11. Склад, будова і функції ліпідів, вуглеводів.

Ліпіди - один із основних класів органічних сполук. Що таке ліпіди? Які їхні властивості? Ліпіди - органічні сполуки, нерозчинні у воді (тобто гідрофобні), їх можна виділити з клітин за допомогою неполярних розчинників (ефіру, хлороформу, ацетону тощо) {мол. 7). Ліпіди здатні утворювати складні сполуки з білками, вуглеводами, залишками фосфатної кислоти тощо. Найпоширеніші серед ліпідів жири. Вміст жирів у клітинах становить від 5 до 15% сухої речовини, а у клітинах жирової тканини (наприклад, у жировому тілі комах) - до 90%. Підвищений вміст жирів характерний для нервової тканини, підшкірної клітковини, сальника, молока ссавців тощо. Багато жирів міститься у клітинах плодів та насіння певних видів рослин (соняшника, волоського горіха, маслини та ін.). До ліпідів також належать воски, що здійснюють переважно захисну функцію. У ссавців воски, які виділяють сальні залози, змащують поверхню шкіри, надаючи їй еластичності та зменшуючи зношення волосяного покриву. У птахів воски секретує куприкова залоза. Вони надають пір'яному покриву водовідштовхувальних властивостей. Восковий шар вкриває листки наземних рослин і поверхню зовнішнього скелета членистоногих - мешканців суходолу, запобігаючи надлишковому випаровуванню води організмами.   Інша група ліпідів - стероїди. Вони є важливими компонентами вітаміну D, деяких статевих гормонів, гормонів кори надниркових залоз. Стероїдну природу мають і жовчні кислоти - важливі компоненти жовчі. Які функції ліпідів? Одна з найважливіших функцій ліпідів у живих організмах енергетична. У разі повного окиснення 1 г жирів до вуглекислого газу і води виділяється 38,9 кДж енергії, тобто майже удвічі більше, ніж при повному розщепленні такої самої кількості вуглеводів. До того ж при окисненні 1 г жирів утворюється 1,1г води. Саме завдяки запасам жиру деякі тварини можуть відносно тривалий час обходитись без води. Наприклад, верблюди в пустелі можуть не пити по 10-12 діб, а ведмеді, бабаки та інші тварини під час зимової сплячки не споживають води понад два місяці. Необхідну для їхніх процесів життєдіяльності воду ці тварини одержують унаслідок окиснення жирів, відкладених про запас. Іншою важливою функцією ліпідів є будівельна: фосфоліпіди (тобто ліпіди, які містять фосфатні групи) є основою клітинних мембран, входять до складу нервових волокон тощо. Захисна функція ліпідів полягає у захисті внутрішніх органів від механічних пошкоджень (наприклад, нирки людини вкриті м'яким жировим шаром). Накопичуючись у підшкірній клітковині деяких тварин (китів, тюленів та ін.), жири виконують теплоізоляційну функцію, запобігаючи переохолодженню. Так, у синього кита шар жиру у підшкірній клітковині може становити 50 см. У жировому тілі комах можуть накопичуватись кінцеві продукти обміну речовин. Жирова тканина у цих тварин здійснює видільну функцію. Ліпіди входять до складу деяких біологічно активних речовин, наприклад певних гормонів. Вони беруть участь у регуляції життєвих функцій організмів: обміну речовин у хребетних тварин і людини, процесу линяння у комах тощо. Як розчинники гідрофобних органічних сполук жири забезпечують перебіг певних біохімічних процесів.  До складу клітини входять органічні сполуки: вуглеводи, білки, ліпіди, нуклеїнові кислоти тощо. Вони переважно мають велику молекулярну масу, тому їх називають макромолекулами (від грец. макрос - великий). Так, молекулярна маса більшості білків становить 5000-1000000, а у деяких нуклеїнових кислот вона сягає декількох мільярдів дальтон (один дальтон відповідає 1/12 атомної маси ізотопу карбону 12С, тобто 1,67 • 10-24 г). Високомолекулярні органічні сполуки -білки, нуклеїнові кислоти, складні вуглеводи (полісахариди), молекули яких складаються з великої кількості однакових чи різних за хімічною будовою ланок, що повторюються, називають біополімерами (від грец. біос та поліс - численний). Такі макромолекули мають високу молекулярну масу - 103-109 дальтон. Прості молекули, із залишків яких складаються біополімери, називають мономерами (від грец. монос - один, поодинокий). Мономерами білків е залишки амінокислот, нуклеїнових кислот -нуклеотиди, полісахаридів - моносахариди.

