Липиди. Въглехидрати.
с изключение неорганични веществаи техните йони, всички клетъчни структури също се състоят от органични съединения - протеини, липиди, въглехидрати и нуклеинови киселини.
въглехидрати и липиди.
Въглехидратите (захарите) са биоорганични съединения на въглерод и вода, които са част от всички живи организми: Общата формула е Cn (H2O) n.
Водоразтворими въглехидрати.
Монозахариди:
глюкозата е основният източник на енергия за клетъчното дишане;
фруктоза - неразделна част от нектара от цветя и плодови сокове;
рибозата и дезоксирибозата са структурни елементи на нуклеотидите, които са мономери на РНК и ДНК;
дизахариди :
захароза (глюкоза + фруктоза) - основният продукт на фотосинтезата, транспортиран в растенията;
лактоза (глюкоза-N-галактоза) - е част от млякото на бозайниците;
малтозата (глюкоза + глюкоза) е източник на енергия в покълващите семена.
Функции на разтворимите въглехидрати:транспортни, защитни, сигнални, енергийни.
Неразтворими във вода въглехидрати:
Нишестето е смес от два полимера: амилоза и амилопектин. Разклонена спирализирана молекула, която служи като резервно вещество в растителните тъкани;
Целулозата (целулозата) е полимер, състоящ се от няколко прави паралелни вериги, свързани с водородни връзки. Тази структура предотвратява проникването на вода и осигурява стабилността на целулозните мембрани на растителните клетки;
Хитинът е основният структурен елемент на обвивката на членестоноги и клетъчните стени на гъбичките;
Гликогенът е резервното вещество на животинската клетка. Мономерът е а-глюкоза.
Функции на неразтворимите въглехидрати: структурни, съхраняващи, енергийни, защитни.
Липиди- органични съединения, повечето от които са естери на глицерол и мастни киселини.
Неразтворим във вода, но разтворим в неполярни разтворители. Присъства във всички клетки. Липидите са изградени от водород, кислород и въглеродни атоми.
Видове липиди: мазнини, восъци, фосфолипиди, стероиди.
Функции на липидите :
Съхранение – мазнините се отлагат в резерва в тъканите на гръбначните;
Енергия – половината от енергията, консумирана от клетките на гръбначните животни в покой, се образува в резултат на окисляване на мазнините. Мазнините се използват и като източник на вода
Защитен – подкожният мастен слой предпазва тялото от механични повреди;
Структурни – фосфолипидите са част от клетъчните мембрани;
Топлоизолация – подкожната мазнина помага за поддържане на топлината;
Електрическа изолация - миелинът, секретиран от клетките на Шван, изолира някои неврони, което многократно ускорява предаването на нервните импулси;
Хранително вещество - жлъчните киселини и витамин D се образуват от стероиди;
Смазване - восъците покриват кожата, вълната, перата и ги предпазват от вода. Листата на много растения са покрити с восъчно покритие, восъкът се използва при изграждането на пчелни пити;
Хормоналните - хормон на надбъбречната жлеза - кортизон - и половите хормони са липидни по природа. Техните молекули не съдържат мастни киселини.
Въглехидрати- органични съединения с обща формула Cn(H20)m, m > n. Химичните свойства на въглехидратите се определят от съставните им хидроксилни групи (-OH). Има прости (монозахариди) и сложни (олигозахариди, полизахариди) въглехидрати. Монозахаридите се състоят от една въглехидратна молекула (глюкоза, фруктоза, рибоза, дезоксирибоза). В зависимост от броя на въглеродните атоми разграничават: триози - три атома, тетрози - 4 атома, пентози - 5 атома, хексози - шест атома и др. Свойства на монозахаридите: ниско молекулно тегло, сладък вкус, разтворим във вода, способен да кристализира.Олигозахариди- захароподобни сложни въглехидрати, съдържащи от 2 до 10 монозахаридни остатъка. В зависимост от тяхното количество се разграничават ди-, три-, тетразахариди и др. Дизахаридите се образуват, когато два монозахарида са свързани чрез гликозидна връзка (глюкоза + глюкоза = малтоза, глюкоза + галактоза = лактоза, глюкоза + фруктоза = захароза). Обикновено се образува гликозидна връзка между 1-ви и 4-ти въглеродни атоми на съседни монозахаридни единици.
