Олигосахариды — сахароподобные сложные углеводы, содержащие от 2 до 10 моносахаридных остатков. В зависимости от их количества различают ди-, три-, тетрасахариды и т.д. Дисахариды образуются при соединении двух моносахаридов гликозидной связью (глюкоза + глюкоза = мальтоза, глюкоза + галактоза = лактоза, глюкоза + фруктоза = сахароза). Обычно гликозидная связь образуется между 1-м и 4-м углеродными атомами соседних моносахаридных единиц.
Полисахариды (крахмал и целлюлоза (у растений), гликоген (у животных)). Мономером этих полисахаридов является глюкоза. Могут быть линейными неразветвленными и разветвленными.
Значение углеводов :
. источник энергии в клетке (1 г углевода — 17,6 кДж (4,2 ккал) энергии);
. резерв клетки (крахмал, гликоген);
. строительная функция (муреин у прокариот; клетчатка у растений и грибов; рибоза и дезоксирибоза в составе нуклеиновых кислот);
. рецепторная функция (гликолипиды);
. защитная функция (гепарин замедляет свертывание крови).
Липиды — жироподобные, нерастворимые в воде вещества. По химическому составу липиды являются сложными эфирами высших жирных кислот и трехатомного спирта глицерина. Жирные кислоты могут быть как насыщенными (не содержат двойных связей — стеариновая и пальмитиновая), так и ненасыщенными (имеют двойные связи между атомами углерода — олеиновая). В зависимости от особенностей строения молекул различают простые (триглицериды, воски) и сложные (фосфолипиды, гликолипиды, липоиды) липиды. Значение липидов:
. входят в состав мембран (фосфолипиды, гликолипиды, липопротеины);
. транспорт (липопротеины);
. рецепторы, медиаторы (гликолипиды в составе гликокаликса);
. источник энергии (при расщеплении 1 г жиров освобождается 38,9 кДж энергии);
. запасающая функция;
. защита (водоотталкивающее покрытие — воск растений);
. терморегулятор и теплоизолятор, амортизатор (бурый жир);
. регуляция деятельности клетки и организма (гормоны — эстроген, прогестерон, тестостерон, кортикостерон, кортизон, холестерол), в составе гибберелинов (ростовые вещества у растений);
. источник метаболической воды.
|
|
Массовая доля углеводов в живой природе больше, чем других органических соединений. В клетках животных и грибов углеводы содержатся в незначительном количестве (около 1% сухой массы, в клетках печени и мышц — до 5%), тогда как в растительных клетках их содержание значительно больше (60 — 90%). Углеводы образуются преимущественно в результате фотосинтеза. Гетеротрофные организмы получают углеводы из пищи или синтезируют их из других органических соединений (жиров, аминокислот и т.д.).
Углеводы — это органические соединения, в которых соотношение углерода, кислорода в основном соответствует формуле (СН 2 О) n , где n = 3 и больше. Однако есть углеводы, в которых это соотношение несколько иное, а некоторые содержат атомы азота, фосфора или серы.
К углеводам относятся моносахариды, олигосахариды и полисахариды.
Моносахариды — хорошо растворимые в вещества, имеют сладкий вкус. Рассмотрим строение моносахаридов на примере глюкозы. Ее молекулярная формула С 6 Н 12 0 6 .
Молекула глюкозы
Моносахариды классифицируют по количеству атомов углерода в их молекулах. Наиболее важными для живой природы является пентозы (соединения с пятью атомами углерода) и гексозы (соединения с шестью атомами углерода). Распространенными гексозами, кроме глюкозы, являются фруктоза и галактоза. Из пентоз распространены рибоза и дезоксирибоза, остатки которых входят в состав мономеров нуклеиновых кислот. Моносахариды способны сочетаться между собой с помощью -ОН- групп. При этом образуется между двумя остатками моносахаридов через атом кислорода (-O-).
Схема образования полисахаридов на примере целлюлозы (фрагмент молекулы)
Олигосахариды и полисахариды состоят из остатков моносахаридов. Олигосахариды — полимерные углеводы, в которых от 2 до 10 моносахаридных звеньев соединены ковалентными связями. Например, дисахариды образованы двумя остатками моносахаридов. В природе распространены такие дисахариды: обычный пищевой сахар — сахароза (состоит из остатков глюкозы и фруктозы) и молочный сахар — лактоза (состоит из остатков глюкозы и галактозы).
