Липиды и их роль в жизнедеятельности клетки. Видеоурок. Биология 10 Класс
На этом уроке мы продолжим изучение органических веществ. Мы рассмотрим один из основных компонентов клеток – липиды. Узнаем, на какие основные группы делятся липиды, а также их значение для жизнедеятельности клетки и организма в целом.
Липиды – это обширная группа жиров и жироподобных веществ, которые содержатся во всех живых клетках. Они неполярны и, следовательно, гидрофобны.
Липиды практически не растворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях, например в эфире, бензоле, хлороформе.
В некоторых клетках липидов очень мало, всего несколько процентов, а в некоторых их содержание достигает 90 % (семена подсолнечника, подкожная жировая клетчатка).
По химическому строению липиды разнообразны. Однако настоящие липиды – это сложные эфиры высших жирных кислот и какого-либо спирта.
Липиды подразделяются на простые и сложные.
К простым липидам относятся триацилглицеролы (нейтральные жиры) и воска (см. Рис. 1).
1. Нейтральные жиры – это самые распространенные липиды, встречающиеся в природе. Их молекулы образуются в результате присоединения трех остатков высокомолекулярных жирных кислот к одной молекуле трехатомного спирта глицерина.
Среди соединений этой группы различают жиры, остающиеся твердыми при температуре 20 °С, и масла, которые в этих условиях становятся жидкими.
2. Воска – это сложные эфиры, образуемые жирными кислотами и многоатомными спиртами. Они покрывают кожу, шерсть, перья животных, смягчая их и защищая их от воды. Также из восков пчёлы строят соты.
Рис. 1. Простые липиды
В организме животных, впадающих в спячку, накапливается большое количество жира, который расходуется во время спячки.
У позвоночных жир накапливается также в подкожной жировой клетчатке и служит теплоизоляцией. Особенно выражен подкожный слой у млекопитающих, живущих в холодном климате.
В растениях обычно накапливаются масла, а не жиры. Семена, плоды, хлоропласты богаты маслами. А некоторые семена, например семена кокосовой пальмы, клещевины, сои, подсолнечника, служат сырьем для получения масла промышленным способом.
Природные воска, такие как пчелиный воск и спермацет, нашли широкое применение в медицине и парфюмерной промышленности.
Спермацет, получаемый из головного мозга кашалота, хорошо всасывается в кожу и служит основой для приготовления различных мазей и кремов.
Пчелиный воск применяется в медицине для приготовления мазей, входит в состав питательных, отбеливающих, очищающих кремов и масок.
К сложным липидам относятся: фосфолипиды, гликолипиды, стероиды (см. Рис. 2).
Рис. 2. Сложные липиды
1. Фосфолипиды (см. Рис. 3) по своей структуре близки к нейтральным жирам, но в их молекуле один или два остатка жирных кислот замещены остатком фосфорной кислоты.
Рис. 3. Фосфолипиды
2. Гликолипиды образуются в результате соединения липидов с углеводами. Гликолипиды широко представлены в тканях, особенно в нервной ткани, в частности в ткани мозга.
Стероиды и терпены – это липиды, не имеющие жирных кислот и имеющие особую структуру.
К стероидам относятся половые гормоны, например прогестерон и эстроген (женские половые гормоны), тестостерон (мужской половой гормон) (см. Рис. 4).
Рис. 4. Тестостерон
Также к стероидам относится витамин D, при недостатке которого возникает болезнь под названием рахит.
Терпены – вещества, от которых зависит аромат эфирных масел растений, например: ментола, мяты, камфары.
1. Энергетическая
При полном окислении 1 г липидов выделяется 38,9 кДж энергии, то есть в 2 раза больше, чем при окислении 1 г углеводов.
2. Запасающая
Жиры являются основным запасающим веществом у животных, а также у некоторых растений. Они могут использоваться также в качестве источника воды (при окислении 1 г жира образуется более 1 г воды). Это особенно ценно для пустынных животных, обитающих в условиях дефицита воды.
3. Защитная
Обладая выраженными термоизоляционными свойствами, липиды защищают наш организм от температурных перепадов. Также липиды защищают организм от механических и физических воздействий.
Воска, которые покрывают тело растений, защищают их от излишнего испарения воды. Это очень важно для тех растений, которые живут в засушливых регионах в условиях дефицита влаги.
4. Структурная
В комплексе с белками липиды являются структурными компонентами всех биологических мембран.
5. Регуляторная
Липиды принимают участие в регуляции физиологических функций организма, так как некоторые из них являются гормонами.
Список литературы
- Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Общая биология 10-11 класс Дрофа, 2005.
- Биология. 10 класс. Общая биология. Базовый уровень / П.В. Ижевский, О.А. Корнилова, Т.Е. Лощилина и др. – 2-е изд., переработанное. – Вентана-Граф, 2010. – 224 стр.
- Беляев Д.К. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 11-е изд., стереотип. – М.: Просвещение, 2012. – 304 с.
