9) Строение и свойства липидов. Основные функции липидов.

💠Липиды (с греч. lipos -жир)– обширная группа природных органических соединений, включающая жиры и жироподобные вещества. Молекулы простых липидов состоят из спирта и жирных кислот, сложные – и спирта, жирных высокомолекулярных кислот и других компонентов. Содержится во всех живых клетках. Липиды – один из основных компонентов биологических мембран. Образуют аналитические резервы организма, участвует в передаче нервного импульса, созданием водоотталкивающих и термоизоляционных покровов и др. К липидам относятся: нейтральные жиры (Моно-, ди- и триацилглицерины), фосфолопиды и холестерин.

💠Липиды – это различные соединения. Общее свойство – гидрофобный – не любит воду. Могут абстрагироваться только не полярным. Могут быть простыми таки сложными.

✅✅✅Биологические функции липидов:✅✅✅

♻️1. Энергетическая (резервная) функция.

— Многие жиры, в первую очередь триглицериды, используется организмом как источник Е. Жировые отложения используется в качестве запасных источников питательных веществ прежде всего животными, которые вынуждены носить свои запасы на себе. Растение чаще всего запасают углеводы, однако в семенах многих растений высоко содержание жиров (растительное масло добывают из семян подсолнечника, кукурузы, рапса, льна и других масличных растений);

♻️2. Структурная функция.

— Фосфолипиды составляют основу биослоя клеточных мембран, холестерин – регуляторы текучести мембран. У архей в состав мембран входят производные изопреноидных углеводородов. Воски образуют кутикулу на поверхности надземных органов (листьев и молодых побегов) растений. Их также производит многие насекомые (так, пчёлы строит из них соты, а червецы и щитовки образуют защитные чехлы);

♻️3. Регуляторная функция.

— Витамины – липиды(A, D, E, K)

Гормоны (стероиды, простагландины и прочее.)

Кофакторы;

♻️4. Энергетическая функция:

— Липиды служат в организме весьма эффективным источником Е, которая идёт на образование АТФ. При окислении 1 г жира выделяется 39 кДж Е, что в 2 раза больше, чем при окислении 1 г углеводов.

♻️5. Защитная и теплоизоляционная:

— Накапливаясь в подкожной клетчатке и вокруг некоторых органов (почек, кишечника), жировой слой защищает организм животных его отдельные органы от механических повреждений. Благодаря низкой теплопроводности слой подкожного жира помогает сохранить тепло, что позволяет, например, многим животным обитать в условиях холодного климата. У китов, кроме того, он играет ещё и другую роль – способствует плавучести. Защищают растение от инфекции, излишние потери воды (восковой налёт на листьях и плодах).

✅Простые липиды.

Воски — Сложные эфиры одноатомных спиртов и высокомолекулярных кислот. Обладает водоотталкивающим свойствами, приобретают пластичность при незначительном нагревании.

У животных воски входят в состав фракций мозга, лимфатических узлов, селезёнки, желчных путей, жировой ткани.

У некоторых насекомых восковые железы выделяют воск, который образует на теле защитные покрытия и служит материалом для постройки сотов.

У растений восковой налёт на поверхности стебля, листьев, цветков, потом играет важную роль регуляция водного баланса, защищает от ультрафиолетовых лучей, от механических повреждений.

Ланолин, которые относится к воском, у человека предохраняет волосы и кожу от воды.

Биологическое значение триацилглицеролов:

1) Основная F липидов — служить энергетическим депо;

2) Калорийность липидов высшей калорийности углеводов, данная масса липида выделяет при окислении >> Е, чем равная ей масса углеводов;

3) Жир накапливается в организмах животных впадающий в спячку;

4) У позвоночных жир откладывается в подкожной клетчатке — теплоизоляция;

5) У водных животных Китов ещё и способствует плавучести;

6) Одним из продукты метаболизма жира является вода, что очень важно для пустынных животных;

7) В растениях обычно накапливаются масла, которые для животных является незаменимыми факторами.

✅ Сложные липиды.

Фосфолипиды – это большое число липидов, имеющих в своем составе фосфорную кислоту.

💠Фосфолипиды – сложные липиды, содержащие фосфорную кислоту. Содержатся во всех живых клетках, важнейший компонент и биологических мембран нервной ткани. Основные функции мембраны осуществляются с помощью фосфолипидов (Регулирование проницаемости различных веществ, функционирования ионных насосов, восприятия, переработкой передачи внутрь клетки информации с её поверхности, иммунный ответ и др). В составе липопротеидов крови участвуют в транспорте жиров, жирных кислот и холестерина.