В результате взаимодействия моносахаридов могут формироваться цепочки в сотни и тысячи остатков — полисахариды. Эти соединения плохо растворимые в воде и не имеют сладкого вкуса. В природе распространены полисахариды, образованные из остатков глюкозы, это целлюлоза, гликоген и крахмал. Другой распространенный в природе полисахарид — хитин состоит из азотсодержащих производных глюкозы.
Функции углеводов достаточно разнообразны. Энергетическая функция обусловлена тем, что в результате полного расщепления 1 г углеводов высвобождается 17,6 кДж энергии. Часть этой энергии обеспечивает функционирование организма, а часть выделяется в виде теплоты. Наибольшее количество энергии высвобождается в результате окисления углеводов кислородом, однако расщепление углеводов с выделением энергии может происходить и в других случаях. Это важно для организмов, которые существуют в условиях недостатка или отсутствия кислорода.
Полисахариды могут накапливаться в клетках, то есть выполнять резервную функцию. В клетках животных и грибов накапливается гликоген, в клетках растений — крахмал. Строительная (структурная) функция углеводов заключается в том, что полисахариды входят в состав определенных структур. Так, хитин формирует внешний скелет членистоногих и содержится в клеточной стенке грибов, а целлюлоза — в клеточной стенке растений. Углеводы, связанные с и липидами, располагаются снаружи плазматической мембраны животной клетки и клеточной стенки бактерий. Особые соединения углеводов с белками (мукополисахариды) выполняют в организмах позвоночных животных и человека функцию смазки — они входят в состав жидкости, смазывает поверхности суставов.
Цепи полисахаридов могут линейно располагаться в пространстве или разветвляться, что связано с их функциями. Цепи полисахаридов, которые входят в состав структур клетки или организма, соединяются многочисленными связями между собой, что обеспечивает прочность и химическую стойкость этих веществ. Однако большинство полисахаридов являются резервными веществами животных и растительных клеток, имеют многочисленные разветвленные цепи, вследствие чего в клетке эти молекулы быстро расщепляются до глюкозы во многих точках одновременно.
Строение, свойства и биологическая роль липидов
В состав каждой клетки организма входят липиды. Липиды — это производные жирных кислот и многоатомных спиртов или альдегидов. Жирными кислотами являются органические кислоты с цепью от четырех и более (до 24) атомов углерода, обычно это неразветвленная цепь. Некоторые липиды имеют несколько другое строение, но также плохо растворяются в воде.
Липиды гидрофобные, но хорошо растворяются в неполярных растворителях: бензоле, хлороформе, ацетоне.
Большую группу липидов составляют жиры. Жиры — эфиры трехатомных спирта глицерина и трех остатков неразветвленных жирных кислот. Одна из важнейших функций жиров — энергетическая. В случае полного расщепления 1 г жиров выделяется 38,9 кДж энергии — вдвое больше, чем за полного расщепления аналогичного количества углеводов или белков. Резервная функция заключается в том, что жиры содержатся в цитоплазме клеток в виде включений — в клетках жировой , семенах подсолнечника и др. Запасы жиров могут использоваться организмами как резервные питательные вещества и как источник метаболической воды (при окислении 1 г жиров образуется около 1,1 мл воды).
Накапливаясь в подкожной жировой клетчатке животных, жиры защищают организм от действия резких изменений температуры, выполняя теплоизоляционную функцию. Эта функция жиров обусловлена их низкой теплопроводностью. Запасы жиров в организме могут выполнять и защитную функцию. В частности, они защищают внутренние органы от механических повреждений.
Подобными жирам по строению соединениями являются воски, слой которых покрывает листья и плоды наземных растений, поверхность хитинового скелета многих членистоногих, предотвращая избыточное испарение воды с поверхности тела.
Отдельную группу липидов образуют стероиды. Важнейшим стероидом организма животных является холестерин — составляющая клеточных мембран, а также предшественник для синтеза витамина D, гормонов надпочечников и половых желез.
