- •Биомолекулы: свойства, роль в биохимии человека, технологии получения
- •Введение
- •Биомолекулы
- •1.1. Определение и становление биохимии как науки
- •Контрольные вопросы
- •Химический состав живой материи. Понятие о макро- и микроэлементах. Биологические структуры живых систем
- •Химические элементы в клетках человека [1]
- •Основные химические соединения в клетках человека[1]
- •Контрольные вопросы
- •Вода - самое распространенное соединение в живых организмах
- •Участие в химических реакциях
- •Поддержание структуры клеток
- •Транспорт веществ
- •Участие в терморегуляции
- •Приспособленность живых организмов к водной среде
- •Круговорот воды в природе
- •Запасы воды в различных частях гидросферы [5]
- •«Кислые» дожди загрязняют наши озера и реки [6]
- •Контрольные вопросы
- •1.4. Аминокислоты: строение, свойства и биологическая роль
- •Протеиногенные α-аминокислоты
- •Контрольные вопросы
- •1.5. Белки: ковалентная структура и биологические функции
- •Классификация белков
- •Химические свойства
- •Физические:
- •Химические:
- •Функции белков
- •Белки в обмене веществ
- •Контрольные вопросы
- •1.6. Ферменты: строение, свойства, биологическая роль
- •Функции ферментов
- •Кинетика ферментативных реакций [6-8]
- •Влияние физико-химических факторов на активность ферментов
- •Нарушение каталитической активности ферментов
- •Контрольные вопросы
- •1.7. Углеводы: строение, биологические функции
- •Значение углеводов
- •Моносахариды
- •Олигосахариды
- •Полисахариды
- •Углеводы − заменители сахара [10-12]
- •Контрольные вопросы
- •1. 8. Липиды и их биохимические функции
- •Методы контроля показателей качества жиров [13]
- •Коэффициенты пересчета кислотного числа чк жира на процентное содержание свободных жирных кислот (кислотность, %)
- •Контрольные вопросы
- •1.9. Витамины – незаменимые микрокомпоненты пищи
- •Водорастворимые витамины
- •Жирорастворимые витамины
- •Авитаминозы
- •Витаминоподобные вещества
- •Контрольные вопросы
- •2. Биохимия человека
- •2.1. Питание человека
- •Питательные вещества, необходимые человеку*
- •Контрольные вопросы
- •2.2. Энергетические потребности организма
- •Суточная потребность в энергии [18]
- •Энергетические потребности при разных видах деятельности [18]
- •Контрольные вопросы
- •Перечень основных профессий, относящихся к различным группам интенсивности труда
- •Контрольные вопросы
- •2.4. Рациональное питание
- •Некоторые аспекты биохимии человека
- •Качество белков некоторых пищевых продуктов
- •Пищевые добавки
- •Список вредных пищевых добавок [30]
- •Вредные добавки в продуктах питания [23, 29-31]
- •Контрольные вопросы
- •3. Биотехнология
- •3.1. Научные основы биотехнологии
- •Контрольные вопросы
- •3.2. Новые направления биотехнологии
- •Контрольные вопросы
- •3.3. Генная инженерия. Методы генной инженерии
- •Контрольные вопросы
- •3.4. Биотехнология и проблемы защиты окружающей среды
- •Биотехнологические методы защиты окружающей среды [47]
- •История возникновения экологических проблем и классификация загрязнителей окружающей среды
- •Источники загрязнения окружающей среды
- •Контрольные вопросы
- •Словарь наиболее употребляемых терминов и определений
- •Заключение
- •Библиографический список к части 1
- •6. Комов, в.П. Биохимия: учебник для студентов вузов / в.П. Комов, в.Н. Шведова. – м.: Дрофа, 2008. – 639 с.
- •К части 2
- •К части 3
- •Оглавление
- •3.4. Биотехнология и проблемы защиты окружающей среды …………...127
- •394006 Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84
Контрольные вопросы
Дайте определение углеводам.
Охарактеризуйте моносахариды: состав, строение и свойства.
Охарактеризуйте олигосахариды: состав, строение и свойства.
Охарактеризуйте полисахариды.
Охарактеризуйте природные заменители сахара.
1. 8. Липиды и их биохимические функции
Липиды - органические вещества, характерные для живых организмов, нерастворимые в воде, но растворимые в органических растворителях (сероуглероде, хлороформе, эфире, бензоле), дающих при гидролизе высокомолекулярные жирные кислоты. Они не являются в отличие от белков и полисахаридов высокомолекулярными соединениями, их структура весьма разнообразна, они имеют лишь один общий признак – гидрофобность.
