ОРГАНІЧНІ РЕЧОВИНИ ЖИВИХ ІСТОТ. ЛІПІДИ

РОЗДІЛ 1. МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

ТЕМА 2. ОРГАНІЧНІ РЕЧОВИНИ

– будова, властивості та функції основних груп органічних сполук: ліпідів, вуглеводів, білків, нуклеїнових кислот;

– роль органічних сполук у забезпеченні життєдіяльності людини;

– зв’язок між будовою молекул органічних речовин та їхніми функціями;

– застосування ферментів у господарстві людини.

§ 7. ОРГАНІЧНІ РЕЧОВИНИ ЖИВИХ ІСТОТ. ЛІПІДИ

Пригадайте: які елементи називають органогенними, а сполуки – органічними, гідрофільними

та гідрофобними? Який зв’язок називають ковалентним? Які функції жирів у живих організмах? Які функції в організмі людини виконують гормони кори надниркових залоз і статеві гормони? Які функції жовчі?

Ви вже знаєте з курсу хімії, що всі хімічні сполуки поділяють на неорганічні та органічні (пригадайте, чим вони відрізняються).

Органічні речовини – це сполуки Карбону з іншими елементами, що виникли в живих істотах або є продуктами їхньої життєдіяльності. Органічні сполуки присутні в атмосфері, поверхневих і підземних водах, осадах, грунтах і гірських породах. У складі органічних сполук переважають

органогенні хімічні елементи (Гідроген, Оксиген, Нітроген і Карбон). Ковалентно зв’язані атоми Карбону утворюють ланцюжки або ряди кілець (так званий скелет молекули).

До складу клітин входять різні органічні сполуки: ліпіди, вуглеводи, білки, нуклеїнові кислоти тощо. Їхні молекули можуть мати високу молекулярну масу. Зокрема, молекулярна маса більшості білків становить від 6000 до 1 000 000, деяких нуклеїнових кислот – сягає кількох мільярдів дальтонів (1 дальтон відповідає 1/12 атомної маси ізотопу карбону 12С, тобто 1,67 10-24 г). Високомолекулярні органічні сполуки можуть складатися з великої кількості однакових чи різних за хімічною будовою ланок (простих молекул – мономерів). Такі сполуки називають біополімерами, або макромалекулами. Наприклад, молекули білків складаються із залишків амінокислот, нуклеїнових кислот – з нуклеотидів, а складних вуглеводів (полісахаридів) – з моносахаридів (див. таблицю 7.1).

Таблиця 7.1

Основні типи органічних сполук, що входять до складу організмів

Органічні сполуки	Складові компоненти	Функції
Ліпіди: Жири Воски Стероїди	Залишки триатомного спирту гліцерину і жирних кислот Залишки одноатомних спиртів і жирних кислот Поліциклічні гідрофобні спирти	Структурна, енергетична, захисна, регуляторна
Біополімери: Полісахариди Білки Нуклеїнові Кислоти	Моносахариди Амінокислоти Нуклеотиди	Опорна, енергетична Структурна, енергетична, захисна, каталізуюча (ферментативна), сигнальна, рухова, регуляторна, транспортна Кодування та зберігання спадкової інформації, участь у біосинтезі білка

Біологічно активні речовини (органічні речовини – ферменти, гормони, вітаміни, деякі отрути тощо) впливають на процеси обміну речовин і перетворення енергії загалом або на окремі їхні ланки. Багато з них здійснюють гуморальну регуляцію процесів життєдіяльності різноманітних істот.

Отже, запам’ятайте: органічними сполуками називають речовини, утворені атомами Карбону, між якими встановлюються міцні ковалентні зв’язки. Уміст органічних сполук у клітинах становить в середньому 20-30 %. Огляд основних класів органічних сполук почнемо з ліпідів.

Ліпіди – переважно гідрофобні органічні сполуки, які розчиняються в неполярних речовинах (естері, хлороформі, ацетоні та ін.). Молекулярна маса ліпідів зазвичай становить 50-1500. Більшість ліпідів – похідні вищих жирних кислот, спиртів або альдегідів.

– Різноманітність ліпідів. Серед ліпідів розрізняють прості та складні. До простих ліпідів належать речовини, які побудовані зі сполучених між собою залишків жирних кислот (або альдегідів) і спиртів, наприклад жири та воски.

Складні ліпіди – сполуки, утворені внаслідок взаємодії молекул простих ліпідів з іншими речовинами. До них належать ліпопротеїди (сполуки ліпідів і білків), гліколіпіди (ліпідів і вуглеводів), фосфоліпіди (ліпідів і ортофосфатної кислоти). Жири – складні естери, утворені триатомним спиртом гліцерином і трьома залишками жирних кислот. Вони відкладаються у вигляді жирових включень у рослинних і тваринних клітинах. Підвищений вміст жирів (до 90 %) характерний для клітин нирок, підшкірної клітковини, жовтого тіла членистоногих. У деяких рослин (соняшника, волоського горіха, маслин тощо) жирів багато в насінні та плодах.

Мал. 7.1. Воски вкривають поверхню плодів і входять до складу кутикули листків (1); з восків медоносна бджола будує стільники (2)

Воски виконують здебільшого захисну функцію. У ссавців віск виділяють лоєві залози шкіри: вони надають шкірі еластичності і зменшують зношення волосяного покриву. У птахів віск секретує куприкова залоза, розташована над основою хвоста. Її секрет надає пір’яному покриву водовідштовхувальних властивостей (пригадайте: ця залоза добре розвинена саме у водоплавних птахів). Восковий шар вкриває листки наземних рослин і поверхню зовнішнього скелета членистоногих – мешканців суходолу, запобігаючи надлишковому випаровуванню води з поверхні тіла. Добре розвинені восковидільні залози, розташовані в черевці медоносних бджіл-робітниць. Як ви пам’ятаєте, з воску бджоли будують стільники (мал. 7.1). Віск широко використовують у медицині, промисловості та інших сферах діяльності людини.

