Биология. Введение в общую биологию. 9 класс - Глеб Швецов

Углеводы используются и в качестве строительного материала. Так, целлюлоза является важным структурным компонентом клеточных стенок многих одноклеточных, грибов и растений. Благодаря особому строению целлюлоза нерастворима в воде и обладает высокой прочностью. В среднем 20–40 % материала клеточных стенок растений составляет целлюлоза, а волокна хлопка – почти чистая целлюлоза, и именно поэтому они используются для изготовления тканей.

Рис. 6. Схема строения полисахаридов

Хитин входит в состав клеточных стенок некоторых простейших и грибов, встречается он и у отдельных групп животных, например у членистоногих, в качестве важного компонента их наружного скелета.

Известны также сложные полисахариды, состоящие из двух типов простых Сахаров, которые регулярно чередуются в длинных цепях. Такие полисахариды выполняют структурные функции в опорных тканях животных. Они входят в состав межклеточного вещества кожи, сухожилий, хрящей, придавая им прочность и эластичность.

Некоторые полисахариды входят в состав клеточных мембран и служат рецепторами, обеспечивая узнавание клетками друг друга и их взаимодействие.

Углеводы, или сахариды. Моносахариды. Дисахариды. Полисахариды. Рибоза. Дезоксирибоза. Глюкоза. Фруктоза. Галактоза. Сахароза. Мальтоза. Лактоза. Крахмал. Гликоген. Хитин

Вопросы

1. Какой состав и строение имеют молекулы углеводов?

2. Какие углеводы называются моно-, ди– и полисахаридами?

3. Какие функции выполняют углеводы в живых организмах?

Задания

Проанализируйте рисунок 6 «Схема строения полисахаридов» и текст параграфа. Какие предположения вы можете выдвинуть на основе сравнения особенностей строения молекул и функций, выполняемых крахмалом, гликогеном и целлюлозой в живом организме? Обсудите этот вопрос с одноклассниками.

§ 6. Липиды

1. Какие жироподобные вещества вам известны?

2. Какие продукты питания богаты жирами?

3. Какова роль жиров в организме?

Липиды (от греч. lipos – жир) – обширная группа жироподобных веществ, нерастворимых в воде. Большинство липидов состоит из высокомолекулярных жирных кислот и трёхатомного спирта глицерина (рис. 7).

Содержание липидов в разных клетках сильно варьирует: от 2–3 до 50–90 % в клетках семян некоторых растений и жировой ткани животных.

Липиды присутствуют во всех без исключения клетках, выполняя специфические биологические функции.

Жиры – наиболее простые и широко распространённые липиды – играют важную роль как источник энергии. При окислении они дают более чем в два раза больше энергии по сравнению с углеводами (38,9 кДж при расщеплении 1 г жира).

Рис. 7. Строение молекулы триглицерида

Жиры являются основной формой запасания липидов в клетке. У позвоночных животных примерно половина энергии, потребляемой клетками в состоянии покоя, образуется за счёт окисления жиров. Жиры могут использоваться также в качестве источника воды (при окислении 1 г жира образуется более 1 г воды). Это особенно ценно для арктических и пустынных животных, обитающих в условиях дефицита свободной воды.

Благодаря низкой теплопроводности липиды выполняют защитные функции, т. е. служат для теплоизоляции организмов. Например, у многих позвоночных животных хорошо выражен подкожный жировой слой, что позволяет им жить в условиях холодного климата, а у китообразных он играет ещё и другую роль – способствует плавучести.

Липиды выполняют и строительную функцию, так как нерастворимость в воде делает их важнейшими компонентами клеточных мембран.

Многие гормоны (например, коры надпочечников, половые) являются производными липидов. Следовательно, липидам присуща регуляторная функция.

Липиды. Жиры. Гормоны. Функции липидов: энергетическая, запасающая, защитная, строительная, регуляторная

Вопросы

1. Какие вещества относятся к липидам?

2. Какое строение имеет большинство липидов?

