Роль липидов в организме человека
Жиры входят в состав всех клеток организма и участвуют в ряде обменных процессов, являются «запасными» клетками организма, выполняющими функции по аккумуляции химической энергии и использованию ее при недостатке пищи.
Липиды состоят из жирных кислот, которые делятся на насыщенные и ненасыщенные.
Насыщенные жирные кислоты
Насыщенные — содержатся преимущественно в животных жирах, а также могут частично синтезироваться из углеводов и даже из белков. Именно избыток насыщенных жирных кислот в питании человека приводит к нарушению обменных жировых процессов, повышению уровня холестерина в крови.
Растительные жиры содержат в основном ненасыщенные кислоты. В некоторых растительных продуктах их содержится достаточно много, например, в орехах — 65 %, в овсяной крупе — 7 %, в гречневой крупе — 3 %.
Ненасыщенные жирные кислоты
Ненасыщенные жирные кислоты, особенно такие, как линолевая, линолиновая и арахидоновая, играют важную роль в обменных процессах организма человека. Они не могут синтезироваться и потому являются незаменимыми и должны поступать в организм извне. Ненасыщенные жирные кислоты входят в состав клеточных мембран и других структурных элементов тканей и участвуют в обменных реакциях, обеспечивая процессы роста, нормальные структурные функции, нормальное строение капилляров, их проницаемость, что особенно важно в протекании тканевых процессов. Ненасыщенные жирные кислоты способствуют удалению холестерина из организма, тем самым препятствуя развитию атеросклероза. Потребность организма в полиненасыщенных жирных кислотах составляет 20–25 г в сутки, и за счет этих кислот необходимо обеспечивать до 5 % общей калорийности рациона питания человека.
Фосфолипиды — лецитин, холин, кефалины, также участвуют в регуляции холестеринового обмена, препятствуют накоплению холестерина, то есть обладают липотропным действием. Больше всего фосфолипидов в зерне, бобовых, нерафинированных растительных маслах, картофеле.
27) Углеводы
Важнейшими энергетическими компонентами пищи являются углеводы, наиболее быстро и оперативно обеспечивающие текущие потребности организма в энергии.
Различают простые сахара и полисахариды:
Простые сахара — это моносахариды (глюкоза, фруктоза, ксилоза, арабиноза), дисахариды (сахароза, лактоза, мальтоза), трисахариды (рафиноза, малецитоза, генцианоза, рамниноза, вербаскоза), тетрасахариды (стахиоза, лупеоза).
Полисахариды — это крахмал, гликоген, инулин, гемицеллюлоза, целлюлоза, пектиновые вещества, камеди, декстраны и декстрины.
Углеводы содержатся преимущественно в растительных продуктах.
По усваиваемости различают усваивамые в пищеварительном тракте человека углеводы и неусваивамые. Длительное время неусваивамые углеводы считали балластными веществами, но современные исследования доказали их важную роль в обменном процессе.
К усваиваемым углеводам относят глюкозу, фруктозу, сахарозу, галактозу, лактозу, мальтозу, рафннозу, инулин, крахмал, а также декстрины, как промежуточный продукт распада крахмала.
Неусваиваимыми считаются целлюлоза, гемицеллюлоза, пектиновые вещества, камеди, декстраны, лигнин, фитиновая кислота. Большинство неусваиваимых углеводов являются основой клеточных стенок растений.
Утилизация углеводов человеческим организмом зависит также от наличия ферментов в пищеварительных соках, а также от некоторых гормональных веществ, например, инсулина, гормонов щитовидной железы, коры надпочечников и других.
В растениях широко распространены питательные сахара — глюкоза, фруктоза, галактоза и манноза.
В ряде растений содержится инулин, представляющий собой цепочку фруктозы, рекомендуемый в качестве полисахарида в питании больных сахарным диабетом. Галактоза в растениях встречается р виде гликозидов. В сахарной свекле и тростнике содержится сахароза, откуда ее получают промышленным способом. Мальтоза встречается в овсе, ячмене, ржи, сое. Лактоза в растениях не встречается, она поступает в организм человека с животными продуктами, в частности с молоком.
Наиболее распространенный в растениях полисахарид — это крахмал, важный компонент повседневной пищи. Он содержится во многих растительных продуктах — хлебе, мучных изделиях, картофеле, крупяных и фруктовых блюдах.
Нормальное продвижение пищи по пищеварительному тракту, выведение из организма холестерина, связывание некоторых микроэлементов, снижение аппетита, создание чувства насыщения — вот далеко не все эффекты, определяемые присутствием неусвояемых углеводов.
Пектины в растительных продуктах также играют важную биологическую роль естественных адсорбентов токсических гнилостных веществ, солей тяжелых металлов, снижают уровень холестерина, выводят желчные кислоты. Наиболее богаты пектином свекла и черная смородина — 1,1 %, яблоки — 1 % и сливы — 0,9 %.
28) Характерной особенностью растительной клетки является наличие жесткой (твердой) клеточной стенки. Клеточная оболочка определяет форму клетки, придает клеткам и тканям растений механическую прочность и опору, защищает цитоплазматическую мембрану от разрушения под влиянием гидростатического давления, развиваемого внутри клетки. Однако такую оболочку нельзя рассматривать только как механический каркас. Клеточная оболочка обладает такими свойствами, которые позволяют противостоять давлению воды внутри клетки, и в то же время обладает растяжимостью и способностью к росту. Она является противоинфекционным барьером, принимает участие в поглощении минеральных веществ, являясь своеобразным ионообменником. Появились данные, что углеводные компоненты клеточной оболочки, взаимодействуя с гормонами, вызывают ряд физиологических изменений. Для молодых растущих клеток характерна первичная клеточная оболочка. По мере их старения образуется вторичная структура. Первичная клеточная оболочка, как правило, малоспециализирована, имеет более простое строение и меньшую толщину, чем вторичная. В состав клеточной оболочки входят целлюлоза, гемицеллюлозы, пектиновые вещества, липиды и небольшое количество белка. Компоненты клеточной оболочки являются продуктами жизнедеятельности клетки. Они выделяются из цитоплазмы и претерпевают превращения на поверхности плазмалеммы. Первичные клеточные стенки содержат из расчета на сухое вещество: 25% целлюлозы, 25% гемицеллюлозы, 35% пектиновых веществ и 1—8% структурных белков. Однако цифры весьма колеблются. Так, в состав клеточных стенок колеоптилей злаков входит до 60—70% гемицеллюлоз, 20—25 % целлюлозы, 10% пектиновых веществ. Вместе с тем клеточные стенки эндосперма содержат до 85% гемицеллюлоз. Во вторичных клеточных стенках больше целлюлозы. Остов клеточной оболочки составляют переплетенные микро- и макрофибриллы целлюлозы. Целлюлоза, или клетчатка (С6Н10О5)n, представляет собой длинные неразветвленные цепочки, состоящие из 3—10 тыс. остатков D-глюкозы, соединенных b-1,4-гликозидными связями. Молекулы целлюлозы объединены в мицеллу, мицеллы объединены в микрофибриллу, микрофибриллы объединены в макрофибриллу. Макрофибриллы, мицеллы и микрофибриллы соединены в пучки водородными связями. Диаметр мицеллы составляет 5 нм, диаметр микрофибриллы — 25—30 нм, макрофибриллы — 0,5 мкм. Структура микро- и макрофибрилл неоднородна. Наряду с хорошо организованными кристаллическими участками имеются паракристаллические, аморфные.
Микро- и макрофибриллы целлюлозы в клеточной оболочке погружены в аморфную желеобразную массу — матрикс. Матрикс состоит из гемицеллюлоз, пектиновых веществ и белка. Гемицеллюлозы, или полуклетчатки,— это производные пентоз и гексоз. Степень полимеризации у этих соединений меньше по сравнению с клетчаткой (150—300 мономеров, соединенные b-1,3- и b-1,4-гли-козидными связями). Из гемицеллюлоз наибольшее значение имеют ксило-глюканы, которые входят в состав матрикса первичной клеточной стенки. Это цепочки остатков D-глюкозы, соединенных b-1,4-гликозидными связями, у которых от шестого углеродного атома глюкозы отходят боковые цепи, главным образом из остатков D-ксилозы. К ксилозе могут присоединяться остатки галактозы и фукозы. Гемицеллюлозы способны связываться с целлюлозой, поэтому они формируют вокруг микрофибрилл целлюлозы оболочку, скрепляя их в сложную цепь.
