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:
Лекция 3. Углеводы, липиды Углеводы. Углеводы, или сахариды – органические вещества, в состав которых входят углерод, кислород, водород. Химический состав углеводов характеризуется их общей формулой С m (Н 2 О) n , где m ≥ n. Углеводы составляют около 1% массы животных клетках, а в клетках печени и мышц – до 5%. Наиболее богаты углеводами растительные клетки (до 90%). Количество атомов водорода в молекулах углеводов, как правило, в два раза больше количества атомов кислорода (то есть как в молекуле воды). Отсюда и название – углеводы. Различают две группы углеводов: простые и сложные.Простые углеводы. Простые углеводы называют моносахаридами , так как они не гидролизуются при переваривании, в отличии от сложных, которые при гидролизе распадаются с образованием моносахаридов. Общая формула простых сахаров – (СН 2 О) n , где n ≥ 3.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. В
Рис. . Пентозы:
1 - рибоза; 2 - дезоксирибоза.
Ажнейшие моносахариды: из пентоз – рибоза (С 5 Н 10 О 5) и дезоксирибоза (С 5 Н 10 О 4), входящие в состав нуклеотидов ДНК, РНК и АТФ. Дезоксирибоза отличается от рибозы тем, что при втором атоме углерода имеет атом водорода, а не гидроксильную группу как у рибозы. И
Рис. . Линейная и циклическая структура молекулы глюкозы.
З гексоз наиболее распространены глюкоза, фруктоза и галактоза (общая формула С 6 Н 12 О 6). Глюкоза (виноградный сахар) – это первичный источник энергии для клеток. Входит в состав сложных углеводов. Обязательный компонент крови. Снижение ее количества приводит к немедленному нарушению жизнедеятельности нервных и мышечных клеток. Находясь в клетках, регулирует осмотическое давление. Фруктоза 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. Галактоза – также пространственный изомер глюкозы. Вместе с глюкозой образуют важнейший дисахарид молока – лактозу , называемую молочным сахаром . Легко превращается в глюкозу. М
Рис. . Изомеры глюкозы:
1 - -изомер; 2 - -изомер.
Олекулы моносахаридов могут иметь вид прямолинейных цепочек или циклических структур (рис.). Для пентоз и гексоз – наиболее характерна именно циклическая структура, линейные молекулы встречаются очень редко. Молекулы дисахаридов и полисахаридов также образованы циклическими формами моносахаридов. Моносахариды могут быть представлены в форме - и -изомеров (рис.). Гидроксильная группа при первом атоме углерода может располагаться как под плоскостью цикла (-изомер), так и над ней (-изомер), -изомеры образуют молекулы крахмала и гликогена, -изомеры – целлюлозы.Свойства моносахаридов: низкая молекулярная масса, сладкий вкус, легко растворяются в воде, кристаллизуются, относятся к редуцирующим (восстанавливающим) сахарам.Сложные углеводы. Сложными называют углеводы, молекулы которых при гидролизе распадаются с образованием моносахаридов. Их состав выражается общей формулой Сm(H 2 O)n, где m>n. Сложные углеводы делятся на олигосахариды и полисахариды .О
Рис. . Образование дисахарида.
Лигосахариды. 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. Дисахариды – олигосахариды, молекулы которых образованы двумя остатками моносахаридов. Дисахариды образуются в результате конденсации двух моносахаридов (чаще всего гексоз) (рис.). 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 . Важнейшие дисахариды – мальтоза, лактоза, сахароза. Мальтоза (солодовый сахар) состоит из двух остатков -глюкозы. Дисахарид хорошо растворим в воде. Образуется в результате реакции конденсации двух молекул -глюкозы или ферментом мальтаза при гидролизе крахмала.Сахароза (тростниковый, свекловичный сахар) состоит из остатков -глюкозы и фруктозы. Легко растворим в воде. Широко распространен в растениях. Углеводы, образовавшиеся в процессе фотосинтеза, в виде сахарозы оттекают из листьев . Сахароза легко превращается в крахмал и гликоген. Играет огромную роль в питании животных и человека. В основном сахарозу получают из сахарной свеклы и сахарного тростника.
