Підручник Біологія 9 клас - Л.І. Остапченко - Генеза 2017

ТЕМА 1. XІМІЧНИЙ СКЛАД КЛІТИНИ

§3. ПОНЯТТЯ ПРО ОРГАНІЧНІ РЕЧОВИНИ. ЛІПІДИ ТА ВУГЛЕВОДИ

Пригадайте, які елементи відносять до органогенних. Чим відрізняються між собою гідрофільні та гідрофобні сполуки? Які функції жирів у живих організмах? Які функції в організмі людини виконують гормони кори надниркових залоз і статеві гормони? Що таке глікокалікс?

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. У складі органічних сполук переважають органогенні хімічні елементи: Гідроген, Оксиген, Нітроген і Карбон. Ковалентно зв’язані атоми Карбону утворюють ланцюжки, кільця або ряди кілець - так званий скелет молекули (мал. 8).

До складу клітин входять різні органічні сполуки: ліпіди, вуглеводи, білки, нуклеїнові кислоти тощо. Їхні молекули можуть мати високу молекулярну масу, складаючись з великої кількості однакових чи різних за хімічною будовою ланок (простих молекул) - мономерів. Такі сполуки називають біополімерами або макромолекулами. Наприклад, молекули білків складаються із залишків амінокислот; молекули нуклеїнових кислот - із залишків нуклеотидів, а складних вуглеводів (полісахаридів) - із залишків моносахаридів (див. таблицю 2).

Мал. 8. Скелети різних органічних сполук, утворені атомами Карбону. Зверніть увагу, кожен атом Карбону може утворювати чотири ковалентних зв’язки з іншими атомами та сполуками

Вода визначає фізичні властивості клітин - їхній об'єм і внутрішньоклітинний тиск (тургор).

Вода - універсальний розчинник. Речовини, здатні добре розчинятися у воді, називають гідрофільними (полярними), нерозчинні у воді - гідрофобними (неполярними).

Вода відіграє важливу роль у транспорті різних сполук, бере участь у складних біохімічних перетвореннях, процесах теплорегуляції організмів.

Хімічний склад живих організмів, на відміну від об'єктів неживої природи, відносно сталий.

Залежно від умісту в організмах хімічні елементи поділяють на макро- (до 99,9 %) та мікроелементи (менш ніж 0,1 %). До макроелементів належать: Гідроген, Карбон, Нітроген, Оксиген, Кальцій, Калій, Натрій, Ферум, Магній, Сульфур, Хлор, Фосфор. Близько 60 хімічних елементів належать до групи мікроелементів (Йод, Кобальт, Манган, Купрум, Молібден, Цинк тощо).

Мал. 9. Данилевський Олександр Якович (1983-1923)

Цікаво знати

Данилевський Олександр Якович - відомий біохімік, фармаколог і фізіолог, якого вважають одним із засновників біохімії (мал. 9). Народився в м. Харкові, де навчався в Харківському університеті (тепер - Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна). Основні напрями його наукових досліджень - хімія білків (зокрема, ферментів) та питання раціонального харчування.

Таблиця 2

Основні типи органічних сполук, що входять до складу організмів

Органічні сполуки

Складові

Функція

Ліпіди:

жири

Залишки триатомного спирту гліцеролу і жирних кислот

воски

Залишки одноатомних спиртів і жирних кислот

Структурна, енергетична, захисна, регуляторна

стероїди

Поліциклічні гідрофобні спирти

Біополімери:

полісахариди

Моносахариди

Структурна, енергетична

білки

Амінокислоти

Структурна, енергетична, захисна, каталітична (ферментативна), сигнальна, рухова, регуляторна, транспортна

нуклеїнові

кислоти

Нуклеотиди

Кодування та зберігання спадкової інформації, участь у біосинтезі білка

Особливу групу органічних сполук становлять біологічно активні речовини: ферменти, гормони, вітаміни тощо. Вони впливають на процеси обміну речовин і перетворення енергії. Багато з них забезпечують гуморальну регуляцію процесів життєдіяльності різноманітних істот.

Огляд основних класів органічних сполук почнемо з ліпідів.

Різноманітність ліпідів. Ліпіди - переважно гідрофобні органічні сполуки, які розчиняються в неполярних розчинниках (ефірі (етері), хлороформі, ацетоні та ін.).

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

Жири - складні речовини, утворені триатомним спиртом гліцеролом і трьома залишками жирних кислот. Вони відкладаються у вигляді жирових включень у рослинних і тваринних клітинах (наведіть приклади організмів, у клітинах яких відкладаються жири).