Полизахариди (нишесте и целулоза (в растенията), гликоген (при животните)). Мономерът на тези полизахариди е глюкозата. Могат да бъдат линейни неразклонени и разклонени.
Стойността на въглехидратите:
. източник на енергия в клетката (1 g въглехидрат - 17,6 kJ (4,2 kcal) енергия);
. клетъчен резерв (нишесте, гликоген);
. строителна функция (муреин в прокариотите; фибри в растения и гъби; рибоза и дезоксирибоза в състава на нуклеиновите киселини);
. рецепторна функция (гликолипиди);
. защитна функция (хепаринът забавя съсирването на кръвта).
Липиди- мастноподобни, неразтворими във вода вещества. от химичен съставлипидите са естери на висши мастни киселини и тривалентния алкохол глицерол. Мастните киселини могат да бъдат както наситени (не съдържат двойни връзки - стеаринова и палмитинова), така и ненаситени (имат двойни връзкимежду въглеродни атоми - олеинова). В зависимост от структурните особености на молекулите се разграничават прости (триглицериди, восъци) и сложни (фосфолипиди, гликолипиди, липоиди) липиди. Липидна стойност:
. са част от мембраните (фосфолипиди, гликолипиди, липопротеини);
. транспорт (липопротеини);
. рецептори, медиатори (гликолипиди в гликокаликса);
. източник на енергия (при разделяне на 1 g мазнини се освобождава 38,9 kJ енергия);
. функция за съхранение;
. защита (водоотблъскващо покритие - растителен восък);
. термостат и топлоизолатор, амортисьор (кафява мазнина);
. регулиране на клетъчната и телесната активност (хормони - естроген, прогестерон, тестостерон, кортикостерон, кортизон, холестерол), като част от гиберелините (растежни вещества в растенията);
. източник на метаболитна вода.
|
|
Липиди- това са органични вещества, които не се разтварят във вода, а се разтварят в органични разтворители.
Липидите се делят на:
1. Мазнини и масла ( естеритривалентен алкохол глицерол и мастни киселини). Мастните киселини са наситени (палмитинова, стеаринова, арахинова) и ненаситени (олеинова, линолова, линоленова). В маслата делът на ненаситените мастни киселини е по-висок, така че при стайна температура те са в течно състояние. Мазнините на полярните животни, в сравнение с тропическите, също съдържат повече ненаситени мастни киселини.
2. Липоиди (малоподобни вещества). Те включват: а) фосфолипиди, б) мастноразтворими витамини (A, D, E, K), в) восъци, г) прости липиди, които не съдържат мастни киселини: стероиди (холестерол, надбъбречни хормони, полови хормони) и терпени (гиберелини - хормони на растежа на растенията, каротеноиди - фотосинтетични пигменти, ментол).
Фосфолипидите имат полярни глави (хидрофилни области) и неполярни опашки (хидрофобни области). Поради тази структура те играят важна роля във формирането биологични мембрани.
Липидни функции:
1) енергия – мазнините са източник на енергия в клетката. При разделяне на 1 грам се освобождава 38,9 kJ енергия;
2) структурни (строителни) - фосфолипидите са част от биологичните мембрани;
3) защитна и топлоизолационна - подкожна мастна тъкан, предпазва тялото от хипотермия и наранявания;
4) съхранение - мазнините съставляват запас от хранителни вещества, отлагайки се в мастните клетки на животните и в семената на растенията;
5) регулаторни - стероидните хормони участват в регулирането на метаболизма в организма (хормони на надбъбречната кора, полови хормони).
6) водоизточник - при окисляване на 1 кг мазнина се образува 1,1 кг вода. Използва се от пустинни животни, така че една камила може да мине без пиене 10-12 дни.