💠 Стероиды – класс органических соединений; полициклические спирты, кетоны, кислоты и др. Широко распространены в живой природе. К стероидом относиться стерины, желчные кислоты, витамины группы D, половые гормоны, гормоны надпочечников. Входят в состав молекул стероидных гликозидов т.ч. сердечных гликозидов.

💠 Терпены — Это углеводороды, входящие в состав эфирных масел. Терпены практически не растворимы в воде, хорошо растворимый мне полярных органических растворителях; легко окисляются, полимеризуется, гидраруются, галогенерируется, изомеризуются.

Терпены и их производные входят составы эфирных масел, которые придают характерный запах плодам, цветкам и листьям растений. Сесквитерпенрвый спирт имеет запах ландыша. Много терпенов выделяется из хвойной смолы, например, сосны.

10

нуклеиновые кислоты – это высокомолекулярные органические полимеры (полинуклеотиды),обеспечивающие хранение и передачу генетической информации.

Были открыты в 1870 г. немецким ученым Мишером . Нуклеиновые кислоты были открыты в ядре клетки в виде соединений с белком, отсюда и термин (от лат. nucleus – ядро).

В зависимости от химического строения и биологических функций нуклеиновые кислоты делят на 2 большие группы;

- рибонуклеиновые кислоты (РНК);

- дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК).

В клетке существует 3 основных типа РНК:

- рибосомная РНК – рРНК;

- матричная РНК – мРНК;

- транспортная РНК – тРНК.

Каждая из этих видов РНК выполняет свою специфическую роль в процессе биосинтеза белка.

11

Нуклеиновые кислоты – фосфорсодержащие биополимеры живых организмов, обеспечивающие хранение и передачу наследственной информации. Открыты они в 1869 г. швейцарским химиком Ф. Мишером в ядрах лейкоцитов. Впоследствии нуклеиновые кислоты были обнаружены во всех растительных и животных клетках, бактериях, вирусах и грибах. В природе существуют два вида нуклеиновых кислот – дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК) Различие в названиях объясняется тем, что молекула ДНК содержит пятиуглеродный сахар дезоксирибозу, а молекула РНК – рибозу. В настоящее время известно большое числоразновидностей ДНК и РНК, отличающихся друг от друга. По строению и значению в метаболизме.

ДНК локализуется преимущественно в хромосомах клеточного ядра (99 % всей ДНК клетки), а также в митохондриях и хлоропластах. РНК, кроме ядра, входит в состав рибосом, цитоплазмы, пластид и митохондрий.

Нуклеиновые кислоты – сложные биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. В состав каждого нуклеотида входит пятиуглеродный сахар (рибоза или дезоксирибоза), азотистое основание и остаток фосфорной кислоты.

Существует пять основных азотистых оснований: аденин, гуанин, урацил, тимин и цитозин. Первые два являются пуриновыми – их молекулы состоят из двух соединенных между собой колец. Следующие три являются пиримидинами и имеют одно шестичленное кольцо.

Названия нуклеотидов происходят от названия соответствующих азотистых оснований; и те и другие обозначаются заглавными буквами: аденин – аденилат (А), гуанин – гуа-нилат (Г), цитозин – цитидилат (Ц), урацил – уридилат (У), тимин – дезокситимилилат (Т).

Количество нуклеотидов в молекуле нуклеиновых кислот бывает разным – от 80 в молекулах транспортных РНК до нескольких десятков миллионов у ДНК.

ДНК

Молекула ДНК – это двухцепочечная спираль, закрученная вокруг собственной оси.

В полинуклеотидной цепочке соседние нуклеотиды связаны между собой ковалентными связями, которые образуются между фосфатной группой одного нуклеотида и З’-спиртовой группой пентозы другого. Такие связи называются фосфодиэфирными. Фосфатная группа образует мостик между З’-углеродом одного пентозного цикла и 5’-углеродом следующего.

Остов цепей ДНК образован, таким образом, сахарофосфатными остатками.

Полинуклеотидная цепь ДНК закручена в виде спирали, напоминая винтовую лестницу и соединена с другой, комплементарной ей цепью с помощью водородных связей, образующихся между аденином и тимином (две связи), а также гуанином и цитозином (три связи). Нуклеотиды А и Т, Г и Ц называются комплементарными. В результате у всякого организма число адениловых нуклеотидов равно числу тимидиловых, а число гуаниловых — числу цитидиловых. Эта закономерность получила название «правило Чаргаффа». Благодаря этому свойству последовательность нуклеотидов в одной цепи определяет их последовательность в другой. Такая способность к избирательному соединению нуклеотидов называется комплементарностъю, и это свойство лежит в основе образования новых молекул ДНК на базе исходной молекулы.

