Вспомните, какие органические вещества встречаются в клетке. Какие функции выполняют липиды и углеводы в клетке? Какие две группы органических веществ различают по их отношению к воде?
Наряду с белками в клетках присутствуют другие высокомолекулярные органические вещества - липиды, углеводы, витамины, гормоны, а также низкомолекулярные органические вещества - аминокислоты, молочная и уксусная кислоты и др.
Липиды. Липиды (от греч. lipos - жир) представляют собой сложные эфиры многоатомных спиртов и карбоновых кислот. В состав липидов могут входить высшие жирные карбоновые кислоты (ВЖК), глицерин, высокомолекулярные одноатомные и циклические спирты, а также нелипидные компоненты - фосфорная кислота, белки, углеводы. Содержание липидов в клетке в среднем составляет 1-5% от ее массы. Все липиды практически нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях - бензине, ацетоне, эфире, хлороформе. Это связано с особенностью строения их молекулы, имеющей длинные неполярные органические радикалы (рис. 21).
Рис. 21. Схема строения молекул липидов: 1 - стеариновой кислоты; 2 — фосфолипида; 3 - жира
Таблица 3
Классификация и функции липидов
|
Название липида |
Функции в клетке |
|
Простые липиды |
|
|
Триглицериды |
|
|
жиры - твердые, животные |
Энергетическая функция. Запасные питательные вещества клетки и организма растений и животных. Источник воды в организме. Защитная и терморегуляторная функция. Слой подкожного жира предохраняет организм животного от переохлаждения |
|
масла - жидкие, растительные |
|
|
Стериды |
|
|
холестерол, кортикостерон. |
Гормоны и компоненты витамина D. Строительная, регуляторная, энергетическая функции |
|
половые гормоны |
|
|
Воски |
|
|
пчелиный |
Строительная и защитная функции. Пчелиные соты. |
|
растительный |
Восковой налет на листьях и плодах у растений предохраняет от избыточного испарения воды |
|
Сложные липиды |
|
|
Фосфолипиды |
Строительная и энергетическая функции. Образуют клеточные мембраны |
Рис. 22. Гидрофобные вещества в воде
В зависимости от химического состава липиды делят на простые и сложные. Простые липиды - жиры, масла, воски, стериды - состоят только из липидных компонентов. Сложные липиды имеют дополнительные нелипидные группы (табл. 3). Наиболее распространенными и важными компонентами клетки являются триглицериды и фосфолипиды.
Функции липидов разнообразны, но основная из них - энергетическая. При окислении 1 г жира до углекислого газа и воды образуется 38,9 кДж энергии, что почти в 2,5 раза больше, чем при окислении белков и углеводов.
Еще одна важная функция липидов - строительная. Все клеточные мембраны построены из фосфолипидов, которые образуют билипидный слой. Они обладают двойственными свойствами: остатки фосфорной кислоты гидрофильны, а радикалы - гидрофобны. Своими гидрофобными радикалами фосфолипиды направлены друг к другу, а гидрофильными группами наружу к воде (рис. 22).
Рис. 23. Схема строения углеводов
Углеводы. К этому классу относят органические вещества с общей формулой Сm(Н2O)n. Они разнообразны по составу и свойствам, широко распространены в природе. Содержание углеводов в клетках сильно варьируется, но в среднем составляет 0,1-2% от их массы.
По составу и строению среди углеводов различают моносахариды, дисахариды и полисахариды (рис. 23). Моносахариды и дисахариды - белые кристаллические вещества, хорошо растворимы в воде, имеют сладкий вкус. Полисахариды, состоящие из повторяющихся звеньев моносахаридов (обычно глюкозы), плохо растворимы в воде, не имеют сладкого вкуса (табл. 4).
Во всех организмах углеводы в первую очередь выполняют энергетическую функцию. При окислении 1 г углеводов выделяется 17,6 кДж энергии. Хотя количество теплоты, которое выделяется при окислении углеводов, меньше, чем у жиров, они значительно быстрее и легче расщепляются и усваиваются организмом. Кроме того, углеводы выполняют строительную и запасающую функции. В растительных клетках углеводы - основной строительный материал и запасное питательное вещество. Целлюлоза входит в состав оболочки растительных клеток, составляя 50% массы всех углеводов, находящихся в растениях. Крахмал, сахароза и глюкоза накапливаются в семенах и плодах.
Таблица 4
Классификация и состав углеводов
|
Моносахариды |
Днсахариды |
Полисахариды |
|
С6Н12О6- глюкоза, фруктоза С5Н10O5 - рибоза С5Н10O4 - дезоксирибоза |
C12H22O11 сахароза - свекловичный сахар (глюкоза и фруктоза) лактоза - молочный сахар мальтоза - солодовый сахар (две глюкозы) |
(С6Н5O10)n целлюлоза - растительный углевод (β глюкоза) крахмал - растительный углевод (а-глюкоза) гликоген - животный углевод (а-глюкоза) |
В животных клетках углеводов меньше, чем в растительных. Они играют важную роль в обмене веществ. Так, животный крахмал - гликоген - запасается в печени и мышцах и служит резервным энергетическим веществом. Похожий по строению на целлюлозу полисахарид - хитин - входит в состав хитинового покрова членистоногих и оболочки клеток грибов.