- Агафонова И.Б., Захарова Е.Т., Сивоглазов В.И. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 6-е изд., доп. – Дрофа, 2010. – 384 с.
Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет
- Files.school-collection.edu.ru (Источник).
- Biouroki.ru (Источник).
- Youtube.com (Источник).
Домашнее задание
- Вопросы в конце параграфа 10 (стр. 39) – Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. «Общая биология», 10-11 класс (Источник)
- По какой причине может происходить отложение жиров в избыточном количестве?
Функции растительных и животных жиров
При «сгорании» в организме только грамма жира образуется 9,3 килокалории энергии. Таков поистине удивительный энергетический потенциал жиров (он, кстати, почти вдвое выше, чем у белков и углеводов).
Но поставлять энергию — не единственная функция жиров. Нет такого органа в организме, в состав клеток которого жиры не входили бы в качестве пластического материала. Они участвуют в обменных процессах, повышают защитные способности организма, являются носителями жирорастворимых витаминов и других биологически активных веществ, откладываются про запас в так называемых жировых депо организма. Важнейшей функцией жировой ткани является также участие в процессах терморегуляции организма, то есть в защите в холодное время года и в жаркий период. Наконец, ещё одна роль жиров — механическая защита жизненно важных органов от ушибов и смещения. Жировые отложения вокруг почек, сердца, кишечника и некоторых других органов надёжно предохраняют их при случайных сильных сотрясениях организма — падениях, ударах, ушибах.
Простым житейским вопросом, что же такое пищевые жиры, учёного-химика мы бы просто озадачили. Что, например, скажет неспециалисту такой ответ: жиры — это смесь сложных эфиров трёхатомного спирта глицерина и разнообразных жирных кислот. Иначе говоря, жиры являются глицеридами, а чаще всего триглицеридами, то есть имеют весьма сложный химический состав. В качестве примесей в них входят пигменты, слизистые и белковые вещества, свободные жирные кислоты.
В жирах уже найдено около 200 жирных кислот (а только 10 жирных кислот могут дать до 500 различных триглицеридов). Жирные кислоты бывают предельными (или насыщенными) — масляная, пальмитиновая, стеариновая — и непредельными (или ненасыщенными) — олеиновая, линолевая, линоленовая, арахидоновая. Они-то и определяют консистенцию жиров. Насыщенные жирные кислоты определяют твёрдость жира, его тугоплавкость. По внешнему признаку того или иного жира можно определить, какие в нем преобладают жирные кислоты. Животные жиры почти полностью состоят из насыщенных жирных кислот, а растительные — из ненасыщенных. Ненасыщенные жирные кислоты, кроме растительных масел, содержатся в рыбе и в некоторых морских животных.
Физик особенно много о жирах нам не поведал бы. Жиры? Они легче воды — их удельный вес колеблется от 0,866 до 0,975 при температуре плюс 15 градусов. Наиболее твёрдые жиры — говяжий и бараний, температура плавления которых соответственно равна 41-49 и 44-51 градусов, свиной жир плавится при 36-46 градусах, а молочный жир (сливочное масло) — при 25-35 градусах. Уже как потребитель он добавил бы, что, кроме животных жиров и растительных масел, в продаже имеются комбинированные жиры промышленного приготовления, состоящие из тщательно подобранных животных и растительных компонентов.
Давайте приоткроем завесу над тем, чем же так важны для нас эти вещества. Возьмём лишь четыре ненасыщенных жирных кислоты: олеиновую, линолевую, линоленовую и арахидоновую. Олеиновая кислота мононенасыщенная, имеет наименьшую ценность. Три же остальные непредельные кислоты являются полиненасыщенными, то есть имеют более одной ненасыщенной связи. Ценность их определяется тем, что они не могут синтезироваться в организме, по крайней мере одна из них — линолевая, а синтез же линоленовой и арахидоновой жирных кислот возможен только при наличии двух витаминов — витамина В6 и биотина.
Линолевая кислота считается предшественником арахидоновой и гормоноподобных веществ — простагландинов, которые принимают участие во многих жизненных процессах, в том числе в деятельности сердечной мышцы и регулировании артериального давления. Наибольшее количество линолевой кислоты содержится в подсолнечном масле (51-60 процентов), много ее и в кукурузном, соевом, хлопковом маслах (43-55 процентов). Очень бедно этой незаменимой жирной кислотой всеми нами так высоко ценимое оливковое масло (всего от 4 до 14 процентов). В животных жирах линолевой кислоты и того меньше: в свином жире — 8-10 процентов, а в сливочном масле — только 4-5 процентов. Что же касается так называемых промышленных жиров, то, как считают некоторые учёные, содержащаяся там линолевая кислота биологической активностью не обладает, а имеет лишь энергетическую ценность.