Молекулярна маса ліпідів значно менша - 50-1500 дальтон. Але вони можуть об'єднуватись між собою, утворюючи складні структури з тисяч молекул. Особлива група органічних сполук - це біологічно активні речовини. Вони впливають на процеси обміну речовин і перетворення енергії в організмах живих істот. Серед них е органічні (ферменти, гормони, вітаміни тощо) та неорганічні (вуглекислий газ та ін.) сполуки.

У клітинах різних груп організмів вміст певних органічних сполук різний. Наприклад, у клітинах тварин переважають білки і ліпіди, а рослин -вуглеводи. Однак у клітинах різних типів певні органічні сполуки виконують подібні функції. Огляд основних класів органічних сполук почнемо з вуглеводів. Що таке вуглеводи? Які їхні властивості? Хімічний склад вуглеводів відповідає формулі (СН2O)n, де п дорівнює трьом та більше. Але існують вуглеводи, в яких співвідношення вказаних у формулі хімічних елементів інше. До того ж, деякі з цих сполук містять атоми Нітрогену, Фосфору або Сульфуру. У клітинах тварин і людини вміст вуглеводів незначний. Натомість у клітинах рослин їх значно більше (наприклад, у листках, насінні, плодах - майже 70%, у бульбах картоплі - до 90%). Залежно від кількості мономерів, що входять до складу молекул, вуглеводи поділяють на три основні класи: моносахариди, олігосахариди та полісахариди.

Моносахариди, або прості цукри, залежно від кількості атомів Карбону, поділяють на тріози (3 атоми), тетрози (4), пентози (5), гексози (6) і так далі до декоз (10). У природі найпоширеніші гексози, а саме глюкоза і фруктоза. Солодкий присмак ягід, фруктів, меду залежить від вмісту в них цих сполук. Серед пентоз важливе значення мають рибоза і дезоксирибоза, які входять до складу нуклеїнових кислот та аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ).

Олігосахариди - сполуки, в яких кілька залишків молекул моносахаридів з'єднані між собою ковалентними зв'язками. Серед них найпоширеніші дисахариди, які утворюються внаслідок сполучення залишків двох молекул моносахаридів (мал. 4). Наприклад, буряковий (або тростинний) цукор - сахароза - складається із залишків глюкози і фруктози, а солодовий - мальтоза - лише з залишків глюкози тощо. Дисахариди мають солодкий присмак. Вони, як і моносахариди, добре розчинні у воді.

Полісахариди - молекули, молекулярна маса яких може сягати кількох мільйонів. Полісахариди розрізняються між собою складом мономерів, довжиною та розгалуженістю ланцюгів. На відміну від моно- та олігосахаридів, полісахариди майже не розчиняються у воді й не мають солодкого присмаку. Один із найпоширеніших полісахаридів - крохмаль. Він синтезується в процесі фотосинтезу в клітинах рослин і складається із залишків глюкози. Крохмаль у значній кількості відкладається в клітинах рослин насамперед листків, насіння, бульб тощо. У клітинних стінках рослин міститься полісахарид целюлоза - міцний, волокнистий, нерозчинний у воді. Деревина, кора, бавовна складаються переважно з целюлози.

У грибів, тварин і людини запасним полісахаридом є глікоген. Він відкладається здебільшого в м'язах і клітинах печінки. До складу клітинних стінок деяких грибів і зелених водоростей, кутикули членистоногих входить полісахарид - хітин.

Які функції вуглеводів у живих організмах? Основні функції вуглеводів у живих організмах - енергетична та будівельна. Енергетична функція вуглеводів полягає у здатності розщеплюватися з виділенням енергії. За повного розщеплення 1 г цих сполук вивільняється 17,2 кДж енергії. Кінцеві продукти окиснення вуглеводів - С02 і Н20. Важлива роль вуглеводів у енергетичному балансі живих істот пов'язана із здатнітю розщеплюватись як за участі кисню, так і без нього. Це має особливе значення для організмів, які мешкають в умовах нестачі кисню (наприклад, червів, які паразитують у кишечнику тварин і людини).

Полісахариди (крохмаль, глікоген) як запасні сполуки можуть відкладатись у клітинах у вигляді зерен. Вони є резервом основної енергетичної сполуки живих істот - глюкози. У членистоногих енергетичну функцію виконує дисахарид трегалоза.

Будівельна, або структурна, функція вуглеводів полягає в тому, що ці сполуки входять до складу опорних елементів клітин організмів. Як ми вже згадували, хітин є компонентом зовнішнього скелета членистоногих та клітинних стінок деяких грибів і водоростей. Клітинні стінки рослин, які містять целюлозу, захищають вміст клітин і підтримують їхню форму.