Цепи в молекуле ДНК противоположно направлены, т. е., если одна цепь имеет направление от З’-конца к 5’-концу, то в другой цепи З’-концу соответствует 5’-конец и наоборот. Это свойство биспирали ДНК называетсяантипараллельностью.

Впервые двухцепочечная модель молекулы ДНК была предложена в 1953 г. американским ученым Дж. Уотсоном и англичанином Ф. Криком. Он объединил данные Э. Чаргаффа о соотношении пуриновых и пиримидиновых оснований молекул ДНК и результаты рентгеноструктурного анализа, полученные М. Уилкинсом и Р. Франклин. За разработку двухспиральной модели молекулы ДНК Уотсон, Крик и Уилкинс были удостоены в 1962 г. Нобелевской премии.

ДНК – самые крупные биологические молекулы. Их длина составляет от 0,25 мм – у некоторых бактерий до 40 мм – у человека. Это значительно больше самой крупной молекулы белка, которая в развернутом виде достигает не более 100-200 нм. Масса молекулы ДНК составляет 6 ∙ 10^-12 г.

Диаметр молекулы ДНК – 2 нм, шаг спирали – 3,4 нм; каждый виток спирали содержит 10 пар нуклеотидов. Спиральная структура поддерживается многочисленными водородными связями, возникающими между комплементарными азотистыми основаниями, и гидрофобными взаимодействиями. Молекулы ДНК эукариотических организмов линейны. У прокариот ДНК, напротив, замкнута в кольцо и не имеет ни 3’-, ни 5’-концов.

Подобно белкам при изменении условий ДНК может подвергаться денатурации, которая называется плавлением. При постепенном возврате к нормальным условиям ДНК ренатурирует.

Функции ДНК. Функцией ДНК является хранение, передача и воспроизведение в ряду поколений генетической информации. В ДНК любой клетки закодирована информация о всех белках данного организма, о том, какие белки и в какой последовательности будут синтезироваться.

12

РНК

Строение молекул РНК во многом сходно со строением молекул ДНК. Однако имеется и ряд существенных отличий. В молекуле РНК вместо дезоксирибозы в состав нуклеотидов входит рибоза. Вместо тимидилового нуклеотида (Т) входит уридиловый (У). Главное отличие от ДНК состоит в том, что молекула РНК представляет собой одну цепь. Однако ее нуклеотиды способны образовывать водородные связи между собой (например, в молекулах тРНК, рРНК), но в этом случае речь идет о внутрицепочечном соединении комплементарных нуклеотидов.

Цепочки РНК значительно короче ДНК.

Виды РНК

В клетке существует несколько видов РНК, которые различаются по величине молекул, структуре, расположению в клетке и функциям.

Информационная (матричная) РНК – мРНК – наиболее разнородная по размерам и структуре. мРНК представляет собой незамкнутую полинуклеотидную цепь. Она синтезируется в ядре при участии фермента РНК-полимеразы по принципу комплементарности участку ДНК, отвечающего за кодирование данного белка. мРНК выполняет важнейшую функцию в клетке. Она служит в качестве матриц для синтеза белков, передавая информацию об их структуре с молекул ДНК. Каждый белок клетки кодируется специфичной ему мРНК.

Рибосомная РНК – рРНК. Это одноцепочечные нуклеиновые кислоты, которые в комплексе с белками образуют рибосомы – органеллы, на которых происходит синтез белка. Информация о структуре рРНК закодирована в участках ДНК, расположенных в области вторичной перетяжки хромосом. На долю рРНК приходится 80 % всей РНК клетки, поскольку клетки содержат большое количество рибосом. рРНК обладают сложной вторичной и третичной структурой, образуя петли на комплементарных участках, что приводит к самоорганизации этих молекул в сложное по форме тело. В состав рибосом входят 3 типа рРНК – у прокариот и 4 типа рРНК – у эукариот.

Транспортная (трансферная) РНК – тРНК. Молекула тРНК состоит в среднем из 80 нуклеотидов. Содержание тРНК в клетке – около 15 % всей РНК. Функция тРНК – перенос аминокислот к месту синтеза белка и участие в процессе трансляции. Число различных типов тРНК в клетке невелико (около 40). Все они имеют сходную пространственную организацию. Благодаря внутрицепочечным водородным связям молекула тРНК приобретает характерную вторичную структуру, называемую клеверным листом.