Арахидоновая кислота обладает наибольшей биологической ценностью. В пищевых продуктах ее мало, а потребность в ней высока — до 5 граммов в сутки. В растительных маслах она отсутствует, зато в них много линолевой кислоты, а при достаточном обеспечении ею организма он может из линолевой кислоты синтезировать арахидоновую, частично покрывая свои потребности в ней. Арахидоновая кислота содержится в животных жирах: в сливочном масле — 0,2 процента (сравнительно мало), в свином сале — 2 процента, в других животных жирах — до 0,6 процента. Очень много арахидоновой кислоты содержится в рыбьем жире — до 30 процентов, много ее и в тканевых жирах рыбы. Есть она в парном молоке, но по мере его охлаждения и при хранении разрушается.
Роль полиненасыщенных жирных кислот в жизнедеятельности организма огромна. Без них невозможны рост и развитие человека, они важны для нормального состояния многих органов и систем, играют большую роль в холестериновом обмене и профилактике атеросклероза (о чем будет сказано ниже). Эти кислоты входят в состав клеточных оболочек и межклеточных субстанций, тканевых гормонов — простагландинов, которые участвуют в исключительно важных процессах, в частности контролируют давление крови, работу мышц, ферментов. Полиненасыщенные жирные кислоты принимают активное участие в обмене жиров, необходимы для усвоения насыщенных жиров, и поэтому их недостаток может привести к дефициту энергии, к потере массы тела, к полифагии. Они оказывают влияние на работу центральной нервной системы человека: при их дефиците нарушаются функции этой системы, как, впрочем, и других органов. Дефицит в пище линолевой кислоты приводит к нарушению кроветворения. Так, при снижении содержания в пище этой жирной кислоты с 5 до 4 процентов (по калорийности) уже через 4 дня отмечаются нарушения в крови.
С недостатком полиненасыщенных жирных кислот врачи связывают развитие язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки. При дефиците этих жирных кислот снижается утилизация пищи в организме, может наступить расстройство всасывания жира. В то же время при безжировой диете наблюдается повышение энергозатрат на основной обмен, отмечается устойчивое изменение кардиограмм сердца.
Дефицит полиненасыщенных жирных кислот грозит и более серьёзными последствиями: могут быть нарушены структура клеточных оболочек и основная межклеточная субстанция; ухудшаются эластические свойства сосудов — появляются кровоточивость и увеличение незаметных потерь воды. Кстати, если человек отмечает увеличение потребности в воде, это может служить признаком недостатка в организме полиненасыщенных жирных кислот. Ослабевает барьерная функция кожи, и особенно слизистых оболочек, и повышается восприимчивость организма к инфекциям. Кожа становится сухой, шелушится, возникают некрозы, образуются трещины с липкими отделениями в складках, что впоследствии может перейти в экзему. На больных с выраженным дефицитом этих жирных кислот лекарственные средства совершенно не действуют: экземы излечиваются только растительными маслами или другими источниками полиненасыщенных жирных кислот.
Норма потребления линолевой кислоты для всех групп населения — 4-6 процентов от суточной калорийности рациона. Это значит, что ежедневное потребление растительных жиров должно быть в пределах 30 процентов от общего суточного количества всех жиров, то есть 25-30 граммов растительного масла достаточно для покрытия потребностей организма в полиненасыщенных жирных кислотах. Однако при этом надо иметь в виду, что избыточное употребление полиненасыщенных жирных кислот вредно. В эксперименте на цыплятах было установлено: введение им больших количеств этих кислот приводило к размягчению у них мозга. Учёные установили также, что при избыточном употреблении полиненасыщенных жирных кислот могут возникать коронарные тромбозы.
Кроме жирных кислот, в жирах содержатся ещё жироподобные вещества — стерины и фосфатиды (фосфолипиды). Среди всех стеринов, содержание которых в организме человека равно 50-85 граммам, 98 процентов приходится на холестерин — из животных стеринов наиболее изученный. Холестерин — обязательный компонент клетки и выполняет в ней такие физиологические функции, как поддержание структуры и функции клеточной мембраны и мембран клеточных органелл, образование желчных кислот, синтез половых и кортиоидных гормонов, образование витамина Д3.
Клетки многих органов и тканей только частично обеспечивают себя холестерином за счёт собственного синтеза, большая часть его вносится в клетки в составе липопротеидных частиц, содержащих как синтезированный в печени холестерин, так и холестерин пищевого происхождения. В целом содержание холестерина — величина относительно постоянная, в среднем на 100 граммов массы тела приходится 130 миллиграммов холестерина. Однако в различных органах и тканях его количество неодинаково: 1/3 всего содержащегося в организме холестерина приходится на нервную ткань, в то время как в крови его — 6, а в печени — всего 1 процент.
Имеются существенные колебания содержания свободного холестерина и его эфиров в различных органах и тканях человеческого организма. Так, в головном и спинном мозге, в эритроцитах и желчи содержится практически свободный холестерин, тогда как в плазме крови здоровых людей 70-80 процентов всего холестерина составляют его эфиры.
