14.3. Органические соединения – основа жизни: жиры, углеводы, белки

Исходными веществами для получения жиров являются трехатомный спирт – глицерин и высшие жирные кислоты, то есть карбоновые кислоты R―COOH с многозвенным углеводородным радикалом. Жирные кислоты могут быть предельными, как пальмитиновая кислота СН₃(СН₂)₁₄СООН или стеариновая кислота СН₃(СН₂)₁₆СООН, или непредельными с одной или несколькими двойными связями, как олеиновая кислота СН₃(СН₂)₇СН=СН(СН₂)₇СООН.

Жиры – сложные эфиры глицерина и трех одинаковых или различных высших жирных кислот. Схема образования жиров показана на рисунке 14.2.

Твердые жиры – эфиры насыщенных жирных кислот, жидкие (масла) – эфиры ненасыщенных жирных кислот. Очень полезны для здоровья жиры ненасыщенных кислот, особенно с несколькими двойными связями. Их двойные связи легко разрываются, и по месту разрыва связи могут присоединяться свободные радикалы, которые обладают большой реакционной способностью и, присоединяясь к молекулам белков или ДНК и РНК, приводят к неправильному функционированию этих молекул в живых организмах, нанося вред здоровью.

В организмах жиры используются как строительный материал (из жироподобных веществ - липидов состоят стенки клеток) и как источник энергии.

Рисунок 14.2 – Схема образования жиров.

Углеводы – моносахариды и вещества (дисахариды, полисахариды), превращающиеся в моносахариды при гидролизе, то есть при реакциях разложения с водой. Состоят только из С, Н и О. В организмах являются основными источниками энергии. Подразделяются на моносахариды – простейшие углеводы, не расщепляемые водой, дисахариды и полисахариды. Примерами моносахаридов являются глюкоза (виноградный сахар) и фруктоза (фруктовый сахар), имеющие одинаковый состав С₆Н₁₂О₆, но разное строение. Глюкоза, в свою очередь, может существовать в линейной и двух циклических формах (-глюкоза и-глюкоза), постоянно переходя из одной формы в другую. В линейной форме глюкоза представляет собой альдегидоспирт.

Представитель дисахаридов – сахароза (свекловичный или тростниковый сахар). При гидролизе с участием катализатора распадается на два моносахарида: глюкозу и фруктозу:

катализатор

С₁₂Н₂₂О₁₁+ Н₂О = С₆Н₁₂О₆+ С₆Н₁₂О₆

сахароза глюкоза фруктоза

Полисахариды - линейные или разветвленные цепи, состоящие из повторяющихся звеньев - структурных элементов (С₆Н₁₀О₅), то есть полисахариды являются полимерами биологического происхождения - биополимерами. Каждое такое звено есть остаток от молекулы глюкозы за вычетом молекулы воды. Общая формула полисахаридов (С₆Н₁₀О₅)_n, где n – количество звеньев в цепи. Если цепь состоит из остатков -глюкозы (n - от несколько сотен до нескольких тысяч), то это – растительный крахмал или животный крахмал – гликоген. Если цепь состоит из остатков -глюкозы (n составляет нескольких тысяч), то это – целлюлоза. В лабораторных условиях для расщепления крахмала на глюкозу требуется кипячение крахмала в воде в течение нескольких часов с добавлением серной кислоты. В живых же организмах под действием биологических катализаторов крахмал (а у некоторых животных – даже целлюлоза) быстро превращается в глюкозу уже при комнатной температуре.

Д

―NН―СН―С―

| ||

RО

ругой разновидностью биополимеров являютсябелки. Они имеют исключительно важное значение для жизнедеятельности организмов. Ф. Энгельс считал даже, что сама жизнь есть «форма существования белковых тел». Звеньями, составляющими длинные цепи белковых молекул, являются остатки -аминокислот:

Огромное разнообразие белков всех живых существ на Земле построено лишь из двадцати-аминокислот. В единстве аминокислотного состава белков проявляется биохимическое единство жизни на Земле. В человеческом организме могут синтезироваться десять из этих двадцати-аминокислот, остальные десять должны в необходимом количестве поступать с пищей и поэтому они называются незаменимыми-аминокислотами. Простейшими из упомянутых двадцати-аминокислот являются глицин и аланин.

Белки – полимеры, состоящие из последовательно соединенных -аминокислотных остатков. Схема образования белковой цепи из трех-аминокислот такова:

Обведенные пунктиром группы ―СО―NН― в молекуле белка называются пептидными, поэтому белки называют также полипептидами.

В состав белков входит от нескольких десятков аминокислотных звеньев (белок рибонуклеаза содержит 124 звена) до нескольких тысяч звеньев. Последовательность расположения остатков -аминокислот в полипептидной цепи – первичная структура белка. Цепь, как правило, скручивается в спираль, образуя вторичную структуру белка. Спираль укладывается определенным образом, образуя третичную структуру. Соединение нескольких свернутых спиралей дает четвертичную структуру белка. Только в таком – структурированном - состоянии белки проявляют свои биологические функции. Такая сложная структура может сохраняться только в узком температурном интервале и в определенной окружающей среде, что ограничивает диапазон условий, в которых может существовать белковая жизнь.

Функции белков в живых организмах многообразны, они выступают, как

- строительный материал (мышцы, кожа и т. д.);

- биологические катализаторы – ферменты;

- гормоны - химические регуляторы процессов в организме;

- источник энергии.

Кроме того, некоторые белки выполняют защитные функции, являясь антителами – веществами, связывающими чужеродные белки и устраняющими их вредное воздействие.

Еще одним видом высокомолекулярных соединений (биополимеров), исключительно важным для жизни, являются вещества, обеспечивающие хранение и использование наследственной информации, – дезоксирибонуклеиновая и рибонуклеиновая кислоты (ДНК и РНК). О них речь пойдет в разделе, посвященном биологическим системам.