Лекция №8: Органические соединения клетки. Белки. Углеводы. Липиды. – Биология
Органические соединения живого представлены молекулами белков, нуклеиновых кислот, липидов, углеводов, витаминов, гормонов, органических кислот и многими другими. Массовая доля органических соединений составляет: в животных организмах – 25 -30%, в семенах растений – 80 – 90%, в стеблях, листьях, плодах, овощах, фруктах – 5 -25%.
Органические вещества, находящиеся в клетках живых организмов, представляют собой жиры и белки, нуклеиновые кислоты и углеводы, АТФ и многие другие элементы.
Стоит заметить тот факт, что живые организмы в своем составе содержат те же компоненты, которые имеются и у объектов неживой природы. Главное отличие состоит в соотношении данных элементов.
Живые организмы – это те, девяносто восемь процентов состава которых приходится на водород, кислород, углерод и азот.
Аминокислоты — структурные компоненты белков. Белки, или протеины (греч. protos — первостепенный), — это биологические гетерополимеры, мономерами которых являются аминокислоты.
Аминокислоты представляют собой низкомолекулярные органические соединения, содержащие карбоксильную (-СООН) и аминную (-NH2) группы, которые связаны с одним и тем же атомом углерода.
К атому углерода присоединяется боковая цепь — какой-либо радикал, придающий каждой аминокислоте определенные свойства.
Многие белки с особо сложным строением состоят из нескольких полипептидных цепей (субъединиц), образуя четвертичную структуру белковой молекулы. Такая структура имеется, например, у белка гемоглобина. Его молекула состоит из четырех отдельных полипептидных субъединиц (протомеров), находящихся в третичной структуре, и небелковой части — гема.
Только в такой структуре гемоглобин способен выполнять свою транспортную функцию. Под влиянием различных химических и физических факторов (обработка спиртом, ацетоном, кислотами, щелочами, высокой температурой, облучением, высоким давлением и т. д.) происходит изменение вторичной, третичной и четвертичной структур белка вследствие разрыва водородных и ионных связей.
Процесс нарушения нативной (естественной) структуры белка называется денатурацией. При этом наблюдается уменьшение растворимости белка, изменение формы и размеров молекул, потеря ферментативной активности и т. д. Процесс денатурации может быть полным или частичным.
В некоторых случаях переход к нормальным условиям среды сопровождается самопроизвольным восстановлением естественной структуры белка. Такой процесс называется ренатурацией.
Простые и сложные белки. По химическому составу выделяют белки простые и сложные.
К простым относятся белки, состоящие только из аминокислот,
К сложным — белки, содержащие белковую часть и небелковую группу могут образовывать ионы металлов, остаток фосфорной кислоты, углеводы, липиды и др.
Простыми белками являются сывороточный альбумин крови, фибрин, некоторые ферменты (трипсин) и др.
К сложным белкам относятся все протеолипиды и гликопротеины; сложными белками являются, например, иммуноглобулины (антитела), гемоглобин, большинство ферментов и т. д.
Нуклеиновые кислоты. В клетках имеются два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота(ДНК) и рибонуклеиновая кислота(РНК). Нуклеиновые кислоты выполняют в клетке важнейшие биологические функции. В ДНК хранится наследственная информация обо всех свойствах клетки и организма в целом. Различные виды РНК принимают участие в реализации наследственной информации через синтез белка.
Особо важную роль в биоэнергетике клетки играет адениловый нуклеотид, к которому присоединены два остатка фосфорной кислоты – аденозинтри-фосфорная кислота(АТФ).
Энергию АТФ все клетки используют для процессов биосинтеза, движения, производства тепла, нервных импульсов, то есть для всех процессов жизнедеятельности. АТФ — универсальный биологический аккумулятор энергии.
Световая энергия Солнца и энергия, заключённая в потребляемой пище, запасаются в молекулах АТФ.
Функции белков.
1. Структурная. Белки входят в состав клеточных мембран и матрикса органелл клетки. Стенки кровеносных сосудов, хрящи, сухожилия, волосы, ногти, когти у высших животных состоят преимущественно из белков.
2. Каталитическая (ферментативная). Белки-ферменты катализируют протекание всех химических реакций в организме. Они обеспечивают расщепление питательных веществ в пищеварительном тракте, фиксацию углерода при фотосинтезе и т. д.
3. Транспортная. Некоторые белки способны присоединять и переносить различные вещества. Альбумины крови транспортируют жирные кислоты, глобулины – ионы металлов и гормоны, гемоглобин – кислород и углекислый газ. Молекулы белков, входящие в состав плазматической мембраны, принимают участие в транспортировке веществ в клетку.
4. Защитная. Ее выполняют иммуноглобулины (антитела) крови, обеспечивающие иммунную защиту организма. Фибриноген и тромбин участвуют в свертывании крови и предотвращают кровотечение.
5. Сократительная. Благодаря скольжению относительно друг друга актиновых и миозиновых протофибрилл происходит сокращение мышц, а также немышечные внутриклеточные сокращения. Движение ресничек и жгутиков связано со скольжением относительно друг друга микротрубочек, имеющих белковую природу.
6. Регуляторная. Многие гормоны являются олигопептидами или белками (например, инсулин, глюкагон (антагонист инсулина), адренокортикотропный гормон и др.).