Регуляторные клеточные механизмы оберегают клетку от накопления в ней холестерина. Но нередко наблюдается поломка этих механизмов вследствие генетических, алиментарных (связанных с питанием) и других причин. Это может привести к резкому накоплению холестерина и особенно его эфиров в макрофагельных и гладкомышечных клетках артерий и трансформации их в так называемые пенистые клетки, которые можно рассматривать как конденсаторы холестерина.
К усиленному образованию холестерина в организме чаще всего приводит переедание, которое, как правило, сопровождается снижением двигательной активности. При повышении уровня холестерина в крови употребление продуктов, богатых холестерином, нужно ограничить. Наибольшее количество холестерина содержится в таких продуктах, как мозги, желтки яиц, твёрдые и плавленные сыры; в сливочном масле холестерина в 2 раза больше, чем в свином сале и других жирах животного происхождения. Много его в говяжьей печени, в жире рыб.
Растительные стерины по действию на организм резко отличаются от животных. Они препятствуют отложению холестерина и предупреждают развитие желчно-каменной болезни. Содержатся растительные стерины в основном в отрубях, необдирных крупах, растительном масле.
Кроме жирных кислот и стеринов, в жирах содержатся и фосфатиды (фосфолипиды), которые выполняют в организме важную физиологическую роль, способствуя прежде всего правильному обмену жиров. При их дефиците в организме наблюдается излишнее отложение жиров и холестерина. Высокая активность фосфатидов обусловлена наличием в них линолевой и арахидоновой кислот и холина, а последний сам по себе является активным липотропным веществом.
Наиболее правильно употреблять в пищу все виды жиров, а не ограничиваться одним сливочным маслом, что мы часто и делаем, особенно горожане. Ведь в нем мало полиненасыщенных кислот и много холестерина. Надо иметь в виду, что при постоянном или сравнительно длительном поступлении с пищей в организм значительного (излишнего) количества одного и того же жира или однотипного жира он начинает откладываться в организме почти не изменяясь, то есть приближается по своему составу к вводимому.
Как отмечал наш видный гигиенист К.С. Петровский, жировая ткань человека — это не нейтральная, а активная, «агрессивная» ткань. И агрессивность ее проявляется прежде всего в активном стремлении создавать все больше и больше себе подобной ткани.
Жиры в организме человека находятся в двух формах: в виде структурного и запасного жира. Структурный жир входит в состав протоплазмы клеток и находится в них или в виде особых включений, или в виде сложных, относительно прочных соединений с белками — липопротеиновых комплексов.
Если количественное содержание в клетках протоплазматического структурного жира относительно постоянно, то при определённых физиологических и патологических условиях в клетках отдельных органов нейтральный жир может накапливаться в значительных количествах (в печени, например). Это может произойти при избыточном употреблении жира, при недостаточном поступлении в организм липотропных веществ (холина, метионина, инозита, витаминов В1 и В2). Патологические накопления структурного жира в клетках различных органов наблюдаются при воздействии на организм токсических веществ (работа на вредных производствах), при инфекционных заболеваниях, при чрезмерном физическом напряжении и ряде других причин. Учёные с помощью меченых атомов установили, что состав структурного жира во всех органах генетически обновляется.
Так называемый запасной жир составляет 10-15 процентов массы тела человека, но при ожирении он может увеличиваться до 50 процентов и даже более. Степень и быстрота накопления жира в организме зависят от многих условий. Установлено, что основной причиной возникновения и развития жировых депо является систематическое переедание и другие недостатки питания. Особенно опасно переедание с недостаточной подвижностью, отсутствием трудовой деятельности и физических нагрузок.
Запасной жир находится не в свободном, а, так же как протоплазменный жир, в связанном состоянии в виде липопротеиновых комплексов, устойчивость которых, однако, значительно слабее, чем у структурного, протоплазменного жира. Поскольку избыточный вес связывают с увеличением в организме массы именно запасного жира, многие полагают, что этот жир нейтрален, не участвует ни в каких происходящих в организме процессах. Это не так. Запасной жир служит источником обновления внутриклеточного структурного жира. Механизм здесь таков: введённые с пищей жирные кислоты проникают прежде всего в молекулы запасного жира, где сохраняются относительно недолго — 3-5 дней, а потом они постепенно покидают запасные жировые отложения и разносятся кровью по тканям, где включаются в состав структурного жира и обновляют его. Значит, запасной жир активно участвует в обмене веществ, является постоянным источником обновления внутриклеточного структурного жира. Химический состав запасного и структурного жира различен: степень насыщенности резервного жира более низкая, чем структурного, а температура плавления выше.
