Липиды теория егэ биология

Функции липидов. 

Запасающая  – жиры, откладываются в запас в тканях позвоночных животных. 

Энергетическая  – половина энергии, потребляемой клетками позвоночных животных в состоянии покоя, образуется в результате окисления жиров. Жиры используются и как источник воды. Энергетический эффект от расщепления 1 г жира – 39 кДж, что в два раза больше энергетического эффекта от расщепления 1 г глюкозы или белка. 
Защитная  – подкожный жировой слой защищает организм от механических повреждений. 
Структурная  – фосфолипиды  входят в состав клеточных мембран. 
Теплоизоляционная  – подкожный жир помогает сохранить тепло. 
Электроизоляционная  – миелин, выделяемый клетками Шванна (образуют оболочки нервных волокон), изолирует некоторые нейроны, что во много раз ускоряет передачу нервных импульсов. 
Питательная  – некоторые липидоподобные вещества способствуют наращиванию мышечной массы, поддержанию тонуса организма. 
Смазывающая  – воски покрывают кожу, шерсть, перья и предохраняют их от воды. Восковым налетом покрыты листья многих растений, воск используется в строительстве пчелиных сот. 
Гормональная  – гормон надпочечников – кортизон и половые гормоны имеют липидную природу.

ТЕМАТИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ  

Часть А

А1. Мономером полисахаридов может быть:
1) аминокислота 
2) глюкоза 
3) нуклеотид 
4) целлюлоза

А2. В клетках животных запасным углеводом является:
1) целлюлоза 
2) крахмал 
3) хитин 
4) гликоген

А3. Больше всего энергии выделится при расщеплении:
1) 10 г белка 
2) 10 г глюкозы 
3) 10 г жира 
4) 10 г аминокислоты

А4. Какую из функций липиды не выполняют?
1) энергетическую 
2)каталитическую 
3) изоляционную 
4) запасающую

А5. Липиды можно растворить в:
1) воде 
2) растворе поваренной соли 
3) соляной кислоте 
4) ацетоне

Часть В

В1. Выберите особенности строения углеводов
1) состоят из остатков аминокислот
2) состоят из остатков глюкозы
3) состоят из атомов водорода, углерода и кислорода
4) некоторые молекулы имеют разветвленную структуру
5) состоят из остатков жирных кислот и глицерина
6) состоят из нуклеотидов

В2. Выберите функции, которые углеводы выполняют в организме
1) каталитическая 
2) транспортная 
3) сигнальная 
4)строительная     
5) защитная        
6) энергетическая

ВЗ. Выберите функции, которые липиды выполняют в клетке
1) структурная        
2) энергетическая 
3) запасающая 
4) ферментативная  
5) сигнальная       
6) транспортная

В4. Соотнесите группу химических соединений с их ролью в клетке:

Часть  С

С1. Почему в организме не накапливается глюкоза, а накапливается крахмал и гликоген?

Тест 2

Часть 1 содержит 10 заданий (А1-10). К каждому заданию приводится 4 варианта ответа, один из которых верный.

Часть 1

А 1. Моносахарид, в молекуле которого содержится пять атомов углерода

1. глюкоза

2. фруктоза

3. галактоза

4. дезоксирибоза

А 2. Химическая связь, соединяющая остатки глицерина и высших жирных кислот в молекуле жира

1. ковалентная полярная

2. ковалентная неполярная

3. ионная

4. водородная

А 3. Мономером крахмала и целлюлозы является

1. глюкоза

2. глицерин

3. нуклеотид

4. аминокислота

А 4. В каком из веществ растворятся липиды

1. вода

2. ацетон

3. физиологический раствор

4. соляная кислота

А 5. Зимостойкость растений повышается при накоплении в клетках:

1. крахмала

2. жиров

3. сахаров

4. минеральных солей

А 6. В каких продуктах содержится наибольшее количество углеводов, необходимых человеку?

1. в сыре и твороге

2. хлебе и картофеле

3. мясе и рыбе

4. растительном масле

А 7. Конечными продуктами гликогена в клетке являются

1. АТФ и вода

2. кислород и углекислый газ

3. вода и углекислый газ

4. АТФ и кислород

А 8. Запасным углеводом в животной клетке является

1. крахмал

2. гликоген

3. целлюлоза

4. хитин

А 9. Сок, не содержащий ферментов, но облегчающий всасывание жиров в тонком кишечнике

1. желудочный сок

2. поджелудочный сок

3. кишечный сок

4. желч

А 10. У человека углеводы пищи начинают перевариваться в

1. двенадцатипёрстной кишке

2. ротовой полости

3. желудке

4. толстом кишечнике

Часть 2 содержит 8 заданий (В1-В8): 3 – с выбором трёх верных ответов из шести, 3 – на соответствие, 2 – на установление последовательности биологических процессов, явлений, объектов.

Часть 2

В 1. Липиды, встречающиеся только у животных

1. холестерин

2. липопротеиды

3. триглицериды

4. фосфолипиды

5. желчные кислоты

6. тестостерон

В 2. Моносахаридами являются

1. рибоза

2. сахароза

3. лактоза

4. глюкоза

5. мальтоза

6. галактоза

В3. Сложные органические соединения, в молекулу которых входит углеводный компонент

1. рибонуклеотиды

2. фосфолипиды

3. дезоксирибонуклеотиды

4. аминокислоты

5. аденозинтрифосфат

6. холестерин

В 4. Формы углеводов в растительных и животных клетках

Клетка Углевод

А) растительные клетки 1. гликоген

Б) животные клетки 2. крахмал

3. целлюлоза

4. гепарин

В 5. Установите соответствие между характеристикой и органическим веществом

Характеристика Органическое вещество

1. Состоят из углерода, водорода и кислорода А. Углеводы

2. Низкая теплопроводность Б. Жиры

3. Образуют биополимеры – полисахариды

4. Обеспечивают взаимодействие клеток одного типа

5. Все они не полярны

6. Практически не растворимы в воде

В 6. Установите соответствие между углеводом и группой углеводов, к которой они относятся

Название углевода Группа углеводов

1.Глюкоза А. моносахариды

2. Сахароза Б. Дисахариды

3. Галактоза В. Полисахариды

4. Крахмал

5. Мальтоза

6. Лактоза

В 7. Расположите моносахариды в порядке возрастания числа атомов углерода в их молекуле

1. диоксиацетон (кетоза)

2. глюкоза

3. элитроза треоза

4. рибоза

5. глюкозамин

6. рамно-О

В 8. Расположите жиры в порядке возрастания атомов углерода в их молекуле

1. трипальмитин

2. тристеарин

3. трилаурин

4. трикаприлин

5. тримиристин

Часть 3 содержит 6 заданий. На задание С 1 дайте краткий свободный ответ, а на задания С2-С6 – полный развёрнутый ответ.

Часть 3

С 1. Какую роль для живых организмов играют фосфолипиды и гликолипиды?

С 2. Укажите номера предложений, в которых допущены ошибки. Объясните их.

1. Углеводы представляют собой соединения углерода и водорода.

2. Различают три класса углеводов – моносахариды, дисахариды и полисахариды.

3. Наиболее распространённые моносахариды – сахароза и лактоза.

4. Они растворимы в воде и обладают сладким вкусом.

5. При расщеплении 1 г. глюкозы выделяется 35,2 кДЖ энергии

С 3. Каковы функции углеводов в растительных клетках?

С 4. Объясните, почему запасающую функцию выполняют полисахариды, а не моносахариды?

Ответы:

Часть 1

А1-4 А6-2

А2-1 А7-3

А3-1 А8-2

А4-2 А9-4

А5-3 А10-2

Часть 2

В1-1 3 4

В2-1 4 6

В3-1 3 5

В4 -А 2 3, Б 1 4

В5-А 1 3 4, Б 2 5 6

В6-А1 3, Б 2 5 6, В 4

В7-1 3 4 2 5 6

В8-4 3 5 1 2

Часть 3

С 1. Фосфолипиды и гликолипиды являются компонентами клеточных мембран.

С 2. 1. углерода и воды.

3. дисахариды.

5. 17,6 кДЖ

С 3. 1. Моносахариды и дисахариды выполняют энергетическую функцию.

2. Крахмал – запасное питательное вещество.

3. Целлюлоза входит в состав клеточных стенок.