Клеточная оболочка способна к утолщению и видоизменению. В результате этого образуется ее вторичная структура. Утолщение оболочки происходит путем наложения новых слоев на первичную оболочку. Ввиду того, что наложение идет уже на твердую оболочку, фибриллы целлюлозы в каждом слое лежат параллельно, а в соседних слоях — под углом друг к другу. Предполагается, что за ориентацию микрофибрилл целлюлозы ответственны микротрубочки. Этим достигается значительная прочность (и твердость) вторичной оболочки. По мере того как число слоев фибрилл целлюлозы становится больше, и толщина стенки увеличивается, она теряет эластичность и способность к росту. Во вторичной клеточной стенке содержание целлюлозы значительно возрастает (в некоторых случаях до 60% и более). По мере дальнейшего старения клеток матрикс оболочки может заполняться различными веществами — лигнином, суберином. Лигнин — это полимер, образующийся путем конденсации ароматических спиртов. Включение лигнина сопровождается одревеснением, увеличением прочности и уменьшением растяжимости. Мономерами суберина являются насыщенные и ненасыщенные оксожирные кислоты. Пропитанные суберином клеточные стенки (опробковение оболочки) становятся труднопроницаемыми для воды и растворов. На поверхности клеточной стенки могут откладываться кутин и воск. Кутин состоит из оксожирных кислот и их солей, выделяется через клеточную стенку на поверхность эпидермальной клетки и участвует в образовании кутикулы. В состав кутикулы могут входить воска, которые также секретирует цитоплазма. Кутикула препятствует испарению воды, регулирует водно-тепловой режим тканей растений.
Исследования позволили дать предположительную модель взаимосвязи и взаиморасположения всех перечисленных веществ в клеточной стенке. Согласно этой модели в первичной клеточной оболочке микрофибриллы целлюлозы располагаются либо беспорядочно, либо перпендикулярно (в основном) продольной оси клетки. Между микрофибриллами целлюлозы находятся молекулы гемицеллюлозы, которые, в свою очередь, связаны через пектиновые вещества с белком. При этом последовательность веществ следующая: целлюлоза — гемицеллюлозы — пектиновые вещества — белок — пектиновые вещества — гемицеллюлозы — целлюлоза. Микрофибриллы целлюлозы и вещества матрикса оболочки связаны между собой. Единственными нековалентными связями являются водородные между целлюлозными микрофибриллами и гемицеллюлозой (по преимуществу ксилоглюканом). Между ксилоглюканом и пектиновыми веществами, так же как и между пектиновыми веществами и белком экстенсином, возникают ковалентные связи.
29) В основе роста многоклеточных организмов лежит увеличение числа и размеров клеток, сопр6овождаемое их дифференциацией, т.е. возникновением и накоплением различий между клетками, образовавшимися в результате деления. Еще со времени Ю. Сакса рост клеток принято делить на три фазы: эмбриональную, растяжения, дифференцировки. Такое разделение носит условный характер. За последнее время внесены изменения в само понимание основных особенностей, характеризующих эти фазы роста. Если прежде считалось, что процесс деления клетки происходит лишь в эмбриональную фазу роста, то сейчас показано, что клетки могут иногда делиться и в фазу растяжения. Важно, что дифференцировка отнюдь не является особенностью только третьей, последней фазы роста. Дифференцировка клеток, в смысле появления и накопления внутренних физиологических различий между ними, проходит на протяжении всех трех фаз и является важной особенностью роста клеток. В третьей фазе эти внутренние физиологические различия лишь получают внешнее морфологическое выражение. Все же ряд существенных отличий между фазами роста имеется, и физиологи продолжают рассматривать их отдельно. Эмбриональная фаза. Клетка возникает в результате деления другой эмбриональной клетки. Затем она несколько увеличивается, главным образом за счет увеличения веществ цитоплазмы, достигает размеров материнской клетки и снова делится. Таким образом, эмбриональная фаза делится на два периода: период между делениями — интерфаза продолжительностью 15—20 ч и собственно деление клетки — 2—3 ч. Время это колеблется в зависимости от вида растений и условий (температуры).
На этой фазе процесс дифференцировки уже прояв¬ляется в определенных структурных признаках, т. е. меняется форма, внутрен¬няя и внешняя структура клетки. Процесс функциональной дифференциации клеток, или накопление физиологических различий между ними, происходит на всех фазах роста. Определенные различия имеются уже между появившимися в период деления дочерними клетками, из которых в дальнейшем будут образо¬вываться различные ткани. Это проявляется в их химическом составе, морфо¬логических особенностях. Значительно варьируют число и структура митохонд¬рий, и особенно пластид, обилие и локализация эндоплазматической сети. Очень видоизменяются клетки проводящей системы. При дифференциации члеников ситовидных трубок большинство органелл разрушается. В сосудах ксилемы почти полностью исчезает цитоплазма. Происходит образование вторичной клеточной оболочки. Этот процесс сопровождается наложением новых слоев микрофиб¬рилл целлюлозы на старые. При этом ориентация фибрилл целлюлозы в каж¬дом новом слое другая. Клеточная оболочка утолщается и теряет способность к росту.