Источниками жира в питании являются мясо и мясопродукты (содержат от 4 до 40 процентов жира), молоко (от 2,8 до 6 процентов) и молочные продукты (до 10-30 процентов), яйца, рыба, орехи (в грецких орехах около 25 процентов жира), масличные культуры. Овощи и фрукты бедны жирами, а мука и крупы содержат их в незначительном количестве. Но жир может накапливаться в организме не только от тех жиров, которые поступают с пищей. При избыточном поступлении таких пищевых веществ, как углеводы и белки, они могут синтезироваться в организме в жиры. Этот жир, так как он содержит только насыщенные жировые кислоты, поступает в жировые депо и там откладывается. При недостатке в рационе человека жира и избытке углеводов синтез жира из углеводов усиливается. Но если пища богата овощами и фруктами да при этом поступает достаточно молочного жира, синтез углеводов в жиры задерживается, так как в этих продуктах содержится тартроновая кислота, которая тормозит процесс превращения в жиры.
На процесс превращения белков и углеводов в жир активно влияют фосфатиды, витамины В1, В2, В6, Е. Витамин В6, например, способствует образованию из белков углеводов, витамин B1 — из углеводов жира, витамины же В2 и пантотеновая кислота усиливают активность в этом процессе витамина В1.
Количество и качество жира в пище оказывают существенное влияние на усвояемость других пищевых веществ. Давно замечено, что под влиянием добавленного к богатой белком пище надлежащего количества и соответствующего качества жира происходит прочное накопление белка в организме. Хотя жир может синтезироваться из углеводов, известный его минимум необходим организму для полной утилизации самих углеводов. Определённую роль жир играет в минеральном обмене. Так, например, соли кальция могут всасываться в кишечнике только в виде сложных комплексных соединений с жирами и желчными кислотами.
При окислении жира в организме выделяется большое количество воды. Эта особенность используется при лечении ожирения. Человеку, страдающему ожирением, ограничивают количество воды в рационе. При ее дефиците в организме начинают сжигаться жиры с образованием так называемой эндогенной воды.
Чрезмерное потребление жиров приводит, как правило, к расстройству пищеварения желудка и кишечника. При изобилии жиров в пище резко снижается усвояемость всех ее компонентов, особенно белков. Академик И.П. Павлов отмечал, что очень жирная пища «комком лежит в желудке». Полагают, что сбалансированность жирных кислот в пищевых жирах должна быть следующей: полиненасыщенные жирные кислоты — 10 процентов, насыщенные жирные кислоты — 30, олеиновая кислота — 60 процентов. Это примерно соответствует употреблению в сутки 25 граммов растительного масла, 25 граммов сливочного масла, 25-30 граммов жира в составе молока, мяса и других продуктов, 15-20 граммов маргарина и кулинарных жиров. В сутки человеку требуется фосфатидов — 5 граммов, холестерина — 0,3-0,6, полиненасыщенных жирных кислот — 4-6, всего жиров — 80-100 граммов.
Большая часть жиров, потребляемых человеком, прежде, чем попасть в организм, подвергается разного рода обработке, в том числе и тепловой: варке, жарению, тушению. При этом жиры подвергаются разного рода изменениям, превращениям, что ухудшает их качество и при определённых обстоятельствах делает непригодными к употреблению. Эти процессы начинаются ещё при переработке жиров для их хранения и затем при кулинарной обработке.
В последнее время достоверно установлено, что жиры, особенно животные, потребляемые в изобилии, способствуют развитию некоторых заболеваний, в частности атеросклеротического процесса. Это привело к появлению ряда рекомендаций о резком сокращении потребления жира. Появились разного рода безжировые диеты, из пищевых рационов полностью «изгоняются» животные жиры, непомерно увеличивается потребление растительных масел. Имеет хождение «теория», согласно которой нормальная жизнедеятельность организма может обеспечиваться полностью за счёт внутреннего синтеза жира из углеводов пищи. Несостоятельность этой «теории» показал известный наш гигиенист К.С. Петровский ещё в 70-е годы. Он отмечал, что внутренний синтез жира не может компенсировать или полностью заменить поступление жира с пищей, так как синтез некоторых важных компонентов жира (например, полиненасыщенной жирной кислоты — линолевой) в организме невозможен или крайне ограничен.
В сбалансированном рациональном питании должны быть представлены все жиры в определённых количественных соотношениях, о чем было сказано выше. Тот, кто организует питание в семье, должен понимать, что домашняя кухня — это не место сомнительных экспериментов, а члены семьи — не подходящие для этого подопытные объекты.
углеводы — урок. Биология, Общие биологические закономерности (9–11 класс).
Углеводы, или сахариды, — одна из основных групп органических соединений. Они входят в состав клеток всех живых организмов.
Основная функция углеводов — энергетическая (при расщеплении и окислении молекул углеводов выделяется энергия, которая обеспечивает жизнедеятельность организма). При избытке углеводов они накапливаются в клетке в качестве запасных веществ (крахмал, гликоген) и при необходимости используются организмом в качестве источника энергии. Углеводы также используются и в качестве строительного материала.
Общая формула углеводов:
Cn(h3O)m.
Углеводы состоят из углерода, водорода и кислорода.