С 4. 1. Так как полисахариды не растворимы в воде, они не оказывают осмотического и химического действия на клетку.

2. В твёрдом и обезвоженном состоянии имеют меньший объём и большую полезную массу.

3. Менее доступны для болезнетворных бактерий и грибов, так как эти организмы пищу всасывают, а не заглатывают.

4. При необходимости легко превращаются в моносахариды.

Липиды – органические составляющие клетки, жиры или жироподобные вещества. Название образовано от др.-греч. λίπος — жир. Из жизни всем знакомо, что растительные и животные жиры преимущественно не растворяются в воде, то есть они гидрофобны, а молекулы их неполярны. Существуют органические растворители такие как хлороформ, эфир и бензин. На этом основаны средства, предназначенные для обезжиривания поверхностей.

Наибольшее количество липидов или же жиров, что более привычно, естественно, в подкожной жировой клетчатке у животных и в семенах у растений. Про животных достаточно легко запомнить, ведь этот жир люди тщательно сгоняют, потея в спортзалах. Что касается растений, то вспомните обычные семечки. Ведь из них выжимают подсолнечное масло. Из-за большого содержания растительных жиров орехи так питательны.

Классификация жиров

Жиры отличают по химическому строению, на чем и основана одна из наиболее удобных классификаций.

Нейтральные жиры (триглицериды)

Самые простые и широко распространенные жиры. Такие соединения образуются при присоединении к трехатомному спирту глицерину остатков жирных кислот (карбоновых кислот).

Нейтральные жиры при нагревании до 20 ̊С могут либо остаться в твердой форме, либо стать жидкими, то есть маслом. Твердые жиры характерны преимущественно для животных организмов, а жидкие – для растительных.

Фосфолипиды

Фосфолипиды уже знакомы школьникам, ведь именно эти соединения являются основой для мембраны клеток. По своей химической структуре они крайне похожи на нейтральные жиры: отличие заключается в том, что у фосфолипидов один или два остатка жирных кислот замещены на фосфорную кислоту, что очень легко запомнить, исходя из названия группы.

Известным фактом является то, что липиды имеют гидрофобные головки и гидрофильные хвосты. В состав головок входит многоатомный спирт глицерин или другой многоатомный спирт и остатка (ов) фосфорной кислоты. В хвосте остаются жирные кислоты.

Воска (сложные эфиры)

Образуются в результате взаимодействия карбоновых кислот с многоатомными спиртами.

Воск есть и у некоторых животных, и у растений. Животным воск помогает держаться на плаву. Вспомните фразеологизм: «Как с гуся вода». Он придуман не просто так. Вода стекает с оперения водоплавающих птиц, потому что их перья покрыты воском, который отталкивает воду. У водоплавающих птиц особенно хорошо развита единственная крупная кожная железа – копчиковая железа. Она расположена, соответственно на хвосте птицы. Железа выделяет секрет, а птица клювом распределяет его по своему оперению.

Растения воск помогает справляться с тяжелыми внешними условиями среды, а именно – с жарой. Существует одна проблема в жарких и засушливых местах произрастания: недостаток влаги. Для решения этой задачи растения выработали несколько механизмов:

• Длинный мощный корень, который уходит в самые глубокие слои почвы и таким образом добирается до подземных вод.
• Пушистые листья, которые, например, имеет узамбарская фиалка. Волоски первыми «встречают» солнечные лучи, не давая листовой пластине перегреться и испарять много воды.
• Воск. Его можно встретить раже на домашних растениях, таких как очиток или хойя. Хойю даже называют «восковой плющ». Воск отражает часть тепла, предотвращая перегрев.
• Мясистые органы растения, способные удерживать влагу. Яркий пример: кактус.

Соединения липидов с веществами других классов

Липопротеиды = липиды + протеины (белки).

Липопротеиды  могут быть как растворимы в воде, так и нерастворимы. Первая группа содержится, например, в крови и в молоке. А вторая – в мембранах клеток и миелиновых оболочках нервных волокон.

Гликолипиды = липиды + углеводы.

Гликолипиды, как и фосфолипиды, имеют полярные головки и хвосты. Кроме того, гликолипиды тоже являются структурными компонентами клеточной мембраны. С очень похожим словом ученики уже должны были столкнуться при прохождении строения клеточной мембраны клетки. «Гликокаликс» – такие цепочки олигосахаридов, которые направлены от клетки к внеклеточному веществу. Они выполняют рецепторную функцию. Гликолипиды также являются гликокаликсом.

Функции липидов

1. Энергетическая и запасающая функции

Конечно же, липиды, они же жиры, выполняют запасающую функцию. Недаром медведи так старательно наедают на зиму жирок. Они не сосут из лапы питательные вещества, они расщепляют жиры!

Полное окисление 1 г жира дает 38,9 кДж энергии. Половина энергии, который использует организм в состоянии покоя,  оставляется именно липидами.

2. Защитная функция

Толстые тюлени живут в холодном климате именно за счет того, что жир плохо проводит холод. А растения часто изолируют свои органы от жары при помощи воска.

3. Строительная функция

Фосфолипиды и гликолипиды являются компонентами клеточных мембран. Особенно это, конечно, касается фосфолипидов.

4. Регуляторная функция

Некоторые гормоны и витамины являются производными липидов. Например, гормоны половых желез, гормоны надпочечников и витамины групп A, D, E.

Ксения Алексеевна | Просмотров: 3.5k

Задумайтесь! Мы с вами состоит из миллиардов атомов. Все атомы находятся в круговороте, и
все атомы, которыми мы обладаем, в ком-то и где-то находились те 4,5 млрд. лет, которые существует Земля. Они были частями
животных, растений, грибов и бактерий — а сейчас принадлежат нам на короткое время.

С химической точки зрения ответ на вопрос «Жив ли изучаемый объект?» — не представляется возможным. Понятию «жизнь» дано
колоссальное количество определений. Жизнь — это самовоспроизведение с изменением, способ существования белковых тел,
постоянный обмен веществ с внешней средой.

Мы приступаем к изучению неорганических и органических веществ клетки. Начнем с неотъемлемого компонента клетки,
благодаря которому жизнь на Земле в принципе стала возможна — вода.

Вода

Составляет 60-80% массы клетки. Молекула воды обладает уникальным свойством — полярностью, которое возникает из-за
разницы в электроотрицательности (ЭО) между атомами кислорода и водорода (у кислорода ЭО больше).

Поскольку молекула воды полярна, ее называют диполь. Между молекулами воды возникают непрочные водородные связи:
водородная связь начинается от отрицательно заряженного атома кислорода (2δ^—) одной молекулы воды и
тянется до положительно заряженного атома водорода другой молекулы воды (δ⁺)

По отношению к воде все вещества можно подразделить на два типа:

• Гидрофильные (греч. hydro — вода и philéo — люблю) — вещества, которые хорошо растворяются в воде. Гидрофильными
  веществами являются сахара, соли, альдегиды, спирты, аминокислоты.
• Гидрофобные (греч. hydro — вода и phobos — страх) — вещества, которые не растворяются в воде. Гидрофобными
  веществами являются жиры.

Роль воды в клетке трудно переоценить. Ее функции и свойства крайне важны:

• Вода — универсальный растворитель

Большинство реакций, которые протекают в клетке, идут в растворе (водной среде). Полярность молекулы воды позволяет
ей быть отличным растворителем для других гидрофильных (полярных) веществ.

• Вода — терморегулятор

Вода может поглощать теплоту при минимальном изменении температуры. Это настоящее «спасение» для клеток: чуть только
температура меняется, вода начинает поглощать избыток тепла, защищая клетку от перегревания. Выделяясь на поверхность
кожи с потом, вода испаряется, поверхность кожи при этом охлаждается.

• Вода — реагент

Она не только создает среду для реакций в клетке, но и сама активно участвует во многих из них. Расщепление питательных
веществ, попавших в клетку, происходит за счет реакции гидролиза (греч. hydro — вода и lysis — расщепление).

• Транспортная функция

Питательные вещества, газы перемещаются по организму с током крови. Вода составляет 90-92% плазмы крови, является ее основным
компонентом. С помощью воды происходит не только доставка веществ к клеткам, но и удаление из организма побочных продуктов
обмена веществ.