Среди липидов есть соединения, образованные в результате взаимодействия молекул простых липидов с другими веществами. К ним относятся липопротеиды (соединения липидов и белков), гликолипиды (липидов и углеводов), фосфолипиды (содержащие остатки ортофосфорная кислота)
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
Углеводы. Липиды Химический состав клеток Лузганова И.Н., учитель биологии МБОУ СОШ имени А.М.Горького, г. Карачев
Цели урока: В ыяснить, какие процессы, являющиеся качественным скачком от неживой природы к живой, исследуют ученые на молекулярном уровне. И зучить состав, строение и функции углеводов, липидов
ВЕЩЕСТВА в составе организма НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ Соединения Ионы Малые молекулы Макромолекулы (биополимеры) Вода Соли, кислоты и др. Анионы Катионы Моносахариды Аминокислоты Нуклеотиды Липиды Другие Полисахариды Белки Нуклеиновые кислоты
Органические вещества Это химические соединения, в состав которых входят атомы углерода. Характерны только для живых организмов Органические вещества жиры белки углеводы (липиды) нуклеиновые кислоты
Биополимеры Органические соединения, имеющие большие размеры называют макромолекулами. Макромолекулы, состоят из повторяющихся, сходных по структуре низкомолекулярных соединений, связанных между собой ковалентной связью – МОНОМЕРОВ. Образованная из мономеров макромолекула называется ПОЛИМЕРОМ.
Органические соединения, входящие в состав живых клеток называются БИОПОЛИМЕРАМИ. БИОПОЛИМЕРЫ – это линейные или разветвленные цепи, содержащие множество мономерных звеньев. Биополимеры
Биополимеры ПОЛИМЕРЫ ГОМОПОЛИМЕРЫ ГЕТЕРОПОЛИМЕРЫ представлены одним видом мономеров (А – А – А – А...) представлены несколькими различными мономерами (А – В – С – А – D ...) РЕГУЛЯРНЫЕ НЕРЕГУЛЯРНЫЕ группа мономеров периодически повторяется … А-В-А-В-А-В... … А-А-В-В-В-А-А-В-В-В … … А-В-С-А-В-С-А-В-С … нет видимой повторяемости мономеров …А-В-А-А-В-А-В-В-В-А... А-В-С-В-В-С-А-С-А-А-С
Свойства биополимеров Биополимеры Число, состав, порядок мономеров Построение множества вариантов молекул Основа многообразия жизни на планете
Химический состав Содержание в клетке Структура (строение) Свойства Функции Биополимеры ПЛАН ХАРАКТЕРИСТИКИ:
Органические вещества Органические вещества жиры белки углеводы (липиды) нуклеиновые кислоты Соединенные друг с другом атомы углерода образуют различные структуры – остов молекул органических веществ:
УГЛЕВОДЫ Клетки С, О, Н С n (Н 2 О) n Р - 70-90% Ж - 1-2% от сухой массы 1-2% С 5 Н 10 О 5 С 3 Н 6 О 3 С 6 Н 12 О 6 С 4 Н 8 О 4 Образуются из воды (Н 2 О) и углекислого газа (СО 2) в процессе фотосинтеза, происходящего в хлоропластах зеленых растений
Моно– Олиго(ди)– Поли– С А Х А Р И Д Ы С 3 Триозы (ПВК, молочная к-та) С 4 Тетрозы С 5 Пентозы (рибоза, фруктоза, дезоксирибоза) С 6 Гексозы (глюкоза, галактоза) Сахароза (глюкоза+фруктоза) Мальтоза (глюкоза+глюкоза) Лактоза (глюкоза+галактоза) Крахмал Целлюлоза Гликоген Хитин (М) (М+М) (М+М+…+М) УГЛЕВОДЫ ПРОСТЫЕ СЛОЖНЫЕ У всех углеводов есть карбонильная группа:
Линейная форма Ф р у к т о з а Г л ю к о з а МОНОСАХАРИДЫ: Свойства: Бесцветные, сладкие, растворимые, кристаллизуются, проходят через мембраны ЛЕГКО Молекулы моносахаридов – линейные цепочки атомов углерода. В растворах принимают циклическую форму Циклическая форма Линейная форма Циклическая форма Галактоза Являются важным источником энергии для любой клетки
Рибоза Дезоксирибоза МОНОСАХАРИДЫ: Свойства: Бесцветные, сладкие, растворимые, кристаллизуются, проходят через мембраны ЛЕГКО Молекулы моносахаридов – линейные цепочки атомов углерода. В растворах принимают циклическую форму Входят в состав нуклеиновых кислот
Бесцветные Сладкие Растворимые ДИСАХАРИДЫ: С а х а р о з а (глюкоза + фруктоза) М а л ь т о з а (глюкоза + глюкоза) Л а к т о з а (глюкоза + галактоза) Свойства:
ПОЛИСАХАРИДЫ: Целлюлоза Молекулы имеют линейное (неразветвленное) строение, вследствие чего целлюлоза легко образует волокна. Нерастворима в воде и не обладает сладким вкусом. Из нее состоят стенки растительных клеток. Выполняет опорную и защитную функцию.