В стенках соседних клеток, как правило, одна против другой, образуются поры. Порами называют отверстия во вторичной оболочке, где клетки разделяют лишь первичная оболочка и срединная пластинка . Участки первичной оболочки и срединную пластинку, разделяющие соседствующие поры смежных клеток, называют поровой мембраной или замыкающей пленкой поры. Замыкающую пленку поры пронизывают плазмодесменные канальцы, но сквозного отверстия в порах обычно не образуется.
Каждая пора имеет поровую камеру . В тех случаях, когда откладывается мощная вторичная оболочка, камеры превращаются в узкиепоровые каналы . В клетках паренхимных и механических тканей вторичная оболочка обычно резко прерывается у краев камеры или порового канала, диаметр которых благодаря этому почти не изменяется по всей толще вторичной оболочки. Поры такого типа называются простыми, а комбинация двух простых пор - простой парой пор.
В водопроводящих элементах - сосудах и трахеидах - вторичная оболочка нередко нависает над камерой в виде свода, образуя окаймление. Такие поры получили название окаймленных или окаймленной пары пор. Поровая камера, ограниченная окаймлением, открывается в полость клетки через отверстие в окаймлении - апертуру поры. Поры облегчают транспорт воды и растворенных веществ от клетки к клетке.
ПЕРФОРА́ЦИЯ - Сквозные отверстия в оболочках клеток проводящих элементов у сосудистых растений.
30) Зеленая, желтая и коричневая окраска зерен ржи обусловлены соответствующим сочетанием синезеленой, коричневой и соломенножелтой окраски алейронового слоя, семенной и плодовой оболочек. Пигментация указанных составных частей является весьма важным природным фактором цветовой характеристики зерна ржи. В соответствии со сделанным предположением о характере содержащихся в зерне пигментов предварительно была произведена качественная проба на содержание хлорофилла, каротиноидов и антоцианинов. В качестве подопытного материала была взята рожь сорта Вятка московская урожая 1947 г. Определения проводились нами в четырехкратной повторности в сходе с сита 2,0х20 мм при наличии верхнего сита с отверстиями 2,2х20 мм. Выровненное зерно разбивали на цветовые фракции и разделяли на составные части. Хлорофилл определяли на основе получения спиртовых вытяжек. Для установления наличия каротиноидов готовили хлороформенный экстракт, который при добавлении насыщенного раствора треххлористой сурьмы в хлороформе в присутствии каротиноидов давал синюю окраску. Наличие антоцианинов устанавливалось методом А.Л. Кирсанова. В их присутствии полученный на холоде экстракт при добавлении закисной соли сернокислого железа и сегнетовой соли дает интенсивную фиолетовую окраску. Для определения хлорофилла был использован метод, применяемый в лаборатории фотосинтеза Института физиологии растений Академии наук СССР. Навеску измельченного материала с добавлением СаСО3 несколько раз экстрагируют при растирании со спиртом ректификатом до получения бесцветных вытяжек. Соединенные спиртовые вытяжки сгущают под вакуумом и направляют на измерение коэффициента поглощения в спектрофотометр Бекмана при длине волны 665 мμ. Расчет производят, исходя из того, что 1%-ный раствор хлорофилла в слое 1 см дает коэффициент поглощения при данной длине волны E1 = 40 000. Содержание каротиноидов определяли методом Государственной контрольной витаминной станции Министерства здравоохранения СССР. Сущность его сводится к растиранию навески с этиловым спиртом, затем с бензином, омылению полученной вытяжки с 5%-ным раствором щелочи, отмывке спирта и щелочи водой, сушке бензиновой фракции с безводным сернокислым натрием, пропусканию через адсорбционную колонку и колориметрированию конечного раствора по сравнению со стандартным раствором. Антоцианины определяли по методу, принятому во Всесоюзном витаминном институте. Сущность его заключается в том, что навеску заливают 0,2% NaOH, кипятят и после образования желтокрасной окраски колориметрируют по сравнению со стандартным раствором 0,05 нормального йода. Из пигментов пластид были обнаружены хлорофилл и каротиноиды, из пигментов клеточного сока — антоцианины. Опытами установлено, что хлорофилл включен главным образом в алейроновый слой как зеленых зерен, которые дали наиболее интенсивное окрашивание, так и зерен другой окраски.