7. Рецепторная. Некоторые белки, встроенные в клеточную мембрану, способны изменять свою структуру под воздействием внешней среды. Так происходит прием сигналов извне и передача информации в клетку. Примером может служить фито-хром-светочувствительный белок, регулирующий фотопериодическую реакцию растений, и опсин – составная часть родопсина, пигмента, находящегося в клетках сетчатки глаза.
8. Энергетическая. Белки могут служить источником энергии в клетке (после их гидролиза). Обычно белки расходуются на энергетические нужды в крайних случаях, когда исчерпаны запасы углеводов и жиров.
Ферменты (энзимы). Это специфические белки, которые присутствуют во всех живых организмах и играют роль биологических катализаторов.
Химические реакции в живой клетке протекают при определенной температуре, нормальном давлении и соответствующей кислотности среды. В таких условиях реакции синтеза или распада веществ протекали бы в клетке очень медленно, если бы они не подвергались воздействиям ферментов. Ферменты ускоряют реакцию без изменения ее общего результата за счет снижения энергии активации.
Все процессы в живом организме прямо или косвенно осуществляются с участием ферментов. Например, под их действием составные компоненты пищи (белки, углеводы, липиды и др.
) расщепляются до более простых соединений, а из них уже затем синтезируются новые, свойственные данному виду макромолекулы.
Поэтому нарушения образования и активности ферментов нередко ведут к возникновению тяжелых болезней.
Углеводы
Общая характеристика. Углеводами называют вещества с общей формулой Сn (H2O) m, где п и т могут иметь разные значения. Само название «углеводы» отражает тот факт, что водород и кислород присутствуют в молекулах этих вешеств в том же соотношении, что и в молекуле воды. Кроме углерода, водорода и кислорода, производные углеводов могут содержать и другие элементы, например азот.
Углеводы — одна из основных групп органических веществ клеток. Они представляют собой первичные продукты фотосинтеза и исходные продукты биосинтеза других органических веществ в растениях (органические кислоты, спирты, аминокислоты и др.), а также входят в состав клеток всех других организмов. В животной клетке содержится 1-2% углеводов, в растительных в некоторых случаях – 85-90%.
Выделяют три группы углеводов:
· моносахариды, или простые сахара;
· олигосахариды (греч. oligos — немногочисленный) — соединения, состоящие из 2—10 последовательно соединенных молекул простых Сахаров;
· полисахариды, состоящие более чем из 10 молекул простых Сахаров или их производных.
Моносахариды-это соединения, в основе которых лежит неразветвленная углеродная цепочка,
В зависимости от длины углеродного скелета (количества атомов углерода) моносахариды разделяют на триозы (С3), гетрозы (С4), пентозы (С5), гексозы (С6), гептозы (С7). Примерами пентоз являются рибоза, дезоксирибоза, гексоз-глюкоза, фруктоза, галактоза.
Моносахариды хорошо растворяются в воде, они сладкие на вкус. В водном растворе моносахариды, начиная с пентоз, приобретают кольцевую форму.
Олигосахариды. При гидролизе олигосахариды образуют несколько молекул простых Сахаров. В олигосахаридах молекулы простых Сахаров соединены так называемыми гликозидными связями, соединяющими атом углерода одной молекулы через кислород с атомом углерода другой молекулы, например:
К наиболее важным олигосахаридам относятся мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар) и сахароза (тростниковый или свекловичный сахар):
глюкоза + глюкоза = мальтоза;
глюкоза + галактоза – лактоза;
глюкоза + фруктоза = саxароза.
Эти сахара называют также дисахаридами. Мальтоза образуется из крахмала в процессе его расщепления под действием ферментов амилаз. Лактоза содержится только в молоке. Сахароза наиболее распространена в растениях.
По своим свойствам дисахариды близки к моносахаридам. Они хорошо растворяются в воде и имеют сладкий вкус.
Полисахариды. Это высокомолекулярные (до 10 000 000 Да) биополимеры, состоящие из большого числа мономеров — простых Сахаров и их производных.
Полисахариды могут состоять из моносахаридов одного или разных типов.
Наиболее важными полисахаридами являются следующие:
Целлюлоза — линейный полисахарид, состоящий из нескольких прямых параллельных цепей, соединенных между собой водородными связями.
Такая структура препятствует проникновению воды, очень прочна на разрыв, что обеспечивает устойчивость оболочек клеток растений, в составе которых 26—80% целлюлозы.
Целлюлоза служит пищей для многих животных, бактерий и грибов.
Однако большинство животных, в том числе и человек, не могут усваивать целлюлозу, поскольку железы желудочно-кишечного тракта не образуют фермента целлюлазы, расщепляющей целлюлозу до глюкозы.
В то же время целлюлозные волокна играют важную роль в питании, так как они придают пище грубую консистенцию, объемность и стимулируют перистальтику кишечника.
Крахмал (у растений) и гликоген (у животных, человека и грибов) являются основными запасными полисахаридами по ряду причин: будучи нерастворимыми в воде, они не оказывают на клетку ни осмотического, ни химического влияния, что важно при длительном нахождении их в живой клетке.