В состав производных углеводов могут входить и другие элементы.
Растворимые в воде углеводы. Моносахариды и дисахариды
Пример:
из моносахаридов наибольшее значение для живых организмов имеют рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза, галактоза.
Глюкоза — основной источник энергии для клеточного дыхания.
Фруктоза — составная часть нектара цветов и фруктовых соков.
Рибоза и дезоксирибоза — структурные элементы нуклеотидов, являющихся мономерами нуклеиновых кислот (РНК и ДНК).
Дисахариды образуются путём соединения двух молекул моносахаридов и по своим свойствам близки к моносахаридам. Например, и те и другие хорошо растворимы в воде и имеют сладкий вкус.
Пример:
сахароза (тростниковый сахар), мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар) — дисахариды, образовавшиеся в результате слияния двух молекул моносахаридов:
сахароза (глюкоза \(+\) фруктоза) — основной продукт фотосинтеза, транспортируемый в растениях.
Лактоза (глюкоза \(+\) галактоза) — входит в состав молока млекопитающих.
Мальтоза (глюкоза \(+\) глюкоза) — источник энергии в прорастающих семенах.
Функции растворимых углеводов: транспортная, защитная, сигнальная, энергетическая.
Нерастворимые в воде полисахариды
Полисахариды состоят из большого числа моносахаридов. С увеличением количества мономеров растворимость полисахаридов уменьшается и сладкий вкус исчезает.
Пример:
полимерные углеводы: крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин.
Функции полимерных углеводов: структурная, запасающая, энергетическая, защитная.
Крахмал состоит из разветвлённых спирализованных молекул, образующих запасные вещества в тканях растений.
Целлюлоза является важным структурным компонентом клеточных стенок грибов и растений.
Целлюлоза нерастворима в воде и обладает высокой прочностью.
Хитин состоит из аминопроизводных глюкозы, входит в состав клеточных стенок некоторых грибов и формирует наружный скелет членистоногих животных.
Гликоген — запасное вещество животной клетки.
Источники:
Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. 9 класс // ДРОФА.
Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. Общая биология (базовый уровень) 10–11 класс // ДРОФА.
Лернер Г. И. Биология: Полный справочник для подготовки к ЕГЭ: АСТ, Астрель.
http://www.bestreferat.ru/referat-100195.html
3. Обмен органических соединений (белков, жиров и углеводов)
Белковый обмен
Белковый обмен — использование и преобразование аминокислот белков в организме человека.
При окислении \(1\) г белка выделяется \(17,2\) кДж (\(4,1\) ккал) энергии.
Но организм редко использует большое количество белков для покрытия своих энергетических затрат, так как белки нужны для выполнения других функций (основная функция — строительная). Организму человека нужны не белки пищи, сами по себе, а аминокислоты, из которых они состоят.
В процессе пищеварения белки пищи, распадаясь в желудочно-кишечном тракте до отдельных аминокислот, всасываются в тонком кишечнике в кровяное русло и разносятся к клеткам, в которых происходит синтез новых собственных белков, свойственных человеку.
Уровень содержания аминокислот в крови регулирует печень. Распадаясь, аминокислоты образуют воду, углекислый газ и ядовитый аммиак. В клетках печени из образовавшегося аммиака синтезируется мочевина (которая затем выводится вместе с водой почками в составе мочи и частично кожей), а углекислый газ выдыхается через лёгкие.
Остатки аминокислот используются как энергетический материал (преобразуются в глюкозу, избыток которой превращается в гликоген).
Углеводный обмен
Углеводный обмен — совокупность процессов преобразования и использования углеводов.
Углеводы являются основным источником энергии в организме. При окислении \(1\) г углеводов (глюкозы) выделяется \(17,2\) кДж (\(4,1\) ккал) энергии.
Углеводы поступают в организм человека в виде различных соединений: крахмал, гликоген, сахароза или фруктоза и др. Все эти вещества распадаются в процессе пищеварения до простого сахара глюкозы, всасываются ворсинками тонкого кишечника и попадают в кровь.
Глюкоза необходима для нормальной работы мозга. Снижение содержания глюкозы в плазме крови с \(0,1\) до \(0,05\) % приводит к быстрой потере сознания, судорогам и гибели.
Основная часть глюкозы окисляется в организме до углекислого газа и воды, которые выводятся из организма через почки (вода) и лёгкие (углекислый газ).
Часть глюкозы превращается в полисахарид гликоген и откладывается в печени (может откладываться до \(300\) г гликогена) и мышцах (гликоген является основным поставщиком энергии для мышечного сокращения).
Уровень глюкозы в крови постоянный (\(0,10\)–\(0,15\) %) и регулируется гормонами щитовидной железы, в том числе инсулином. При недостатке инсулина уровень глюкозы в крови повышается, что ведёт к тяжёлому заболеванию — сахарному диабету.
Инсулин также тормозит распад гликогена и способствует повышению его содержания в печени.