Рис. . Важнейшие дисахариды
Лактоза (молочный сахар) образована остатками галактозы и -глюкозы . Плохо растворим в воде. Входит в состав молока. Является источником энергии для детенышей млекопитающих. В свободном виде обнаружен у некоторых растений. Используется в микробиологической промышленности для приготовления питательных сред.Свойства олигосахаридов: сравнительно невысокая (несколько сотен) молекулярная масса, хорошая растворимость в воде, легко кристаллизуются, обладают, как правило, сладким вкусом, могут быть как редуцирующими, так и нередуцирующими.Полисахариды. Высокомолекулярные органические вещества, биополимеры, мономерами которых являются простые углеводы. Чаще всего мономером полисахаридов является глюкоза, иногда галактоза и другие сахара. Как правило, в состав полисахаридов входит несколько сотен мономерных единиц. П
Рис.267. Образование разветвленного полисахарида.
Олисахариды образуются в результате реакции поликонденсации (рис.). Если в молекуле полисахарида присутствуют только 1,4-гликозидные связи, то образуется линейный, неразветвленный полимер (целлюлоза). Если присутствуют как 1,4, так и 1,6-гликозидные связи, полимер будет разветвленным (гликоген).1,6-гликозидная связь образуется между остатками моносахаридов, входящих в состав разных линейных цепей. Наиболее важные полисахариды – крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин, муреин.Крахмал – основной резервный углевод растений. Общая формула (С 6 Н 10 О 5) n , где n- количество остатков -глюкозы. Нерастворим в холодной воде. В горячей воде образует раствор, по свойствам напоминающий коллоидный (крахмальный клейстер). Молекула крахмала примерно на 20% состоит из амилозы и на 80% из амилопектина . Линейные цепи амилозы состоят из нескольких тысяч остатков глюкозы и способны спирально свертываться, принимая более компактную форму. Амилопектин интенсивно ветвится, и за счет этого обеспечивается его компактность.
Рис. . Образование молекулы триглицерида.
Ольшая часть жирных кислот содержит в "хвосте" четное число атомов углерода, от 14 до 22 (чаще всего 16 или 18). Кроме того, углеводородный хвост может содержать различное количество двойных связей. По наличию или отсутствию двойных связей в углеводородном хвосте различают насыщенные жирные кислоты , не содержащие в углеводородном хвосте двойных связей и ненасыщенные жирные кислоты, имеющие двойные связи между атомами углерода (-СН=СН-).Если в триглицеридах преобладают насыщенные жирные кислоты, то они твердые при комнатной температуре (жиры), если ненасыщенные – жидкие (масла). Плотность жиров ниже, чем у воды, поэтому в воде они всплывают и находятся на поверхности.Воска – группа простых липидов, представляющих собой сложные эфиры высших жирных кислот и высших высокомолекулярных спиртов. Встречаются как в животном, так и в растительном царстве, где выполняют главным образом защитные функции. У растений они, например, покрывают тонким слоем листья, стебли и плоды, предохраняя их от смачивания водой и проникновения микроорганизмов. От качества воскового покрытия зависят сроки хранения фруктов. Под покровом пчелиного воска хранится мед и развиваются личинки. К сложным липидам относятся фосфолипиды, г
Рис. 269. Фосфолипидная молекула
Ликолипиды, липопротеины, стероиды, стероидные гормоны, витамины А,D,E,K. Ф
Рис. . Бислой фосфолипидов
образующий мембрану
Осфолипиды – сложные эфиры многоатомных спиртов с высшими жирными кислотами, содержащие остаток фосфорной кислоты (рис.). Иногда с ней могут быть связаны добавочные группировки (азотистые основания, аминокислоты). Как правило, в молекуле фосфолипидов имеется два остатка высших жирных и один остаток фосфорной кислоты. Фосфолипиды присутствуют во всех клетках живых существ, участвуя главным образом в формировании фосфолипидного бислоя клеточных мембран – остатки фосфорной кислоты гидрофильны и всегда направлены к внешней и внутренней поверхности мембраны, а гидрофобные хвосты направлены друг к другу внутри мембраны.