ПОЛИСАХАРИДЫ: Крахмал Откладывается в виде включений и служит запасным энергетическим веществом растительной клетки
ПОЛИСАХАРИДЫ: Гликоген Молекула состоит примерно из 30 000 остатков глюкозы. По структуре напоминает крахмал, но сильнее разветвлен и лучше растворяется в воде. Откладывается в виде включений и служит запасным энергетическим веществом животной клетки.
ПОЛИСАХАРИДЫ: Хитин Органическое вещество из группы полисахаридов, образующее наружный твёрдый покров и скелет членистоногих, грибов и бактерий и входящее в клеточные оболочки (C 8 H 13 O 5 N)
Строительная Оболочка из целлюлозы в растительных клетках, хитин в скелете насекомых и в стенке клеток грибов обеспечивают клеткам и организмам прочность, упругость и защиту от большой потери влаги. ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ
Структурная Моносахара могут соединяться с жирами, белками и другими веществами. Например, рибоза входит в состав всех молекул РНК, а дезоксирибоза - в ДНК. ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ
Запасающая Моно- и олигосахара благодаря своей растворимости быстро усваиваются клеткой, легко мигрируют по организму, поэтому непригодны для длительного хранения. Роль запаса энергии играют огромные нерастворимые в воде молекулы полисахаридов. У растений – крахмал, а у животных и грибов – гликоген. ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ Гликоген в клетках печени
Транспортная В растениях сахароза служит растворимым резервным сахаридом, и транспортной формой, которая легко переносится по растению. Сигнальная Имеются полимеры сахаров, которые входят в состав клеточных мем- бран; они обеспечивают взаимодействие клеток одного типа, узнавание клетками друг друга. (Если разделенные клетки печени смешать с клетками почек, то они самостоятельно разойдутся в две группы благодаря взаимодейст-вию однотипных клеток: клетки почек соединятся в одну группу, а клетки печени - в другую). ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ
Энергетическая (17,6 кДж) Моно - и олигосахара являются важным источником энергии для любой клетки. Расщепляясь, они выделяют энергию, которая запасается в виде молекул АТФ, которые используется во многих процессах жизнедеятельности клетки и всего организма. ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ Защитная («слизь») Вязкие секреты (слизь), выделяемые различными железами, богаты углеводами и их производными (например, гликопротеидами). Они предохраняют пищевод, кишки, желудок, бронхи от механических повреждений, проникновения вредных бактерий и вирусов.
УГЛЕВОДЫ С, О, Н СЛОЖНЫЕ Моно– Олиго(ди)– Поли– С А Х А Р И Д Ы Триозы (ПВК, молочная к-та) Тетрозы Пентозы (рибоза, фруктоза, дезоксирибоза) Гексозы (глюкоза, галактоза) Сахароза (глюкоза+фруктоза) Мальтоза (глюкоза+глюкоза) Лактоза (глюкоза+галактоза) Крахмал Целлюлоза Гликоген Хитин сладкие растворимые кристаллизуются проход. ч/з мембраны ЛЕГКО безвкусные растворяются кристаллизуются проходят ч/з мембраны НЕ у
С, О, Н спирт (глицерин) жирные кислоты + ГИДРОФОБНЫ РАСТВОРЯЮТСЯ В БЕНЗИНЕ, ЭФИРЕ, ХЛОРОФОРМЕ 5-10%, в жировых клетках до 90% СВОЙСТВА: ЛИПИДЫ
ФОСФОЛИПИДЫ СТЕРОИДЫ ЛИПОПРОТЕИНЫ ГЛИКОЛИПИДЫ ТРИГЛИЦЕРИДЫ ВОСКА ЛИПИДЫ Виды липидов
ЖИРЫ (твердые) МАСЛА (жидкие) ТРИГЛИЦЕРИДЫ Спирт глицерин + жирные кислоты Спирт + ненасыщенные (предельные) жирные кислоты Виды липидов
ФОСФОЛИПИДЫ Глицерин + жирные кислоты + остаток фосфорной кислоты МЕМБРАНЫ КЛЕТОК Виды липидов
Сложные эфиры высших жирных кислот и одноатомных высокомолекулярных спиртов ВОСКА Растительные Животные Виды липидов
СТЕРОИДЫ ВИТАМИНЫ (К, E , D , А) ГОРМОНЫ (надпочечников, половые) Спирт холестерол + жирные кислоты Виды липидов
ЛИПОПРОТЕИНЫ ГЛИКОЛИПИДЫ Липиды + углеводы Липиды + белки Виды липидов Почти все липопротеины образуются в печени. Основной функцией липопротеинов является транспорт липидных компонентов к тканям. Локализованы преимущественно на наружной поверхности плазматической мембраны, где их углеводные компоненты входят в число других углеводов клеточной поверхности. могут участвовать в межклеточных взаимодействиях и контактах. Некоторые из них являются антигенами.
