Підручник Біологія 9 клас - О. А. Андерсон - Школяр 2017

Тема 1 ХІМІЧНИЙ СКЛАД КЛІТИНИ ТА БІОЛОГІЧНІ МОЛЕКУЛИ

§ 4. Вуглеводи та ліпіди

Згадаємо!

Який вуглевод утворюється внаслідок фотосинтезу?

Які вуглеводи запасаються в клітинах рослин, тварин та грибів?

Якого співвідношення білків, жирів та вуглеводів повинна дотримуватися людина для раціонального харчування? Чому?

Будова, властивості та біологічна роль вуглеводів. Масова частка вуглеводів у живій природі більша, ніж інших органічних сполук. У клітинах тварин і грибів вуглеводи містяться в незначній кількості (близько 1 % сухої маси, у клітинах печінки та м’язів - до 5 %), натомість у рослинних клітинах їх вміст значно більший (60 - 90 %). Вуглеводи утворюються переважно в результаті фотосинтезу. Гетеротрофні організми отримують вуглеводи з їжі або ж синтезують їх з інших органічних сполук (жирів, амінокислот тощо).

! Вуглеводи - це органічні сполуки, у яких співвідношення атомів Карбону, Гідрогену, Оксигену здебільшого відповідає формулі (СН2О)n, де n = 3 й більше. Проте є вуглеводи, у яких це співвідношення дещо інше, а деякі містять також атоми Нітрогену, Фосфору чи Сульфуру.

До вуглеводів належать моносахариди, олігосахариди й полісахариди.

Моносахариди - добре розчинні у воді речовини, мають солодкий смак. Розглянемо будову молекули моносахаридів на прикладі глюкози. Її молекулярна формула C6H12O6 (рис. 15).

Рис. 15. Будова молекули глюкози: а - структурна формула; б - масштабна модель

Моносахариди класифікують за кількостю атомів Карбону в їхніх молекулах. Найбільш важливими для живої природи є пентози (сполуки з п’ятьма атомами Карбону) та гексози (сполуки з шістьма атомами Карбону). Поширеними гексозами окрім глюкози є фруктоза та галактоза. З пентоз поширені рибоза та дезоксирибоза, залишки яких входять до складу мономерів нуклеїнових кислот. Моносахариди здатні сполучатися між собою за допомогою -ОН- груп. При цьому утворюється хімічний зв’язок між двома залишками моносахаридів через атом Оксигену (-О-) (рис.16).

Олігосахариди та полісахариди складаються із залишків моносахаридів. Олігосахариди - полімерні вуглеводи, у яких 2-10 моносахаридних ланок з’єднані ковалентними зв’язками. Наприклад, дисахариди утворені двома залишками моносахаридів. У природі поширені такі дисахариди: звичайний харчовий цукор - сахароза (складається із залишків глюкози й фруктози) та молочний цукор - лактоза (складається із залишків глюкози й галактози).

У результаті взаємодії моносахаридів можуть формуватися ланцюжки в сотні й тисячі залишків - полісахариди. Ці сполуки погано розчинні у воді та не мають солодкого смаку. У природі поширені полісахариди, утворені із залишків глюкози: целюлоза, глікоген і крохмаль (пригадайте, це гомо- чи гетерополімери). Інший поширений у природі полісахарид - хітин складається з нітрогеновмісних похідних глюкози.

Функції вуглеводів досить різноманітні. Енергетична функція зумовлена тим, що внаслідок повного розщеплення 1 г вуглеводів вивільняється 17,6 кДж енергії. Частина цієї енергії забезпечує функціонування організму, а частина виділяється у вигляді теплоти. Найбільша кількість енергії вивільняється внаслідок окиснення вуглеводів киснем, проте розщеплення вуглеводів із виділенням енергії може відбуватися й за його відсутності.

Рис. 16. Схема утворення полісахаридів на прикладі целюлози (зображено фрагмент молекули)

? Залишки яких моносахаридів утворюють целюлозу?

Скільки молекул води виділяється внаслідок утворення ковалентного зв’язку між двома залишками моносахаридів?

Це важливо для організмів, які існують в умовах нестачі або відсутності кисню (пригадайте таких тварин).