В организме липиды выполняют следующие функции:
энергетическую - являются резервными соединениями, основной формой запаса энергии и углерода. При окислении 1 г нейтральных жиров (триацилглицеролов) выделяется около 38 кДж энергии;
регуляторную – липидами являются жирорастворимые витамины и производные некоторых жирных кислот, которые участвуют в обмене веществ.
структурную - являются главными структурными компонентами клеточных мембран, образуют двойные слои полярных липидов, в которые встраиваются белки-ферменты;
защитную – защищает органы от механических повреждений и участвует в терморегуляции.
Образование запасов жира в организме человека и некоторых животных рассматривается как приспособление к нерегулярному питанию и к обитанию в холодной среде. Особенно большой запас жира у животных, впадающих в длительную спячку (медведи, сурки) и приспособленных к обитанию в условиях холода (моржи, тюлени). У плода жир практически отсутствует и появляется только перед рождением.
По структуре липиды можно подразделить на три группы:
простые липиды – к ним относятся только эфиры жирных кислот и спиртов. Сюда относятся: жиры, воски и стериды;
сложные липиды – в их состав входят жирные кислоты, спирты и другие компоненты различного химического строения. К ним относятся фосфолипиды, гликолипиды и т.д.;
производные липидов – это в основном жирорастворимые витамины и их предшественники.
В тканях животных жиры находятся в частично свободном состоянии, в большей степени они составляют комплекс с белками.
По химическому составу, строению и функции, выполняемой в живой клетке, липиды подразделяются на пять групп (см. рис.10)
ЛИПИДЫ
Минорные
липиды
Гликолипиды
ФОСФОЛИПИДЫ
ЖИРЫ
стероиды
Рис. 10. Схема классификации липидов [6]
Жиры – это сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот. Это запасные вещества, накапливающиеся в очень больших количествах в семенах и плодах многих растений, входят в состав организма человека, животных, микробов и даже вирусов.
Химическое название – ацилглицериды, преобладают триацилглицериды (рис. 11)
Рис. 11. Схема молекулы жира:
R1, R2, R3 – радикалы высокомолекулярных жирных кислот.
Жирные кислоты представляют собой длинноцепочечные монокарбоновые кислоты (содержат от 12 до 20 углеродных атомов).
Жирные кислоты, входящие в состав жиров, разделяются на насыщенные (не содержат двойных углерод-углеродных связей) и ненасыщенные, или непредельные (содержат одну и более двойную углерод-углеродную связь). Ненасыщенные жирные кислоты подразделяются:
на мононенасыщенные – содержат одну связь;
полиненасыщенные – содержат больше чем одну связь.
Из насыщенных кислот наибольшее значение имеют:
пальмитиновая (СН3 – (СН2)14 – СООН) или С15Н31СООН;
стеариновая (СН3 – (СН2)16 – СООН) или С17Н35СООН;
Наиболее важные из ненасыщенных жирных кислот – олеиновая, линолевая и линоленовая.
СН3 – (СН2)7 – СН = СН – (СН2)7 – СООН – олеиновая кислота или С17Н33СООН;
СН3–(СН2)4–СН= СН – СН2 – СН = СН – (СН2)7 – СООН – линолевая кислота или С17Н31СООН;
СН3–СН2–СН=СН–СН2–СН=СН–СН2–СН=СН – (СН2)7 – СООН – линоленовая или С17Н29СООН.
Свойства жиров определяются качественным составом жирных кислот, их количественным соотношением, процентным содержанием свободных, несвязанных с глицерином жирных кислот.
Если в составе жира преобладают насыщенные (предельные) жирные кислоты, то жир имеет твердую консистенцию. Напротив, в жидких жирах преобладают непредельные (ненасыщенные) кислоты. Жидкие жиры называют маслами.
Показателем насыщенности жира служит йодное число – количество миллиграмм йода, способного присоединиться к 100 г жира по месту разрыва двойных связи в молекулах непредельных кислот. Чем больше в молекуле жира двойных связей (выше его ненасыщенность), тем выше его йодное число.
Другой важный показатель – число омыления жира. При гидролизе жира образуются глицерин и жирные кислоты. Последние со щелочами образуют слои, называемые мылами, а процесс их образования называется омыление жиров.
Число омыления – количество КОН (мг), идущего на нейтрализацию кислот, образующихся при гидролизе 1 г жира.
Особенностью жиров является их способность к образованию в определенных условиях водных эмульсий, что важно для питания организма. Примером такой эмульсии служит молоко – секрет молочных желез млекопитающих и человека. Молоко представляет собой тонкую эмульсию жира молока в его плазме. В 1 мм3 молока содержится до 5-6 млн молочных жировых шариков диаметром около 3 мкм. Липиды молока состоят преимущественно из триглицеридов, в которых преобладают олеиновая и пальмитиновая кислоты.
