5. Органические соединения в живом веществе

Органические соединения составляют в среднем 20-30 % массы клетки живого организма [3, с. 37]. К ним относятся биологические полимеры – белки, нуклеи­новые кислоты и углеводы, а также жиры и ряд небольших молекул – гормоны, пигменты, аминокислоты, простые сахара, нуклеотиды и т. д. Различные типы клеток отличаются количественным содержанием органических соединений. Так, в растительных клетках преобладают углеводы. Наоборот, белки в большем количестве содержатся в животной клетке, а не в растительной (40 - 50 % против 20 - 25 %). Тем не менее каждая из групп органических веществ в клетке любого типа выполняет сходные функции.

Белки. Среди органических веществ клетки белки занимают первое место как по количеству, так и по значению. Белки – это высокомолекулярные полимерные соединения, мономером которых служат аминокислоты. В организме человека встречается 5 ∙10⁶ типов белковых молекул, отличающихся не только друг от друга, но и от белков других организмов. Такое разнообразие обеспечивается комбинацией всего лишь 20 разных аминокислот, обычно обнаруживаемых при гидролизе белков. Общая формула аминокислоты

R

|

H₂N – CH − COOH.

Аминогруппа (-NH₂) обладает свойствами основания; карбоксильная группа (-СООН) - кислотная, характерная для всех органических кислот. Следовательно, аминокислоты – амфотерные соединения, совмещающие свойства кислоты и основания. Этим обусловлена их способность к взаимодействию. Аминокислоты соединяются друг с другом ковалентной пептидной, или амидной, связью. Образование ее происходит за счет аминогруппы одной аминокислоты и карбоксильной группы другой с выделением молекулы воды:

Аминокислоты отличаются друг от друга строением боковой цепи (R-группы) :

NH₂

у аланина , например, это метильная группа (СН₃СНСООН ), R-группа цистеина

NH₂

содержит серу СН₂SH: СН₂СНСООН, другие аминокислоты имеют более

SH

сложные боковые радикалы. Радикалы могут быть гидрофильными и гидрофобными.

Нуклеиновые кислоты. Значение нуклеиновых кислот в клетке очень велико. Изучение структуры нуклеиновых кислот имеет значение для понимания механизма наследования признаков у организмов и закономерностей функционирования как отдельных клеток, так и клеточных систем: тканей и органов.

Нуклеиновые кислоты – это полимеры, построенные из огромного числа мономерных единиц, называемых нуклеотидами. Молекула нуклеотида состоит из трех частей: пятиуглеродного сахара (пентозы), азотистого основания и фосфорной кислоты (рис. 23).

Рис. 23. Строение нуклеотида

В зависимости от вида пентозы, присутствующей в нуклеотиде, различают два типа нуклеиновых кислот: рибонуклеиновые кислоты (РНК), которые содержат рибозу, и дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК), содержащие дезоксиребозу (сахар, представляющий собой дезоксирибозу, является рибозой, лишенной кислорода). В обоих типах нуклеиновых кислот содержатся азотистые основания (пуриновые и пиримидиновые) четырех разных видов: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т) или урацил (У). Тимин, не имея метильной группы, является урацилом. В ДНК присутствует тимин, а в РНК – урацил. Нуклеиновые кислоты являются кислотами потому, что в их молекуле содержится остаток фосфорной кислоты.

Углеводы. Углеводы, или сахариды, - органические вещества с общей формулой Cn(H₂O)m. У большинства углеводов число молекул воды вдвое превышает количество атомов углерода. Поэтому эти вещества и были названы углеводами. В живой клетке содержание углеводов составляет 1-2 %, иногда 5 %. Наиболее богаты углеводами растительные клетки, где их содержание в некоторых случаях достигает 90 % сухой массы (клубни картофеля, семена и т. д.).

Углеводы подразделяются на три класса: моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Моносахариды, где число атомов углерода от 3 до 7. Из шести углеродных моносахаридов наиболее важны глюкоза, фруктоза и галактоза. Глюкоза содержится в крови (0,1- ,12 %). Пентозы – рибоза и дезоксирибоза – входят в состав нуклеиновых кислот.

Соединения, содержащие 2-10 моносахаридных остатков, называют олигосахаридами; соединения, содержащие более 10 остатков – полисахаридами. Мономером таких полисахаридов, как крахмал, гликоген, целлюлоза, является глюкоза. Углеводороды выполняют две основные функции: строительную и энергетическую. В процессе окисления 1 г углеводов освобождается 11,6 кДж энергии. Крахмал у растений и гликоген у животных, откладываясь в клетках, служат резервом пищи и энергии.

Липиды. Нерастворимые в воде органические вещества, которые можно извлечь из клеток органическими растворителями, называют липидами. Липиды – это сложные эфиры жирных кислот и какого-либо спирта. Калорийность липидов выше энергетической ценности углеводов. В ходе расщепления 1 г жиров до СО₂ и Н₂О освобождаются 38,9 кДж. Очень важную роль для живых организмов играют фосфолипиды, являющиеся компонентами мембран, т. е. выполняющие строительную функцию.

Укажите основные функции белков …

[1] участвуют в образовании всех клеточных мембран и органоидов клетки, а также внеклеточных структур; исключительное значение имеют как катализаторы (все ферменты белковой природы); двигательная, транспортная, энергетическая функция в организме;

[2] основной источник энергии всех форм клеточной деятельности; строят прочные ткани растений и играют роль запасных питательных веществ в организмах;

[3] выполняют роль накопителей энергии; способны к запасанию в орга­низмах в больших количествах и этим обеспечивают терморегуляцию орга­низмов, являясь материалом для образования эндогенной воды; принимают участие в регуляции важных функций организмов;

[4] важнейшая биологическая роль как хранителей (носителей) и перенос­чиков генетической информации.