Рис. 24. Содержание различных витаминов в пищевых продуктах
Витамины. Это сборная группа органических веществ, разнообразная по составу и свойствам. Их объединяет одно - абсолютная необходимость для нормальной жизнедеятельности организмов.
Витамины были открыты в 1880 г. русским врачом Н.И. Луниным. Свое название они получили от латинского слова vita - жизнь, что говорит об их исключительной важности. В настоящее время открыты и изучены почти 30 витаминов, многие из которых могут быть синтезированы искусственным путем.
Витамины входят в состав ферментов, выполняют каталитическую и регуляторную функции. В организме животных и человека большинство витаминов не синтезируются, а поступают с пищей.
По растворимости в воде витамины делят на две группы: водорастворимые и жирорастворимые. Водорастворимые витамины при поступлении в организм растворяются в воде или желудочном соке, быстро всасываются в кровь и усваиваются клетками. Жирорастворимым витаминам для усвоения обязательно необходимы жиры, в которых они могли бы раствориться. Заболевание, развивающееся при недостатке или отсутствии витаминов в организме, называют авитаминозом. Особенно велико влияние витаминов на детей и больных людей, так как растущему и ослабленному организму они наиболее нужны.
Таблица 5
Важнейшие витамины и заболевания, связанные с авитаминозом
|
Буквенное обозначение |
Название |
Суточная потребность (мг) |
Заболевания, возникающие в связи с недостатком витамина |
|
А |
Жирорастворимые Ретинол (антиксерофтальми- ческий) |
2,5 |
Ослабление зрения («куриная», или сумеречная, слепота), поражение эпителиальных тканей, роговицы глаза, торможение роста и снижение массы тела, общее истощение |
|
D |
Кальциферол (антирахитический) |
0,0025 |
Нарушение фосфорно-кальциевого обмена и развития костей, в детском возрасте - рахит, у взрослых - остеопороз |
|
В1 |
Водорастворимые Тиамин (антиневритный) |
2,0 |
Нарушение обмена белков, углеводов, липидов, дегенерация нервных окончаний, развитие полиневрита (болезнь «бери-бери»), потеря кожной чувствительности, сердечные боли |
|
В2 |
Рибофлавин (витамин роста) |
2,0 |
Остановка роста, выпадение волос, поражение слизистых оболочек, быстрая утомляемость зрения, понижение работоспособности |
|
С |
Аскорбиновая кислота (антискорбутный) |
75 |
Нарушение синтеза коллагена, цинга, хрупкость кровеносных сосудов, изменения в костях и зубах, ускорение процесса старения |
Витамины встречаются в достаточном количестве во фруктах, овощах, зерновках злаков, мясе, печени, рыбе и другой пище растительного и животного происхождения (рис. 24). Характеристика наиболее значимых витаминов дана в таблице 5. Сбалансированное питание восполняет ежедневную потребность организма человека в витаминах. Однако следует помнить, что большинство витаминов - неустойчивые соединения: они легко разрушаются при контакте с воздухом и при термической обработке.
Поэтому для сохранности витаминов в пище необходимо избегать ее чрезмерной термической обработки, взаимодействия с металлами и кислородом воздуха. Снижается также содержание витаминов в пище в результате ее длительного хранения.
Липиды: простые и сложные; функции липидов: энергетическая, строительная; углеводы: моносахариды, дисахариды и полисахариды; функции углеводов: энергетическая, строительная, запасающая; витамины: водорастворимые и жирорастворимые; авитаминоз; функции витаминов: каталитическая и регуляторная.
1. Определите по рис. 22 строение фосфолипида, какая его часть обладает гидрофильными, а какая гидрофобными свойствами. 2.Сравните строение полисахаридов и установите черты их сходства и различия. 3. Объясните, почему энергоемкость жиров в два раза больше, чем углеводов. 4. В животных клетках в качестве запасного питательного вещества откладываются жиры, а в растительных клетках - крахмал. В чем причины различия? 5. Какие функции выполняют углеводы в растительных и животных клетках? 6. Что такое витамины? Можно ли их отнести к обязательным химическим веществам клетки и почему? 7. Проанализируйте данные из таблицы 5 и объясните, в чем заключается основное значение витаминов для жизнедеятельности организма человека. 8. Продолжите заполнять таблицу «Химический состав клетки». Внесите в нее сведения о липидах, углеводах и витаминах.