Гликолипиды – это углеводные производные липидов. В состав их молекул наряду с многоатомным спиртом и высшими жирными кислотами входят также углеводы. Они локализованы преимущественно на наружной поверхности плазматической мембраны, где их углеводные компоненты входят в число других углеводов клеточной поверхности.Липопротеины – липидные молекулы, связанные с белками. Их очень много в мембранах, белки могут пронизывать мембрану насквозь, находится под- или над мембраной, могут быт погружены в липидный бислой на различную глубину.Липоиды – жироподобные вещества. К ним относятся стероиды (широко распространенный в животных тканях холестерин и его производные – гормоны коры надпочечников – минералокортикоиды, глюкокортикоиды, эстрадиол и тестостерон – соответственно женский и мужской половые гормоны). К липоидам относятся терпены (эфирные масла, от которых зависит запах растений), гиббереллины (ростовые вещества растений), некоторые пигменты (хлорофилл, билирубин), жирорастворимые витамины (А, D, E, K).Функции липидов.
| 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. |
Необходимость разработки материалов по питанию для школьников продиктована удручающими данными о состоянии здоровья современных школьников, отсутствием культуры питания как составляющей здорового образа жизни.
ДИНАМИЧЕСКАЯ БИОХИМИЯ
Ч. 2. ОБМЕН И ФУНКЦИИ ЛИПИДОВ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
Рецензент: доцент Н.У. Танкибаева
Утверждена на заседании кафедры пр.№ _____ от _______________2003 г.
Утверждена зав. кафедрой ________________________________________
Утверждена на МК медико-биологического и фармацевтического факультетов
пр.№ _____ от _______________2004 г.
Председатель________________________________________________
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИПИДОВ
В организме они выполняют следующие функции:
1. структурную - входят в состав клеточных мембран,
2. регуляторную - некоторые липиды являются витаминами и гормонами, участвуют в передаче нервного импульса,
3. транспортную - липопротеины, комплекс жирных кислот с альбумином,
4. терморегуляторную - принимают участие в теплоизоляции организма
5. энергетическую - непосредственные источники энергии и вещества, которые запасаются для последующего использования при дефиците энергии.
Липиды - разнообразная по структуре и функциям группа природных гидрофобных веществ. К ним относятся жиры - наиболее выгодная форма запасания источников энергии; фосфолипиды - структурная основа всех типов мембран, необходимый элемент липопротеинов - транспортных форм липидов кровью; холестерин - компонент мембран и предшественник в синтезе желчных кислот и стероидных гормонов. Многие липиды и их производные: фосфатидилинозитолтрифосфаты, диацилглицерины, полиеновые жирные кислоты и большая группа образующихся из них эйкозаноидов - обладают свойствами гормонов местного действия, выполняют ре-гуляторные функции. Природные липиды включают в себя ряд незаменимых для человека факторов питания: жирорастворимые витамины и полиеновые жирные кислоты.
Общее свойство всех липидов - гидрофобность. Но некоторые липиды (гликолипиды, фосфолипиды, желчные кислоты) амфифильны, так как имеют в своем составе гидрофильные и гидрофобные части.
Биологические функции липидов определяются прежде всего тем, что они являются источниками энергии. Эту функцию выполняют жирные кислоты, освобождающиеся после распада жиров.
В отличие от углеводов жиры составляют энергетический резерв организма. Преимущество жира в качестве энергетического резерва заключается в том, что жиры являются более восстановленными веществами по сравнению с углеводами (в молекулах углеводов при каждом углеродном атоме есть кислород – группы “–CHOH-“; у жира имеются длинные углеводородные радикалы, в которых преобладают группы “-CH 2 -“ - в них нет кислорода). От жира можно отнять больше водорода, который затем проходит по цепи митохондриального окисления с образованием АТФ.
Калорийность углеводов и белков: ~ 4 ккал/грамм. Калорийность жира: ~ 9 ккал/грамм.
Преимуществом жира как энергетического резерва, в отличие от углеводов, является гидрофобность – он не связан с водой. Это обеспечивает компактность жировых запасов - они хранятся в безводной форме, занимая малый объем.
Жиров в организме содержится в 30 раз больше, чем гликогена (0.3 кг гликогена и 10 кг жира). В норме содержание жиров в организме человека составляет 6-10 кг. Этого количества жиров достаточно для обеспечения энергией организма в течение 40-дней при полном голодании. Гликогена хватает примерно на 1 сут голодания.
Запасы гликогена в клетках расходуются на всем протяжении суток, за исключением примерно двухчасовых промежутков времени после приемов пищи. Жиры, депонированные в жировой ткани, могут и не расходоваться: при обычном ритме питания в крови постоянно имеются липопротеины, снабжающие органы жирными кислотами. По роли в энергетическом обмене жиры, запасенные в липопротеинах, в большей мере сходны с гликогеном, чем жиры, запасенные в жировой ткани.
Важной особенностью жиров является также то, что при их гидролизе образуется два функционально различных продукта - жирные кислоты и глицерин. Глицерин используется для глюконеогенеза и тем самым участвует в обеспечении глюкозой клеток мозга и других глюкозозависимых клеток при голодании. Таким образом, депонирование жиров можно рассматривать как форму запасания глюкозы.
Образование запасов жира в организме человека и некоторых животных рассматривается как приспособление к нерегулярному питанию и к обитанию в холодной среде. Особенно большой запас жира у животных, впадающих в длительную спячку (медведи, сурки) и приспособленных к обитанию в условиях холода (моржи, тюлени). У плода жир практически отсутствует, и появляется только перед рождением.
Строение и функции основных липидов привеены в таблице 1.
Таблица 1.
Химическое название жиров - ацилглицерины, то есть жиры. Это сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот. "Ацил-" - это означает "остаток жирных кислот" (не путать с "ацетил-" - остатком уксусной кислоты). В зависимости от количества ацильных радикалов жиры разделяются на моно-, ди- и триглицериды. Если в составе молекулы 2 радикала жирных кислот, то жир называется ДИАЦИЛГЛИЦЕРИНОМ. Если в составе молекулы 1 радикал жирных кислот, то жир называется МОНОАЦИЛГЛИЦЕРИНОМ.
В организме человека и животных преобладают ТРИАЦИЛГЛИЦЕРИНЫ (содержат три радикала жирных кислот).
Свойства жира определяются составом жирных кислот.
В состав мембран входят только ЛИПОИДЫ (сложные липиды): фосфолипиды (ФЛ), гликолипиды (ГЛ) и стероид – холестерин (ХС).
Фосфолипиды - это липиды, содержащие фосфатный остаток. Состоят из четырех компонентов:
2) жирные кислоты;
3) фосфат;
4)полярная группировка (Если это серин, то глицерофосфолипид называют фосфатидилисерин, если холин, то глицерофосфолипид называют фосфатидилхолин, если этаноламин, то глицерофосфолипид называют фосфатидилэтаноламин, если инозит, то глицерофосфолипид называют фосфатидилинозит).
ОБЩАЯ ФОРМУЛА ГЛИЦЕРОФОСФОЛИПИДОВ:
 |
В состав фосфолипидов могут входить 2 спирта: глицерин (глицерофосфолипиды) и сфингозин (сфингофосфолипиды, сфингомиелины). Все компоненты соединены эфирными связями. Кроме разделения на основе содержания той или иной полярной группы, их делят на основе содержащегося в них спирта:
1. ГЛИЦЕРОФОСФОЛИПИДЫ (ГФЛ) - содержат спирт глицерин.
