Home ⇒ 👍Біологія ⇒ Біополімери. Вуглеводи, ліпіди

Біополімери. Вуглеводи, ліпіди

До складу клітин входить безліч органічних сполук:

Вуглеводи; Білки; Ліпіди; Нуклеїнові кислоти; Інші сполуки, яких немає в неживій природі.

Органічними речовинами називають хімічні сполуки, до складу яких входять атоми вуглецю.

Атоми вуглецю здатні вступати один з одним в міцний ковалентний зв’язок, утворюючи безліч різноманітних ланцюгових або кільцевих молекул.

Найпростішими сполуками, що містять вуглерод, є вуглеводні – сполуки, які містять тільки вуглець і водень. Однак у більшості органічних, тобто вуглецевих, з’єднань містяться і інші елементи:

Кисень; Азот; Фосфор; Сірка.

Біологічні полімери (біополімери)

Біологічні полімери – це органічні сполуки, що входять до складу клітин живих організмів і продуктів їх життєдіяльності.

Полімер (від грец. “Полі” – багато) – багатоланковий ланцюг, в якому ланкою є якась відносно проста речовина – мономер. Мономери, з’єднуючись між собою, утворюють ланцюги, що складаються з тисячі мономерів. Якщо позначити тип мономера певною буквою, наприклад А, то полімер можна зобразити у вигляді дуже довгого поєднання мономерних ланок: А-А-А-А -…- А. Це, наприклад, відомі вам органічні речовини: крохмаль, глікоген, целюлоза та ін. Біополімерами являються білки, нуклеїнові кислоти, полісахариди.

Властивості біополімерів залежать від будови їх молекул: від числа і різноманітності мономерних ланок, які утворюють полімер.

Якщо з’єднати разом два типи мономерів А і Б, то можна отримати дуже великий набір різноманітних полімерів. Будова і властивості таких полімерів будуть залежати від числа, співвідношення та порядку чергування, тобто положення мономерів в ланцюгах. Полімер, в молекулі якого група мономерів періодично повторюється, називають регулярним. Такі, наприклад, схематично зображені полімери з закономірним чергуванням мономерів:

…А Б А Б А Б А Б…

… А А Б Б А А Б Б…

…А Б Б А Б Б А Б Б А Б Б…

Однак значно більше можна отримати варіантів полімерів, в яких немає видимої закономірності в повторюваності мономерів. Такі полімери називають нерегулярними. Схематично їх можна зобразити так:

…ААБАБББАААББАБББББААБ…

Припустимо, що кожен з мономерів визначає яку-небудь властивість полімеру. Наприклад, мономер А визначає високу міцність, а мономер Б – електропровідність. Поєднуючи ці два мономера в різних співвідношеннях і по-різному чергуючи їх, можна отримати величезне число полімерних матеріалів з різними властивостями. Якщо ж взяти не два типи мономерів (А і Б), а більше, то і число варіантів полімерних ланцюгів значно зросте.

Виявилося, що поєднання і перестановка декількох типів мономерів в довгих полімерних ланцюгах забезпечує побудову безлічі варіантів і визначає різні властивості біополімерів, що входять до складу всіх організмів. Цей принцип лежить в основі різноманіття життя на нашій планеті.

Вуглеводи і їх будова

У складі клітин всіх живих організмів широке поширення мають вуглеводи. Вуглеводами називають органічні сполуки, які складаться з вуглецю, водню і кисню. У більшості вуглеводів водень і кисень знаходяться, як правило, в тих же співвідношеннях, що і у воді (звідси їх назва – вуглеводи). Загальна формула таких вуглеводів СN(Н2О) m. Прикладом може служити один з найпоширеніших вуглеводів – глюкоза, елементний склад якої С6Н12О6.

Глюкоза є простим цукром.

Кілька залишків простих цукрів з’єднуються між собою і утворюють складні цукри. У складі молока перебуває молочний цукор, який складається із залишків молекул двох простих цукрів (дисахарид).

Молочний цукор – основне джерело енергії для дитинчат всіх ссавців.

