Тема: Углеводы, липиды Задачи: Изучить строение, свойства и функции углеводов и липидов в клетке. Глава I. Химический состав клетки

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 Характеристика углеводов

Свойства моносахаридов: низкая молекулярная масса; сладкий вкус; легко растворяются в воде; кристаллизуются; относятся к редуцирующим (восстанавливающим) сахарам. Важнейшие моносахариды: из пентоз рибоза и дезоксирибоза, входящие в состав ДНК, РНК, некоторых коферментов, АМФ, АДФ, АТФ. 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.

Характеристика углеводов Из гексоз наиболее распространены глюкоза, фруктоза и галактоза (общая формула С 6 Н 12 О 6 ).

Характеристика углеводов Молекулы моносахаридов могут иметь вид прямолинейных цепочек или циклических структур. Для пентоз и гексоз наиболее характерна именно циклическая структура, линейные молекулы встречаются очень редко. 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). Данные - и -изомеры играют важную роль, например, в образовании крахмала ( -изомеры) или целлюлозы ( -изомеры).

Характеристика углеводов Глюкоза (виноградный сахар). В свободном виде встречается и у растений, и у животных. Глюкоза это первичный источник энергии для клеток. Входит в состав важнейших ди- и полисахаридов. Обязательный компонент крови. Снижение ее количества приводит к немедленному нарушению жизнедеятельности нервных и мышечных клеток. Находясь в клетках, регулирует осмотическое давление.

Характеристика углеводов 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.

Характеристика углеводов Галактоза. Пространственный изомер глюкозы. Входит в состав олигосахаридов, растительных и бактериальных полисахаридов. Вместе с глюкозой образуют важнейший дисахарид молока лактозу, называемую молочным сахаром. Легко превращается в глюкозу.

Сложные углеводы 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.

Наиболее широко распространены в природе дисахариды: мальтоза, состоящая из двух остатков -глюкозы; лактоза – молочный сахар ( -глюкоза + галактоза); сахароза – свекловичный сахар ( -глюкоза + фруктоза). Олигосахариды 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).

Сахароза (тростниковый сахар). Состоит из остатков глюкозы и фруктозы. Легко растворима в воде. Широко распространена 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. Лактоза (молочный сахар). Образована остатками глюкозы и галактозы. Плохо растворима в воде. Входит в состав молока. Является источником энергии для детенышей млекопитающих. В свободном виде обнаружена у некоторых растений. Используется в микробиологической промышленности для приготовления питательных сред. Мальтоза (солодовый сахар). Состоит из двух остатков глюкозы. Хорошо растворима в воде. Легко гидролизуется ферментом мальтаза с образованием двух молекул глюкозы. Олигосахариды

Полисахариды Высокомолекулярные органические вещества, мономерами которых являются простые углеводы. Чаще всего мономером полисахаридов является глюкоза, иногда манноза, галактоза и другие сахара. Как правило, в состав полисахаридов входит несколько сотен мономерных единиц. Свойства полисахаридов: большая молекулярная масса (обычно сотни тысяч); не дают ясно оформленных кристаллов; либо нерастворимы в воде, либо образуют растворы, напоминающие по свойствам коллоидные; сладкий вкус не характерен; нередуцирующие углеводы.

Полисахариды Полисахариды образуются в результате реакции поликонденсации. 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.

Полисахариды Крахмал. Общая формула (С 6 Н 10 О 5 ) n, где n- количество остатков - глюкозы. Нерастворим в холодной воде. 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.

Полисахариды Гликоген. Содержится главным образом в печени (20%) и мышцах (4%). Служит источником глюкозы. Молекула сходна с молекулой амилопектина, но сильнее ветвится. Гликоген сравнительно хорошо растворим в горячей воде. Целлюлоза (клетчатка). Целлюлоза нерастворима в воде, лишь набухает в ней. Является линейным полимером -глюкозы. Муреин. Полисахарид, характерный для стенок бактериальных клеток.

Полисахариды Функции углеводов. 1.Энергетическая. Одна из основных функций углеводов. Углеводы основные источники энергии в животном организме. При расщеплении 1 г углевода выделяется 17,6 кДж. С 6 Н 12 О 6 + О 2 = 6СО 2 + 6Н 2 О + 17,6 кДж 2.Запасающая. Выражается в накоплении крахмала клетками растений и гликогена клетками животных. 3.Опорно-строительная. Углеводы входят в состав клеточных мембран и клеточных стенок (гликокаликс, целлюлоза, хитин, муреин). Соединяясь с липидами и белками, образуют гликолипиды и гликопротеины.