Полиненасыщенные жирные кислоты: олеиновая, линолевая, линоленовая и арахидоновая – называют незаменимыми (эссенциальными), т.к. они необходимы человеку. Полиненасыщенные жирные кислоты способствуют выделению из организма холестерина, предупреждая и ослабляя атеросклероз, повышают эластичность кровеносных сосудов.
Благодаря тому, что в ненасыщенных жирных кислотах есть двойные связи, они очень легко окисляются. Процесс окисления жира может идти сам по себе за счет присоединения кислорода воздуха по месту двойных связей, однако он может значительно ускоряться под влиянием фермента липоксигеназы.
Воски – сложные эфиры высокомолекулярных жирных кислот и одноатомных спиртов с длинной углеродной цепью (рис. 12). Это твердые соединения с ярко выраженными гидрофобными свойствами. Жирные кислоты в них содержат от 24 до 30 углеродных атомов, а высокомолекулярные спирты – 16-30 атомов углерода.
R1 – CH2 – O – CO – R2
Рис. 12. Схема молекулы воска: R1, R2 – радикалы высокомолекулярных
жирных кислот и одноатомных спиртов
Например, С15Н31СО-ОС31Н63 – пчелиный воск и С25Н51СО-О-С26Н53 – китайский воск.
Основная функция природных восков – образование защитных покрытий на листьях, стеблях и плодах растений, которые предохраняют плоды от высыхания и поражения микроорганизмами. Под покровом из пчелиного воска хранится мед и развиваются личинки пчелы. Ланолин – воск животного происхождения, предохраняет волосы и кожу от действия воды. Воска вырабатываются и используются в очень больших количествах морскими организмами, особенно планктонными, у которых они служат основной формой накопления высококалорийного клеточного топлива. Поскольку киты, сельди, лососевые и многие другие виды морских животных питаются главным образом планктоном, содержащиеся в нем воска играют важную роль в морских пищевых цепях в качестве основного источника липидов.
Фосфатиды (фосфолипиды) – жиры, содержащие в своем составе фосфорную кислоту, связанную с азотистым основанием или другим соединением (В) (рис. 13).
Фосфолипиды являются важной частью клеточных мембран. Они обеспечивают текучие и пластические свойства мембран клеток и клеточных органоидов, в то время как холестерин обеспечивает жёсткость и стабильность мембран. Как фосфолипиды, так и холестерин часто входят в состав липопротеидов клеточных мембран, но имеются в мембранах и в свободном, не связанном с белками состоянии. Соотношение холестерин-фосфолипиды в основном и определяет текучесть либо жёсткость клеточной мембраны.
Рис. 13. Схема молекулы фосфолипида: R1, R2 – радикалы, В – остаток холина
Если В представляет собой остаток холина, то фосфатид называется лецитином.
Фосфолипиды участвуют в транспорте жиров, жирных кислот и холестерина. Между плазмой и эритроцитами происходит обмен фосфолипидами, которые играют важнейшую роль, поддерживая в растворимом состоянии неполярные липиды. Будучи более гидрофильными, чем холестерин, благодаря наличию в молекуле остатков фосфорной кислоты, фосфолипиды являются своеобразными «растворителями» для холестерина и других высоко гидрофобных соединений. Фосфолипиды замедляют синтез коллагена и повышают активность коллагеназы (фермента, разрушающего коллаген). Поскольку коллаген определяет замещение эпителиальной ткани соединительной, фосфолипиды оказывают противорубцовый эффект.
Фосфолипиды – поверхностно активные вещества, улучшающие хлебопекарные достоинства пшеничной муки. Фосфолипиды применяются в пищевой промышленности в качестве эмульгаторов – веществ, способствующих образованию эмульсий.
Гликолипиды - сложные липиды, образующиеся в результате соединения липидов с углеводами. У гликолипидов имеются полярные «головы» (углевод) и неполярные «хвосты» (остатки жирных кислот). Благодаря данному свойству, вместе с фосфолипидами гликолипиды входят в состав клеточных мембран.
Гликолипиды широко представлены в тканях, особенно в нервной, в частности в ткани мозга. Они локализованы преимущественно на наружной поверхности плазматической мембраны, где их углеводные компоненты входят в число других углеводов клеточной поверхности.
К минорным липидам относятся свободные жирные кислоты, жирорастворимые витамины, биологически активные вещества липидной природы.
Стероиды – сложные жирорастворимые вещества, молекулы которых содержат четыре конденсированных кольца. Наиболее широко распространенными стероидами являются стеролы, то есть стероидные спирты. Основной стерол в тканях животных – холестерол.
Дополнительная информация