• Структурная функция

Вода придает тканям тургор (лат. turgor — наполнение) — внутреннее осмотическое давление в живой клетке, создающее
напряжение оболочек клеток. Вода составляет от 60 до 95% цитоплазмы, придает клеткам форму. Изменение тургора клеток растений
приводит к перемещениям их частей, раскрытию устьиц, цветков.

Осмотическое давление — избыточное гидростатическое давление на раствор, отделенный от чистого растворителя с
помощью полупроницаемой мембраны.

Главное — понимать суть: если мы поместим живую клетку в гипертонический раствор, то
вода (растворитель) устремится из клетки в раствор (в сторону большей концентрации соли) — это приведет к сморщиванию
клеток.

Если же клетка окажется
в гипотоническом растворе, то вода извне устремится внутрь клетки (опять-таки в сторону большей концентрации солей),
приводя при этом к разбуханию (и возможному разрыву) клетки.

Элементы

Живая клетка — кладезь элементов таблицы Менделеева. Процент содержания различных элементов отличается, в связи с чем все они делятся на
3 группы:

• Биогенные (основные) — C, H, O, N. Входят в состав органических соединений, составляют основную часть клетки
• Макроэлементы (греч. makrós — большой) — составляют десятые и сотые доли в клетке: K, Na, Ca, Mg, Cl, P, S
• Микроэлементы (греч. mikrós — маленький) — составляют тысячные доли в клетке: Zn, Cu, I, Co, Mn, Fe

Процентное содержание элемента не коррелирует с его важностью и биологической значимостью. Так, к примеру, микроэлемент
I играет важную роль в синтезе гормонов щитовидной железы: тироксина, трийодтиронина. За нормальные рост и развитие
организмов отвечают Zn, Mn, Cu.

Благоприятно влияют на сперматозоиды Zn, Ca, Mg, защищая их от оксидативного стресса (окисления). Невозможным становится
нормальное образование эритроцитов без должного уровня Fe и Cu.

Соли

В водной среде клетки соли диссоциируют (распадаются) на положительно заряженные ионы — катионы (Na⁺, K⁺,
Ca²⁺, Mg²⁺) и отрицательно заряженные — анионы (Cl^—, SO₄^2-,
HPO₄^2-, H₂PO₄^—).

Для процессов возбуждения клетки (нейрона, миоцита — мышечной клетки) внутри клетки должна поддерживаться низкая концентрация ионов Na⁺ и высокая концентрация ионов K⁺. В окружающей клетку среде все наоборот: много Na и мало K. В мембране существует
специальный натрий-калиевый насос, который поддерживает необходимое равновесие. Если это
соотношение нарушится, то нейрон не сможет сгенерировать нервный импульс, а клетка мышцы — сократиться.

Соли в клетке и организме выполняют ряд важных функций:

• Участвуют в активации ферментов
• Создают буферные системы (бикарбонтаную, фосфатную, белковую)
• Поддерживают кислотно-щелочное состояние (КЩС)
• Создают осмотическое давление клетки
• Создают мембранный потенциал клеток (натрий-калиевый насос)
• Являются основным минеральным составляющим скелета внутреннего и наружного (у моллюсков)

Мы переходим к органическим компонентам клетки, к которым относятся: жиры, углеводы, белки и нуклеиновые кислоты.

Белки, или пептиды (греч. πεπτος — питательный)

Белки — полимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Белки представляют линейную структуру, образованную из
длинной цепи аминокислот, между которыми возникают пептидные связи. Пептидная связь образуется между карбоксильной
группой (COOH) одной аминокислоты и аминогруппой другой аминокислоты (NH₂).

Между понятиями пептиды и белки существует определенная разница. Белки состоят из сотен тысяч аминокислот. Пептидами
называют небольшие белки, содержащие до 10 аминокислот. Ими являются некоторые гормоны: окситоцин,
вазопрессин, тиреолиберин — эти пептиды выполняют регуляторную функцию.

Выделяется несколько уровней пространственной организации белка:

• Первичная — полипептидная цепь, в которой аминокислоты расположены линейно
• Вторичная — полипептидная цепь закручивается в спираль, формируется α или β структура
• Третичная — спирали скручиваются в глобулу (лат. globulus — шарик)
• Четвертичная — образуется у сложных белков путем соединения нескольких глобул

При резком изменении оптимальных для белка условий он подвергается денатурации: при этом происходит переход от
высших структур организации к низшим, или «раскручивание белка». Важно заметить, что аминокислотная последовательность (первичная структура белка) при этом не меняется, однако свойства белка меняются кардинально (теряется его гидрофильность).

Осмелюсь сделать заявление: вы часто начинаете свой день с денатурации белка. Простейший способ провести такой
эксперимент — пожарить яичницу. Заметьте, что изначально яичный белок прозрачный и текучий, но по итогу жарки эти свойства
утрачиваются: он становится непрозрачным и вязким.

Завершаем тему о белках изучением их функций:

• Каталитическая (греч. katalysis — разрушение)

Белки — природные катализаторы, ускоряющие реакции в организме в десятки и сотни тысяч раз. Эту роль главным образом
выполняют белки-ферменты (энзимы).

Иногда в состав белков входят так называемые ко-факторы — небелковые соединения,
которые необходимы ферменту для его биологической активности (в роли ко-факторов могут выступать Zn²⁺,
Mg²⁺).

• Строительная

Белки входят в состав клеточных мембран. Сложные белки: коллаген, эластин — входят в состав соединительных тканей организма,
придавая им некоторую прочность и эластичность.

• Регуляторная

Некоторые гормоны, регулирующие обменные процессы в организме, имеют белковое происхождение: инсулин, глюкагон,
адренокортикотропный гормон (АКТГ).

• Защитная

Говоря об этой функции, прежде всего, стоит вспомнить об антителах — иммуноглобулинах, которые синтезируют B-лимфоциты.
Антитела нейтрализуют чужеродные организму антигены (разрушают бактерии).



Помимо антител, защитную функцию выполняют
также белки свертывающей системы крови (тромбин и фибриноген): они предохраняют организм от кровопотери.



• Энергетическая

При недостаточном питании в организме начинают окисляться молекулы белков. При расщеплении 1 г белков выделяется 17,6 кДж энергии.

• Транспортная

Некоторые белки крови способны присоединять к себе и переносить различные молекулы. Альбумины участвуют в транспорте
жирных кислот, глобулины — гормонов и некоторых ионов (Fe, Cu). Основной белок эритроцитов — гемоглобин — способен
переносить кислород, углекислый и угарный газы (угарный конечно нежелательно ему переносить, будет отравление)

• Сократительная

Двигательные белки, актин и миозин, на уровне саркомера обеспечивают сокращение мышц. При возбуждении мышечной
ткани тонкие нити актина начинают тереться о толстые нити миозина, приводя к сокращению.



• Рецепторная

На поверхности мембраны белки образуют многочисленные рецепторы, которые, соединяясь с гормонами, приводят к
изменению обмена веществ в клетке. Таким образом, гормоны реализуют воздействие на клетки органов-мишеней.

Жиры, или липиды (греч. lipos — жир)

С химической точки зрения жиры являются сложными эфирами, образованными трехатомным спиртом глицерином и высшими
карбоновыми кислотами (жирными кислотами). Среди их свойств надо выделить то, что они практически нерастворимы
в воде. Вспомните, как тяжело смыть жир с рук водой.

Почему именно мыло смывает жир с рук? Дело в том, что молекула мыла повторяет свойства жира: одна часть ее гидрофобна,
а другая гидрофильна. Мыло соединяется с молекулой жира гидрофобной частью, и вместе они легко смываются водой.

Приступим к изучению функций жиров:

• Энергетическая

При окислении жиров выделяется много энергии: 1 г — 38,9 кДж. Это вдвое больше выделяющейся энергии при расщеплении
1г углеводов.

• Запасающая

Жиры имеют способность накапливаться в клетках, расположенных в подкожно-жировой клетчатке, внутренних органах.
Эти запасы являются резервом организма на случай голодания или при недостаточном питании.

В жирах также запасается вода: в 100 г жира содержится 107 мл воды. Многим пустынным животным (верблюдам)
жировые запасы помогают длительное время обходиться без воды.

• Структурная

Жиры входят в состав биологических мембран клеток человека вместе с белками. Из фосфолипидов построены мембраны всех
клеток органов и тканей!

