Органические вещества клетки. Углеводы, липиды

На этом уроке мы познакомимся со строением и функциями органических веществ.

Углеводы

Вещества органической природы относятся к группе полимеров. Термин «углеводы» считается устаревшим, но до сих пор широко применяется в науке. Такое название эти соединения получили по причине идентичного воде отношения водорода и кислорода в молекуле.

Углеводы еще называют сахаридами, присутствуют в составе клеток всех живых существ. В клетках животных их количество составляет 1 – 5 %, а в растительных иногда достигает и 90 %.

Моносахариды

Представляют собой бесцветные кристаллические вещества, характеризующиеся сладковатым привкусом и легкостью растворимости в воде. Их формула характеризуется идентичным количеством атомов углерода и кислорода – СnН2nОn

Наибольшее значение имеют следующие моносахариды:

1. Рибоза (С5Н10О5). Открыта в 1905 г., входит в состав РНК, аденозина, нуклеотидов и других жизненно важных веществ.
2. Дезоксирибоза. Вместе с азотистым основанием и остатком фосфорной кислоты образует нуклеотид, являющийся составляющей единицей ДНК. От рибозы отличается отсутствием 1 атома кислорода.
3. Глюкоза. Входит в состав многих полисахаридов.
4. Галактоза. Является составной единицей молочного сахара.
5. Фруктоза. Представляет собой промежуточный продукт многих биохимических процессов. Входит в состав олигосахаридов и отдельных полисахаридов. В свободном виде содержится в клетках растений.

У 3-х последних них веществ одинаковая химическая формула С6Н12О6, а структурные – разные.

Олигосахариды

Второе название таких соединений – дисахариды. По своим свойствам они близки к моносахаридам. Химическая формула – С12Н22О11. Образованы несколькими моносахаридами, связанными ковалентной связью.

К широко используемым дисахаридам относятся:

1. Сахароза. Присутствует в клетках большинства растений, особенно в сахарном тростнике и свекле. Она состоит из глюкозы и фруктозы, является основной транспортной формой углеводов у растений.
2. Мальтоза. Содержится в проросших или прорастающих зернах ржи, пшеницы или ячменя. Ее еще называют солодовым сахаром. Состоит из 2-х глюкоз.
3. Лактоза. Этот углевод содержится в молоке, образуется из глюкозы и галактозы

Полисахариды

Являются полимерами и состоят из неопределенно большого числа моносахаридов, соединенных ковалентными связями. К полисахаридам относятся:

1. Гликоген.
2. Крахмал.
3. Целлюлоза.

Эти соединения построены из мономеров глюкозы, но отличаются связями в молекулах. Гликоген и крахмал характеризуются сложной разветвленной структурой, а целлюлоза является неразветвленным полимером глюкозы.

Функции

Выделяют следующие функции углеводов:

1. Энергетическая. Заключается в получении энергии. При расщеплении 1 г глюкозы выделяется 17,6 кДж энергии.
2. Запасающая. Углеводы накапливаются в клетках, а при необходимости используется организмом как источник энергии.
3. Структурная. Соединения используются для строительства клеточных стенок, экзоскелета.
4. Защитная. Камедь у растений и хитин у членистоногих.

Липиды

Большинство таких соединений неполярны, поэтому и гидрофобны. При этом они хорошо растворимы в органических растворителях. В одних клетках содержание липидов не превышает нескольких процентов, а в подкожной жировой клетчатке млекопитающих и семенах нередко достигает 90 %.

Классификация

По химическому строению соединения классифицируют на 2 типа:

1. Простые. Молекулы нейтральных липидов образованы в результате присоединения 3-х остатков высокомолекулярных жирных кислот к молекуле трехатомного спирта глицерина. К простым соединениям относят жиры, которые остаются твердыми при температуре 20 градусов и масла, остающиеся жидкими в таких условиях. Также в эту группу включены сложные эфиры, образуемые жирными кислотами и многоатомными спиртами – воска (обеспечивают защитный слой живым существам).
2. Сложные липиды – липиды, в структуре которых присутствует не только С, Н, О, а и другие химические элементы (обычно фосфор, сера или азот). Примером таких соединений являются фосфолипиды, гликолипиды, стероиды. Первые схожи по структуре с нейтральными жирами, но в их молекуле один или несколько остатков жирных кислот замещены остатками фосфорной кислоты, являются составным элементом клеточных мембран. Гликолипиды образуются при соединении липидов с углеводами, а стероиды не имеют в своей структуре жирных кислот.

Функции

Своими функциями липиды во многом схожи с углеводами:

• энергетическая – при гидролизе 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии, эта цифра в 2 раза больше, чем при взаимодействии 1 г углеводов с водой;
• резервная – жиры являются прекрасными запасными веществами, служат для накопления энергии и даже воды (при окислении 1 г жира образуется более 1 г воды);
• защитная – за счет низкой теплопроводимости обеспечивают теплоизоляцию организма, воска защищают кожу животных и листья растений от высыхания, подкожный жир выполняет роль изолятора тепла, а у водных организмов (например, китов) еще и повышает плавучесть;
• структурная – из фосфолипидов состоят клеточные мембраны, воск пчелы используют при строительстве сот;
• регуляторная – многие производные липидов участвуют в обменных процессах организма.

Такой липид, как хлорофилл, необходим для фотосинтеза, а каротиноиды придают разную окраску растениям. Важное значение имеют стероиды, к которым относятся половые гормоны, витамины А, D, E, К, гормоны коры надпочечников и ростовые вещества растений.