Углеводы, их роль в клетке
В основе строения биологических молекул лежит способность атомов углерода образовывать ковалентные связи, обычно с атомами углерода, кислорода, водорода или азота. Молекулы могут иметь форму длинных цепей или формировать кольцевые структуры.
Среди органических молекул, входящих в состав клетки выделяют углеводы, липиды, белки, нуклеиновые кислоты.
Углеводы – это полимеры, которые образуются из моносахаридов путем гликозидного связывания. Моносахариды объединяются путем конденсации (реакция сопровождается выделением молекулы воды).
Углеводы делятся на простые (моносахариды) и сложные (полисахариды). Среди моносахаридов по числу углеродных атомов различают триозы (3С), тетрозы (4С), пентозы (5С), гексозы (6С), гептозы (7С). В растворах пентозы и гексозы могут принимать циклическую форму.
Две молекулы моносахарида соединяются между собой с выделением молекулы воды и образуется дисахарид. Типичные примеры дисахаридов – сахароза (глюкоза + фруктоза), мальтоза (глюкоза + глюкоза), лактоза (галактоза + глюкоза). Дисахариды по своим свойствам похожи на моносахариды. Они хорошо растворяются в воде и сладкие на вкус.
Если количество моносахаридов увеличивать, то растворимость снижается, исчезает сладкий вкус.
Моносахариды, которые часто встречаются в природе – это глицериновый альдегид, рибоза, рибулоза, дезоксирибоза, фруктоза, галактоза.
Глицериновый альдегид участвует в реакциях фотосинтеза. Рибоза входит в состав РНК, АТФ. Дезоксирибоза входит в состав ДНК. Рибулоза в чистом виде в природе не встречается, а ее фосфорный эфир участвует в реакциях фотосинтеза. Фруктоза участвует в превращениях крахмала. Галактоза входит в состав лактозы.
Полисахариды, которые часто встречаются в природе – крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин, инулин.
Крахмал состоит из двух полимеров α – глюкозы. Гликоген – это полимер α – глюкозы. Он является запасным питательным веществом в животных клетках. Целлюлоза – это полимер β – глюкозы. Входит в состав клеточной стенки растений. Целлюлоза состоит из параллельных цепей, которые соединяются водородными связями. Такое поперечное связывание предотвращает проникновение воды. Целлюлоза очень устойчива к гидролизу и является структурной молекулой.
Функции углеводов.
Энергетическая. При расщеплении 1 грамма углеводов выделяется 17,6 кДж энергии.
Структурная. Например, целлюлоза, хитин.
Сигнальная. Например, поверхностный слой плазмалеммы состоит из олигосахаридов.
Защитная. Например, гепарин, который препятствует свертыванию крови в кровеносных сосудах.
Резервная. Например, гликоген и крахмал.
Липиды, их роль в клетке
Липиды – это эфиры какого-либо спирта и жирных кислот. Они разнообразны по своему строению. Выделяют несколько групп липидов.
Триацилглицеролы (или настоящие жиры). Они являются сложными эфирами глицерола и трех остатков жирных кислот. Типичными триглициридами являются жиры и масла. В состав жиров входят насыщенные жирные кислоты. Жиры остаются в твердом состоянии при комнатной температуре. В состав масел входят ненасыщенные жирные кислоты. Масла остаются жидкими при комнатной температуре.
Фосфолипиды – это сложные эфиры глицерола, двух остатков жирных кислот и остатка фосфорной кислоты. Они входят в состав цитоплазматической мембраны.
Воски – это твердые сложные эфиры, которые образованы высокоатомными спиртами и жирными кислотами. Например, пчелиный воск, древесный воск.
Терпены – душистые вещества растений. Они привлекают насекомых-опылителей.
Сфинголипиды – это липиды, в состав которых входит спирт сфингозин. Сфинголипиды входят в состав миелиновой оболочки аксонов нервной клетки.
Стероиды – это производные холестерола. Например, стероидные гормоны – тестостерон, эстроген, кортикостерон, витамин D.
Сложные липоиды – это липопротеины и гликолипиды. Липопротеины – это транспортная форма липидов. В таком виде липиды переносятся кровью и лимфой. Гликолипиды входят в состав гликокаликса.
Функции липидов.
Энергетическая – при расщеплении 1 грамма липидов выделяется 38,9 кДж энергии.
Структурная – входят в состав цитоплазматической мембраны.
Теплоизоляционная – входят в состав подкожной жировой клетчатки.
Гидроизоляционная – содержатся в копчиковой железе водоплавающих птиц. Это препятствует смачиванию перьев водой.
Механическая изоляция – подкожная жировая прослойка защищает внутренние органы от механических повреждений.
Метаболическая – при расщеплении 1 грамма жира выделяется 105 грамм воды.
Сигнальная – являются компонентами гликокаликса.