Твердое, обезвоженное состояние полисахаридов способствует увеличению полезной массы продукта запаса за счет экономии объема, причем существенно уменьшается вероятность потребления этих продуктов болезнетворными бактериями, грибами и другими микроорганизмами.
И наконец, при необходимости запасные полисахариды легко могут быть превращены в простые сахара путем гидролиза.
Хитин образован молекулами в которой гидроксильная группа при втором атоме углерода замещена азотсодержащей группой NHCOCH3. Его длинные параллельные цепи так же, как и цепи целлюлозы, собраны в пучки. Хитин — основной структурный элемент покровов членистоногих и клеточных стенок грибов.
Функции углеводов:
1. Энергетическая. Глюкоза — основной источник энергии, высвобождаемой в клетках живых организмов в ходе клеточного дыхания. Крахмал и гликоген составляют энергетический запас в клетках.
2. Структурная, Целлюлоза входит в состав клеточных оболочек растений; хитин служит структурным компонентом покровов членистоногих и клеточных стенок многих грибов.
Некоторые олигосахариды — составная часть цитоплазмати-ческой мембраны клетки (в виде гликопротеинов и гликолипи-дов), образующая гликокаликс.
Пентозы участвуют в синтезе нуклеиновых кислот (рибоза входит в состав РНК, дезоксирибоза — в состав ДНК), некоторых коферментов (например, НАД, НАДФ, кофермента А, ФАД), АМФ; принимают участие в фотосинтезе (рибулозо-дифосфат является акцептором С02 в темновой фазе фотосинтеза).
3. Защитная. У животных гепарин препятствует свертыванию крови, у растений камеди и слизи, образующиеся при повреждении тканей, выполняют защитную функцию.
Липиды
Липиды — это жироподобные органические соединения, нерастворимые в воде, но хорошо растворимые в неполярных растворителях (эфире, бензине, бензоле, хлороформе). Липиды принадлежат к простейшим биологическим молекулам.
В химическом отношении большинство липидов представляет собой сложные эфиры высших карбоновых кислот и ряда спиртов. Наиболее известны среди них жиры.
Из предельных (насыщенных) высших карбоновых кислот наиболее часто в состав жиров входят пальмитиновая, стеариновая, арахиновая; из непредельных (ненасыщенных) — олеиновая и линолевая.
Жиры с короткими и непредельными кислотными цепями имеют низкую температуру плавления. х.
Еще одну группу липидов составляют стероиды (стеролы). Эти вещества построены на основе спирта холестерола. Стеролы плохо растворимы в воде и не содержат высших карбоновых кислот. К ним относятся желчные кислоты, холестерол, половые гормоны, витамин D и др.
К липидам также относятся терпены (ростовые вещества растений — гиббереллины; каротиноиды – фотосинтетичские пигменты; эфирные масла растений, а также воска).
Липиды могут образовывать комплексы с другими биологическими молекулами – белками и сахарами.
Функции липидов следующие:
1. Структурная. Фосфолипиды вместе с белками образуют биологические мембраны. В состав мембран входят также стеролы.
2. Энергетическая. При окислении жиров высвобождается большое количество энергии, которая идет на образование АТФ. В форме липидов хранится значительная часть энергетических запасов организма, которые расходуются при недостатке питательных веществ.
Животные, впадающие в спячку, и растения накапливают жиры и масла и расходуют их на поддержание процессов жизнедеятельности. Высокое содержание липидов в семенах растений обеспечивает развитие зародыша и проростка до их перехода к самостоятельному питанию.
Семена многих растений (кокосовой пальмы, клещевины, подсолнечника, сои, рапса и др.) служат сырьем для получения растительного масла промышленным способом.
3. Защитная и теплоизоляционная. Накапливаясь в подкожной клетчатке и вокруг некоторых органов (почек, кишечника), жировой слой защищает организм животных и его отдельные органы от механических повреждений.
Кроме того, благодаря низкой теплопроводности слой подкожного жира помогает сохранить тепло, что позволяет, например, многим животным обитать в условиях холодного климата.
У китов, кроме того, он играет еще и другую роль — способствует плавучести.
4. Смазывающая и водоотталкивающая. Воск покрывает кожу, шерсть, перья, делает их более эластичными и предохраняет от влаги. Восковой налет имеют листья и плоды многих растений.
5. Регуляторная. Многие гормоны являются производными холестерола, например половые (тестостерон у мужчин и прогестерон у женщин) и кортикостероиды (альдостерон). Производные холестерола, витамин D играют ключевую роль в обмене кальция и фосфора. Желчные кислоты участвуют в процессах пищеварения (эмульгирование жиров) и всасывания высших карбоновых кислот.
Вопросы для закрепления темы:
1.Какова биологическая роль жиров в организме?
2. Каковы основные функции углеводов?
3. Какую роль играют витамины в жизни человека?
4. Что такое авитаминоз?
5.Какие функции выполняют белки в организме?
6. Что такое ферменты?
7. Как подразделяются углеводы?
8. Что такое гормоны? Объясните механизм действия гормонов.
Источник: https://student2.ru/biologiya/90193-lekciya-n8-organicheskie-soedineniya-kletki-belki-uglevody-lipidy/
Липиды
Липиды — это жироподобные органические соединения, нерастворимые в воде, но хорошо растворимые в неполярных растворителях (эфире, бензине, бензоле, хлороформе и др.). Липиды принадлежат к простейшим биологическим молекулам.