Другой гормон поджелудочной железы — глюкагон — способствует превращению гликогена в глюкозу, тем самым повышая её содержание в крови (т. е. оказывает действие, противоположное инсулину).
При большом количестве углеводов в пище их избыток превращается в жиры и откладывается в организме человека.
\(1\) г углеводов содержит значительно меньше энергии, чем \(1\) г жиров. Но зато углеводы можно окислить быстро и быстро получить энергию.
Обмен жиров
Обмен жиров — совокупность процессов преобразования и использования жиров (липидов).
При распаде \(1\) г жира выделяется \(38,9\) кДж (\(9,3\) ккал) энергии (в \(2\) раза больше, чем при расщеплении \(1\) г белков или углеводов).
Жиры являются соединениями, включающими в себя жирные кислоты и глицерин. Жирные кислоты под действием ферментов поджелудочной железы и тонкого кишечника, а также при участии желчи, всасываются в лимфу в ворсинках тонкого кишечника. Далее с током лимфы липиды попадают в кровоток, а затем в клетки.
Как и углеводы, жиры распадаются до углекислого газа и воды и выводятся тем же путём.
В гуморальной регуляции уровня жиров участвуют железы внутренней секреции и их гормоны.
Значение жиров
- Значительная часть энергетических потребностей печени, мышц, почек (но не мозга!) покрывается за счёт окисления жиров.
- Липиды являются структурными элементами клеточных мембран, входят в состав медиаторов, гормонов, образуют подкожные жировые отложения и сальники.
- Откладываясь в запас в соединительнотканных оболочках, жиры препятствуют смещению и механическим повреждениям органов.
- Подкожный жир плохо проводит тепло, что способствует сохранению постоянной температуры тела.
Потребность в жирах определяется энергетическими потребностями организма в целом и составляет в среднем \(80\)–\(100\) г в сутки. Избыток жира откладывается в подкожной жировой клетчатке, в тканях некоторых органов (например печени), а также и на стенках кровеносных сосудов.
Если в организме недостаёт одних веществ, то они могут образовываться из других. Белки могут превращаться в жиры и углеводы, а некоторые углеводы — в жиры. В свою очередь жиры могут стать источником углеводов, а недостаток углеводов может пополняться за счёт жиров и белков. Но ни жиры, ни углеводы не могут превращаться в белки.
Подсчитано, что взрослому человеку для нормальной жизнедеятельности необходимо не менее \(1500\)–\(1700\) ккал в сутки. Из этого количества энергии на собственные нужды организма уходит \(15\)–\(35\) %, а остальное затрачивается на выработку тепла и поддержание температуры тела.
Клеточные включения (эргастические вещества). Запасные вещества (белки, жиры, масла), их форма, функции и значение для растительных клеток
Образование включений вызвано избыточным накоплением некоторых продуктов обмена веществ в определенных участках клетки – в вакуоли, гиалоплазме, различных органеллах, реже в клеточной стенке. Эти вещества часто выпадают в осадок в аморфном виде или в форме кристаллов – включений. Включения имеют определенную форму и хорошо видны в световой микроскоп. По наличию тех или иных включений, их форме и распределению можно отличить одни виды, роды и семейства растений от других, поэтому они часто служат важным диагностическим признаком при анализе лекарственного растительного сырья.
Включения представляют собой либо запасные вещества (временно выведенные из обмена веществ соединения), либо конечные продукты обмена. К первой категории включений относятся крахмальные зерна, липидные капли и отложения белков; ко второй – кристаллы некоторых веществ.
Крахмальные зерна – наиболее распространенные включения растительных клеток. Полисахарид крахмал – основной тип запасных питательных веществ растений. Он является и самым важным соединением, используемым в пищу растительноядными животными. Крахмал зерновок хлебных злаков, клубней картофеля, плодов банана – важнейший источник питания людей. Пшеничная мука состоит из зерен крахмала почти на 75%, в клубнях картофеля крахмал составляет 20-30%. В химическом отношении крахмал представляет собой альфа-1,4-D-глюкан, молекулы имеют вид разветвленных цепей, в крахмальном зерне они располагаются по радиусам.
Крахмальные зерна образуются в строме пластид. В хлоропластах на свету откладываются зерна ассимиляционного (первичного) крахмала, образующиеся при избытке сахаров – продуктов фотосинтеза. Образование осмотически неактивного крахмала предотвращает повышение осмотического давления в хлоропласте. Ночью, когда фотосинтез не происходит, ассимиляционный крахмал с помощью ферментов гидролизуется до сахаров и транспортируется в другие части растения. Запасной (вторичный) крахмал откладывается в амилопластах клеток различных органов растений (корнях, подземных побегах, семенах) из сахаров, притекающих из фотосинтезирующих клеток. При необходимости запасной крахмал также превращается в сахара.