ФУНКЦИИ ЛИПИДОВ Запасающая
Опорно-структурная ФУНКЦИИ ЛИПИДОВ Липиды принимают участие в построении мембран клеток всех органов и тканей обуславливая их полупроницаемость, участвуют в образовании многих биологически важных соединений.
Энергетическая ФУНКЦИИ ЛИПИДОВ На долю липидов приходит-ся 25-30% всей энергии, необходимой организму. При окислении 1 г жира выделяется 39,1 кДж энергии Жирорастворимые витамины К, Е, D , А являются коферментами (небелковой частью) ферментов Каталитическая Гормоны – стероиды (половые, надпочечников) способны изменять активность многих ферментов, усиливая или подавляя действие ферментов и тем самым регулируя протекание физиологических процессов в организме Регуляторная (гормональная)
Защитная ФУНКЦИИ ЛИПИДОВ Механическая (амортизация ударов, жировая прослойка брюшной полости защищает внутренние органы от повреждений) Терморегуляционная (теплоизоляционная) – жир плохо проводит тепло и холод. Электроизо- ляционная (миелиновая оболочка нервных волокон)
Источник метаболической воды ФУНКЦИИ ЛИПИДОВ При распаде 1 кг жира выделяется 1,1 кг воды
ЛИПИДЫ С, О, Н спирт (глицерин) жирные кислоты + ГИДРОФОБНЫ 5-10%, в жировых клетках до 90% ЖИРЫ (твердые) МАСЛА (жидкие) ФОСФО-ЛИПИДЫ СТЕРОИДЫ ЛИПОПРОТЕИНЫ ГЛИКОЛИПИДЫ -ФУНКЦИИ- ТРИГЛИЦЕРИДЫ Спирт глицерин + жирные кислоты Спирт + ненасыщенные (предельные) жирные кислоты Спирт + непредельные жирные кислоты Глицерин + жирные кислоты + остаток фосфорной кислоты Сложные эфиры высших жирных кис-лот и одноатомных высокомолекулярных спиртов ВОСКА Липиды + углеводы Липиды + белки Спирт холестерол + жирные кислоты ВИТАМИНЫ (А, D. E , К) ГОРМОНЫ (надпочечников, половые) Опорно-структурная Регуляторная (гормональная) Энергетическая 39,1 кДж Каталитическая Запасающая Источник метаболической воды Защитная (терморегуляторная) Бензин, эфир, хлороформ
- Биологические полимеры
- Углеводы и их строение
- Функции углеводов
- Липиды их строение и функции
В состав клеток входит множество органических соединений: углеводы, белки, липиды, нуклеиновые кислоты и другие соединения, которых нет в неживой природе. Органическими веществами называют химические соединения, в состав которых входят атомы углерода.
Атомы углерода способны вступать друг с другом в прочную ковалентную связь, образуя множество разнообразных цепочечных или кольцевых молекул.
Самыми простыми углеродсодержащими соединениями являются углеводороды, соединения, которые содержат только углерод и водород. Однако в большинстве органических, т. е. углеродных, соединений содержатся и другие элементы (кислород, азот, фосфор, сера).
Органические соединения - углеродсодержащие вещества, характерные для живой природы, - составляют в среднем 20-30% массы клеток живых организмов. Главные свойства клеток и организмов определяют органические полимеры: белки, углеводы, нуклеиновые кислоты, а также сложные соединения - жиры и ряд молекул гормонов, пигментов, отдельных нуклеотидов, в частности АТФ (аденозинтрифосфорная кислота).
- Биологические полимеры (биополимеры).
Биологические полимеры - это органические соединения, входящие в состав клеток живых организмов и продуктов их жизнедеятельности.