В химическом отношении большинство липидов представляет собой сложные эфиры высших карбоновых кислот и ряда спиртов. Наиболее известны среди них жиры. Каждая молекула жира образована молекулой трехатомного спирта глицерола и присоединенными к ней эфирными связями трех молекул высших карбоновых кислот. Согласно принятой номенклатуре, жиры называют триацилглщеролами.
Атомы углерода в молекулах высших карбоновых кислот могут быть соединены друг с другом как простыми, так и двойными связями. Из предельных (насыщенных) высших карбоновых кислот наиболее часто в состав жиров входят пальмитиновая, стеариновая, арахиновая; из непредельных (ненасыщенных) — олеиновая и линолевая.
Степень ненасыщенности и длина цепей высших карбоновых кислот (т. е. число атомов углерода) определяют физические свойства того или иного жира.
Жиры с короткими и непредельными кислотными цепями имеют низкую температуру плавления. При комнатной температуре это жидкости (масла) либо мазеподобные вещества (жиры). И наоборот, жиры с длинными и насыщенными цепями высших карбоновых кислот при комнатной температуре становятся твердыми.
Вот почему при гидрировании (насыщении кислотных цепей атомами водорода по двойным связям) жидкое арахисовое масло, например, становится мазеобразным, а подсолнечное масло превращается в твердый маргарин.
По сравнению с обитателями южных широт в организме животных, обитающих в холодном климате (например, у рыб арктических морей), обычно содержится больше ненасыщенных триацилглицеролов. По этой причине тело их остается гибким и при низких температурах.
В фосфолипидах одна из крайних цепей высших карбоновых кислот триацилглицерола замещена на группу, содержащую фосфат. Фосфолипиды имеют полярные головки и неполярные хвосты. Группы, образующие полярную головку, гидрофильны, а неполярные хвостовые группы гидрофобны. Двойственная природа этих липидов обусловливает их ключевую роль в организации биологических мембран.
Еще одну группу липидов составляют стероиды (стеролы). Эти вещества построены на основе спирта холестерола. Стеролы плохо растворимы в воде и не содержат высших карбоновых кислот. К ним относятся желчные кислоты, холестерол, половые гар-моны, витамин D и др.
К липидам также относятся терпены (ростовые вещества растений — гиббереллины; каротиноиды — фотосинтетичские пигменты; эфирные масла растений, а также воска).
Липиды могут образовывать комплексы с другими биологическими молекулами — белками и сахарами.
Функции липидов следующие:
- Структурная. Фосфолипиды вместе с белками образуют биологические мембраны. В состав мембран входят также стеролы.
- Энергетическая. При окислении жиров высвобождается большое количество энергии, которая идет на образование АТФ. В форме липидов хранится значительная часть энергетических запасов организма, которые расходуются при недостатке питательных веществ. Животные, впадающие в спячку, и растения накапливают жиры и масла и расходуют их на поддержание процессов жизнедеятельности. Высокое содержание липидов в семенах растений обеспечивает развитие зародыша и проростка до их перехода к самостоятельному питанию. Семена многих растений (кокосовой пальмы, клещевины, подсолнечника, сои, рапса и др.) служат сырьем для получения растительного масла промышленным способом.
- Защитная и теплоизоляционная. Накапливаясь в подкожной клетчатке и вокруг некоторых органов (почек, кишечника), жировой слой защищает организм животных и его отдельные органы от механических повреждений. Кроме того, благодаря низкой теплопроводности слой подкожного жира помогает сохранить тепло, что позволяет, например, многим животным обитать в условиях холодного климата. У китов, кроме того, он играет еще и другую роль — способствует плавучести.
- Смазывающая и водоотталкивающая. Воск покрывает кожу, шерсть, перья, делает их более эластичными и предохраняет от влаги. Восковой налет имеют листья и плоды многих растений.
- Регуляторная. Многие гормоны являются производными хо-лестерола, например половые (тестостерон у мужчин и прогестерон у женщин) и кортикостероиды (альдостерон). Производные холестерола, витамин D играют ключевую роль в обмене кальция и фосфора. Желчные кислоты участвуют в процессах пищеварения (эмульгирование жиров) и всасывания высших карбоновых кислот.
Липиды являются также источником образования метаболической воды. Окисление 100 г жира дает примерно 105 г воды.
Эта вода очень важна для некоторых обитателей пустынь, в частности для верблюдов, способных обходиться без воды в течение 10—12 суток: жир, запасенный в горбе, используется именно в этих целях.
Необходимую для жизнедеятельности воду медведи, сурки и другие животные, впадающие в спячку, получают в результате окисления жира.
В миелиновых оболочках аксонов нервных клеток липиды являются изоляторами при проведении нервных импульсов.
Воск используется пчелами в строительстве сот.
Источник : Н.А. Лемеза Л.В.Камлюк Н.Д. Лисов “Пособие по биологии для поступающих в ВУЗы”
Источник: http://sbio.info/materials/obbiology/obbkletka/stroenorg/9
Органические вещества живых систем
Органические соединения составляют в среднем 20—30% массы клетки живого организма. К ним относятся биологические полимеры — белки, нуклеиновые кислоты и углеводы, а также жиры и ряд небольших молекул — гормонов, пигментов, АТФ и многие другие.