Так, к примеру, холестерин — обязательный компонент мембраны, придает ей определенную жесткость и совершенно необходим
для нормальной жизнедеятельности (заболевания возникают только при нарушении липидного обмена).



• Терморегуляция

Жиры обладают плохой теплопроводностью. Располагаясь в подкожно-жировой клетчатке, они образуют термоизолирующий слой.
Особенно хорошо он развит у ластоногих (моржи и тюлени), китов, защищает их от переохлаждения.

• Гормональная

Некоторые гормоны по строению относятся к жирам: половые (андрогены — мужские и эстрогены — женские), гормон
беременности (прогестерон), кортикостероиды.

• Участие в обмене веществ (метаболизме)

Производное жира — витамин D — принимает важное участие в обмене кальция и фосфора в организме. Он образуется
в коже под действием ультрафиолетового излучения (солнечного света). При недостатке витамина D возникает заболевание —
рахит.

Углеводы

Представляют собой органические соединения, состоящие из одной или нескольких молекул простых сахаров. Выделяется три основных
класса углеводов:

• Моносахариды (греч. monos — единственный)

Простые сахара, легко растворяющиеся в воде и имеющие сладкий вкус. Моносахариды подразделяются на гексозы (имеют 6 атомов углерода)
— глюкоза, фруктоза, и пентозы (имеют 5 атомов углерода) — рибоза и дезоксирибоза, входящие в состав нуклеиновых кислот.

• Олигосахариды (греч. ὀλίγος — немногий)

При гидролизе олигосахариды распадаются на моносахариды. В состав олигосахаридов может входить от 2 до 10 моносахаридных остатков.
Если в состав олигосахарида входят 2 остатка моносахарида, то его называют дисахарид. К дисахаридам относятся сахароза, лактоза,
мальтоза. При гидролизе сахароза распадается на глюкозу и фруктозу.



• Полисахариды

Это биополимеры, в состав которых входят сотни тысяч моносахаридов. Они обладают высокой молекулярной массой,
нерастворимы в воде, на вкус несладкие.

Крахмал, целлюлоза, гликоген, хитин и муреин — все это биополимеры. Давайте вспомним, где они находятся.

Клеточная стенка образована: у растений — целлюлозой, у грибов — хитином, у бактерий — муреином. Запасным питательным
веществом растений является крахмал, животных — гликоген.

Перечислим функции, которые выполняют углеводы:

• Энергетическая

В результате расщепления 1 г углеводов высвобождается 17,6 кДж энергии.

• Запасающая

Запасным питательным веществом растений и животных соответственно являются крахмал и гликоген. Расщепление гликогена позволяет
нам оставаться в сознании и быть активными между приемами пищи.

Гликоген представляет собой разветвленную молекулу, состоящую
из остатков глюкозы. За счет больших размеров такая молекула хорошо удерживается в клетке, а ее разветвленность позволяет ферментам
быстро отщеплять множество молекул глюкозы одновременно.



Существуют заболевания, при которых распад
гликогена нарушается: в результате нейроны не получают глюкозы (источника энергии, соответственно не синтезируются и молекулы АТФ). Из-за этого становятся возможны частые потери сознания.

• Структурная (опорная)

Целлюлоза входит в состав клеточных стенок растений, придавая им необходимую твердость. Хитин образует клеточную стенку
грибов и наружный скелет членистоногих.

Нуклеиновые кислоты (от лат. nucleus — ядро)

Высокомолекулярные органические соединения, представленные двумя видами: ДНК (дезоксирибонуклеиновые кислоты) и РНК
(рибонуклеиновые кислоты). ДНК и РНК — биополимеры, мономером которых является нуклеотид. Запомните, что нуклеотид
состоит из 3 компонентов:

• Азотистое основание

Для ДНК характерны следующие азотистые основания: аденин — тимин, гуанин — цитозин; для РНК: аденин — урацил,
гуанин — цитозин. Исходя из принципа комплементарности, данные основания соответствуют друг другу, в результате
чего между ними образуются связи.

Между аденином и тимином образуется 2 водородные связи, а между гуанином и цитозином — 3.



Именно по этой причине количество аденина в молекуле ДНК всегда совпадает с количеством тимина. К примеру, если
в ДНК 20% аденина, то с уверенностью можно сказать, что в ней 20% тимина. Выходит на оставшиеся основания — цитозин
и гуанин — остается 60%, значит, цитозин и гуанин составляют в ДНК 30% каждый. Таким нехитрым образом, зная процент
содержания одного основания, можно подсчитать все остальные.

• Остаток сахара

В ДНК остаток сахара — дезоксирибоза, в РНК — рибоза.

• Остаток фосфорной кислоты — фосфат

Мы подробно изучили структуру ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) — двойной правозакрученной спиральной молекулы. Теперь
настало время детально поговорить об РНК (рибонуклеиновой кислоте). Все виды РНК синтезируются на матрице — ДНК, различают
три вида РНК:

• Рибосомальная РНК (рРНК)

Синтезируется в ядрышке. рРНК входит в состав
малых и больших субъединиц рибосом. В процентном отношении рРНК составляет 80-90% всей РНК клетки.

• Информационная РНК (иРНК, син. — матричная РНК, мРНК)

Синтезируется в ядре в ходе процесса транскрипции (лат. transcriptio — переписывание).
Фермент РНК-полимераза строит цепь иРНК по принципу комплементарности с ДНК. Исходя из данного принципа,
гуанин (Г) в молекуле ДНК соединяется с цитозином (Ц) в РНК. Далее соответственно: цитозин (Ц) — гуанин (Г),
аденин (А) — урацил (У), тимин (Т) — аденин (А).



• Транспортная РНК (тРНК)

Обеспечивает транспорт аминокислоты к рибосоме во время синтеза белка. Благодаря этому становится возможным
соединение аминокислот друг с другом, образуется белок. тРНК имеет характерную форму клеверного листа.

Химический состав живых организмов

Химический состав живых организмов можно выразить в двух видах — атомном и молекулярном.

Атомный (элементный) состав характеризует соотношение атомов элементов, входящих в живые организмы.
Молекулярный (вещественный) состав отражает соотношение молекул веществ.

Элементарный состав

По относительному содержанию элементы, входящие в состав живых организмов, делят на три группы.

Группы элементов по их содержанию в живых организмах

Макроэлементы составляют основную массу процентного состава живых организмов.

Содержание некоторых химических элементов в природных объектах

Химические элементы, которые входят в состав живых организмов и при этом выполняют биологические функции, называются биогенными. Даже те из них, которые содержатся в клетках в ничтожно малых количествах, ничем не могут быть заменены и совершенно необходимы для жизни. В основном это макро- и микроэлементы. Физиологическая роль большинства микроэлементов не раскрыта.

Роль биогенных элементов в живых организмах

Молекулярный состав

Химические элементы входят в состав клеток в виде ионов и молекул неорганических и органических веществ. Важнейшие неорганические вещества в клетке — вода и минеральные соли, важнейшие органические вещества — углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты.

Содержание в клетке химических веществ

Неорганические вещества

Вода

Вода — преобладающее вещество всех живых организмов. Она обладает уникальными свойствами благодаря особенностям строения: молекулы воды имеют форму диполя и между ними образуются водородные связи. Среднее содержание воды в клетках большинства живых организмов составляет около 70%. Вода в клетке присутствует в двух формах: свободной (95% всей воды клетки) и связанной (4–5% связаны с белками). Функции воды представлены в таблице.

Функции воды

Минеральные соли

Минеральные соли в водном растворе клетки диссоциируют на катионы и анионы.
Наиболее важные катионы — K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, NH₄₊,
Наиболее важные анионы — Cl^—, SO₄^2-, HPO₄^2-, H₂PO_4^—, HCO_3^—, NO_3^—.
Существенным является не только концентрация, но и соотношение отдельных ионов в клетке.
Функции минеральных веществ представлены в таблице.

Функции минеральных веществ

Кроме того, соляная кислота входит в состав желудочного сока животных и человека, ускоряя процесс переваривания белков пищи. Остатки серной кислоты способствуют выведению чужеродных веществ из организма. Натриевые и калиевые соли азотистой и фосфорной кислот, кальциевая соль серной кислоты служат важными компонентами минерального питания растений, их вносят в почву в качестве удобрений.

Органические вещества

Полимер — многозвеньевая цепь, в которой звеном является какое-либо относительно простое вещество — мономер. Полимеры бывают линейные и разветвленные, гомополимеры (все мономеры одинаковые — остатки глюкозы в крахмале) и гетерополимеры (мономеры разные — остатки аминокислот в белках), регулярные (группа мономеров в полимере периодически повторяется) и нерегулярные (в молекулах нет видимой повторяемости мономерных звеньев).
Биологические полимеры — это полимеры, входящие в состав клеток живых организмов и продуктов их жизнедеятельности. Биополимерами являются белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды. Свойства биополимеров зависят от числа, состава и порядка расположения составляющих их мономеров. Изменение состава и последовательности мономеров в структуре полимера приводит к значительному числу вариантов биологических макромолекул.

Углеводы

Углеводы — органические соединения, состоящие из одной или многих молекул простых сахаров. Содержание углеводов в животных клетках составляет 1–5 %, а в некоторых клетках растений достигает 70 %.
Выделяют три группы углеводов: моносахариды, олигосахариды (состоят из 2–10 молекул простых сахаров), полисахариды (состоят более чем из 10 молекул сахаров). Соединяясь с липидами и белками, углеводы образуют гликолипиды и гликопротеины.

Характеристика углеводов

Функции углеводов представлены в таблице.

Функции углеводов

Липиды

Липиды — жиры и жироподобные органические соединения, практически нерастворимые в воде. Их содержание в разных клетках сильно варьируется от 2–3 (в клетках семян растений) до 50–90% (в жировой ткани животных). В химическом отношении липиды, как правило, сложные эфиры жирных кислот и ряда спиртов

Они делятся на несколько классов. Наиболее распространены в живой природе нейтральные жиры, воска, фосфолипиды, стероиды. В состав большинства липидов входят жирные кислоты, молекулы которых содержат гидрофобный длинноцепочечный углеводородный «хвост» и гидрофильную карбоксильную группу.
Жиры — сложные эфиры трёхатомного спирта глицерина и трёх молекул жирных кислот. Воска — это сложные эфиры многоатомных спиртов и жирных кислот. Фосфолипиды имеют в молекуле вместо остатка жирной кислоты остаток фосфорной кислоты. Стероиды не содержат жирных кислот и имеют особую структуру. Также для живых организмов характерны липопротеины — соединения липидов с белками без образования ковалентных связей и гликолипиды — липиды, в которых помимо остатка жирной кислоты содержится одна или несколько молекул сахара.
Функции липидов представлены в таблице.

Функции липидов

Белки

Белки представляют собой самый многочисленный и наиболее разнообразный класс органических соединений клетки. Белки — это биологические гетерополимеры, мономерами которых являются аминокислоты.

По химическому составу аминокислоты — это соединения, содержащие одну карбоксильную группу (—СООН) и одну аминную (—NH₂), связанные с одним атомом углерода, к которому присоединена боковая цепь — какой-либо радикал R. Именно радикал придаёт аминокислоте её неповторимые свойства.
В образовании белков участвуют только 20 аминокислот. Они называются фундаментальными, или основными: аланин, метионин, валин, пролин, лейцин, изолейцин, триптофан, фенилаланин, аспарагин, глутамин, серин, глицин, тирозин, треонин, цистеин, аргинин, гистидин, лизин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты. Некоторые из аминокислот не синтезируются в организмах животных и человека и должны поступать с растительной пищей. Они называются незаменимыми: аргинин, валин, гистидин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин.
Аминокислоты, соединяясь друг с другом ковалентными пептидными связями, образуют различной длины пептиды
Пептидной (амидной) называется ковалентная связь, образованная карбоксильной группой одной аминокислоты и аминной группой другой.
Белки представляют собой высокомолекулярные полипептиды, в состав которых входят от ста до нескольких тысяч аминокислот.
Выделяют 4 уровня организации белков:

Уровни организации белков

Конфигурация белка зависит от последовательности аминокислот, но на неё могут влиять и конкретные условия, в которых находится белок.
Утрата белковой молекулой своей структурной организации называется денатурацией.

Денатурация может быть обратимой и необратимой. При обратимой денатурации разрушается четвертичная, третичная и вторичная структуры, но благодаря сохранению первичной структуры при возвращении нормальных условий возможна ренатурация белка — восстановление нормальной (нативной) конформации. При необратимой денатурации происходит разрушение первичной структуры белка. Денатурация может быть вызвана высокой температурой (выше 45 °C), обезвоживанием, ионизирующим излучением и другими факторами. Изменение конформации (пространственной структуры) белковой молекулы лежит в основе ряда функций белков (сигнальные, антигенные свойства и др.).
По химическому составу различают простые и сложные белки. Простые белки состоят только из аминокислот (фибриллярные белки, антитела — иммуноглобулины). Сложные белки содержат белковую часть и небелковую — простетические группы. Различают липопротеины (содержат липиды), гликопротеины (углеводы), фосфопротеины (одну или несколько фосфатных групп), металлопротеины (различные металлы), нуклеопротеины (нуклеиновые кислоты). Простетические группы обычно играют важную роль при выполнении белком его биологической функции.
Функции белков представлены в таблице.

Функции белков

Ферменты. Белки-ферменты катализируют протекание в организме химических реакций. Эти реакции, в силу энергетических причин, сами по себе либо вообще не протекают в организме, либо протекают слишком медленно.
Ферментативную реакцию можно выразить общим уравнением:
Е+S → [ES] → E+P,
где субстрат (S) обратимо реагирует с ферментом (Е) с образованием фермент-субстратного комплекса (ES), который затем распадается с образованием продукта реакции (Р). Фермент не входит в состав конечных продуктов реакции.
В молекуле фермента имеется активный центр, состоящий из двух участков — сорбционного (отвечает за связывание фермента с молекулой субстрата) и каталитического (отвечает за протекание собственно катализа). В ходе реакции фермент связывает субстрат, последовательно изменяет его конфигурацию, образуя ряд промежуточных молекул, дающих в конечном итоге продукты реакции.
Отличие ферментов от катализаторов неорганической природы:
1. Один фермент катализирует только один тип реакций.
2. Активность ферментов ограничена довольно узкими температурными рамками (обычно 35–45^оС).
3. Ферменты активны при определенных значениях рН (большинство в слабощелочной среде).

Нуклеиновые кислоты

Мононуклеотиды. Мононуклеотид состоит из одного азотистого основания — пуринового (аденин — А, гуанин — Г) или пиримидинового (цитозин — Ц, тимин — Т, урацил — У), сахара-пентозы (рибоза или дезоксирибоза) и 1–3 остатков фосфорной кислоты.
В зависимости от числа фосфатных групп различают моно-, ди- и трифосфаты нуклеотидов, например, аденозинмонофосфат — АМФ, гуанозиндифосфат — ГДФ, уридинтрифосфат — УТФ, тимидинтрифосфат — ТТФ и т. д.
Функции мононуклеотидов представлены в таблице.

Функции мононуклеотидов

Полинуклеотиды. Нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды) — полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Существуют два типа нуклеиновых кислот: ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота).
Нуклеотиды ДНК и РНК состоят из следующих компонентов:

1. Азотистое основание (в ДНК: аденин, гуанин, цитозин и тимин; в РНК: аденин, гуанин, цитозин и урацил).
2. Сахар-пентоза (в ДНК — дезоксирибоза, в РНК — рибоза).
3. Остаток фосфорной кислоты.

​ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — линейный полимер, состоящий из четырёх типов мономеров: нуклеотидов А, Т, Г и Ц, связанных друг с другом ковалентной связью через остатки фосфорной кислоты.

Молекула ДНК состоит из двух спирально закрученных цепей (двойная спираль). При этом между аденином и тимином образуются две водородные связи, а между гуанином и цитозином — три. Эти пары азотистых оснований называют комплементарными. В молекуле ДНК они всегда расположены друг напротив друга. Цепи в молекуле ДНК противоположно направлены. Пространственная структура молекулы ДНК была установлена в 1953 г. Д. Уотсоном и Ф. Криком.

Виды РНК

Функции РНК: участие в биосинтезе белков.
Самоудвоение ДНК. Молекулы ДНК обладают способностью, не присущей ни одной другой молекуле, — способностью к удвоению. Процесс удвоения молекул ДНК называется репликацией.

В основе репликации лежит принцип комплементарности — образование водородных связей между нуклеотидами А и Т, Г и Ц.
Репликацию осуществляют ферменты ДНК-полимеразы. Под их воздействием цепи молекулы ДНК разделяются на небольшом отрезке молекулы. На цепи материнской молекулы достраиваются дочерние цепи. Затем расплетается новый отрезок, и цикл репликации повторяется.
В результате образуются дочерние молекулы ДНК, ничем не отличающиеся друг от друга и от материнской молекулы. В процессе деления клетки дочерние молекулы ДНК распределяются между образующимися клетками. Так осуществляется передача информации из поколения в поколение.
Под воздействием различных факторов внешней среды (ультрафиолетового излучения, различных химических веществ) молекула ДНК может повреждаться. Происходят разрывы цепей, ошибочные замены азотистых оснований нуклеотидов и др. Кроме того, изменения в ДНК могут происходить самопроизвольно, например, в результате рекомбинации — обмена фрагментами ДНК. Произошедшие изменения в наследственной информации также передаются потомству.
В некоторых случаях молекулы ДНК способны «исправлять» возникающие в её цепях изменения. Эта способность называется репарацией. В восстановлении исходной структуры ДНК участвуют белки, которые узнают изменённые участки ДНК и удаляют их из цепи, тем самым восстанавливая правильную последовательность нуклеотидов, сшивая восстановленный фрагмент с остальной молекулой ДНК.
Сравнительная характеристика ДНК и РНК представлена в таблице.

Сравнительная характеристика ДНК и РНК

Строение клетки
Клеточная теория

Становление клеточной теории:

• Роберт Гук в 1665 году обнаружил клетки в срезе пробки и впервые применил термин клетка.
• Антони ван Левенгук открыл одноклеточные организмы.
• Маттиас Шлейден в 1838 году и Томас Шванн в 1839 году сформулировали основные положения клеточной теории. Однако они ошибочно считали, что клетки возникают из первичного неклеточного вещества.
• Рудольф Вирхов в 1858 году доказал, что все клетки образуются из других клеток путём клеточного деления.

Основные положения клеточной теории:

1. Клетка является структурной единицей всего живого. Все живые организмы состоят из клеток (исключение составляют вирусы).
2. Клетка является функциональной единицей всего живого. Клетка проявляет весь комплекс жизненных функций.
3. Клетка является единицей развития всего живого. Новые клетки образуются только в результате деления исходной (материнской) клетки.
4. Клетка является генетической единицей всего живого. В хромосомах клетки содержится информация о развитии всего организма.
5. Клетки всех организмов сходны по химическому составу, строению и функциям.

Типы клеточной организации

Среди живых организмов только вирусы не имеют клеточного строения. Все остальные организмы представлены клеточными формами жизни. Различают два типа клеточной организации: прокариотический и эукариотический. К прокариотам относятся бактерии и цианобактерии (сине-зелёные), к эукариотам — растения, грибы и животные.

Прокариотические клетки устроены сравнительно просто. Они не имеют ядра, область расположения ДНК в цитоплазме называется нуклеоид, единственная молекула ДНК кольцевая и не связана с белками, клетки меньше эукариотических, в состав клеточной стенки входит гликопептид — муреин, мембранные органоиды отсутствуют, их функции выполняют впячивания плазматической мембраны (мезосомы), рибосомы мелкие, микротрубочки отсутствуют, поэтому цитоплазма неподвижна, а реснички и жгутики имеют особую структуру.

Эукариотические клетки имеют ядро, в котором находятся хромосомы — линейные молекулы ДНК, связанные с белками, в цитоплазме расположены различные мембранные органоиды.
Растительные клетки отличаются наличием толстой целлюлозной клеточной стенки, пластид, крупной центральной вакуоли, смещающей ядро к периферии. Клеточный центр высших растений не содержит центриоли. Запасным углеводом является крахмал.
Клетки грибов имеют клеточную стенку, содержащую хитин, в цитоплазме имеется центральная вакуоль, отсутствуют пластиды. Только у некоторых грибов в клеточном центре встречается центриоль. Главным резервным углеводом является гликоген.
Животные клетки не имеют клеточной стенки, не содержат пластид и центральной вакуоли, для клеточного центра характерна центриоль. Запасным углеводом является гликоген.
В зависимости от количества клеток, из которых состоят организмы, их делят на одноклеточные и многоклеточные. Одноклеточные организмы состоят из одной-единственной клетки, выполняющей функции целостного организма. Одноклеточными являются все прокариоты, а также простейшие, некоторые зелёные водоросли и грибы. Тело многоклеточных организмов состоит из множества клеток, объединённых в ткани, органы и системы органов. Клетки многоклеточного организма специализированы для выполнения определённой функции и могут существовать вне организма лишь в микросреде, близкой к физиологической (например, в условиях культуры тканей). Клетки в составе многоклеточного организма различаются по размерам, форме, структуре и выполняемым функциям. Несмотря на индивидуальные особенности, все клетки построены по единому плану и имеют много общих черт.

Характеристика структур эукариотической клетки

Основные различия клеток прокариот и эукариот

Основные различия животной и растительной клеток

Липиды — большая общность органических соединений, куда включены жиры и жироподобные вещества. Воздействовать водой на липиды бесполезно, они нерастворимы в ней, но распадаются в органических растворителях, таких как керосин, бензин, эфир, хлороформ.

Содержание жиров в клетках — от 5 до 15 процентов сухой массы. Однако, например, в жировой ткани содержание жира иногда достигает 90 процентов.

Химическая структура распространенных липидов такова: соединение трехатомного спирта, глицерина и высокомолекулярных жирных кислот. Жирные кислоты чаще всего представлены пальмитиновой, стеариновой, олеиновой. Нейтральные жиры (триглицериды) наиболее распространены и образуются при соединении трех остатков жирных кислот с глицерином.

Виды жирных кислот. Насыщенные жирные кислоты

1.      Двойных связей не содержат.

2.      Пальмитиновая и стеариновая кислота. CH₃(CH₂)₁₄COOH, CH₃(CH₂)₁₆COOH

3.      Содержатся в основном в животных жирах. Именно поэтому данные жиры твердые.

4.      Пример: говяжье сало — из глицерина и пальмитиновой, стеариновой кислот.

Ненасыщенные (непредельные) жирные кислоты

1.      Содержат двойные связи. (Два не сливается в одно — в этом как бы отсутствие насыщения одной связи другой).

2.      Олеиновая кислота. CH₃(CH₂)₇СН=СН(СН₂)₇СООН

3.      Ими богаты растительные жиры (масла).

4.      В оливковом масле глицерин связывается с остатками олеиновой кислоты.

5.      Простагландины синтезируются из ненасыщенных жирных кислот, являясь их производными. Они руководят сокращением мускулатуры внутренних органов, следят за тонусом сосудов, влияют на центры терморегуляции мозга.

Липиды

1.                      
Общая характеристика липидов

2.                      
Жирные кислоты

3.                      
Неполярные липиды

4.                      
Полярные липиды

4.1                  
Фосфолипиды

4.2                  
Сфинголипиды

5.                      
Стероиды

6.                      
Свойства полярных липидов

7.                      
Строение и функции клеточной мембраны

8.                      
Трансмембранный перенос веществ

Липиды – это гетерогенная по химическому
составу группа органических веществ, содержащих объемные неполярные радикалы.

Главным критерием отнесения органических
веществ к липидам является их растворимость в неполярных растворителях.

Основным структурным свойством липидов, реализуемым в клетках, является
их способность к агрегации, образованию упорядоченных  и жидкокристаллических
структур и созданию на их основе функциональных молекулярных комплексов,
включающих низко- и высокомолекулярные соединения.

Липиды образуют неполярную фазу клеток.

В биохимии используют функциональную и химическую классификацию
липидов (на основе химических структурных блоков).

По выполняемым функциям липиды делят на
резервные и структурные. Критерием отнесения неполярных соединений к резервным
липидам служит резкое изменение количественного состава при голодании.

В химической классификации используют различия
в полярном и неполярном компоненте липидов (наличие полярного (а) и неполярного
компонента (б) придает им амфифильные или амфипатические свойства поверхностно
активных веществ).

