3. Органічні сполуки

3.1. Ліпіди: їх класифікація та функції

Ліпіди — органічні сполуки, різні за структурою, хімічною будовою, функціями, але схожі за фізико-хімічними властивостями: нерозчинні у воді, добре розчинні в органічних розчинниках (ефірі, хлороформі, ацетоні).

Класифікація ліпідів. За хімічною будовою ліпіди поділяють на прості та складні. До простих ліпідів належать: 1) тріацилгліцероли (тригліцериди, або жири) — ефіри гліцерину та жирних кислот; 2) воски — ефіри жирних кислот і довголанцюгових спиртів; 3) вітаміни А, Е, К.

Рис. 2. Фрагменти будови простих ліпідів

Тріацилгліцероли (жири) зустрічаються як у тварин, так і в рослин. Жири тваринного походження тверді (вершкове масло, свиняче сало), оскільки до їх складу входять переважно насичені жирні кислоти, що мають високу температуру плавлення. Рослинних жири переважно містять ненасичені жирні кислоти, які мають нижчу температуру плавлення, тому вони перебувають у рідкому стані (соняшникова, оливкова, бавовняна й інші рослинні олії). Ненасичені жирні кислоти мають подвійний зв'язок між атомами вуглецю, а у насичених всі атоми вуглецю зв’язані з воднем або з радикалами і не мають подвійних зв’язків. Неполярні молекули тріацилгліцеролів виконують запасаючу та терморегуляторну функції.

До складних ліпідів належать: 1) стероїди (холестерол, статеві гормони, вітамін D); 2) фосфоліпіди, до складу яких крім гліцеролу та жирних кислот входять залишок ортофосфатної кислоти та нітрогеновмісні сполуки (фосфатідилсерин, фосфатідилетаноламін, фосфатідилхолін тощо); 3) гліколіпіди — комплекси ліпідів з вуглеводами.

Рис. 3. Формули складних ліпідів

Функції ліпідів

• Енергетична - при повному окисненні 1г тріацилгліцеролу виділяється 38,9 кДж енергії, що приблизно вдвічі більше, ніж під час окиснення 1 г білків або вуглеводів.

• Структурна - основні структурні компоненти біологічних мембран.

• Регуляторна - регулюють текучість мембран, є важливими внутрішньоклітинними сигнальними молекулами, компонентами мієлінових оболонок нервових клітин, попередниками гормонів, вітамінами, беруть участь у регуляції генної активності.

• Запасаюча - завдяки високій енергетичній цінності жири є енергетичним депо та ендогенним джерелом води (у разі окиснення 100 г жиру виділяється 107 г води).

• Захисна - жири є основним компонентом підшкірної клітковини, вони запобігають тепловтратам і захищають від механічних впливів.

3.2. Вуглеводи: їх класифікація та функції

Вуглеводи — альдегіди та кетони багатоатомних спиртів, а також полімери цих сполук із загальною формулою С_n(Н₂О)_m. Вміст вуглеводів у тваринних клітинах рідко перевищує 5 %, але в рослинних може досягати 90 % від загальної кількості органічних молекул.

Класифікація вуглеводів. Вуглеводи поділяють на моносахариди, дисахариди, олігосахариди, полісахариди.

Моносахариди — прості вуглеводи, що містять полярні гідроксильні групи та характеризуються оптичною активністю і змішаними властивостями: не піддаються гідролізу, розчинні у воді і нерозчинні в бензині. Загальна формула: (CH₂0)_n, де n=3-9. В залежності від кількості атомів карбону, що утворюють скелет молекули, моносахариди поділяють на тріози, тетрози, пентози, гексози і т. д. Природа моносахаридів ускладнена внутрішньомолекулярними взаємодіями спиртових гідроксильних груп з альдегідною чи кетоновою карбонільною групою. Моносахариди з 5 і більшою кількістю атомів Карбону можуть згортатися в кільце.

Рис. 4. Формули моносахаридів

Глюкоза (C₆H₁₂O₆) – міститься в меду, цукровому буряку, фруктах, сім’яній рідині. Природна кристалічна глюкоза (виноградний цукор) представляє собою циклічну альфа-формулу. Розчиняючись у воді, вона переходить в ланцюгову, а через неї в бета-форму, при цьому встановлюється динамічна рівновага між усіма формами (явище таутомеризації). Бета-форма також може бути виділена в кристалічному вигляді. У водному розчині глюкоза утворює рівноважну систему, яка має всі форми. Ланцюгова форма в невеликій кількості існує лише в розчинах, у вільному вигляді не виділена.

Фруктоза або плодовий цукор (C₆H₁₂O₆) — просторовий ізомер глюкози, який відрізняється кількістю атомів оксигену та розташуванням альдегідної групи. Міститься в майже всіх солодких ягодах та плодах покритонасінних рослин. У клітинах багатьох тварин і рослин фруктоза може ферментативно перетворюватися на глюкозу.

Рибоза (C₆H₁₀O₅) – входить до складу нуклеотидів, РНК та АТФ.

Дезоксирибоза (C₅H₁₀O₄) – входить до складу ДНК.

Функції моносахаридів:

• Енергетична – основне джерело енергії для клітин: окислюючись 1 гр. глюкози виділяє 17 кДж енергії.

• Пластична – будівельні блоки для синтезу полісахаридів, нуклеїнових кислот, органічних кислот, а з них амінокислот, білків та ліпідів.

Олігосахариди — це вуглеводи, які мають від 2 до 10 ланок моносахаридів. Моносахариди здатні полімеризуватися, зєднуючись через атом оксигену з утворенням ковалентного (глікозидного) зв’язку та виділенням води. До складу біологічних полімерів входять тільки праві ізомери моносахаридів.

Дисахариди — кристалічні вуглеводи, що складаються з двох молекул моносахаридів.

Сахароза (С₁₂Н₂₂О₁₁= глюкоза + фруктоза) або харчовий цукор – джерело глюкози, поширена в рослинному світі: цукровий буряк (25%), цукрова тростина (20%), канадський клен та береза.

Мальтоза (2 глюкози) або солодовий цукор – проміжний продукт гідролізу крохмалю та глікогену, міститься в пророщених зернах злаків, томатах, пилку та нектарі ряду рослин.

Лактоза (галактоза + глюкоза) або молочний цукор – міститься в материнському та звичайному молоці (5%).

Рис. 5. Формули мальтози лактози та сахарози

Полісахариди — високомолекулярні сполуки, які містять понад 10 моносахаридних ланок. Вони складають основну масу вуглеводів, що зустрічаються в живих клітинах.

Крохмаль — (С₆Н₁₀О₅)_п полімер глюкози, резервна поживна речовина рослин, що міститься в клітинах у вигляді різних за формою та розмірами крохмальних зерен. Крохмаль знаходить широке застосування в медицині та в багатьох галузях промисловості (харчовій, паперовій, фармацевтичній тощо). У промислових масштабах його отримують із бульб картоплі та зерен кукурудзи.

Глікоген — полімер глюкози з більш розгалуженим, ніж у крохмалю, ланцюгом мономерів. Це головний енергетичний і вуглеводний резерв людини та тварин. Особливо великий вміст глікогену в печінці (до 10%) і м'язах (до 4%). Зустрічається він у грибів та мікроорганізмів.

Целюлоза — полімер глюкози, структурний полісахарид клітинної стінки рослин. На її частку припадає близько 50 % усього органічного вуглецю біосфери. Целюлоза має величезне значення для господарської діяльності людини, складаючи основну масу бавовняних тканин, паперу, штучного шовку, деяких пластмас і вибухових речовин.

Функції вуглеводів

• Енергетична - під час окиснення у процесі клітинного дихання вуглеводи вивільняють енергію, забезпечуючи значну частину енергетичних потреб організму.

• Захисна - в'язкі секрети (слизи) збагачені вуглеводами захищають стінки органів (шлунок, кишечник, бронхи) від механічних та хімічних впливів.

• Рецепторна - більшість клітинних рецепторів є глікопротеїнами; зв'язуючись з інтегральними мембранними білками, вуглеводи рецепторів беруть участь у розпізнаванні молекул (гормонів, нейромедіаторів).

• Структурна - основні компоненти клітин, які утворюють опорні тканини (целюлоза, хітин).

• Запасаюча - відкладаючись в тканинах, забезпечують організм енергією в період голодування (крохмаль, глікоген).