Раздел IV. Липиды и их обмен

Липиды представляют собой группу химически весьма разнородных веществ различной структуры, но объединенных общим свойством: нерастворимостью в воде, и растворимостью в органических растворителях (эфире, бензоле, хлороформе и т.д.), наличием углеводородных единиц в составе молекулы.

По своему химизму липиды, в большинстве случаев, представляют собой сложные эфиры высших жирных кислот с глицерином или некоторыми другим высшими спиртами специфического строения. В составе ряда липидов кроме этих компонентов встречаются фосфорная кислота, азотистые основания или углеводы. Липиды могут быть классифицированы следующим образом: 1) нейтральные жиры и свободные жирные кислоты; 2) фосфолипиды; 3) гликолипиды; 4) стерины и стероиды; 5) воска; 6) терпены. При описании представителей различных классов липидов необходимо указать, не только структуру и состав этих веществ, но и их локализацию в клетке и организм, в целом биологическую роль.

Функции липидов важны и разнообразны. Прежде всего, липиды в виде комплекса с белками являются структурными элементами мембран клеток и клеточных органелл. В связи с этим они определяют транспорт веществ в клетке и участвуют в ряде других процессов, связанных с функционированием мембран. Функции мембран клеток многообразны: это и защитная функция, и участие в процессах клеточного узнавания, и обеспечение транспорта различных веществ и т.д. Кроме того, липиды служат также энергетическим материалом для организма. При окислении 1г жира высвобождается 39 кДж энергии, т.e. в 2 раза больше, чем при расщеплении 1 г углеводов. Одновременно липиды являются запасными веществами, в форме которых депонируется метаболическое топливо. В связи с хорошо выраженными термоизоляционными свойствами липиды сохраняют тепло в организме, выполняя тем самым защитную функцию. Они предохраняют тело и органы животных от механического повреждения, служат жировой смазкой для кожи. Восковой налет на листьях и плодах растений защищает от избыточного испарения и проникновения микроорганизмов. Некоторые липиды имеют отношение к иммунитету (гликолипиды).

Регуляторной активностью обладают простагландины, полипреновые коферменты-переносчики. От свойств и структуры мембранных липидов во многом зависит активность мембраносвязанных ферментов, особенности протекания процессов окислительного фосфорилирования.

Раздел V. Углеводы и их обмен

Углеводами называют обширную группу органических соединений, обладающих различной химической структурой и биологическими свойствами, объединяемых общей формулой C_x(H₂O)_y, т.е. углерод + вода, отсюда и произошло название этой группы соединений (хотя в некоторых представителях углеводов может встречаться другое соотношение атомов углерода, кислорода и водорода). Являясь основными компонентами стенок растительных клеток, углеводы относятся к наиболее распространенным органическим соединениям растительного мира. В растениях на долю углеводов приходится от 70 до 90% их сухой массы.

Все отрасли пищевой промышленности, перерабатывающие растительное сырье (винодельческая, консервная, хлебопекарная и кондитерская, сахарная и многие другие), связаны с использованием химических и биохимических свойств углеводов.

Функции углеводов в живых организмах многообразны, важнейшими из которых являются энергетическая и структурная. Простые сахара (моносахариды), так называемое метаболическое топливо, представляют собой первичное питательное вещество, обеспечивающее большую часть энергии и основную массу углерода для последующих биосинтезов белков, нуклеиновых кислот, липидов и углеводов других более сложных типов. Сложные углеводы (полисахариды) такие как, например целлюлоза (клетчатка) и гемицеллюлозы играют структурную роль, а такие как крахмал растений и гликоген животных выполняют запасную функцию, являясь метаболическим топливом клетки и источником углерода для синтеза других соединений клетки.

С химической точки зрения углеводы представляют собой альдо- или кетопроизводные многоатомных спиртов. При этом сахара, имеющие в своем составе альдегидную группу ( ) называют альдозами, наиболее известным представителем которых является глюкоза, а сахара, имеющие в составе кетогруппу ( ) - кетозами. Наиболее известным представителем кетоз является фруктоза.

Все углеводы делятся на простые и сложные. К простым углеводам относятся моносахариды, а к сложным - полисахариды, которые в свою очередь подразделяются на олигосахариды и высшие полисахариды (полисахариды второго порядка, или собственно полисахариды).

Моносахариды построены из неразветвленных углерод-углеродных цепей. По числу атомов углерода в цепи моносахариды подразделяют на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и гептозы, содержащие соответственно 3, 4, 5, 6 и 7 атомов углерода. В природе наиболее распространены гексозы и пентозы. Самая распространенная гексоза - это глюкоза. Кроме того, в природном материале часто содержатся близкие к ней по строению фруктоза, манноза и галактоза. В слабощелочной среде глюкоза, манноза и фруктоза легко претерпевают взаимопревращения. Наиболее распространенными пентозами являются ксилоза и арабиноза (мономеры цемицеллюлоз), а также рибоза и дезоксирибоза, встречающиеся в связанном виде, прежде в качестве компонентов нуклеиновых кислот.

Полисахариды построены из остатков моносахаридов. В состав олигосахаридов входит небольшое количество остатков моносахаридов и в зависимости от количества последних, олигосахариды подразделяют на дисахариды, трисахариды, тетрасахариды, пентасахариды и т.д., включающие соответственно 2, 3, 4, 5 остатков. Наиболее известными дисахаридами, имеющими широкое применение в пищевой промышленности, являются сахароза, мальтоза и лактоза.

Макромолекулы высших полисахаридов построены из десятков, а иногда сотен тысяч остатков моносахаридов. Полисахариды второго порядка подразделяют на структурные целлюлозы, гемицеллюлозы, пектиновые вещества, слизи и другие соединения, образующие клеточные стенки растений и микроорганизмов, и на запасные крахмал и гликоген (так называемый животный крахмал). В зависимости от особенностей химического состава высшие полисахариды делят на гомополисахариды, построенные из одинаковых остатков моносахаридов и гетерополисахариды, построенные из разных остатков моносахаридов. В качестве примеров гомополисахаридов можно привести крахмал, гликоген и клетчатку, которые построены из повторяющихся остатков глюкозы. К гетерополисахаридам относятся пектиновые вещества, полисахариды слизистых капсул бактерий. В различных отраслях пищевой промышленности широко применяются различные вещества, принадлежащие к полисахаридам как, например крахмал и пектиновые вещества. Целлюлоза также имеет широкое практическое применение при производстве бумаги и в текстильной промышленности при производстве вискозных тканей.

Отвечая на вопросы по разделу «Углеводы и их обмен», студенты должны подробно охарактеризовать особенности химического строения различных представителей этого класса соединений, раскрыть их химические свойства, биологическую роль, выполняемую в организме и использование в различных отраслях пищевой промышленности. При изучении физико-химических свойств моносахаридов необходимо обратить внимание на способность к таутомерным превращениям. Наиболее важным с практической точки зрения свойством моносахаридов является их способность окисляться, восстанавливая при этом различные соединения. Редуцирующая (т.е. восстанавливающая) способность присуща не только всем моносахаридам, но и некоторым олигосахаридам, а именно, содержащим свободную карбонильную группу, например мальтозе или лактозе. Указанное свойство Сахаров используется для их количественного определения. На практических занятиях студентам следует ознакомиться с качественными реакциями на сахара и с методами их количественного определения в зерномучных изделиях, плодовоовощных и вино-водочных напитках.