(а) Глицерин, этаноламин, холин, сфингозин, неорганический фосфат и
сульфат, инозит и сахара.

(б) Производные уксусной кислоты: жирные кислоты и спирты жирного ряда
(насыщенные и ненасыщенные, циклические и разветвленные), полипреновые производные
(изопреноиды): терпены, каротиноиды, стеролы и стероиды.

         Полярный и неполярный компоненты липидов связаны между собой
сложноэфирной или амидной (церамиды) связью. В липидах могут быть также эфирные
и гликозидные связи.

Жирные кислоты

            Жирные кислоты – длинноцепочечные карбоновые кислоты, содержащие от 2
до 24 углеродных атомов. Все они содержат только одну карбоксильную группу. В
клетках жирные кислоты не встречаются в свободном виде и находятся в составе
более сложных соединений – липидов различных классов.

            Практически все встречающиеся в живом организме жирные
кислоты содержат четное число атомов углерода, причем наиболее часто
встречаются С16 и С18. Углеводородный радикал жирной кислоты может содержать
одну или несколько кратных связей или вовсе их не содержать Принято считать,
если жирная кислота не содержит двойную связь, то она насыщена, если содержит,
то не насыщена. Доказано, что в растениях и животных ненасыщенные жирные
кислоты встречаются чаще, чем насыщенные.

Наиболее часто встречающиеся жирные кислоты:

Насыщенные жирные кислоты

Ненасыщенные жирные кислоты (шифр для жирных кислот : первая цифра – число атомов углерода. Вторая
цифра число кратных  связей, а затем идут номера атомов углерода, у которых
находятся двойные связи)

Все химические связи в молекулах насыщенных
жирных кислот находятся в состоянии
sp³
гибридизации. Валентный угол между связи равен 109⁰28`.  Двойные связи в не
насыщенных жирных кислотах находятся в цис-конформации, что приводит к сильному
изгибу их общей цепи. Т.о. не насыщенные жирные кислоты обладают большей
жесткостью, чем насыщенные. Валентный угол между атомами углерода с двойными 
связями равен 120⁰.

            При температуре тела насыщенные жирные кислоты от С₁₂
до С₂₄  твердые вещества, все ненасыщенные жирные кислоты –
жидкости.

            Обычные жирные кислоты нерастворимы в воде, но растворимы в
разбавленных растворах КОН и NaОН. Натриевые и калиевые соли жирных кислот
получили названия мыла.  Любое мыло состоит из калийных и реже натриевых солей
жирных кислот. Такие соединения обладают амфипатическими свойствами, т.е.
способны взаимодействовать как с полярными, так и с неполярными молекулами (эмульгация капли жира в воде).

Неполярные липиды.

К неполярным липидам относятся триацилглицеролы(
собственно жиры) и воски.

Триацилглицеролы или триглицериды – это сложные эфиры трехатомного
спирта глицерина и жирных кислот.

            Триацилглицеролы — основной компонент жировых депо
растительных и животных клеток. В мембранах клеток они обычно не содержаться,
так как они неполярны.

            В зависимости от типов остатков жирных кислот жиры бывают

Ø  Простые (все остатки жирных  кислот одинаковы)

Ø  Смешанные (несколько остатков различных жирных
кислот).

Большинство триацилглицеролов – смешанные (оливковое и
сливочное масло). В их состав входят разные по длине ненасыщенные и
насыщенности жирные кислоты.  Если в состав входят только насыщенные жирные
кислоты, то это будет твердое вещество – например, говяжье сало (тристеарин).
Или наоборот только ненасыщенные (триолеин) – оливковое масло.

Основной функцией триацилглицеролов является
запасание  липидов в качестве энергетического материала. В растительных клетках
и животных клетках триацилглицеролы находятся в цитозоле в виде эмульгированных
капель. Основная их масса запасается в специальных клетках соединительной ткани
– адипоцитах. Обычно весь объем адипоцита занят жировой каплей. Триацилглицеролы
значительно лучше приспособлены для запаса энергии, чем гликоген. Они способны
накапливаться практически в чистом виде, а также в расчете на единицу веса в
них накапливается в два раза больше энергии, чем в углеводах.

Воска – это сложные эфиры длинноцепочечных жирных
кислот и многоатомных спиртов.

У позвоночных, секретируемые кожными железами воска, выполняют функцию
защитного покрытия, смазывающего и смягчающего кожу. У птиц, особенно
водоплавающих, воска, которые выделяются копчиковой железой выполняют
водоотталкивающую функцию. Своеобразный матовый блеск придают воска некоторым
растениям, тем самым защищая растение от пересыхания.   Воска вырабатываются и
используются в очень больших количествах морскими организмами, особенно
планктоном, у которого они служат основной формой накопления высококалорийного
клеточного топлива. Поскольку киты, сельдевые и форель питаются в основном
планктоном, содержащиеся в нем воска играют важную роль в морских пищевых
цепях.

 CH₃ — (CH₂)₇CH
= CH — (CH₂)₇ – CO –
O — (CH₂)₇  — CH = CH(CH₂)₇
– CH₃

           
остаток олеиновой
кислоты               остаток олеинового спирта

Полярные липиды.

Различают несколько классов полярных липидов. Важнейшие из них липиды,
входящие в состав клеточных мембран. Отличаются они от триацилглицеролов тем,
что наряду с неполярными хвостами, представленными жирными кислотами имеют так
называемую полярную голову. Чаще всего полярные липиды представлены в виде
фосфолипидов.

            Структурным
компонентом всех фосфолипидов является фосфорная кислота, которая этерифицирует
гидроксильную группу глицерина, находящуюся  у 1 или 3 атома углерода. В свою
очередь фосфорная кислота этерифицирована аминоспиртом. В зависимости от того,
какой аминорспирт представлен в полярной голове выделяют:

В состав фосфолипидов всегда входят еще насыщенная и
ненасыщенная жирные кислоты, которые встречаются в различных комбинациях.
Однако ненасыщенная жирная кислота всегда присоединяется ко второму атому
углерода глицерина.

            При рН = 7 остаток фосфорной кислоты заряжен отрицательно,
при этом остатки спиртов могут нести на себе один или несколько зарядов. Таким
образом, фосфоглицериды содержат  группировки двух разных типов, а именно
полярные головы и неполярные гидрофобные хвосты. Вследствии этого
фосфоглицериды обладают амфипатическими свойствами. Триацилглицериды,
выполняющие запасающую функцию, этих свойств лишены.

            Яд некоторых ядовитых змей содержит специфический фермент,
относящийся к фосфолипазам,  способный гидролизировать сложноэфирную связь (β)
между жирной кислотой и глицерином, что приводит к дестабилизации клеточных
мембран.

Второй класс мембранных липидов – сфинголипиды. Это
производные длинноцепочечного аминоспирта  сфингозина.

Во всех сфинголипидах полярная часть присоединена к α – гидроксильной
группе, жирная кислота к аминогруппе.

            По строению полярной головы выделяют три группу
сфинголипидов.:

Ø  Сфингомиэлины. Полярная голова представлена фосфорной
кислотой, которая в свою очередь этерифицирована аминоспиртом (этанолами,
холин, серин)

Сфингомиэлины присутствуют в мембранах большинства клеток. Больше всего
их в миэлиновых оболочках нервных окончаний.

Ø  Цереброзиды- не содержат остатка фосфорной кислоты и не
несут ни какого заряда. Их полярная голова представлена остатками сахаров –
гликосфинголдипиды. Галактоцереброзиды – мембрана клеток головного мозга.

Ø  Ганглиозиды — полярная голова представлена несколькими
остатками сахаров и одним или несколькими остатками N—
ацетил нейраминовой кислоты (сиаловая кислота).  Ганглиозиды — важные
компоненты расположенных на поверхности клеточных мембран специфических
рецепторных участков. Они находятся в тех участках, где происходит связывание
нейромедиатора в процессе передачи нервного импульса.

Стероиды.

            Все
липиды можно также условно разделить на две группу: омыляемые и неомыляемые.
Омыляемые липиды под действием щелочей распадаются на составные части.
Неомыляемые не взаимодействуют с разбавленными щелочами. Неомыляемые липиды
можно разделить на две группы: стероиды и терпены.

            В основе стероидов лежит полицеклический углеводород
эстран, состоящий из четырех конденсированных колец

Многие стероиды содержат боковые углеродные цепи,
например, холестан.

Стероиды содержат три основных группы: стероидные
спирты, желчные кислоты, стероидные гормоны.

Стероидные спирты или стерины содержат гидроксильную
группу у С₃ атома углерода. В организме животных наиболее важное
значение имеет холестерин, в организме растений – эргостерин и стигмастерин.

Холестерин присутствует во всех тканях животного
организма, особенно много его в нервных тканях. Он является основной составной
частью клеточных мембран и контролирует их текучесть. Запасной и транспортной
формами холестерина служат его сложной эфиры с жирными кислота. Также он входит
в состав желчи и желчных пигментов. Нарушение обмена холестерина играет важную
роль в развитии атеросклероза, заболевания связанного с отложением холестерина
(бляшек) на стенках кровеносных сосудов. Для предупреждения атеросклероза
важно, чтобы в пищевом рационе преобладали продукты растительного
происхождения, для которых характерно низкое содержание холестерина. Напротив
пищевые продукты животного происхождения содержат много холестерина, особенно
яичный желток, мясо, печень, мозги и т.д.

Свойства полярных липидов.

            Как
и мыла полярные липиды обладают амфипатическими свойствами. При взбалтывании в
воде или водных растворах полярные липиды спонтанно образуют мицеллы, в которых
неполярные хвосты спрятаны внутрь, а полярные головы обращены к водному слою.

Пузырьки, окруженные липидным бислоем, называются
липосомами. При введении липосом в кровоток, они захватываются клетками
ретикулоэндотелиальной системы, локализованных, главным образом, в головном
мозге и селезенке. В этих клетках липиды липосом расщепляются. Указанное
свойство позволяет использовать липосомы в направленном транспорте
лекарственных средств.

Строение клеточной мембраны

                Внешние, или плазматические мембраны клеток, а
также внутренние мембраны органелл  удалось выделить в свободном виде и
детально изучить.

            Во всех мембранах имеются полярные липиды и белки.
Содержание первых в зависимости от клетки и от выполняемых функций колеблется
от 20 до 80%, остальное приходится на белки. Так в плазматических мембранах
животных клеток количество липидов и белков примерно одинаково. Во внутренней
мембране митохондрий 20% липидов и 80% белков. В миэлиновых оболочках головного
мозга 80% липидов и 20% белков.

Липидная часть
мембран представляет собой смесь различных классов полярных липидов. В
мембранах животных клеток присутствуют в основном фосфоглицериды, в меньшей
степени сфинголипиды, триацилглицеролы в следовом количестве. Наружная
плазматическая мембрана содержит большое количество холестерина и его эфиров.

            Исходя из результатов исследований в 1972 Сингер и
Николсон предложили гипотезу о жидкомозаичной структуре клеточной мембраны.
Согласно нее основной непрерывной структурой клеточной мембраны служит липидный
бислой.  При нормальной для живого организма температуре этот бислой находится
в жидком состоянии. Это определяется соотношением насыщенных и не насыщенных
жирных кислот в его структуре.

            Белки мембраны делятся на две группы: интегральные и
периферические.

Интегральные белки встроены в бислой и в большем случае выполняют роль
транспортных систем.  Периферические находятся на поверхности и легко
отделяются от мембраны. Их функция связана с формированием каркаса клеток
(спектрин в мембране эритроцитов).

Функции клеточных мембран

Биологические мембраны и их составляющие
выполняют следующие функции:

1.     
Ограничение и обособление
клеток и органелл. Обособление клеток от межклеточной среды обеспечивается
плазматической мембраной, защищающей клетки от механического и химического
воздействий. Плазматическая мембрана обеспечивает также сохранение разности
концентраций метаболитов и неорганических ионов между внутриклеточной и внешней
средой.

2.     
Контролируемый транспорт
метаболитов и ионов через клеточную мембрану определят постоянство внутренней
среды клеток – гомеостаз.  

3.     
Восприятие внеклеточных
сигналов и передача их внутрь клетки, а также инициация таких сигналов.

4.     
Ферментный катализ. В
мембранах локализованы различные ферменты. Именно здесь происходит реакции с
неполярными субстратами. Примерами служат биосинтез липидов и метаболизм
неполярных ксенобиотиков, В мембранах локализованы наиболее важные реакции
энергетического обмена, такие, как окислительное фосфорилирование и фотосинтез.

Трансмембранный перенос веществ

1. Простая диффузия
2. Облегченная диффузия
3. Активный транспорт

Ø  Симпорт

Ø  Антипорт

Ø  Унипорт

1. К⁺,Na⁺-АТФ-аза

Перенос веществ через клеточную мембрану

Одна из важнейших функций биомембраны – регуляция
переноса веществ. Низкомолекулярные вещества, такие как газы, вода, аммиак,
мочевина, глицерин и др. свободно диффундируют через клеточную мембрану. Однако
с увеличением размеров молекулы теряют способность проникать через биомембрану,
например глюкоза и сахара не способны проникать внутрь клетки. Проницаемость
мембраны также зависит от полярности веществ. Неполярные вещества способны
проникать через липидный бислой, а полярные, такие как различные ионы, не
обладают такой способностью. Перенос таких веществ осуществляется специальными
транспортными белками.

            Различают несколько видов трансмембранного переноса
веществ.

1.     
Обычная (свободная,
простая) диффузия – перенос
веществ через клеточную мембрану по градиенту концентраций.

2.     
Облегченная диффузия – перенос веществ через клеточную мембрану по
градиенту концентраций, но с участием белковых структур. Белки переносчики
делятся на два класса:

§  Канальные (каналобразующие) белки – встроены в клеточную мембрану с
образованием канала заполненного водой (белки порины у бактерий)

§  Транспортные белки (транслоказы) – встроены в клеточную мембрану.

В отличие от каналов транспортные
белки избирательно связывают молекулы субстрата и за счет конформационных
изменений переносят их через мембрану. В этом отношении транспортные белки 
похожи на ферменты. Единственное различие состоит в том, что они «катализируют»
направленный транспорт, а не ферментативную реакцию. Они проявляют специфичность
— иногда групповую — к субстратам, подлежащим переносу. Кроме того, для них
характерны определенное сродство, выражаемое в виде константы
диссоциации K_d и максимальная транспортная способность V

Потоки  простой и облегченной диффузии никогда не
прекращаются.

3.     
Активный транспорт – осуществляется против градиента
концентраций. Данный процесс не самопроизвольный и осуществляется с
расщеплением молекулы АТФ. Активный транспорт подразделяется на :

§  Унипорт – только одно вещество переносится через
клеточную мембрану.

§  Симпорт – сопряженный активный транспорт, когда два
вещества переносятся в одном направлении. Примером может служить перенос
глюкозы совместно с ионами Na⁺ .

§  Антипорт – сопряженный активный транспорт, когда два
вещества переносятся в противоположных направлениях. Например, обменный перенос
ионов Cl^—  и HCO₃^—

И при симпорте и антипорте переносчик имеет два центра связывания для
разных веществ.

Работа К⁺Nа⁺
-насоса (К⁺,Nа⁺ –АТФ-аза)

Данный фермент обеспечивает одновременный выход из
клетки трех ионов натрия и вход двух ионов калия. Фермент имеет центры
связывания, как для калия, так и для натрия.

На первом этапе идет присоединение трех ионов натрия (а)
на внутренней поверхности клеточной мембраны. Это присоединение стимулирует
гидролиз АТФ с освобождением неорганического фосфата, который присоединяется к
АТФ-азе. Присоединение неорганического фосфата вызывает конформационные
изменения в структуре белка, что приводит к закрытию канала с внутренней
стороны и одновременного открытия с наружной (b). В этот момент уменьшается сродство к ионам
натрия, которые в свою очередь покидают центр связывания.

На их место встраиваются два иона калия (c—d). Это ведет к отщеплению неорганического
фосфата, и канал закрывается с наружной стороны. Иона калия попадают внутрь
клетки (e—f).  Поскольку перенос ионов неэквивалентен, то разность концентраций
ионов приводит к разнице зарядов.

Данный фермент локализован в плазматической мембране и
имеется у всех клеток. Помимо
К⁺N_а ⁺
– АТФ-азы имеются Са²⁺, Н⁺ и др зависимые АТФ-азы,
способные откачивать или наоборот накачивать различные ионы.