В различные типы клеток входит неодинаковое количество органических соединений. В растительных клетках преобладают сложные углеводы — полисахариды, в животных — больше белков и жиров. Тем не менее, каждая из групп органических веществ в любом типе клеток выполняет сходные функции.
Аминокислоты, азотистые основания, липиды, углеводы и т. д. поступают в клетку вместе с пищей или образуются внутри ее из предшественников. Они служат исходными продуктами для синтеза ряда полимеров, необходимых клетке.
Белки, как правило, являются мощными высокоспецифическими ферментами и регулируют обмен веществ клетки.
Нуклеиновые кислоты служат хранителями наследственной информации. Кроме того, нуклеиновые кислоты контролируют образование соответствующих белков-ферментов в нужном количестве и в нужное время.
Липиды
Липиды — так называют жиры и жироподобные вещества (липоиды). Относящиеся сюда вещества характеризуются растворимостью в органических растворителях и нерастворимостью (относительной) в воде.
Различают растительные жиры, имеющие при комнатной температуре жидкую консистенцию, и животные — твердую.
Липиды входят в состав всех плазматических мембран. Они выполняют в клетке энергетическую роль, активно участвуют в процессах метаболизма и размножения клетки.
Углеводы
В состав углеводов входят углерод, водород и кислород. Различают следующие углеводы.
- Моносахариды, или простые углеводы, которые в зависимости от содержания атомов углерода имеют названия триозы, пентозы, гексозы и т. д. Пентозы — рибоза и дезоксирибоза — входят в состав ДНК и РНК. Гексоза – глюкоза — служит основным источником энергии в клетке. Их эмпирическую формулу можно представить в виде Cn (H2O) n.
- Полисахариды — полимеры, мономерами которых служат моносахариды гексозы. Наиболее известными из дисахаридов (два мономера) являются сахароза и лактоза. Важнейшими полисахаридами являются крахмал и гликоген, служащие запасными веществами клеток растений и животных, а также целлюлоза — важнейший структурный компонент растительных клеток.
Растения обладают большим разнообразием углеводов, чем животные, так как способны синтезировать их на свету в процессе фотосинтеза. Важнейшие функции углеводов в клетке: энергетическая, структурная и запасающая.
Энергетическая роль состоит в том, что углеводы служат источником энергии в растительных и животных клетках; структурная — клеточная стенка у растений почти полностью состоит из полисахарида целлюлозы; запасающая — крахмал служит запасным продуктом растений. Он накапливается в процессе фотосинтеза в вегетационный период и у ряда растений откладывается в клубнях, луковицах и т. д. В животных клетках эту роль выполняет гликоген, откладывающийся преимущественно в печени.
Белки
Среди органических веществ клетки белки занимают первое место, как по количеству, так и по значению. У животных на них приходится около 50% сухой массы клетки.
В организме человека встречается около 5 млн. типов белковых молекул, отличающихся не только друг от друга, но и от белков других организмов.
Несмотря на такое разнообразие и сложность строения, белки построены всего из 20 различных аминокислот.
Более детально остановимся на свойствах белков. Важнейшие из них денатурация и ренатурация.
Денатурация — это утрата белковой молекулой своей структурной организации. Денатурация может быть вызвана изменением температуры, обезвоживанием, облучением рентгеновскими лучами и другими воздействиями. В начале разрушается самая слабая структура — четвертичная, затем — третичная, вторичная и при наиболее жестких условиях — первичная.
Если изменение условий среды не приводит к разрушению первичной структуры молекулы, то при восстановлении нормальных условий среды полностью воссоздается и структура белка. Такой процесс называется ренатурацией.
Это свойство белков полностью восстанавливать утраченную структуру широко используется в медицинской и пищевой промышленности для приготовления некоторых медицинских препаратов, например, антибиотиков, для получения пищевых концентратов, сохраняющих длительное время в высушенном виде свои питательные вещества.
У некоторых живых организмов обычная частичная обратная денатурация белков связана с их функциями (двигательной, сигнальной, каталитической и др.). Процесс разрушения первичной структуры белка всегда необратим и называется деструкцией.
Химические и физические свойства белков очень разнообразны: гидрофильные, гидрофобные; одни из них под действием факторов легко меняют свою структуру, другие — очень устойчивы.
Белки делятся на простые — протеины, состоящие только из остатков аминокислот, и сложные — протеиды, в состав которых, кроме кислотных остатков аминокислот, входят и другие вещества небелковой природы (остатки фосфорной и нуклеиновой кислот, углеводов, липидов и др.).
Белки выполняют в организме много разнообразных функций: строительную (входят в состав различных структурных образований); защитную (специальные белки — антитела — способны связывать и обезвреживать микроорганизмы и чужеродные белки) и др. Кроме этого, белки участвуют в свертывании крови, предотвращая сильные кровотечения, выполняют регуляторную, сигнальную, двигательную, энергетическую, транспортную функции (перенесение некоторых веществ в организме).
Исключительно важное значение имеет каталитическая функция белков. Остановимся на этой функции более подробно. Термин «катализ» означает «развязывание», «освобождение». Вещества, относимые к катализаторам, ускоряют химические превращения, причем состав самих катализаторов после реакции остается таким же, каким был до реакции.