Полисахариды 4.Рибоза и дезоксирибоза входят в состав мономеров нуклеотидов ДНК, РНК и АТФ. 5.Рецепторная. Олигосахаридные фрагменты гликопротеинов и гликолипидов клеточных стенок выполняют рецепторную функцию. 6.Защитная. Слизи, выделяемые различными железами, богаты углеводами и их производными (например, гликопротеинами). Они предохраняют пищевод, кишечник, желудок, бронхи от механических повреждений, препятствуют проникновению в организм бактерий и вирусов.

Повторение: 1.Какие углеводы изображены на рисунке цифрами 1 2? 2.В состав каких органических молекул входят данные углеводы? 1.Какие формы глюкозы изображены на рисунке цифрами 1 4? 2.Как называется изомер глюкозы, входящий в состав целлюлозы? Гликогена? Крахмала?

Характеристика липидов Липиды сборная группа органических соединений, не имеющих единой химической характеристики. Их объединяет то, что все они являются производными высших жирных кислот, нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях (эфире, хлороформе, бензине). Липиды содержатся во всех клетках животных и растений. Содержание липидов в клетках составляет % сухой массы, но в жировой ткани может иногда достигать 90%.

Характеристика липидов В зависимости от особенности строения молекул различают: Простые липиды, представляющие собой двухкомпонентные вещества, являющиеся сложными эфирами высших жирных кислот и какого-либо спирта. Сложные липиды, имеющие многокомпонентные молекулы: фосфолипиды, липопротеины, гликолипиды. Липоиды, к которым относится стероиды – полициклический спирт холестерин и его производные.

Характеристика липидов Простые липиды. Жиры. Жиры широко распространены в природе. Они входят в состав организма человека, животных, растений, микробов, некоторых вирусов. Содержание жиров в биологических объектах, тканях и органах может достигать 90%. Жиры это сложные эфиры высших жирных кислот и трехатомного спирта глицерина. В химии эту группу органических соединений принято называть триглицеридами. Триглицериды самые распространенные в природе липиды.

Характеристика липидов Простые липиды. Жирные кислоты. В составе триглицеридов обнаружено более 500 жирных кислот, молекулы которых имеют сходное строение. Жирные кислоты имеют одинаковую для всех кислот группировку карбоксильную группу (–СООН) и радикал, которым они отличаются друг от друга. Поэтому общая формула жирных кислот имеет вид R-CООН. Карбоксильная группа образует головку жирной кислоты. Она полярна, поэтому гидрофильна.

Характеристика липидов Радикал представляет собой углеводородный хвост, отличающийся у разных жирных кислот количеством группировок –СН 2. Он неполярен, поэтому гидрофобен. Большая часть жирных кислот содержит в "хвосте" четное число атомов углерода, от 14 до 22. 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-).

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.

Характеристика липидов Воски группа простых липидов, представляющих собой сложные эфиры высших жирных кислот и высших высокомолекулярных спиртов. Воски 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. Другие виды животного воска (ланолин) предохраняют волосы и кожу от действия воды.

Характеристика липидов Сложные липиды. Фосфолипиды сложные эфиры многоатомных спиртов с высшими жирными кислотами, содержащие остаток фосфорной кислоты. Иногда с ней могут быть связаны добавочные группировки (азотистые основания, аминокислоты, глицерин и др.). Как правило, в молекуле фосфолипидов имеется два остатка высших жирных и один остаток фосфорной кислоты. Фосфолипиды найдены и в животных, и в растительных организмах. Фосфолипиды присутствуют во всех клетках живых существ, участвуя главным образом в формировании клеточных мембран.

Характеристика липидов Липопротеины производные липидов с различными белками. Одни белки пронизывают мембрану – интегральные белки, другие погружены в мембрану на различную глубину – полуинтегральные белки, третьи находятся на внешней или внутренней поверхности мембраны – периферические белки.

Характеристика липидов Гликолипиды это углеводные производные липидов. В состав их молекул наряду с многоатомным спиртом и высшими жирными кислотами входят также углеводы (обычно глюкоза или галактоза). Они локализованы преимущественно на наружной поверхности плазматической мембраны, где их углеводные компоненты входят в число других углеводов клеточной поверхности.

Характеристика липидов Липоиды жироподобные вещества. К ним относятся стероиды (широко распространенный в животных тканях холестерин, его производные эстрадиол и тестостерон соответственно женский и мужской половые гормоны), терпены (эфирные масла, от которых зависит запах растений), гиббереллины (ростовые вещества растений), некоторые пигменты (хлорофилл, билирубин), часть витаминов (А, D, E, K ) и др.