Образование крахмальных зерен начинается в определенных точках стромы пластиды, называемых образовательными центрами. Рост зерна происходит путем последовательного отложения слоев крахмала вокруг образовательного центра. Смежные слои в одном зерне могут иметь различный показатель преломления света, и тогда они видны под микроскопом – слоистые крахмальные зерна. Расположение слоев может быть концентрическим (пшеница) или эксцентрическим (картофель) (рис. 2.10 ). Если в амилопласте имеется один образовательный центр, вокруг которого откладываются слои крахмала, то возникает простое зерно, если два и более – то образуется сложное зерно, состоящее как бы из нескольких простых. Полусложное зерно образуется в том случае, если крахмал сначала откладывается вокруг нескольких точек, а затем, после соприкосновения простых зерен, вокруг них возникают общие слои (рис. 2.10 ).
Форма, размер, количество в амилопласте и строение (положение образовательного центра, слоистость, наличие или отсутствие трещин) крахмальных зерен часто специфичны для вида растения (рис. 2.10 ). Обычно крахмальные зерна имеют сферическую, яйцевидную или линзовидную форму, однако у картофеля она неправильная. Наиболее крупные зерна (до 100 мкм) характерны для клеток клубней картофеля, в зерновке пшеницы они двух размеров – мелкие (2-9 мкм) и более крупные (30-45 мкм). Для клеток зерновки кукурузы характерны мелкие зерна (5-30 мкм). Сложные крахмальные зерна у риса, овса, гречихи.
Рис. 2.10. Крахмальные зерна различных видов растений : А – картофель; Б – пшеница; В – овес; Г – рис; Д – кукуруза; Е – гречиха; 1 – простое зерно; 2 – сложное зерно; 3 – полусложное зерно.
Реактивом на крахмал является раствор йода в растворе калия йодида – реактив Люголя. Он окрашивает крахмальные зерна в сине-фиолетовый цвет.
Отложения крахмала широко распространены во всех органах растения, но особенно богаты им семена, подземные побеги (клубни, луковицы, корневища), паренхима проводящих тканей корней и стеблей древесных растений.
Липидные капли встречаются практически во всех растительных клетках. Жирные масла накапливаются у огромного количества растений и по своему значению являются второй после крахмала формой запасных питательных веществ. Особенно богаты ими семена и плоды. Семена некоторых растений (подсолнечник, хлопчатник, арахис) могут содержать до 40% масла от массы сухого вещества. Поэтому растительные жиры получают, главным образом, из семян.
Липидные капли накапливаются непосредственно в гиалоплазме. Они выглядят как мелкие сферические тела, каждая капля отделена от гиалоплазмы мембраной. Иногда липидные капли называют сферосомами.
Реактивом на жирное масло является краситель судан III, липидные капли окрашиваются им в оранжево-красный цвет.
Белковые включения в виде разнообразных аморфных или кристаллических отложений образуются в различных органеллах клетки. Наиболее часто белковые кристаллы можно встретить в ядре, реже — в гиалоплазме, строме пластид, в расширениях цистерн эндоплазматической сети, матриксе пероксисом и митохондрий. Размер белковых кристаллов чаще всего находится за пределами разрешающей способности светового микроскопа.
Запасные белки относятся к категории простых белков – протеинов, в отличие от сложных белков – протеидов, составляющих основу протопласта. В наибольшем количестве они откладываются в запасающей ткани сухих семян в виде алейроновых зерен, или белковых телец.
Алейроновые зерна обычно имеют сферическую форму и различный размер (0,2-20 мкм). Они окружены мембраной и содержат аморфный белковый матрикс, в который погружены кристаллические включения – один (реже, 2-3) белковый кристалл ромбоэдрической формы и округлые глобоиды (от одного до многих) (рис. 2.11 ). Глобоиды состоят из фитина (соли инозитгексафосфорной кислоты) и являются местом хранения запасного фосфора. Алейроновые зерна, содержащие кристаллы, называют сложными. Они характерны для запасающих клеток семян масличных растений (лен, подсолнечник, тыква, горчица, клещевина и др.). Реже встречаются простые алейроновые зерна, не содержащие кристаллов, а только аморфный белок (бобовые, рис, кукуруза) (рис. 2.12 ).
Рис. 2.11. Алейроновые зерна в клетках эндосперма семян клещевины : Кр – белковые кристаллы; Гл – глобоиды; Ма – белковый матрикс.
Запасные белки во время развития семян откладываются в вакуоли. При созревании семян, сопровождающемся их обезвоживанием, белковые вакуоли высыхают, белок и фитин выпадают из раствора в осадок и могут кристаллизоваться. При прорастании семян алейроновые зерна поглощают воду, набухают и постепенно превращаются в типичные вакуоли. Белки и вещества глобоидов расходуются на рост и развитие проростка.
Рис. 2.12. Простые алейроновые и крахмальные зерна в клетке семядоли семени фасоли : 1 – простые алейроновые зерна; 2 – крахмальное зерно.
Белковые включения можно окрасить реактивом Люголя в золотисто-желтый цвет.