Ферменты
Все ферменты, выполняющие роль катализаторов, — вещества белковой природы, они ускоряют химические реакции, протекающие в клетке, в десятки и сотни тысяч раз. Каталитическую активность фермента обусловливает не вся его молекула, а только небольшой ее участок — активный центр, действие которого очень специфично. В одной молекуле фермента может быть несколько активных центров.
Одни молекулы ферментов могут состоять только из белка (например, пепсин) — однокомпонентные, или простые; другие содержат два компонента: белок (апофермент) и небольшую органическую молекулу — кофермент. Установлено, что в качестве коферментов в клетке функционируют витамины.
Если учесть, что ни одна реакция в клетке не может осуществляться без участия ферментов, становится очевидным то важнейшее значение, которое имеют витамины для нормальной жизнедеятельности клетки и всего организма.
Отсутствие витаминов снижает активность тех ферментов, в состав которых они входят.
Активность ферментов находится в прямой зависимости от действия целого ряда факторов: температуры, кислотности (pH среды), а также от концентрации молекул субстрата (вещества, на которое они действуют), самих ферментов и коферментов (витаминов и других веществ, входящих в состав коферментов).
Стимулировать или угнетать тот или иной ферментативный процесс может действие различных биологически активных веществ, как-то: гормоны, лекарственные препараты, стимуляторы роста растений, отравляющие вещества и др.
Витамины
Витамины — биологически активные низкомолекулярные органические вещества — участвуют в обмене веществ и преобразовании энергии в большинстве случаев как компоненты ферментов.
Суточная потребность человека в витаминах составляет миллиграммы, и даже микрограммы. Известно более 20 различных витаминов.
Источником витаминов для человека являются продукты питания, в основном растительного происхождения, в некоторых случаях — и животного (витамин D, A). Некоторые витамины синтезируются в организме человека.
Недостаток витаминов вызывает заболевание — гиповитаминоз, полное их отсутствие — авитаминоз, а излишек — гипервитаминоз.
Гормоны
Гормоны — вещества, вырабатываемые железами внутренней секреции и некоторыми нервными клетками — нейрогормонами, Гормоны способны включаться в биохимические реакции, регулируя процессы метаболизма (обмена веществ и энергии).
Характерными особенностями гормонов являются:
- высокая биологическая активность;
- высокая специфичность (гормональные сигналы в «клетки-мишени»);
- дистанционность действия (перенос гормонов кровью на расстояние к клеткам-мишеням);
- относительно небольшое время существования в организме (несколько минут или часов).
Гормоноподобные вещества (нейрогормоны) синтезируются нервными окончаниями. Нервные клетки синтезируют еще нейромедиаторы — вещества, обеспечивающие передачу импульса клеткам. Есть гормоны липоидной природы — стероиды (половые гормоны). Координирует работу системы желез внутренней секреции гипоталамус.
Индивидуальный рост растений регулируется и координируется фитогормонами, действующими как ускорители роста клеток, их деления, (стимулируют деление камбия и др.).
Алкалоиды
У растений и у некоторых других организмов выявлена еще одна группа биологически активных веществ — алкалоиды. Эти органические соединения являются ядовитыми для человека и животных. Некоторые из них оказывают наркотические действие, так как содержат никотин, морфин и др.
Алкалоиды обнаружены приблизительно у 2500 видов покрытосеменных растений, преимущественно из семейств пасленовых, лилейных, маковых, конопляных и других. По мнению ряда ученых, алкалоиды у растений выполняют защитную функцию — приспособления к защите их от поедания животными. Алкалоид колхицин используют в медицине, а также для экспериментального мутагенеза.
Нуклеиновые кислоты
Подобно белкам, нуклеиновые кислоты являются гетерополимерами. Их мономеры нуклеотиды, из которых слагаются молекулы нуклеиновых кислот, резко отличны от аминокислот. Существует 2 типа нуклеиновых кислот: ДНК (дезоксирибонуклеиновая) и РНК (рибонуклеиновая кислота).
АТФ — аденозинтрифосфорная кислота, нуклеотид, состоящий из азотистого основания аденина, углевода рибозы и трех молекул фосфорной кислоты.
Структура неустойчива, под влиянием ферментов переходит в АДФ – аденозиндифосфорную кислоту (отщепляется одна молекула фосфорной кислоты) с выделением 40 кДж энергии. АТФ — единый источник энергии для всех клеточных реакций. Ее превращение происходит по такой схеме:
Остановимся более подробно на значении нуклеиновых кислот, которые в клетке выполняют очень важные функции. Особенности химического строения нуклеиновых кислот обеспечивают возможность хранения, переноса и передачи по наследству дочерним клеткам информации о структуре белковых молекул, которые синтезируются в каждой ткани на определенном этане индивидуального развития.
Поскольку большинство свойств в организме обусловлено белками, то понятно, что стабильность нуклеиновых кислот — важнейшее условие жизнедеятельности клеток и целых организмов.
Любые изменения строения нуклеиновых кислот влекут за собой изменения структуры клеток или активности физиологических процессов в них, влияя, таким образом, на жизнеспособность.