Характеристика липидов Функции липидов. 1.Основная функция липидов энергетическая. Калорийность липидов выше, чем у углеводов. В ходе расщепления 1 г жиров до СО 2 и Н 2 О освобождается 38,9 кДж. 2.Структурная. Липиды принимают участие в образовании клеточных мембран. В составе мембран находятся фосфолипиды, гликолипиды, липопротеины. 3.Запасающая. Это особенно важно для животных, впадающих в холодное время года в спячку или совершающих длительные переходы через местность, где нет источников питания. Семена многих растений содержат жир, необходимый для обеспечения энергией развивающееся растение.

Характеристика липидов 4.Терморегуляторная. Жиры являются хорошими термоизоляторами вследствие плохой теплопроводимости. Они откладываются под кожей, образуя у некоторых животных толстые прослойки. Например, у китов слой подкожного жира достигает толщины 1 м. 5.Защитно-механическая. Скапливаясь в подкожном слое, жиры защищают организм от механических воздействий.

Характеристика липидов 6.Каталитическая. Эта функция связана с жирорастворимыми витаминами (А, D, E, K). Сами по себе витамины не обладают каталитической активностью. Но они являются коферментами, без них ферменты не могут выполнять свои функции. 7.Источник метаболической воды. Одним из продуктов окисления жиров является вода. Эта метаболическая вода очень важна для обитателей пустынь. Так, жир, которым заполнен горб верблюда, служит в первую очередь не источником энергии, а источником воды (при окислении 1 кг жира выделяется 1,1 кг воды). 8.Повышение плавучести. Запасы жира повышают плавучесть водных животных.

**Тест 1. К моносахаридам относятся: 1.Крахмал.5. Свекловичный сахар (сахароза). 2.Гликоген.6. Мальтоза. 3.Глюкоза.7. Молочный сахар (лактоза). 4.Дезоксирибоза.8. Рибоза. **Тест 2. К полисахаридам относятся: 1.Крахмал.5. Рибоза. 2.Гликоген.6. Мальтоза. 3.Глюкоза.7. Молочный сахар (лактоза). 4.Дезоксирибоза.8. Целлюлоза. **Тест 3. К дисахаридам относятся: 1.Крахмал.5. Хитин. 2.Свекловичный сахар (сахароза).6. Мальтоза. 3.Глюкоза.7. Молочный сахар (лактоза). 4.Дезоксирибоза.8. Целлюлоза. Повторение:

Тест 4. В состав молекулы ДНК входят остатки: 1.Рибозы. 2.Дезоксирибозы. 3.Глюкозы. 4.Фруктозы. Тест 5. Молекула крахмала состоит: 1.Из остатков рибозы. 2.Из остатков -глюкозы. 3.Из остатков и -глюкозы. 4.Из остатков дезоксирибозы. **Тест 6. Углеводы в организме выполняют функции: 1.Структурную.5. Взаимодействие клеток. 2.Энергетическую.6. Источник метаболической воды. 3.Каталитическую.7. Запасающую. 4.Многие являются гормонами. Повторение:

Тест 7. При полном сгорании 1 г. вещества выделилось 38,9 кДж энергии. Это вещество относится: 1.К углеводам. 2.К жирам. 3.Или к углеводам, или к липидам. 4.К белкам. Тест 8. Основу клеточных мембран образуют: 1.Жиры. 2.Фосфолипиды. 3.Воска. 4.Липиды. Тест 9. Утверждение: "Фосфолипиды сложные эфиры глицерина (глицерола) и жирных кислот": Верно. Ошибочно. Повторение:

**Тест 10. Липиды выполняют в организме следующие функции: 1.Структурную.5. Некоторые являются ферментами. 2.Энергетическую.6. Источник метаболической воды 3.Теплоизолирующую.7. Запасающую. 4.Некоторые - гормоны.8. К ним относятся витамины A, D, E, K. **Тест 11. Молекула жира состоит из остатков: 1.Аминокислот. 2.Нуклеотидов. 3.Глицерина. 4.Жирных кислот. Тест 12. Гликопротеины это комплекс: Белков и углеводов. Нуклеотидов и белков. Глицерина и жирных кислот. Углеводов и липидов. Повторение:

Тест 13. Фосфолипиды это комплекс: Белков и углеводов. Нуклеотидов и белков. Глицерина и жирных кислот. Липидов и остатков фосфорной кислоты. **Тест 14. К пентозам относятся: Глюкоза. Фруктоза. Рибоза. Дезоксирибоза. Повторение: