на рис. 12.9. В работе [12] П. Кемп и К. Армc роль АТФ в получении и обмене энергии в клетке сравнивают с ролью денег в нашей жизни. Клетка нуждается в АТФ так же, как и мы в наличных деньгах для платы за наши покупки и удовольствия, клетка с избыточным количеством АТФ может синтезировать питательные вещества (например, те же сахара), вкладывая эти «сбережения» энергии в банк, т.е. в АТФ, которые затем можно пустить в дело в виде «живых» денег для удовлетворения своих нужд.

Рис. 12.10. Схема цикла Липмана по участию молекул фосфора в энергетических процессах живого организма.

326

Процесс превращения энергии в фосфатной связи определяется процессами осмоса и связан с энергией переноса электронов, а фосфагены — молекулы, аккумулирующие энергию, были обнаружены во всех живых организмах, от бактерий до животных. Американский биохимик Ф. Липман рассматривал их функции также как некую универсальную энергетическую «валюту» в биологических системах и сравнивал роль фосфора с током в своеобразном метаболическом генераторе (рис. 12.10). Фосфагены, как и гликогены, отличаются от других возможных аккумуляторов энергии тем, что они способны быстро удовлетворять энергетические потребности организма.

12.3.6. Липиды

Липиды — водонерастворимые органические углеводородные вещества, или содержащие их — присутствуют во всех живых клетках и тканях. Они очень разнообразны по составу и структуре, но обладают одним общим свойством: их молекулы неполярны. Поэтому они растворимы в неполярных жидкостях, например в эфире, но нерастворимы в воде. Нерастворимость в воде делает липиды важнейшим компонентом мембран, разделяющих в живых организмах, и в частности в клетках, отсеки, заполненные водным раствором. Кроме АТФ сахаров — липиды — главная форма хранения энергии в животном организме, так как липиды, в отличие от углеводов в виде сахаров, могут сохраняться в концентрированном виде без воды.

Любое избыточное количество сахара, съеденное человеком и не израсходованное им сразу же на энергетические потребности, быстро превращается в жир. Чтобы иметь оптимальные размеры тела, надо тратить энергию, двигаться, работать, а не накапливать свой жир про запас! А бегунам на длинные дистанции (марафонцам), наоборот, для пополнения запаса энергии во время бега дают глюкозу. На представлениях об углеводах

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.

и липидах созданы некоторые лекарства и народные средства. Так, диабетикам полезны фрукты, которые наряду с сахаром содержат клетчатку и не повышают сахар крови, а рекламируемый «поглотитель жира» содержит вещества, связывающие излишек липидов в соединения, которые затем удаляются из организма.

По своим функциональным качествам липиды разделяются на три группы:

•структурные и рецепторные элементы мембран и клеточных поверхностей;

•«депо» энергии;

•передатчики биологических сигналов.

327

Рис. 12.11. Структура ненасыщенных (а) и насыщенных (б) жирных кислот.

Рис. 12.12. Растворение ионного конца жирной кислоты в воде.

Для первых двух основными компонентами являются жирные кислоты, в третью группу входят витамины и стероидные гормоны.

Жирные кислоты содержат молекулы с длинной цепью из атомов углерода и водорода с карбоксильной группой (—COOH) на одном из концов. В насыщенной жирной кислоте нет ненасыщенных связей между атомами углерода, а в ненасыщенной они есть (рис. 12.11), т.е. ненасыщенные кислоты содержат двойные и (реже) тройные связи. Карбоксильный конец любой молекулы жирной кислоты полярен и поэтому растворим в воде. Это связано с тем, что карбоксильная группа (ионный конец) диссоциирует, а сама длинная углеводородная цепь нерастворима в воде. Благодаря этой особенности молекулы жирных кислот располагаются на поверхностях раздела между водой и неполярными органическими веществами, например маслом, и ориентируются так, что их ионные концы обращены к воде (рис. 12.12). Известный всем эффект действия мыла на жир состоит в том, что мыло, содержащее модифицированные жирные кислоты,

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.

очищает загрязненные поверхности, удаляя с них капельки масла или жира. Молекулы мыла окружают такую капельку, и их углеводородные цепи растворяются в

328

Рис. 12.13. Растворение углеводородных цепей мыла в масле.

масле (рис. 12.13). Водорастворимые карбоксильные группы выходят наружу, т.е. находятся в воде. В результате этого процесса капля растворяется в воде, отделяется от загрязненной поверхности и всплывает.

Триацилглицеролы содержат молекулы, которые образованы в результате присоединения трех остатков жирных кислот к одной молекуле трехатомного спирта. К этой группе относятся масла (жидкие) и жиры (твердые). В маслах больше ненасыщенных жирных кислот, чем в жирах. В организмах животных, обитающих в холодном климате, например рыб арктических морей, содержится больше ненасыщенных триацилглицеролов, чем у обитателей теплого климата. Биологи отмечают, что благодаря этому тело этих рыб остается более гибким и при низких температурах. Согласно биохимии это связано со стойкостью к расщеплению насыщенных жирных кислот. К двойной связи атомов углерода ненасыщенной кислоты может присоединиться дополнительная пара атомов водорода.

Кроме того, что жиры обеспечивают до 30% энергопотребности организма, они играют важную роль в организме. Накапливаясь в жировых тканях, окружающих внутренние органы, жиры обеспечивают механическую защиту и теплоизоляцию организма, а также образуют мягкую упругую подкладку в тех местах, которые подвергаются механическому воздействию. С жирами в организм человека поступают вещества, обладающие высокой биологической активностью, — витамины A, D, Е, К, лецитин и другие стерины, регулирующие жировой и холестериновый обмен.

В молекулах фосфолипидов один или два остатка жирных кислот заменены группами, содержащими фосфор, иногда азот. Фосфолипиды являются важными компонентами многих мембран. Стероиды — это липиды, состоящие из четырех колец, к которым присоединены различные боковые группы. К ним относится ряд гормонов. Гормоны — вещества, производимые специальными тканями высших живых организмов и передающие специфичные химические сигналы. Их функция состоит в передаче информации от клеток-датчиков, находящихся в непосредственном контакте с окружающей средой. Гормоны легко рас-

329

пространяются по всему организму и когда освобождаются вырабатывающей их тканью, то все органы и ткани, способные реагировать на них, делают это почти одновременно. Благодаря такой согласованной реакции все части организма приходят в состояние, наиболее соответствующее условиям внешней среды.

К стероидам относится также холестерол — важный компонент клеточных мембран. Представителем группы стеринов является холестерин. Кроме регулирования проницаемости мембран он участвует в образовании желчных кислот, гормонов половых желез и коры надпочечников, витамина D в коже. Холестерин содержится только в животных продуктах и присутствует в крови в виде двух фракций: более твердой, плохо растворимой (высокой плотности) и жидкой (низкой плотности). Избыток его первой фракции в организме приводит к образованию камней и холестериновых «бляшек» в сердечно-сосудистой системе. Витамины — это малые органические молекулы. Они имеют высокую биологическую активность даже в небольшой концентрации, разделяются на жирорастворимые (A, D, Е, К) и водорастворимые (В, С, Н, Р).

Обобщая обзор биохимических элементов, принимающих активное участие в процессах жизнедеятельности биологических объектов, отметим, что «азбука» живого — это 20 аминокислот, пять оснований, два углевода и один фосфат. Существование небольшого числа одних и тех же молекул во всех живых организмах показывает, что все

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.