Изучение структуры нуклеиновых кислот, которую впервые установили американский биолог Уотсон и английский физик Крик, имеет исключительно важное значение для понимания наследования признаков у организмов и закономерностей функционирования, как отдельных клеток, так и клеточных систем — тканей и органов.
Исследованиями биохимиков установлено, что и биосинтез белков в живых организмах осуществляется под контролем нуклеиновых кислот.
Таким образом, нуклеиновые кислоты обеспечивают устойчивое сохранение наследственной информации и контролируют образование соответствующих им белков-ферментов, а белки-ферменты определяют основные особенности обмена веществ клетки. Все это очень важно для поддержания химической стабильности организмов, имеет решающее значение для существования жизни на Земле.
Источник: http://shkolo.ru/organicheskie-veshhestva-zhivyih-sistem/
Функции белков, углеводов и липидов в организме человека
Общей функцией белков, углеводов и липидов в клетках организма является структурная. И если для белков данная миссия – главная, то для липидов и углеводов основной функцией является энергетическая.
Дело в том, что белки – это строительный материал оболочки клеток и мембран, а липиды и углеводы отвечают за получение большого количества энергии.
Более подробно о функции белков, углеводов и липидов вы узнаете из этого материала.
Функции, выполняемые белками в организме человека
Всосавшиеся в кровь аминокислоты в печени и клетках организма используются для биосинтеза специфических для организма белков.
Основные функции, выполняемые белками организме, это:
1) ферментативная — все ферменты в организме человека по химической природе являются белками (простыми или сложными);
2) гормональная — 50% гормонов в организме по химической природе белки (например, инсулин, соматотропин, фолликулостимулирующий гормон (ФСГ) и др.);
3) рецепторная — на поверхности мембран клеток-мишеней для взаимодействия с гормонами, лекарственными препаратами и другими веществами имеются рецепторы, которые являются белками по химической природе;
4) транспортная — белок гемоглобин транспортирует кислород от легких к клеткам тканей, альбумины крови транспортируют лекарственные препараты, высшие жирные кислоты, билирубин и некоторые гормоны;
5) структурная — мембраны всех клеток организма человека, мембраны митохондрий и другие представляют собой биослой, в котором 50—75% белков и 25-50% липидов;
6) опорная (механическая) — кости, хрящи, связки построены из белков особого состава;
7) сократительная — мышцы состоят из специфических белков;
8) генно-регуляторная — белки-гистоны, кислые белки осуществляют регуляцию на уровне оперона в матричных биосинтезах;
9) иммунологическая — антитела, образующиеся в организме в ответ на инфекционный фактор или вакцину, по химической природе белки, чаще всего γ-глобулины;
10) гемостатическая — из 15 факторов свертывания крови 14 факторов являются белками, исключение составляет фактор IV — это ионы кальция, факторы противосвертывающей системы по химической природе являются белками;
11) обезвреживающая — белки (особенно молока) способны связываться с токсическими веществами и обезвреживать их, способны связываться с ионами тяжелых металлов. Таким образом, данная функция белков в организме человека предупреждает действие токсических веществ;
12) поддержание кислотно-основного состояния (КОС), так как белки плазмы крови амфотерны;
13) создание биопотенциалов мембран клеток и внутренней мембраны митохондрий;
14) энергетическая — 1 г белка, окисляясь до конечных продуктов в организме (мочевины, углекислого газа и воды), дает 4,1 ккал энергии;
15) ещё одна немаловажная функции белков в организме – это поддержание онкотического давления в организме.
Какие функции выполняют липиды в организме человека
Функций липидов в организме меньше, но они не менее важны. Далее перечислено, какие функции выполняют липиды в организме:
1) структурнуую, так как входят в состав клеточных мембран и обеспечивают их жидкокристаллическое состояние и конформацию белков-рецепторов для гормонов;
2) отдельные представители липидов являются:
- гормонами (кальцитриол, кортикостероиды);
- витаминами (D3, F);
3) влияют на активность мембранно-связанных ферментов, формируя их конформацию, образование активного центра;
4) транспортную, так как являются транспортной формой «метаболического топлива» в организме в виде липопротеинов, комплексов жирных кислот с альбуминами и т. д.;
5) участвуют в передаче нервного импульса;
6) являются растворителями для жирорастворимых витаминов A, D, Е, К, F, способствуя их всасыванию;
7) обеспечивают теплоизоляцию. Благодаря этой функции липидов в организме человека обеспечивается терморегуляция в организме;
8) энергетическую, так как липиды непосредственно используются в химических процессах как основное «метаболическое топливо», а также откладываются в запас в клетках жировой ткани (адипоцитах).
Функции, выполняемые углеводами в организме человека
Здесь вы узнаете о том, какие функции выполняют углеводы в организме человека. Основными являются:
1) энергетическая (глюкоза, гликоген);
2) структурная (хондроитинсульфаты, гиалуроновая и другие гетерополисахариды);
3) синтез иммунных тел в ответ на антигены (галактоза);
4) гемостатическая (эта функции углеводов в организме человека влияет на свертывание крови: ф. I, II, VIII, IX, X, XI);
5) антисвертывающая (гепарин);
6) гомеостатическая (поддержание гомеостаза, например водно-электролитного обмена, уровня глюкозы в крови);
7) опорная (кости, хрящи, хондроитинсульфаты);
8) механическая (в составе соединительной ткани);
9) группоспецифические вещества эритроцитов крови;
10) осморегуляторная (глюкоза);
11) обезвреживающая (парные глюкуроновые кислоты);
12) антилипидемическая (гепарин);
13) создание антигенности (специфические полисахариды);
14) создание механической защиты — суставов, слизистых;
15) создание материальных основ наследственности (молекулы ДНК, РНК);
16) участие в структуре аккумуляторов энергии (АТФ, УТФ, ГТФ, ЦТФ).