Въглехидрати - сложна органична материя обща формулакойто Cn (H2O) m. Те са съставени от въглерод, водород и кислород. В животинските клетки те съдържат 1-2%, а в растителните клетки до 90% от масата на сухото вещество.
Въглехидратите се делят на монозахариди, олигозахариди и полизахариди.
Монозахаридите в зависимост от броя на въглеродните атоми се разделят на триози (C 3), тетрози (C 4), пентози (C 5), хексози (C 6) и др. Важна роляв живота на клетката игра:
1) Пентози. Рибозата и дезоксирибозата са съставни части на нуклеиновите киселини.
2) Хексози: глюкоза, фруктоза, галактоза. Фруктозата се намира в много плодове и мед, което допринася за сладкия им вкус. Глюкозата е основният енергиен материал в клетката по време на метаболизма. Галактозата е част от млечната захар (лактоза).
D:\Program Files\Physicon\Open Biology 2.6\content\3DHTML\08010203.htm
малтоза
Олигозахаридните молекули се образуват по време на полимеризацията на 2-10 монозахарида. При комбиниране на два монозахарида се образуват дизахариди: захароза, състояща се от молекули глюкоза и фруктоза; лактоза, състояща се от молекули глюкоза и галактоза; Малтозата се състои от две молекули глюкоза. В олигозахаридите и полизахаридите мономерните молекули са свързани чрез гликозидни връзки.
При полимеризацията се образуват полизахариди Голям броймонозахариди. Полизахаридите включват гликоген (основното съхраняващо вещество в животинските клетки); нишесте (основното хранително вещество в растителните клетки); целулоза (намира се в клетъчните стени на растенията), хитин (намира се в клетъчната стена на гъбичките). Мономерът на гликогена, нишестето и целулозата е глюкозата.
D:\Program Files\Physicon\Open Biology 2.6\content\3DHTML\08010208.htmCellulose
Функции на въглехидратите:
1) енергия – въглехидратите са основният източник на енергия в клетката. При разделяне на 1 грам въглехидрати се освобождават 17,6 kJ енергия.
2) структурни (строителни) - черупките на растителните клетки са изградени от целулоза.
3) съхранение – полизахаридите служат като резервен хранителен материал.
катерициса биологични полимери, чиито мономери са аминокиселини. Протеините са много важни за живота на клетките. Те съставляват 50-80% от сухото вещество на животинска клетка. Протеините съдържат 20 различни аминокиселини. Аминокиселините се делят на взаимозаменяеми, които могат да се синтезират в човешкото тяло, и незаменими (метионин, триптофан, лизин и др.). Незаменимите аминокиселини не могат да бъдат синтезирани от човешкото тяло и трябва да се набавят от храната.
Аминокиселина
В зависимост от свойствата на радикала, аминокиселините се разделят на три групи: неполярни, полярно заредени и полярни незаредени.
Аминокиселините са свързани помежду си чрез NH-CO връзка (ковалентна, пептидна връзка). Съединенията от няколко аминокиселини се наричат пептиди. В зависимост от броя им се разграничават ди-, три-, олиго- или полипептиди. Обикновено протеините съдържат 300-500 аминокиселинни остатъка, но има и по-големи, съдържащи до няколко хиляди аминокиселини. Разликите в протеините се определят не само от състава и броя на аминокиселините, но и от последователността на тяхното редуване в полипептидната верига. Нива на организация на протеиновите молекули:
1) първичната структура е последователността от аминокиселини в полипептидната верига. Свързани аминокиселини пептидни връзки. Първичната структура е специфична за всеки протеин и се определя от аминокиселинната последователност, кодирана в ДНК. Само замяна
една аминокиселина води до промяна във функциите на протеина.
2) вторичната структура е усукана в спирала (α - спирала) или положена под формата на акордеон (β - слой) полипептидна верига. Вторичната структура се поддържа от водородни връзки.
3) третична структура - спирала, положена в пространството, образуваща глобула или фибрил. Протеинът е активен само под формата на третична структура. Поддържа се от дисулфидни, водородни, хидрофобни и други връзки.