Полимер (от греч. «поли» - много) - многозвеньевая цепь, в которой звеном является какое-либо относительно простое вещество - мономер. Мономеры, соединяясь между собой, образуют цепи, состоящие из тысяч мономеров. Если обозначить тип мономера определенной буквой, например А, то полимер можно изобразить в виде очень длинного сочетания мономерных звеньев: А-А-А-А-...-А. Это, например, известные вам органические вещества: крахмал, гликоген, целлюлоза и др. Биополимерами являются белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды. Свойства биополимеров зависят от строения их молекул: от числа и разнообразия мономерных звеньев, образующих полимер. Если соединить вместе два типа мономеров А и Б, то можно получить очень большой набор разнообразных полимеров. Строение и свойства таких полимеров будут зависеть от числа, соотношения и порядка чередования, т. е. положения мономеров в цепях. Полимер, в молекуле которого группа мономеров периодически повторяется, называют регулярным. Таковы, например, схематически изображенные полимеры с закономерным чередованием мономеров:
А Б А Б А Б А Б...
А А Б Б А А Б Б...
А ББАББАББ А...
Однако значительно больше можно получить вариантов полимеров, в которых нет видимой закономерности в повторяемости мономеров. Такие полимеры называют нерегулярными.
Допустим, что каждый из мономеров определяет какое-либо свойство полимера. Например, мономер А определяет высокую прочность, а мономер Б - электропроводность. Сочетая эти два мономера в разных соотношениях и по-разному чередуя их, можно получить огромное число полимерных материалов с разными свойствами. Если же взять не два типа мономеров (А и Б), а больше, то и число вариантов полимерных цепей значительно возрастет. Оказалось, что сочетание и перестановка нескольких типов мономеров в длинных полимерных цепях обеспечивает построение множества вариантов и определяет различные свойства биополимеров, входящих в состав всех организмов. Этот принцип лежит в основе многообразия жизни на нашей планете.
2. Углеводы и их строение. В составе клеток всех живых организмов широкое распространение имеют углеводы. Углеводами называют органические соединения, состоящие из углерода, водорода и кислорода. В большинстве углеводов водород и кислород находятся, как правило, в тех же соотношениях, что и в воде (отсюда их название - углеводы). Общая формула таких углеводов C n (H 2 0) m . Примером может служить один из самых распространенных углеводов - глюкоза, элементный состав которой С 6 Н 12 0 6 (рис. 2). Глюкоза является простым сахаром. Несколько остатков простых Сахаров соединяются между собой и образуют сложные сахара. В составе молока находится молочный сахар, который состоит из остатков молекул двух простых Сахаров (дисахарид). Молочный сахар - основной источник энергии для детенышей всех млекопитающих. Тысячи остатков молекул одинаковых Сахаров, соединяясь между собой, образуют биополимеры - полисахариды. В составе живых организмов имеется много разнообразных полисахаридов: у растений это крахмал (рис. 3), у животных - гликоген, тоже состоящий из тысяч молекул глюкозы, но еще более ветвистый. Крахмал и гликоген играют роль как бы аккумуляторов энергии, необходимой для жизнедеятельности клеток организма. Очень богаты крахмалом картофель, зерна пшеницы, ржи, кукурузы и др.
Углеводы, или сахариды , - органические вещества с общей формулой С п (Н 2 0) л, где п не меньше трех. Соотношение водорода и кислорода в формуле углеводов аналогично их соотношению в молекуле воды, отсюда их название. Наиболее богаты углеводами растительные клетки, в которых содержание сахаридов достигает в некоторых случаях 90% от сухой массы (клубни картофеля, семена), в животной клетке углеводы содержатся в количестве 2-5%. Все углеводы подразделяются на три группы: моносахариды, дисахариды и полисахариды. Несколько молекул моносахаридов, соединяясь между собой с выделением воды, образуют молекулу полисахарида, полимера:-
- моносахариды (простые сахара) подразделяют в зависимости от числа углеродных атомов в молекуле на: триозы, содержащие 3 атома углерода, тетрозы - 4, пентозы - 5, гексозы - 6 атомов углерода. Из триоз большое значение имеют глицерин и его производные (молочная и пировиноградная кислоты). Из тетроз - эритроза. К пентозам относятся рибоза и дезоксирибоза, входящие в состав РНК и ДНК. Среди гексоз наибольшее значение для живых организмов имеют глюкоза, фруктоза и галактоза, их общая формула С 6 Н 12 О 6. Моносахариды растворимы в воде. Они являются основным источником энергии в клетке. Окисление 1 г глюкозы дает 17,1 кДж энергии;
- дисахариды, олигосахариды состоят из двух моносахарид, соединенных гликозидной связью. К ним относятся сахароза, лактоза и мальтоза. Растворяются в воде, обладают сладким вкусом;
- полисахариды - высокомолекулярные углеводы, состоящие из большого числа моносахаридов, их молекулярная масса велика, молекулы имеют линейную или разветвленную структуру. В функциональном отношении различают полисахариды резервного и структурного назначения. Не растворимый в холодной воде крахмал - главный резервный полисахарид растений; содержится в большом количестве в клубнях картофеля, плодах, семенах. Гликоген - полисахарид, содержащийся в тканях тела человека и животных, а также в грибах и дрожжах, - играет важную роль в превращениях углеводов в клетках. Клетчатка (целлюлоза) - основной структурный полисахарид клеточных оболочек растений. В ней содержится почти 50% всего углерода биосферы. Полисахариды подразделяются на гомо- и гетерополисахариды. Первые состоят из моносахаридов только одного вида; вторые - из моносахаридов разных типов и их производных. Комплексы с белками имеют название гликопротеиды, с жирами - гликолипиды.