3. Какие функции выполняют липиды?

4. Какие клетки и ткани наиболее богаты липидами?

Задания

Проанализировав текст параграфа, объясните, почему многие животные перед зимой, а проходные рыбы перед нерестом стремятся накопить побольше жира. Приведите примеры животных и растений, у которых это явление наиболее ярко выражено. Всегда ли излишки жира полезны для организма? Обсудите эту проблему в классе.

§ 7. Состав и строение белков

1. Какова роль белков в организме?

2. Какие продукты богаты белками?

Среди органических веществ белки, или протеины, – самые многочисленные, наиболее разнообразные и имеющие первостепенное значение биополимеры. На их долю приходится 50–80 % сухой массы клетки.

Молекулы белков имеют большие размеры, поэтому их называют макромолекулами. Кроме углерода, кислорода, водорода и азота, в состав белков могут входить сера, фосфор и железо. Белки отличаются друг от друга числом (от ста до нескольких тысяч), составом и последовательностью мономеров. Мономерами белков являются аминокислоты (рис. 8).

Бесконечное разнообразие белков создаётся за счёт различного сочетания всего 20 аминокислот. Каждая аминокислота имеет своё название, особое строение и свойства. Их общую формулу можно представить в следующем виде:

Молекула аминокислоты состоит из двух одинаковых для всех аминокислот частей, одна из которых является аминогруппой (—NH2) с основными свойствами, другая – карбоксильной группой (—СООН) с кислотными свойствами. Часть молекулы, называемая радикалом (R), у разных аминокислот имеет различное строение. Наличие в одной молекуле аминокислоты основной и кислотной групп обусловливает их высокую реакционную способность. Через эти группы происходит соединение аминокислот при образовании белка. При этом возникает молекула воды, а освободившиеся электроны образуют пептидную связь. Поэтому белки называют полипептидами.

Рис. 8. Примеры строения аминокислот – мономеров белковых молекул

Молекулы белков могут иметь различные пространственные конфигурации – структуры белка, и в их строении различают четыре уровня структурной организации (рис. 9).

Последовательность аминокислот в составе полипептидной цепи представляет первичную структуру белка. Она уникальна для любого белка и определяет его форму, свойства и функции.

Большинство белков имеют вид спирали в результате образования водородных связей между СО и NH-гpуппами разных аминокислотных остатков полипептидной цепи. Водородные связи слабые, но в комплексе они обеспечивают довольно прочную структуру. Эта спираль – вторичная структура белка.

Третичная структура – трёхмерная пространственная «упаковка» полипептидной цепи. В результате возникает причудливая, но для каждого белка специфическая конфигурация – глобула. Прочность третичной структуры обеспечивается разнообразными связями, возникающими между радикалами аминокислот.

Рис. 9. Схема строения белковой молекулы: I, II, III, IV – первичная, вторичная, третичная, четвертичная структуры

Четвертичная структура характерна не для всех белков. Она возникает в результате соединения нескольких макромолекул с третичной структурой в сложный комплекс. Например, гемоглобин крови человека представляет комплекс из четырёх макромолекул белка (рис. 10).

Такая сложность структуры белковых молекул связана с разнообразием функций, свойственных этим биополимерам.

Нарушение природной структуры белка называют денатурацией (рис. 11). Она может происходить под воздействием температуры, химических веществ, лучистой энергии и других факторов. При слабом воздействии распадается только четвертичная структура, при более сильном – третичная, а затем – вторичная, и белок остаётся в виде полипептидной цепи.

Рис. 10. Схема строения молекулы гемоглобина

Этот процесс частично обратим: если не разрушена первичная структура, то денатурированный белок способен восстанавливать свою структуру. Отсюда следует, что все особенности строения макромолекулы белка определяются его первичной структурой.

Кроме простых белков, состоящих только из аминокислот, есть ещё и сложные белки, в состав которых могут входить углеводы (гликопротеины), жиры (липопротеины), нуклеиновые кислоты (нуклеопротеины) и др.