4) кватернерна структура - образува се чрез комбиниране на няколко протеина с първични, вторични и третични структури. Например, хемоглобинът на кръвния протеин се състои от четири глобинови протеинови молекули и една непротеинова част, която се нарича хем.
Протеините са или прости (протеини), или сложни (протеини). Простите протеини се състоят само от аминокиселини. Комплексните съдържат освен аминокиселини и други химични съединения (например: липопротеини, гликопротеини, нуклеопротеини, хемоглобин и др.).
Когато протеинът е изложен на различни химикали, висока температура, структурата на протеина се разрушава. Този процес се нарича денатурация. Процесът на денатурация понякога е обратим, тоест може да настъпи спонтанно възстановяване на протеиновата структура - ренатурация. Ренатурирането е възможно, когато се запази първичната структура на протеина.
Функции на протеина:
1. Структурна (изграждаща) функция – протеините са част от всички клетъчни мембрани и клетъчни органели.
2. Каталитична (ензимна) – ензимните протеини ускоряват химична реакцияв клетка.
3. Двигателни (контрактилни) – протеините участват във всички видове клетъчни движения. Така мускулната контракция се осигурява от контрактилни протеини: актин и миозин.
4. Транспорт – транспортират се протеини химични вещества. И така, протеинът хемоглобин пренася кислород до органите и тъканите.
5. Защитни – кръвните протеини антитела (имуноглобулини) разпознават чужди на тялото антигени и допринасят за тяхното унищожаване.
6. Енергия – протеините са източник на енергия в клетката. При разделяне на 1 грам протеини се освобождават 17,6 kJ енергия.
7. Регулаторни – протеините участват в регулирането на метаболизма в организма (хормони инсулин, глюкагон).
8. Рецептор – белтъчините са в основата на работата на рецепторите.
9. Съхранение – албуминовите протеини са резервни протеини на организма (яйчният белтък съдържа овалбумин, млякото съдържа лакталбумин).
Въглехидратите са органични съединения, чийто състав в повечето случаи се изразява с общата формула C н(H2O) м (нИ м≥ 4). Въглехидратите се делят на монозахариди, олигозахариди и полизахариди.
Монозахаридите са прости въглехидрати, в зависимост от броя на въглеродните атоми, те се разделят на триози (3), тетрози (4), пентози (5), хексози (6) и хептози (7 атома). Най-често срещаните са пентозите и хексозите. Свойства на монозахаридите - лесно разтворими във вода, кристализират, имат сладък вкус, могат да бъдат представени под формата на α- или β-изомери.
Рибозата и дезоксирибозата принадлежат към групата на пентозите, влизат в състава на РНК и ДНК нуклеотидите, рибонуклеозидни трифосфати и дезоксирибонуклеозид трифосфати и др. Дезоксирибозата (C 5 H 10 O 4) се различава от рибозата (C 5 H 10 при 5) по това, че вторият въглероден атом има водороден атом, а не хидроксилна група като рибозата.
Глюкоза или гроздова захар(C 6 H 12 O 6), принадлежи към групата на хексозите, може да съществува под формата на α-глюкоза или β-глюкоза. Разликата между тези пространствени изомери е, че при първия въглероден атом в α-глюкозата хидроксилната група се намира под равнината на пръстена, а в β-глюкозата е над равнината.
Глюкозата е:
един от най-разпространените монозахариди,
най-важният източник на енергия за всички видове работа, протичаща в клетката (тази енергия се освобождава при окисляването на глюкозата по време на дишането),
мономер на много олигозахариди и полизахариди,
основен компонент на кръвта.
Фруктоза или плодова захар, принадлежи към групата на хексозите, по-сладки от глюкозата, намиращи се в свободна форма в меда (повече от 50%) и плодовете. Той е мономер на много олигозахариди и полизахариди.
Олигозахариди- въглехидрати, образувани в резултат на реакция на кондензация между няколко (от две до десет) монозахаридни молекули. В зависимост от броя на монозахаридните остатъци се разграничават дизахариди, тризахариди и др. Най-разпространени са дизахаридите. Свойства на олигозахаридите- разтварят се във вода, кристализират, сладкият вкус намалява с увеличаване на броя на монозахаридните остатъци. Връзката, образувана между два монозахарида, се нарича гликозиден.