Все они относятся к L-ряду. Есть асимметрический углеродный атом (на рисунке обозначен звездочкой). Полярная группировка может быть представлена аминокислотой серином (фосфатидилсерин), холином (фосфатидилхолин, другое название – лецитин), этаноламином (фосфатидилэтаноламин), инозитолом (фосфатидилинозитол), глицерином (полиглицерофосфатиды).
В природных фосфолипидах R 1 и R 2 - разные. R 1 - насыщенная жирная кислота, R 2 .- ненасыщенная жирная кислота. Однако, есть и исключения: основным липидным компонентом легочного сурфактанта является ГФЛ, у которого и R 1 , и R 2 – радикалы пальмитиновой кислоты, а полярная группировка – холин.
2. СФИНГОФОСФОЛИПИДЫ (СФЛ) - содержат спирт сфингозин: СФИНГОМИЕЛИНЫ.
Сфингофосфолипиды бывают различными по строению, но имеют общие черты. Молекула сфингофосфолипида содержит сфингозин, жирную кислоту, фосфорную кислоту и полярную группировку.
ОБЩАЯ ФОРМУЛА СФЛ представлена на рисунке. 
Сфингозин - это 2-хатомный непредельный аминоспирт.
Жирная кислота присоединена пептидной связью к аминогруппе сфингозина.
Фосфолипиды - это амфифильные вещества. Расположение гидрофильных и гидрофобных участков особое. Гидрофильные участки (остаток фосфорной кислоты и полярная группировка) образуют "головку", а гидрофобные радикалы жирных кислот (R 1 и R 2) образуют "хвосты".
ГЛИКОЛИПИДЫ .
Состоят из сфингозина, жирной кислоты и молекулы какого-либо углевода. Если в формулу СФЛ вместо фосфорной кислоты поставить какой-нибудь углевод, то получим формулу ГЛ. Гликолипиды тоже имеют гидрофильную "головку" и 2 гидрофобных "хвоста". Общая схема их строения представлена на рисунке:
Гликолипиды классифицируют в зависимости от строения углеводного компонента.
Различают 2 группы гликолипидов:
1. ЦЕРЕБРОЗИДЫ . В качестве углеводного компонента содержат какой-либо моносахарид (глюкоза, галактоза), либо дисахарид, или нейтральный небольшой олигосахарид.
2. ГАНГЛИОЗИДЫ . Углеводным компонентом является олигосахарид, состоящий из разных мономеров, как самих моносахаридов, так и их производных. Этот олигосахарид обязательно кислый, в его состав обязательно входит сиаловая кислота. Благодаря определенной последовательности мономеров, олигосахариды в составе ганглиозида придают молекуле выраженные антигенные свойства.
СТЕРОИДЫ.
Делятся на 2 группы.
1. Стерин ы (в их составе полициклическая стуктура стерана).
2. Стерид ы (эфиры холестерина и высших жирных кислот).
Свойства стероидов .
Стерин ы содержат гидроксильную группу (-ОН), поэтому они немножко гидрофильны, но всётаки их молекулы в основном гидрофобны. К ним относится холестерин.
Холестерин является полициклическим веществом. Преобладают гидрофобные свойства, но есть одна ОН-группа.
Стерид ы являются полностью гидрофобными веществами.
ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ
Жирные кислоты входят в состав болышинства липидов организма человека. Они могут быть связаны как с глицерином (ТАГ и глицерофосфолипиды), так и с аминоспиртом сфингозином, образуя группу сфинголипидов. Жирные наряду с глюкозой являются важнейшим сом энергии(«топливные молекулы»).
Кислота называется жирной, если число углеродных атомов в ее молекуле больше четырех. Преобладают длинноцепочечные жирные кислоты (число атомов углерода 16 и выше). Количество углеродных атомов и двойных связей обозначается двойным индексом. Например: С18:1 (9-10). В данном случае 18 – число атомов углерода и 1 – количество двойных связей. В скобках указывается местоположение двойных связей (по номерам углеродных атомов).
С16:0 - пальмитиновая,
- 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.