Тисячі залишків молекул однакових цукрів, з’єднуючись між собою, утворюють біополімери – полісахариди. У складі живих організмів є багато різноманітних полісахаридів: у рослин це крохмаль, у тварин – глікоген, який теж складається з тисяч молекул глюкози, але ще більш гіллястий. Крохмаль і глікоген грають роль як би акумуляторів енергії, необхідної для життєдіяльності клітин організму. Дуже багаті крохмалем:

Картопля; Зерна пшениці; Жита; Кукурудзи та ін.

Функції вуглеводів

Найважливіша функція вуглеводів – енергетична. Вуглеводи служать основним джерелом енергії для організмів, що харчуються органічними речовинами. У травному тракті людини і тварин полісахарид крохмаль розщеплюється особливими білками (ферментами) до мономерних ланок – глюкози.

Глюкоза, всмоктуючись з кишечника в кров, окислюється в клітинах до вуглекислого газу і води із звільненням енергії хімічних зв’язків, а надлишок її запасається в клітинах печінки і м’язів у вигляді глікогену. У періоди інтенсивної м’язової роботи або нервового напруження (або при голодуванні) у м’язах і печінці тварин розщеплення глікогену посилюється. При цьому утворюється глюкоза, яка споживається інтенсивно працюючими м’язовими і нервовими клітинами.

Таким чином, біополімери полісахариди – це речовини, в яких запасається використовувана клітинами енергія рослинних і тваринних організмів.

У рослинах в результаті полімеризації глюкози утворюється не тільки крохмаль, але і целюлоза. З целюлозних волокон будується міцна основа клітинних стінок рослин. Завдяки особливій будові целюлоза нерозчинна у воді і має високу міцність. З цієї причини целюлозу використовують і для виготовлення тканин.

Адже бавовна майже чиста целюлоза. У кишечнику людини і більшості тварин немає ферментів, здатних розщеплювати зв’язку між молекулами глюкози, що входять до складу целюлози. У жуйних тварин целюлозу розщеплюють ферменти бактерій, що постійно живуть в спеціальному відділі шлунку.

Відомі також складні полісахариди, що складаються з двох типів простих цукрів, які регулярно чергуються в довгих ланцюгах. Такі полісахариди виконують структурні функції в опорних тканинах тварин. Вони входять до складу міжклітинної речовини шкіри, сухожиль, хрящів, надаючи їм міцність і еластичність.

Таким чином, важливою функцією вуглеводних біополімерів є структурна функція.

Є полімери цукрів, які входять до складу клітинних мембран; вони забезпечують взаємодію клітин одного типу, впізнавання клітинами один одного. Якщо розділення клітини печінки змішати з клітинами нирок, то вони самостійно розійдуться в дві групи завдяки взаємодії однотипних клітин: клітини нирок з’єднаються в одну групу, а клітини печінки – в іншу. Втрата здатності пізнавати один одного характерна для клітин злоякісних пухлин. З’ясування механізмів впізнавання і взаємодії клітин може мати важливе значення, зокрема для розробки засобів лікування раку.

Ліпіди

Ліпіди різноманітні за структурою. Усім їм притаманна, однак, одна загальна властивість: всі вони неполярні. Тому вони розчиняються в таких неполярних рідинах, як хлороформ, ефір, але практично нерозчинні у воді. До ліпідів належать жири і жироподібні речовини. У клітці при окисленні жирів утворюється велика кількість енергії, яка витрачається на різні процеси. У цьому полягає енергетична функція жирів.

Жири можуть накопичуватися в клітинах і служити запасною поживною речовиною.

У деяких тварин (наприклад, у китів, ластоногих) під шкірою відкладається товстий шар підшкірного жиру, який завдяки низькій теплопровідності захищає їх від переохолодження, тобто виконує захисну функцію.

Деякі ліпіди є гормонами і беруть участь в регуляції фізіологічних функцій організму. Ліпіди, що містять залишок фосфорної кислоти (фосфоліпіди), служать найважливішою складовою частиною клітинних мембран, тобто вони виконують структурну функцію.