Захароза или захар от тръстика или цвекло, е дизахарид, състоящ се от остатъци от глюкоза и фруктоза. Намира се в растителните тъкани. е хранителен продукт (общо наименование - захар). В промишлеността захарозата се произвежда от захарна тръстика (стъблата съдържат 10-18%) или захарно цвекло (коренните култури съдържат до 20% захароза).
Малтоза или малцова захар, е дизахарид, състоящ се от два глюкозни остатъка. Присъства в покълващите семена на зърнени култури.
Лактоза или млечна захар, е дизахарид, състоящ се от остатъци от глюкоза и галактоза. Присъства в млякото на всички бозайници (2–8,5%).
Полизахариди- това са въглехидрати, образувани в резултат на реакцията на поликондензация на множество (няколко десетки или повече) монозахаридни молекули. Свойства на полизахаридите- не се разтварят или разтварят слабо във вода, не образуват ясно оформени кристали, нямат сладък вкус.
Нишесте(C 6 H 10 O 5) н- полимер, чийто мономер е α-глюкоза. Полимерните вериги на нишестето съдържат разклонени (амилопектин, 1,6-гликозидни връзки) и неразклонени (амилоза, 1,4-гликозидни връзки) участъци. Нишестето - основният резервен въглехидрат на растенията, е един от продуктите на фотосинтезата, натрупва се в семена, грудки, коренища, луковици. Съдържанието на нишесте в оризовите зърна е до 86%, пшеницата - до 75%, царевицата - до 72%, в картофените клубени - до 25%. Нишестето е основният въглехидратчовешка храна (храносмилателен ензим - амилаза).
гликоген(C 6 H 10 O 5) н- полимер, чийто мономер също е α-глюкоза. Полимерните вериги на гликогена наподобяват амилопектиновите участъци на нишестето, но за разлика от тях се разклоняват още по-силно. Гликогенът е основният резервен въглехидрат на животните, особено на хората. Натрупва се в черния дроб (съдържание - до 20%) и мускулите (до 4%), е източник на глюкоза.
целулоза(C 6 H 10 O 5) н- полимер, чийто мономер е β-глюкоза. Целулозните полимерни вериги не се разклоняват (β-1,4-гликозидни връзки). Основният структурен полизахарид на растителните клетъчни стени. Съдържанието на целулоза в дървесината е до 50%, във влакната на памучните семена - до 98%. Целулозата не се разгражда от човешките храносмилателни сокове, т.к. липсва ензимът целулаза, който разрушава връзките между β-глюкозите.
инулин- полимер, чийто мономер е фруктоза. Резервен въглехидрат на растенията от семейство Сложноцветни.
гликолипиди- сложни вещества, образувани в резултат на комбинацията от въглехидрати и липиди.
гликопротеини- сложни вещества, образувани в резултат на комбинацията от въглехидрати и протеини.
Функции на въглехидратите
|
Функция |
Примери и обяснения |
|
Енергия |
Основният източник на енергия за всички видове работа, протичаща в клетките. При разделяне на 1 g въглехидрати се освобождават 17,6 kJ. |
|
Структурни |
Целулозата е клетъчната стена на растенията, муреинът е клетъчната стена на бактериите, хитинът е клетъчната стена на гъбичките и обвивките на членестоноги. |
|
Резерв |
Резервният въглехидрат при животните и гъбите е гликоген, в растенията - нишесте, инулин. |
|
Защитен |
Слузта предпазва червата, бронхите от механични повреди. Хепаринът предотвратява съсирването на кръвта при животни и хора. |
Вижте тук анимация за класификацията и биологичните функции на въглехидратите
Структурата и функцията на липидите
Липидинямат нито една химическа характеристика. В повечето ползи, даване определяне на липиди, те казват, че това е комбинирана група от водонеразтворими органични съединения, които могат да бъдат извлечени от клетката с органични разтворители - етер, хлороформ и бензен. Липидите могат да бъдат разделени на прости и сложни.