3. Функции углеводов: энергетическая, структурная, сигнальная (гликопротеид). Секреты различных желез животных и человека содержат углеводы и их производные. В растениях полисахариды выполняют и опорную функцию.
4. Липиды Липиды и липоиды (греч. lipos - жир) - жиры и жироподобные вещества - органические соединения с различной структурой. Они не растворяются в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях: эфире, бензине, хлороформе и др. Содержание жира в клетках обычно невелико, составляет 5-15% от сухой массы, однако клетки жировой ткани могут содержать жира до 90% от сухой массы.
Липиды разнообразны по структуре. Всем им присуще, однако, одно общее свойство: все они неполярны. Поэтому они растворяются в таких неполярных жидкостях, как хлороформ, эфир, но практически нерастворимы в воде. К липидам относятся жиры и жироподобные вещества. В клетке при окислении жиров образуется большое количество энергии, которая расходуется на различные процессы. В этом заключается энергетическая функция жиров. Жиры могут накапливаться в клетках и служить запасным питательным веществом. У некоторых животных (например, у китов, ластоногих) под кожей откладывается толстый слой подкожного жира, который благодаря низкой теплопроводности защищает их от переохлаждения. Некоторые липиды являются гормонами и принимают участие в регуляции физиологических функций организма. Липиды, содержащие фосфор (фосфолипиды), служат важнейшей составной частью клеточных мембран, т. е. они выполняют структурную функцию. По химической структуре липиды - соединения глицерина - трехатомного спирта с высокомолекулярными органическими кислотами (жирными), не имеют полимерной структуры:
Н 2 С - О - остаток жирной кислоты
НС - О - остаток жирной кислоты
Н 2 С - О - остаток жирной кислоты.
Функции липидов:
- структурная. Жиры участвуют в образовании мембран клеток всех органов и тканей, обеспечивают их полупроницаемость. Основные компоненты мембран клеток - фосфолипиды. Это жироподобные вещества, у которых одна молекула жирной кислоты замещена на Н 2 РО 4 . Липиды участвуют в образовании многих биологически важных соединений:
- энергетическая. При полном сгорании 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии, что примерно вдвое больше по сравнению с углеводами и белками. Липиды обеспечивают 25-30% всей энергии, необходимой организму;
- резервная - проявляется в том, что, накапливаясь в клетках жировой ткани животных, семенах и плодах растений, жир служит запасным источником питания;
- терморегуляции эта функция связана с тем, что жиры плохо проводят тепло. Они откладываются под кожей, образуя у некоторых животных большие скопления (у китов до 1 м), что позволяет животным обитать в районах с низкой температурой. У многих млекопитающих существует своеобразный биологический «обогреватель» - жировая ткань бурого цвета, так называемый «бурый жир». Эта ткань очень богата митохондриями красно-бурой окраски из- за находящихся в них железосодержащих белков. В ней производится тепловая энергия, имеющая для млекопитающих большое значение в условиях жизни при низких температурах. Жиры - поставщики так называемой эндогенной воды: при окислении 100г жира выделяется 107 мл воды. Благодаря такой воде существуют многие пустынные животные;
- регуляции обменных процессов. Многие липиды являются предшественниками в биологическом синтезе ряда гормонов и регуляторных веществ. Жиры входят в состав витаминов и растительных пигментов;
- защитная. Жиры могут защищать нежные органы от ударов и сотрясений (например, околопочечная капсула, жировая подушка около глаз). Жироподобные вещества покрывают тонким слоем листья растений, обеспечивая им защиту во время обильных дождей от избыточного намокания.
Общая формула Сn (H2O)n: углеводы содержат в своем составе только три химических элемента.
Таблица. Сравнение классов углеводов.
Растворимые в воде углеводы.
Моносахариды
:
глюкоза
– основной источник энергии для клеточного дыхания;
фруктоза
– составная часть нектара цветов и фруктовых соков;
рибоза и дезоксирибоза
– структурные элементы нуклеотидов, являющихся мономерами РНК и ДНК.
Дисахариды
:
сахароза
(глюкоза + фруктоза) – основной продукт фотосинтеза, транспортируемый в растениях;
лактоза
(глюкоза + галактоза) – входит в состав молока млекопитающих;
мальтоза
(глюкоза + глюкоза) – источник энергии в прорастающих семенах.
Функции растворимых углеводов :
- транспортная,
- защитная,
- сигнальная,
- энергетическая.
Нерастворимые углеводы
полимерные
:
крахмал,
гликоген,
целлюлоза,
хитин.
Функции полимерных углеводов :
- структурная,
- запасающая,
- энергетическая,
- защитная.
Крахмал состоит из разветвленных спирализованных молекул, образующих запасные вещества в тканях растений.
Целлюлоза – полимер, образованный остатками глюкозы, состоящими из нескольких прямых параллельных цепей, соединенных водородными связями. Такая структура препятствует проникновению воды и обеспечивает устойчивость целлюлозных оболочек растительных клеток.
Хитин состоит из аминопроизводных глюкозы. Основной структурный элемент покровов членистоногих и клеточных стенок грибов.
Гликоген – запасное вещество животной клетки.
Таблица. Наиболее распространенные углеводы.
Таблиица.Основные функции углеводов.
Липиды .
Липиды – сложные эфиры жирных кислот и глицерина. Нерастворимы в воде, но растворимы в неполярных растворителях. Присутствуют во всех клетках. Липиды состоят из атомов водорода, кислорода и углерода.
Функции липидов :
Запасающая
– жиры, откладываются в запас в тканях позвоночных животных.
Энергетическая
– половина энергии, потребляемой клетками позвоночных животных в состоянии покоя, образуется в результате окисления жиров. Жиры используются и как источник воды. Энергетический эффект от расщепления 1 г жира – 39 кДж, что в два раза больше энергетического эффекта от расщепления 1 г глюкозы или белка.
Защитная
– подкожный жировой слой защищает организм от механических повреждений.
Структурная
– фосфолипиды входят в состав клеточных мембран.
Теплоизоляционная
– подкожный жир помогает сохранить тепло.
Электроизоляционная
– миелин, выделяемый клетками Шванна (образуют оболочки нервных волокон), изолирует некоторые нейроны, что во много раз ускоряет передачу нервных импульсов.
Питательная
– некоторые липидоподобные вещества способствуют наращиванию мышечной массы, поддержанию тонуса организма.
Смазывающая
– воски покрывают кожу, шерсть, перья и предохраняют их от воды. Восковым налетом покрыты листья многих растений, воск используется в строительстве пчелиных сот.
Гормональная
– гормон надпочечников – кортизон и половые гормоны имеют липидную природу.
Таблица. Основные функции липидов.
ТЕМАТИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ
Часть А
А1
. Мономером полисахаридов может быть:
1) аминокислота
2) глюкоза
3) нуклеотид
4) целлюлоза
А2
. В клетках животных запасным углеводом является:
1) целлюлоза
2) крахмал
3) хитин
4) гликоген
А3
. Больше всего энергии выделится при расщеплении:
1) 10 г белка
2) 10 г глюкозы
3) 10 г жира
4) 10 г аминокислоты
А4
. Какую из функций липиды не выполняют?
1) энергетическую
2)каталитическую
3) изоляционную
4) запасающую
А5
. Липиды можно растворить в:
1) воде
2) растворе поваренной соли
3) соляной кислоте
4) ацетоне
Часть В
В1
. Выберите особенности строения углеводов
1) состоят из остатков аминокислот
2) состоят из остатков глюкозы
3) состоят из атомов водорода, углерода и кислорода
4) некоторые молекулы имеют разветвленную структуру
5) состоят из остатков жирных кислот и глицерина
6) состоят из нуклеотидов
В2
. Выберите функции, которые углеводы выполняют в организме
1) каталитическая
2) транспортная
3) сигнальная
4)строительная
5) защитная
6) энергетическая
ВЗ
. Выберите функции, которые липиды выполняют в клетке
1) структурная
2) энергетическая
3) запасающая
4) ферментативная
5) сигнальная
6) транспортная
В4 . Соотнесите группу химических соединений с их ролью в клетке:
Часть С
С1 . Почему в организме не накапливается глюкоза, а накапливается крахмал и гликоген?