Ще одна важлива група ліпідів – гідрофобні спирти стероїди. Карбоновий ланцюжок стероїдів утворює декілька кілець, тому вони належать до так званих циклічних органічних сполук. Стероїдну природу, зокрема, мають статеві гормони людини – естрогени (жіночі) та андрогени (чоловічі), а також гормони надниркових залоз (кортикостероїди) (мал. 7.2, 1).

Один з найвідоміших стероїдів – холестерин. В організмі ссавців і людини він слугує попередником під час синтезу статевих гормонів. У плазмі крові холестерин перебуває у вигляді складних естерів з жирними кислотами, які він транспортує. Холестерин синтезують клітини печінки; він входить до складу жовчі (мал. 7.2, 2). Разом з тим ця сполука потрапляє в організм і з жирною їжею. Надлишок холестерину внаслідок неправильного харчування або підвищеної функції печінки порушує нормальне функціонування організму людини.

Мал. 7.2. Стероїди. 1 – статеві гормони: жіночий – естроген (а) та чоловічий – тестостерон (б) – впливають на формування вторинних статевих ознак (зверніть увагу на яскравий хвіст самця); 2 – холестерин

– Функції ліпідів. Одна з найважливіших функцій ліпідів – енергетична. У разі повного розщеплення 1 г жирів виділяється 38,9 кДж енергії – удвічі більше, ніж за повного розщеплення аналогічної кількості вуглеводів або білків.

Не менш важлива будівельна, або структурна, функція. Так, фосфоліпіди є важливою складовою клітинних мембран (мал. 7.3, 7.4), жири входять до складу захисної мієлінової оболонки нервових волокон тощо.

Резервна функція полягає в тому, що ліпіди містяться в цитоплазмі клітин у вигляді включень (наприклад, клітини жирової тканини, насіння соняшника тощо). Запаси жирів організми використовують як резервні поживні речовини та як джерело метаболічної води: при окисненні 1 г жирів утворюється майже 1,1 г води. Жирові включення підвищують плавучість дрібних одноклітинних організмів (наприклад, радіолярій, що мешкають у товщі води).

Завдяки запасам жиру деякі тварини протягом певного часу можуть існувати без надходження води ззовні. Наприклад, верблюди в пустелі витримують без води до 16 діб; ведмеді, бабаки та інші тварини під час сплячки не споживають води понад два місяці.

Запаси жиру в організмі можуть виконувати й захисну функцію. Зокрема, вони захищають внутрішні органи від механічних ушкоджень. Наприклад, нирки людини і ссавців укриті пружним жировим шаром. Накопичуючись у підшкірній жировій клітковині тварин – мешканців територій з прохолодним кліматом (китів, тюленів, пінгвінів та ін.), жири захищають організм від дії різких змін температури (теплоізоляційна функція). Так, у синього кита шар жиру в підшкірній клітковині може перевищувати 50 см. Ця функція жирів визначається їхньою низькою теплопровідністю. Раніше ми згадували про захисні властивості восків, пов’язані з їхньою гідрофобністю.

Важлива і регуляторна функція ліпідів. Ви пам’ятаєте, що ліпідну природу мають деякі біологічно активні речовини: стероїдні гормони, вітаміни групи D. Вони беруть участь у регуляції життєвих функцій.

Мал. 7.3. Будова фосфоліпідів

Мал. 7.4. Розташування фосфоліпідів у складі клітинної мембрани

Організмів: обміну речовин у хребетних тварин і людини, процесу линяння у комах тощо.

Коротко про головне

Ключові терміни та поняття. Органічні сполуки, макромолекули, біополімери, мономери, ліпіди.

Органічні речовини – сполуки Карбону з іншими елементами, що виникли в живих істотах або штучно синтезовані людиною. У цих сполуках ковалентно зв’язані атоми Карбону утворюють ланцюжки або ряди кілець (так званий скелет молекули).

До складу клітин входять різні органічні сполуки: ліпіди, вуглеводи, білки, нуклеїнові кислоти тощо. Високомолекулярні органічні сполуки, які складаються з великої кількості однакових чи різних за хімічною будовою ланок (простих молекул – мономерів), називають біополімерами. Ліпіди – переважно гідрофобні органічні сполуки, що нерозчинні у воді, але розчиняються в неполярних розчинниках (естері, хлороформі, ацетоні та ін.). Більшість ліпідів – це похідні вищих жирних кислот, спиртів або альдегідів. Серед ліпідів розрізняють прості та складні. Прості ліпіди побудовані із сполучених між собою залишків жирних кислот (або альдегідів) і спиртів, наприклад жири, воски. Складні ліпіди – сполуки, утворені внаслідок взаємодії молекул простих ліпідів з іншими сполуками (наприклад, ліпопротеїди, гліколіпіди, фосфоліпіди).

Ліпіди виконують такі біологічні функції:

– енергетичну (у разі повного розщеплення 1 г жирів виділяється 38,9 кДж енергії);

– будівельну, або структурну (входять до складу клітинних мембран, оболонок нервових волокон тощо);

– резервну (можуть відкладатися про запас);

– захисну (захист внутрішніх органів від механічних ушкоджень, а організму – від впливу різких змін температури, у рослин і наземних членистоногих – від значних втрат вологи);

– регуляторну (ліпідну природу мають стероїдні гормони, вітаміни групи D та деякі інші біологічно активні речовини).