, что при втором атоме углерода имеет атом водорода, а не гидроксильную группу как у рибозы.
Сложными называют углеводы, молекулы которых при гидролизе распадаются с образованием простых углеводов. Среди сложных углеводов различают олигосахариды и полисахариды.
Олигосахаридами называют сложные углеводы, содержащие от 2 до 10 моносахаридных остатков. В зависимости от количества остатков моносахаридов, входящих в молекулы олигосахаридов, различают дисахариды, трисахариды, и т.д. Наиболее широко распространены в природе дисахариды, молекулы которых образованы двумя остатками моносахаридов - мальтоза, состоящая из двух остатков a-глюкозы, молочный сахар - лактоза и свекловичный (или тростниковый) сахар. Встречаются в природе в свободном виде или в составе полисахаридов.
Полисахариды образуются в результате реакций поликонденсации.
Важнейшие полисахариды - крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин, муреин. Крахмал - основной резервный углевод растений, гликоген - у животных и человека. Целлюлоза - основной структурный углевод клеточных стенок растений, она нерастворима в воде, является линейным полимером b-глюкозы.К свойствам моносахаридов и олигосахаридов относится их растворимость в воде, сладкий вкус. С увеличением числа мономерных звеньев растворимость падает и сладкий вкус исчезает, полисахариды в воде нерастворимы.
Функции. Важнейшая функция углеводов - энергетическая , углеводы - основные источники энергии в животном организме. При расщеплении 1 г углевода выделяется 17,6 кДж, метаболическая вода и СО 2 .
Запасающая функция выражается в накоплении крахмала клетками растений и гликогена клетками животных, которые играют роль источников глюкозы, легко высвобождая ее по мере необходимости.
Структурная функция. Углеводы входят в состав клеточных мембран и клеточных стенок (целлюлоза входит в состав клеточной стенки растений, из хитина образован панцирь членистоногих, различные олиго- и полисахариды образуют клеточную стенку бактерий).
Соединяясь с липидами и белками, образуют гликолипиды и гликопротеины .
Рибоза и дезоксирибоза входят в состав мономеров нуклеотидов .
Защитная функция. Слизи, выделяемые различными железами, богаты углеводами и их производными (например, гликопротеинами). Они предохраняют пищевод, кишечник, желудок, бронхи от механических повреждений, препятствуют проникновению в организм бактерий и вирусов. Гепарин предотвращает свертывание крови в организме животных и человека.
Характеристика липидов.
Липиды - сборная группа органических соединений, не имеющих единой химической характеристики. Их объединяет то, что все они нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях (эфире, хлороформе, бензине). Содержатся во всех клетках животных и растений. Содержание липидов в клетках составляет 5-15% сухой массы, но в жировой ткани может иногда достигать 90%.
В зависимости от особенности строения молекул различают: простые и сложные липиды. К простым липидам относятся жиры. Они входят в состав организма человека, животных, растений, микробов, некоторых вирусов. Содержание жиров в биологических объектах, тканях и органах может достигать 90%.
Жиры (триглицериды) - это сложные эфиры высших жирных кислот и трехатомного спирта - глицерина.
Это самые распространенные в природе липиды. В составе триглицеридов обнаружено более 500 жирных кислот, молекулы которых имеют сходное строение. Жирные кислоты имеют одинаковую для всех кислот группировку - карбоксильную группу (–СООН) и радикал, которым они отличаются друг от друга. Карбоксильная группа образует головку жирной кислоты. Она полярна, поэтому гидрофильна. Радикал представляет собой углеводородный хвост, отличающийся у разных жирных кислот количеством группировок –СН 2 . Он неполярен, поэтому гидрофобен. При образовании молекулы триглицерида каждая из трех гидроксильных (-ОН) групп глицерина вступает в реакцию конденсации с жирной кислотой, образуется три сложноэфирные связи, поэтому образовавшееся соединение называют сложным эфиром. Физические свойства зависят от состава их молекул. Если в триглицеридах преобладают насыщенные жирные кислоты, то они твердые (жиры), если ненасыщенные - жидкие (масла). Плотность жиров ниже, чем у воды, поэтому в воде они всплывают и находятся на поверхности.Воски - группа простых липидов, представляющих собой сложные эфиры высших жирных кислот и высших высокомолекулярных спиртов.
Фосфолипиды - сложные эфиры многоатомных спиртов с высшими жирными кислотами, содержащие остаток фосфорной кислоты. Как правило, в молекуле фосфолипидов имеется два остатка высших жирных и один остаток фосфорной кислоты. Присутствуют во всех клетках живых существ, участвуя главным образом в формировании клеточных мембран.
Гликолипиды - это вещества, образующиеся в результате соединения липидов с углеводами. Локализованы преимущественно на наружной поверхности плазматической мембраны, где их углеводные компоненты входят в число других углеводов клеточной поверхности.
Стероиды - широко распространенный в животных тканях холестерин, эстрадиол и тестостерон - соответственно женский и мужской половые гормоны; терпены - эфирные масла, от которых зависит запах растений; гиббереллины - ростовые вещества растений; некоторые пигменты (хлорофилл, билирубин) и витамины (А, D, E, K).Функции липидов. Основная функция липидов - энергетическая. В ходе расщепления 1 г жиров до С02 и Н20 освобождается 38,9 кДж. Структурная - липиды принимают участие в образовании клеточных мембран. В составе мембран находятся фосфолипиды, гликолипиды, липопротеины. Запасающая функция - жиры являются запасным веществом животных и растений. Это особенно важно для животных, впадающих в холодное время года в спячку или совершающих длительные переходы через местность, где нет источников питания (верблюды в пустыне). Семена многих растений содержат жир, необходимый для обеспечения энергией развивающееся растение. Терморегуляторная - являются хорошими термоизоляторами вследствие плохой теплопроводимости. Защитно-механическая - защищают организм от механических воздействий. Каталитическая функция связана с жирорастворимыми витаминами (А, D, E, K). Сами по себе витамины не обладают каталитической активностью, но они входят в состав многих ферментов, без них данные ферменты не могут выполнять свои функции. Источник метаболический воды - одним из продуктов окисления жиров является вода. Эта метаболическая вода очень важна для обитателей пустынь. Так, жир, которым заполнен горб верблюда, служит не только запасным источником энергии, но и источником воды (при окислении 1 кг жира выделяется 1,1 кг воды). И, наконец, запасы жира повышают плавучесть водных животных.
