Вуглеводи, ліпіди: огляд будови й біологічної ролі

1. Вуглеводи: будова і біологічна роль

У природі вуглеводи утворюються рослинами та деякими мікроорганізмами в процесі фотосинтезу. Вміст вуглеводів у рослинах дорівнює приблизно 80 % від сухої маси, у тваринах — у середньому 1-2 %.

В організмах рослин та тварин вуглеводи задіяні в багатьох процесах і виконують важливі функції:

• енергетичну — під час окиснення у процесі клітинного дихання 1 г вуглеводів вивільняється в середньому 17,2 кДж енергії, що застосовується у різних процесах в організмі (глюкоза, сахароза);

• структурну — є основними структурними компонентами клітинних стінок рослин (целюлоза) та грибів (хітин);

• запасаючу — полісахариди відкладаються у тканинах (крохмаль — у рослин, глікоген — у тварин і грибів), вивільняючи у разі необхідності глюкозу;

• захисну — слиз, багатий на вуглеводи, змащує і захищає стінки органів (шлунка, кишечнику, бронхів) від механічних та хімічних впливів; полісахариди утворюють покрив, що захищає тілозовні (зовнішній скелет із хітину членистоногих);

• рецепторну — виконують роль рецепторів у складі глікопротеїнів клітинних мембран;

• осмотичну — беруть участь у регуляції осмотичного тиску в організмі (глюкоза у крові).

Будова молекули глюкози: а - структурна формула; б - масштабна модель

Вуглеводи містять у складі молекул одну карбоксильну та кілька гідроксильних груп (тобто є альдегідо- або кетоноспиртами). За структурою молекул поділяють на прості (моносахариди) та складні (оліго- та полісахариди).

Значення і природні джерела моносахаридів:

• рибоза входить до складу РНК, ряду коферментів, глікозидів та антибіотиків;

• галактоза входить до складу дисахариду лактози — молочного цукру;

• глюкоза, декстроза, або винний цукор — один з найпоширеніших у природі моносахаридів: у вільному стані він міститься у фруктах, рослинних соках, лімфі, крові та ін.; є основним джерелом енергії для більшості організмів;

• фруктоза, левульоза, або плодовий, фруктовий цукор, міститься у фруктах, меді, входить до складу олігосахаридів (сахароза, рафіноза) та полісахаридів (інулін). У три рази солодша заглюкозу.

Перегляньте перзентацію:

Схема утворення дисахариду на прикладі сахарози

Завдання: Згадайте, як людина використовує сахарозу.

Проаналізуйте особливості будови крохмалю та целюлози.

Який з полісахаридів забезпечує структурну функцію, а який є резервною речовиною? Поясніть значення цих полісахаридів у життєдіяльності зображеного організму.

2. Ліпіди: будова і біологічна роль

Ліпіди, або жироподібні речовини — це природні органічні сполуки, характерною ознакою яких є нерозчинність у воді та інших полярних розчинниках та здатність до розчинення в неполярних рідинах.

За будовою ліпіди поділяються на прості та складні. Прості є переважно естерами різних спиртів і жирних кислот. До них належать жири, стероїди та воски. Складні є етерами жирних кислот і спиртів. До них належать фосфоліпіди, гліколіпіди та сульфаліпіди.

Ліпіди містяться в усіх клітинах живих організмів і беруть участь у різних фізіологічних та біохімічних процесах.

Біологічними функціями ліпідів є:

• структурна — фосфоліпіди беруть участь у побудові клітинних мембран;

• енергетична — під час розщеплення 1 г жиру вивільняється 38,9 кДж енергії (це вдвічі більше, ніж під час окиснення білків і вуглеводів);

• запасаюча — у рослин відкладаються про запас олії, у тварин — жири; надлишок вуглеводів та білків також може перетворюватися на жири і відкладатися про запас;

• теплоізоляційна — жирові капсули внутрішніх органів тварин та підшкірна жирова клітковина завдяки низькій теплопровідності запобігають утратам тепла;

• електроізоляційна — сфінгомієліни та глікосфінголіпіди мієлінових клітин нервової тканини ізолюють деякі нейрони, що пришвидшує проходження нервового імпульсу;

• регулятивна — статеві гормони та гормони надниркових залоз є ліпідами; частина вітамінів є жиророзчинними (А, D, Е, K);

• захисна — воски захищають рослин від утрати води, жири навколо внутрішніх органів тварин захищають від механічних впливів.

Приклади сполук, що належать до ліпідів: тваринні жири (свинячий, коров’ячий, баранячий, риб’ячий жири, вершкове масло) та рослинні (соняшникова, горіхова, кукурудзяна, оливкова, пальмова) олії, тваринні та рослинні воски, стероїдні гормони.

Перегляньте презентацію:

Велика кількість ненасичених жирних кислот, що є важливим компонентом їжі людини, міститься в рослинних оліях - соняшниковій, оливковій, конопляній.

Завдання: Проаналізуйте діаграму. Укажіть співвідношення органічних речовин у насінні соняшника.

Ксерофіли – наземні тварини, що пристосувалися до життя в безводних місцевостях (пустелях, напівпустелях, сухих степах). Прикладом таких тварин є одногорбий верблюд, тушканчики, американський кенгуровий пацюк та ін. Одні з них задовольняються лише запасами води, що міститься в їжі, інші успішно використовують метаболічну воду. Який метаболічний процес забезпечує утворення води з жирів? У чому полягають переваги жирів як джерела води перед вуглеводами?

1. Яке значення вуглеводів для обміну речовин й перетворення енергії?

2. Які особливості будови й роль ліпідів у метаболізмі?

3. За допомогою таблиці порівняйте вуглеводи й ліпіди.

4.Зробіть висновок про енергетичне та пластичне значення вуглеводів і ліпідів.