Прости липидипо-голямата част са естери на висшите мастни киселини и тривалентния алкохол глицерол - триглицериди. Мастна киселинаимат: 1) еднакво групиране за всички киселини - карбоксилна група (–COOH) и 2) радикал, по който се различават една от друга. Радикалът е верига с различен брой (от 14 до 22) групи -CH2-. Понякога радикалът на мастната киселина съдържа една или повече двойни връзки (–CH=CH–), като например мастната киселина се нарича ненаситена. Ако мастната киселина няма двойни връзки, тя се нарича богат. При образуването на триглицерид всяка от трите хидроксилни групи на глицерола претърпява кондензационна реакция с мастна киселина, за да образува три естерни връзки.
Ако триглицеридите са доминирани от наситени мастни киселини, тогава при 20°C те са твърди; те се наричат мазнини, те са характерни за животинските клетки. Ако триглицеридите са доминирани от ненаситени мастни киселини, то при 20 ° C те са течни; те се наричат масла, те са характерни за растителните клетки.
1 - триглицерид; 2 - естерна връзка; 3 - ненаситена мастна киселина; 4 - хидрофилна глава; 5 - хидрофобна опашка.
Плътността на триглицеридите е по-ниска от тази на водата, така че те плуват във водата, са на нейната повърхност.
Простите липиди също включват восъци- естери на висши мастни киселини и високомолекулни алкохоли (обикновено с четен брой въглеродни атоми).
Комплексни липиди. Те включват фосфолипиди, гликолипиди, липопротеини и др.
Фосфолипиди- триглицериди, при които един остатък от мастна киселина е заменен с остатък на фосфорна киселина. Те участват в образуването на клетъчните мембрани.
гликолипиди- виж по-горе.
липопротеини- сложни вещества, образувани в резултат на комбинацията от липиди и протеини.
Липоиди- мастноподобни вещества. Те включват каротеноиди (фотосинтетични пигменти), стероидни хормони (полови хормони, минералокортикоиди, глюкокортикоиди), гиберелини (вещества за растеж на растенията), мастноразтворими витамини (A, D, E, K), холестерол, камфор и др.
Вижте тук анимация за класификацията и биологичните функции на липидите
Функции на липидите
|
Функция |
Примери и обяснения |
|
Енергия |
Основната функция на триглицеридите. При разделяне на 1 g липиди се освобождават 38,9 kJ. |
|
Структурни |
Фосфолипидите, гликолипидите и липопротеините участват в образуването на клетъчните мембрани. |
|
Резерв |
Мазнините и маслата са резервно хранително вещество в животните и растенията. Важно за животни, които зимуват през студения сезон или правят дълги преходи през райони, където няма източници на храна. Маслата от растителни семена са необходими за осигуряване на енергия на разсада. |
|
Защитен |
Слоевете мазнини и мастни капсули осигуряват абсорбиране на удара на вътрешните органи. Слоевете восък се използват като водоотблъскващо покритие при растенията и животните. |
|
Топлоизолация |
Подкожната мастна тъкан предотвратява изтичането на топлина в околното пространство. Важно за водни бозайници или бозайници, живеещи в студен климат. |
|
Регулаторна |
Гиберелините регулират растежа на растенията. Половият хормон тестостерон е отговорен за развитието на мъжките вторични полови белези. Половият хормон естроген е отговорен за развитието на вторични полови белези при жените и регулира менструалния цикъл. Минералокортикоидите (алдостерон и др.) контролират водно-солевия метаболизъм. Глюкокортикоидите (кортизол и др.) участват в регулирането на въглехидратния и протеиновия метаболизъм. |
|
Източник на метаболитна вода |
Когато 1 кг мазнини се окисли, се отделят 1,1 кг вода. Важно за обитателите на пустинята. |
|
каталитичен |
Мастноразтворимите витамини A, D, E, K са ензимни кофактори, т.е. сами по себе си тези витамини нямат каталитична активност, но без тях ензимите не могат да изпълняват функциите си. |