Воски виконують здебільшого захисну функцію. У ссавців віск виділяють сальні залози шкіри: він надає шкірі еластичності та зменшує зношення волосяного покриву. У водоплавних птахів віск виділяє куприкова залоза, розташована над основою хвоста. Її секрет надає пір’яному покриву водовідштовхувальних властивостей. Восковий шар вкриває листки наземних рослин (мал. 10, 1) і поверхню зовнішнього скелета членистоногих - мешканців суходолу, запобігаючи надлишковому випаровуванню води з поверхні тіла. Добре розвинені восковидільні залози є в черевці медоносних бджіл-робітниць. Як ви пам’ятаєте, з воску бджоли будують свої стільники (мал. 10, 2).

Складні ліпіди - сполуки, які утворюються 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).

Мал. 10. Воски вкривають поверхню плодів і входять до складу кутикули листків (1); з восків медоносна бджола будує стільники (2)

Стероїди - біологічно активні речовини тваринного, рідше - рослинного походження. Стероїдну природу, зокрема, мають статеві гормони людини - естрогени (жіночі) та андрогени (чоловічі), а також гормони надниркових залоз (кортикостероїди). Один з найвідоміших стероїдів - холестерин. В організмі людини він слугує попередником під час синтезу статевих гормонів. Холестерин синтезується у печінці і, як вам уже відомо, входить до складу жовчі.

Функції ліпідів. Одна з найважливіших функцій ліпідів - енергетична. У разі повного розщеплення 1 г жирів виділяється 38,9 кДж енергії.

Не менш важлива будівельна, або структурна, функція ліпідів. Так, фосфоліпіди є важливою складовою клітинних мембран (мал. 11). У цих сполук одна частина виявляє гідрофільні властивості, інша - гідрофобні.

Резервна функція полягає в тому, що ліпіди містяться в цитоплазмі клітин у вигляді включень (наприклад, клітини жирової тканини, насіння соняшника тощо). Запаси жирів в організмі можуть використовуватись по-різному. По-перше, як резервні поживні речовини. По-друге, як джерело метаболічної води: під час окиснення 1 г жирів утворюється майже 1,1 г води.

Запаси жиру в організмі можуть виконувати й захисну функцію. Зокрема, захищають внутрішні органи від механічних ушкоджень. Накопичуючись у підшкірній жировій клітковині тварин - мешканців прохолодного клімату (китів, тюленів, пінгвінів та ін.), жири захищають організм від дії низьких температур (теплоізоляційна функція). Ця функція жирів зумовлена їхньою низькою теплопровідністю.

Важлива й регуляторна функція ліпідів. Ліпідну природу мають деякі біологічно активні речовини: стероїдні гормони, вітаміни групи D. Вони беруть участь у регуляції життєвих функцій організмів: обміну речовин у тварин і людини, процесу линяння у комах тощо.

Будова та властивості вуглеводів. Вуглеводи - це сполуки, у яких співвідношення елементів С, Н, О здебільшого відповідають формулі (СН2О)n, де n дорівнює трьом і більше. У клітинах тварин вуглеводи містяться в незначній кількості (близько 1 % сухої маси, у клітинах печінки та м’язів - до 5 %). У рослинних клітинах їхній уміст значно більший (до 60-90 %).

Залежно від кількості мономерів, що входять до складу молекул, вуглеводи поділяють на моносахариди, олігосахариди та полісахариди.

Моносахариди здебільшого мають загальну формулу CnH2nOn. Вони можуть містити від 3 до 10 атомів Карбону. У природі найпоширеніші моносахариди, що містять 5 (рибоза і дезоксирибоза) та 6 атомів Карбону (глюкоза, фруктоза та ін.) тощо (мал. 12). Моносахариди мають солодкий присмак, добре розчиняються у воді.

Олігосахариди - полімерні вуглеводи, у яких моносахаридні ланки (від двох до десяти) з’єднані ковалентним зв’язком.

Досить поширені дисахариди, утворені сполученням залишків двох молекул моносахаридів. Приклади дисахаридів: мальтоза (солодовий цукор), сахароза (буряковий або тростинний цукор), лактоза (молочний цукор), трегалоза (грибний цукор) (мал. 13). Вони мають солодкий присмак і також добре розчиняються у воді.

Мал. 11. 1. Будова молекули фосфоліпіду. 2. Розташування фосфоліпідів у складі клітинної мембрани

Запам'ятаємо: моносахариди, до складу яких входить п'ять атомів Карбону, називають пентозами, а шість - гексозами.

Мал. 12. Моносахарид глюкоза: а - молекулярна формула; б - просторова модель

Мал. 13. Схема будови дисахаридів С12Н22О11: 1 - мальтоза; 2 - сахароза; 3 - лактоза

Полісахариди - це біополімери, молекулярна маса деяких з них може сягати кількох мільйонів. Приклади полісахаридів: крохмаль, целюлоза, глікоген, пектин, лігнін, хітин та ін. Вони майже не розчиняються у воді й не мають солодкого присмаку.

Вуглеводи можуть вступати у зв’язок з іншими сполуками. Такі вуглеводи називають складними. Приклади: глікопротеїди (сполуки вуглеводів з білками), гліколіпіди (сполуки вуглеводів з ліпідами).