Трехмерная же модель тРНК выглядит несколько иначе. В тРНК выделяют четыре петли: акцепторную (служит местом присоединения аминокислоты), антикодоновую (узнает кодон в мРНК в процессе трансляции), две боковые.

13

Рекция матричного синтеза

Это особая категория химических реакций, происходящих в клетках живых организмов. Во время этих реакций происходит синтез полимерных молекул по плану, заложенному в структуре других полимерных молекул-матриц. На одной матрице может быть синтезировано неограниченное количество молекул-копий. К этой категории реакций относятся репликация, транскрипция, трансляция и обратная транскрипция.

К реакциям матричного синтеза относят репликацию ДНК, синтез РНК на ДНК (транскрипцию) , синтез белка на мРНК (трансляцию) , а также синтез РНК или ДНК на РНК вирусов. При транскрипции фермент РНК-полимераза присоединяется к группе нуклеотидов ДНК — промотору. Промотор указывает место, с которого должен начаться синтез мРНК. Она строится из свободных нуклеотидов комплементарно молекуле ДНК. Фермент работает до тех пор, пока не встретит еще одну группу нуклеотидов ДНК — стоп-сигнал, возвещающий о конце синтеза мРНК. Молекула мРНК выходит в цитоплазму на рибосомы, где происходит синтез полипептидных цепей. Процесс перевода информации, содержащейся в последовательности нуклеотидов мРНК, в последовательность аминокислот в полипептиде называется трансляцией.

14

Обмен веществ и энергии

Процесс обмена — основное свойство живого. В цитоплазме клеток органов и тканей постоянно идет процесс синтеза сложных высокомолекулярных соединений и одновременно с этим — их распад с выделением энергии и образованием простых низкомолекулярных веществ — углекислого газа, воды, аммиака и др.

Процесс синтеза органических веществ называется ассимиляцией, илианаболизмом. В ходе ассимиляции обновляются органоиды клетки, и накапливается запас энергии. Распад структурных элементов клетки сопровождается выделением заключенной в химических связях энергии, а конечные продукты распада, вредные для организма, выводятся за пределы клетки, а затем из организма.

Процесс распада органических веществ противоположен процессу ассимиляции и называется диссимиляцией, или катаболизмом. Подобного типа реакции идут с поглощением кислорода, поэтому расщепление органических веществ связано с окислением, а освободившаяся при этом энергия идет на синтез ЛТФ(аденозинтрифосфорная кислота), необходимой для ассимиляции.

Таким образом, ассимиляция и диссимиляция — это две противоположные, но взаимосвязанные стороны единого процесса — обмена веществ. При нарушении ассимиляции и диссимиляции расстраивается весь обмен веществ.

В организме человека непрерывно протекают водный, солевой, белковый, жировой и углеводный обмен. Непрерывный распад и окисление органических соединений возможны лишь тогда, когда количество этих веществ в клетках постоянно пополняется. Однако потребность в питательных веществах неодинакова. Большая их часть используется организмом для образования энергии. В процессе жизнедеятельности организма энергетические запасы непрерывно уменьшаются, и их пополнение идет за счет пищи.

Соотношение количества энергии, поступающей с пищей, и энергии, расходуемой организмом, называется энергетическим балансом. Количество потребляемой пищи должно соответствовать энергетическим затратам человека.

АНАБОЛИЗМ – так называются все процессы создания новых веществ, клеток и тканей организма. Примеры анаболизма: синтез в организме белков и гормонов, создание новых клеток, накопление жиров, создание новых мышечных волокон – это все анаболизм. То есть, совокупность всех процессов в организме при которых происходит создание любых новых веществ и тканей – называется анаболизм !

КАТАБОЛИЗМ – является противоположностью анаболизма. То есть, это расщепление сложных веществ на более простые, а так же распад старых частей клеток и тканей организма. Возможно, вам кажется что катаболизм – это что-то плохое, потому что это разрушение… На самом деле это не так, ведь расщепление жиров и углеводов для получения энергии это тоже катаболизм, а без этой энергии организм существовать не может. Более того, эта энергия может быть направлена на синтез нужных веществ, на создание клеток и обновление организма, то есть на анаболизм. Анаболизм и катаболизм взаимосвязаны между собой.

15