17) Ещё одна функции углеводов в организме – это создание объема пищи, обеспечение перистальтики кишечника и продвижения пищи по желудочно-кишечному тракту.
Статья прочитана 4 016 раз(a).
Источник: http://med-pomosh.com/?p=6479
Функции липидов
Липиды наряду с белками и углеводами играют важную роль в живом организме. Функции липидов в клетке зависят от их структуры и нахождения.
Липиды – органические вещества, имеющие сложное строение. Они образованы спиртами и жирными кислотами и являются гидрофобными соединениями без запаха и вкуса.
Жирные кислоты не имеют циклическую структуру взаимосвязей атомов углерода, относятся к карбоновым кислотам и содержат карбоксильную группу -СООН. В природе найдено более 200 видов жирных кислот. Однако в организме человека, в тканях растений и животных обнаружено только 70 видов.
Жирные кислоты подразделяются по наличию двойной связи на две группы:
- ненасыщенные – содержат двойные связи;
- насыщенные – не имеют двойных связей.
Рис. 1. Строение жирных кислот.
Жиры могут быть растительного или животного происхождения, твёрдые или в виде жидкостей – масел.
Все жиры делятся на две основные группы:
- омыляемые – при гидролизе образуют мыло;
- неомыляемые – не подвержены гидролизу.
К омыляемым относятся простые и сложные липиды. В состав молекулы простых липидов входят только жирные кислоты и спирты. Сложные образуются при присоединении дополнительной группы, например, азотистого основания.
Простые липиды делятся на две группы:
- глицериды – образованы спиртом глицерина и жирными кислотами;
- воски – включают высшие жирные кислоты (содержат не менее 6 атомов углерода) и одноатомных или двухатомных спиртов.
К сложным липидам относятся:
- фосфолипиды – содержат липиды и остатки фосфорной кислоты;
- гликолипиды – состоят из липидов и углеводов.
Неомыляемые жиры – стероиды. К ним относятся жизненно важные вещества – стерины, желчные кислоты, стероидные гормоны.
Рис. 2. Виды липидов.
Липиды образуют с белками липопротеины, входящие в состав разных тканей животных и растений. Хорошо изучены липопротеины плазмы крови. Они также присутствуют в молоке, желтке, входят в состав хлоропластов и плазмалеммы.
Липиды участвуют в метаболизме и постройке организма, дают энергию и регулируют рост. Список общих функций липидов и их описание представлены в таблице.
|
Функция |
Описание |
|
Энергетическая |
Триглицериды при полном расщеплении дают больше энергии, чем белки и углеводы. Из 1 г жира высвобождается 38,9 кДж энергии |
|
Запасающая |
Жиры способны накапливаться в организме, создавая энергетический резерв. Особенно это важно для животных, впадающих в спячку. Жиры расходуются медленно, особенно при пассивном образе жизни, что помогает пережить неблагоприятные условия. Кроме того, запасаются как резерв воды (горб верблюда, хвост тушканчика). При окислении 1 кг жира выделяется 1,1 л воды |
|
Защитная |
Жировая прослойка защищает от механического повреждения внутренние органы |
|
Структурная |
Входят в состав плазмалеммы клетки. Фосфолипиды выстраивают двойной слой, обеспечивая естественный барьер. Холестерин придаёт жёсткость, гликолипиды обеспечивают взаимосвязь клеток |
|
Теплоизоляционная |
|
|
Водоотталкивающая |
Кожа животных, в том числе человека, листья, плоды, стволы растений, перья птиц смазываются жиром (восками), чтобы отталкивать лишнюю влагу |
|
Регуляторная |
Входят в состав гормонов, фитогормонов, жирорастворимых витаминов (D, Е, К, А), регулирующих деятельность организма. Гиббереллин – гормон роста растений. Тестостерон, эстроген – половые гормоны. Альдостерон регулирует водно-соляной баланс. Желчные липиды контролируют пищеварение |
Рис. 3. Строение плазмалеммы.
У человека и высших позвоночных животных жир накапливают специальные клетки – адипоциты, которые образуют жировую ткань.
Из урока биологии узнали, какую функцию выполняют липиды в клеточной мембране и в организме в целом. Липиды – сложно устроенные вещества, состоящие из спиртов и жирных кислот.
Различные модификации жиров позволяют липидам участвовать в различной деятельности организма.
Липиды входят в состав гормонов, плазмалеммы, витаминов, способны накапливаться в жировых тканях и служить источником энергии, воды, защищать от повреждений и холода.
Будь в числе первых на доске почета
Источник: https://obrazovaka.ru/biologiya/funkcii-lipidov-v-kletke-obschie-spisok.html
Загрузка...