Функції вуглеводів у біологічних системах. Енергетична функція: під час розщеплення 1 г полісахаридів або олігосахаридів до моносахаридів виділяється енергія - 17,6 кДж.

Резервна функція: полісахариди можуть відкладатись у клітинах про запас, найчастіше у вигляді зерен. У клітинах рослин відкладається крохмаль, у клітинах тварин і грибів - глікоген. Ці запасні сполуки є резервом поживних речовин та енергії.

Будівельна (структурна) функція: вуглеводи входять до складу певних клітинних структур. Так, нітрогенумісний полісахарид хітин є у складі зовнішнього скелета членистоногих і клітинної оболонки справжніх грибів; клітинні оболонки рослин утворені із целюлози (мал. 14). Клітинні оболонки рослин і грибів, які містять полісахариди, захищають уміст клітин та підтримують їхню форму.

До складу надмембранних структур клітин тварин (глікокаліксу) входять вуглеводи, пов’язані з білками та ліпідами.

Захисна функція: полісахариди пектини здатні зв’язувати деякі токсини та радіонукліди, запобігаючи потраплянню їх у кров. Гепарин, який запобігає зсіданню крові, синтезує один з різновидів лейкоцитів. Крім того, гепарин підвищує проникність судин, стійкість організму до нестачі кисню, впливу вірусів і токсинів, знижує рівень цукру в крові. Тому його застосовують як лікувальний препарат.

Коротко про головне

Органічними сполуками називають речовини, скелет яких утворений атомами Карбону, між якими утворюються міцні ковалентні зв'язки.

До складу клітин входять різні органічні сполуки: ліпіди, вуглеводи, білки, нуклеїнові кислоти тощо. Часто їхні молекули мають високу молекулярну масу, тому їх називають макромолекулами. Високомолекулярні органічні сполуки у складі біологічних систем, які складаються з великої кількості однакових чи різних за хімічною будовою ланок (простих молекул - мономерів), називають біополімерами.

Ліпіди - переважно гідрофобні органічні сполуки. Вони виконують важливі біологічні функції: енергетичну; будівельну, або структурну; резервну; захисну; регуляторну.

Вуглеводи - сполуки Карбону та води, що здебільшого відповідають формулі (СН2О)n, де n дорівнює трьом i більше. Залежно від кількості мономерів їх поділяють на моносахариди, олігосахариди та полісахариди. Функції вуглеводів: енергетична; резервна; будівельна (структурна); захисна.

Мал. 14. Будівельна (структурна) функція вуглеводів: 1 - целюлоза у складі клітинних оболонок рослин; 2 - хітин у складі кутикули членистоногих

Ключові терміни та поняття:

органічні сполуки, макромолекули, біополімери, мономери, ліпіди, вуглеводи, моносахариди, олігосахариди, полісахариди.

Перевірте здобуті знання

1. Чим органічні сполуки відрізняються від неорганічних? 2. Які ви знаєте основні класи органічних сполук? 3. Що таке ліпіди? Які основні групи ліпідів ви знаєте? 4. Які властивості та функції ліпідів у живих організмах? 5. Що таке вуглеводи? Які ви знаєте основні класи вуглеводів? 6. Які властивості та основні функції вуглеводів в організмах різних істот? 7. Які вуглеводи та ліпіди належать до складних?

Поміркуйте

1. В організмі верблюдів відкладаються значні запаси жиру, що слугує джерелом метаболічної води. Але ці тварини мешкають у спекотних пустелях, де температура вдень може сягати до +40 °С і вище. Сині кити здебільшого мешкають у прохолодних водах і значні запаси підшкірного жиру захищають їхнє тіло від переохолодження. Чим відрізнятиметься характер розподілу жирових відкладень у тілі цих тварин? 2. Чому паразити внутрішніх органів тварин і людини (наприклад, кишечнику) часто запасають велику кількість глікогену, на відміну від тих видів, які мешкають на покривах хазяїна, у кровоносній чи дихальній системах?

Мал. 15. Палладін Олександр Володимирович (1885-1972)

Цікаво знати

Палладін Олександр Володимирович - всесвітньовідомий український біохімік (мал. 15). Засновник української школи біохіміків. Основні наукові праці присвячені біохімії нервової системи і м'язової діяльності, харчування, біохімії вітамінів. У роки Другої світової війни під його керівництвом було почато розроблення ліків, які сприяли припиненню кровотечі та якнайшвидшому загоюванню ран, зокрема синтезовано новий водорозчинний аналог вітаміну К, названий вікасолом. У 1921 р. організував науково-дослідну кафедру біохімії в Харківському медичному інституті, що в 1925 р. була перетворена в Український біохімічний інститут (нині - Інститут біохімії НАН України ім. О. В. Палладіна).


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