Полісахариди можуть накопичуватися в клітинах, тобто виконувати резервну функцію. У клітинах тварин і грибів накопичується глікоген, у клітинах рослин - крохмаль. Будівельна (структурна) функція вуглеводів полягає в тому, що полісахариди входять до складу певних структур. Так, хітин формує зовнішній скелет членистоногих і міститься в клітинній стінці грибів, а целюлоза - у клітинній стінці рослин. Вуглеводи, пов’язані з білками та ліпідами, розташовуються ззовні плазматичної мембрани тваринної клітини та клітинної стінки бактерій. Особливі сполуки вуглеводів з білками (мукополісахариди) виконують в організмах хребетних тварин і людини функцію мастила - вони входять до складу рідини, що змащує поверхні суглобів.

Ланцюги полісахаридів можуть лінійно розташовуватися в просторі або ж розгалужуватися, що пов’язано з їхніми функціями. Ланцюги полісахаридів, які входять до складу структур клітини або організму, з’єднуються численними зв’язками між собою, що забезпечує міцність та хімічну стійкість цих речовин. Натомість більшість полісахаридів, що є резервними речовинами тваринних і рослинних клітин, мають численні розгалужені ланцюги, унаслідок чого в клітині ці молекули швидко розщеплюються до глюкози в багатьох точках одночасно (рис. 17).

Будова, властивості та біологічна роль ліпідів. До складу кожної клітини організму входять ліпіди. Ліпіди - це похідні жирних кислот і багатоатомних спиртів або альдегідів. Жирними кислотами є органічні кислоти з ланцюгом від чотирьох атомів Карбону, зазвичай не- розгалуженим. Деякі ліпіди мають дещо іншу будову, але також погано

Рис. 17. Полісахариди

? Поясніть взаємозв’язок будови та функцій зображених полісахаридів.

розчиняються у воді. Ліпіди гідрофобні, але добре розчиняються в неполярних розчинниках: бензені, хлороформі, ацетоні.

Велику групу ліпідів становлять жири. Жири - естери трьохатомного спирту гліцеролу й трьох залишків нерозгалужених жирних кислот. Одна з найважливіших функцій жирів - енергетична. У разі повного розщеплення 1 г жирів виділяється 38,9 кДж енергії - удвічі більше ніж за повного розщеплення аналогічної кількості вуглеводів або білків. Резервна функція полягає в тому, що жири містяться в цитоплазмі клітин у вигляді включень - у клітинах жирової тканини, насінні соняшнику тощо. Запаси жирів можуть використовуватись організмами як резервні поживні речовини та як джерело метаболічної води (при окисненні 1 г жирів утворюється майже 1,1 мл води). Накопичуючись у підшкірній жировій клітковині тварин, жири захищають організм від дії різких змін температури, виконуючи теплоізоляційну функцію. Ця функція жирів зумовлена їх низькою теплопровідністю (рис. 18). Запаси жирів в організмі можуть виконувати й захисну функцію. Зокрема вони захищають внутрішні органи від механічних ушкоджень. Подібними до жирів за будовою сполуками є воски, шар яких вкриває листки та плоди наземних рослин, поверхню хітинового скелета багатьох членистоногих, запобігаючи надлишковому випаровуванню води з поверхні тіла (рис. 19). Окрему групу ліпідів утворюють стероїди. Найважливішим стероїдом організму тварин є холестерин - складова клітинних мембран, а також є попередником для синтезу вітаміну D, гормонів надниркових і статевих залоз. Серед ліпідів є сполуки, що утворені в результаті взаємодії молекул простих ліпідів з іншими речовинами. До них належать ліпопротеїди (сполуки ліпідів і білків), гліколіпіди (ліпідів і вуглеводів), фосфоліпіди (містять залишки ортофосфатної кислоти). Фосфоліпіди є основою біологічних мембран і виконують будівельну функцію.

Рис. 18. Накопичення жирів в організмі тварин

?! Як розподіляються жирові відкладення в тілах верблюда та нерпи? Поясніть відмінності, виходячи з функцій ліпідів та умов середовища, у яких мешкають тварини.

Рис. 19. Восковий захисний шар

?! Наведіть інші приклади рослин і тварин, воскові утвори яких є пристосуванням до умов середовища.

ПОВТОРІТЬ, ПОМІРКУЙТЕ

1. Дайте означення понять вуглеводи й ліпіди.

2. Наведіть приклади моносахаридів, олігосахаридів і полісахаридів.

3. Які речовини належать до ліпідів?

4. Поясніть біологічну роль вуглеводів.

5. Обґрунтуйте взаємозв’язок властивостей жирів та їх функцій.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити