15. Полянський Ю.И., Браун А.Д., Верзилін Н.М. и др. Загальна біологія. Підручник для 9–10 кл. ср. шк/ Під ред. Ю.И. Полянського. 17-е вид., перероб. – М.: Просвещение, 1987.

16. Т.В.Іванова, г.С.Каликова, а.Н.Мягкова "Збірник завдань з загальної біології" Просвещение, м., 2002

17. "Біологія. Контрольні вимірювальні матеріали для підгот-ки к ЕГЭ, 2005" М.

18. В.В. Балабанова, Т.В. Максимцева Посібник “Біологія". Екологія. Здоровий засіб життя ” “Вчитель”, В.

19. А.П.Пуговкін, Н.А. Пуговкіна, В.С. Михеїв "Практикум по Загальній біології(10-11 кл)" Просвещение, М., 2002

20. А.В.Пименов, И.Н.Пименова "Дидактичні матеріали к розділу «Загальна біологія», 9-11 кл." М.: видавн.НЦ ЭНАС, 2004

21. Довідник студента: Біологія. М.: Филологическое общество "Слово", 2001. 640 с.

22. Р.Г. Заяц, и.В. Рачковская, в.М. Стамбровская. Біологія для поступающих в вузи. Минск: "Вышэйшая школа", 2000. 524 с.

Ліпіди

Ви вже знаєте з курсу хімії, що всі хімічні сполуки поділяють на неорганічні та органічні (пригадайте, чим вони відрізняються).

Органічні речовини – це сполуки Карбону з іншими елементами, що виникли в живих істотах або є продуктами їхньої життєдіяльності. Органічні сполуки присутні в атмосфері, поверхневих і підземних водах, осадах, ґрунтах і гірських породах. У складі органічних сполук переважають органогенні хімічні елементи (Гідроген, Оксиген, Нітроген і Карбон). Ковалентне зв’язані атоми Карбону утворюють ланцюжки або ряди кілець (так званий скелет молекули).

До складу клітин входять різні органічні сполуки: ліпіди, вуглеводи, білки, нуклеїнові кислоти тощо. Їхні молекули можуть мати високу молекулярну масу. Зокрема, молекулярна маса більшості білків становить від 6000 до 1 000 000, деяких нуклеїнових кислот – сягає кількох мільярдів дальтонів (1 дальтон відповідає 1/12 атомної маси ізотопу карбону 12С, тобто 1,67•10-24 г). Високомолекулярні органічні сполуки можуть складатися з великої кількості однакових чи різних за хімічною будовою ланок (простих молекул – мономерів). Такі сполуки називають біополімерами, або макромолекулами. Наприклад, молекули білків складаються із залишків амінокислот, нуклеїнових кислот – з нуклеотидів, а складних вуглеводів (полісахаридів) – з моносахаридів (див. таблицю 1).

Табл.1-Біополімери

Біологічно активні речовини (органічні речовини – ферменти, гормони, вітаміни, деякі отрути тощо) впливають на процеси обміну речовин і перетворення енергії загалом або на окремі їхні ланки. Багато з них здійснюють гуморальну регуляцію процесів життєдіяльності різноманітних істот.

Отже, запам’ятайте: органічними сполуками називають речовини, утворені атомами Карбону, між якими встановлюються міцні ковалентні зв’язки. Уміст органічних сполук у клітинах становить в середньому 20–30 %. Огляд основних класів органічних сполук почнемо з ліпідів.

Ліпіди – переважно гідрофобні органічні сполуки, які розчиняються в неполярних речовинах (естери, хлороформі, ацетоні та ін.). Молекулярна маса ліпідів зазвичай становить 50–1500. Більшість ліпідів – похідні вищих жирних кислот, спиртів або альдегідів.

Різноманітність ліпідів.

Серед ліпідів розрізняють прості та складні. До простих ліпідів належать речовини, які побудовані зі сполучених між собою залишків жирних кислот (або альдегідів) і спиртів, наприклад жири та воски.

Рис1- Воски

Складні ліпіди – сполуки, утворені внаслідок взаємодії молекул простих ліпідів з іншими речовинами. До них належать ліпопротеїди (сполуки ліпідів і білків), гліколіпіди (ліпідів і вуглеводів), фосфоліпіди (ліпідів і ортофосфатної кислоти).

Жири – складні естери, утворені триатомним спиртом гліцерином і трьома залишками жирних кислот. Вони відкладаються у вигляді жирових включень у рослинних і тваринних клітинах. Підвищений вміст жирів (до 90 %) характерний для клітин нирок, підшкірної клітковини, жовтого тіла членистоногих. У деяких рослин (соняшника, волоського горіха, маслин тощо) жирів багато в насінні та плодах.

Воски виконують здебільшого захисну функцію. У ссавців віск виділяють лоєві залози шкіри: вони надають шкірі еластичності і зменшують зношення волосяного покриву. У птахів віск секретує куприкова залоза, розташована над основою хвоста. Її секрет надає пір’яному покриву водовідштовхувальних властивостей (пригадайте: ця залоза добре розвинена саме у водоплавних птахів).

Восковий шар вкриває листки наземних рослин і поверхню зовнішнього скелета членистоногих – мешканців суходолу, запобігаючи надлишковому випаровуванню води з поверхні тіла. Добре розвинені восковидільні залози, розташовані в черевці медоносних бджіл-робітниць. Як ви пам’ятаєте, з воску бджоли будують стільники (мал. 7.1). Віск широко використовують у медицині, промисловості та інших сферах діяльності людини.

Ще одна важлива група ліпідів – гідрофобні спирти стероїди. Карбоновий ланцюжок стероїдів утворює декілька кілець, тому вони належать до так званих циклічних органічних сполук. Стероїдну природу, зокрема, мають статеві гормони людини – естрогени (жіночі) та андрогени (чоловічі), а також гормони надниркових залоз (кортикостероїди) (мал. 7.2, 1).

Один з найвідоміших стероїдів – холестерин. В організмі ссавців і людини він слугує попередником під час синтезу статевих гормонів. У плазмі крові холестерин перебуває у вигляді складних естерів з жирними кислотами, які він транспортує. Холестерин синтезують клітини печінки;

Рис2- Стероїди

він входить до складу жовчі (мал. 7.2, 2). Разом з тим ця сполука потрапляє в організм і з жирною їжею. Надлишок холестерину внаслідок неправильного харчування або підвищеної функції печінки порушує нормальне функціонування організму людини.

Функції ліпідів.

Одна з найважливіших функцій ліпідів – енергетична. У разі повного розщеплення 1 г жирів виділяється 38,9 кДж енергії – удвічі більше, ніж за повного розщеплення аналогічної кількості вуглеводів або білків.

Не менш важлива будівельна, або структурна, функція. Так, фосфоліпіди є важливою складовою клітинних мембран (мал. 7.3, 7.4), жири входять до складу захисної мієлінової оболонки нервових волокон тощо.

Резервна функція полягає в тому, що ліпіди містяться в цитоплазмі клітин у вигляді включень (наприклад, клітини жирової тканини, насіння соняшника тощо). Запаси жирів організми використовують як резервні поживні речовини та як джерело метаболічної води: при окисненні 1 г жирів утворюється майже 1,1 г води. Жирові включення підвищують плавучість дрібних одноклітинних організмів (наприклад, радіолярій, що мешкають у товщі води).

Завдяки запасам жиру деякі тварини протягом певного часу можуть існувати без надходження води ззовні. Наприклад, верблюди в пустелі витримують без води до 16 діб; ведмеді, бабаки та інші тварини під час сплячки не споживають води понад два місяці.

Запаси жиру в організмі можуть виконувати й захисну функцію. Зокрема, вони захищають внутрішні органи від механічних ушкоджень. Наприклад, нирки людини і ссавців укриті пружним жировим шаром. Накопичуючись у підшкірній жировій клітковині тварин – мешканців територій з прохолодним кліматом (китів, тюленів, пінгвінів та ін.), жири захищають організм від дії різких змін температури (теплоізоляційна функція). Так, у синього кита шар жиру в підшкірній клітковині може перевищувати 50 см. Ця функція жирів визначається їхньою низькою теплопровідністю.

Раніше ми згадували про захисні властивості восків, пов’язані з їхньою гідрофобністю.

Важлива і регуляторна функція ліпідів. Ви пам’ятаєте, що ліпідну природу мають деякі біологічно активні речовини: стероїдні гормони, вітаміни групи D. Вони беруть участь у регуляції життєвих функцій організмів: обміну речовин у хребетних тварин і людини, процесу линяння у комах тощо.

Рис3- Будова фосфоліпідів Рис4-Розташування фосфоліпідів

Вуглеводи.

Вуглеводи – це сполуки, у яких співвідношення С, Н, О здебільшого відповідають формулі (СН2О), де n дорівнює трьом і більше. Проте є вуглеводи, в яких співвідношення зазначених елементів дещо інше, а деякі містять також атоми Нітрогену, Фосфору чи Сульфуру. У клітинах тварин і грибів вуглеводи містяться у незначній кількості (близько 1 % сухої маси, у клітинах печінки та м’язів – до 5 %), а в рослинних клітинах їхній вміст значно більший (до 60–90 %).

Будова і властивості вуглеводів.

Залежно від кількості мономерів, що входять до складу молекул, вуглеводи поділяють на моносахариди, олігосахариди та полісахариди.

Моносахариди здебільшого мають загальну формулу С O . Вони можуть містити від 3 до 10 атомів Карбону: тріози (3 атоми Карбону), тетрози (4), пентози (5), гексози (6) і так далі до декози (10). У природі найпоширенішігексози та пентози. Прикладами гексоз є глюкоза, фруктоза (мал. 8.1). Ці сполуки надають солодкого смаку плодам, меду, а глюкоза є дуже важливою складовою метаболізму. До пентоз, наприклад, належать рибоза і дезоксирибоза, що входять до складу відповідно рибонуклеїнових (РНК) і дезоксирибонуклеїнової (ДНК) кислот. Моносахариди добре розчиняються у воді.

Олігосахариди – полімерні вуглеводи, в яких 2–10 моносахаридних ланок з’єднані ковалентними (глікозидними) зв’язками. Зокрема, дисахариди утворені сполученням залишків двох молекул моносахаридів.

Рис5- Моносахариди глюкоза та фруктоза

Приклади дисахаридів: мальтоза (солодовий цукор) – складається з двох залишків глюкози; сахароза (буряковий або тростинний цукор) – складається із залишків глюкози і фруктози; лактоза (молочний цукор) – складається з глюкози та галактози; трегалоза (грибний цукор) – складається з двох залишків глюкози (мал. 8.2).

Рис6-Дисахариди.

Вони мають солодкий смак і добре розчиняються у воді.

Полісахариди – це біополімери, молекулярна маса деяких з них може сягати кількох мільйонів. Полісахариди відрізняються один від одного не тільки складом мономерів, а й довжиною та ступенем розгалуженості ланцюгів. Одні полісахариди складаються із залишків одного й того самого моносахариду, інші – різних.

Приклади полісахаридів: крохмаль, целюлоза, глікоген, пектин, лігнін, хітин та ін. (мал. 8.3, 8.4). Вони майже не розчиняються у воді і не мають солодкого присмаку.

Вуглеводи можуть вступати у зв’язок з іншими сполуками. Такі вуглеводи називають складними. Приклади: глюкопротеїди (сполуки вуглеводів з білками), гліколіпіди (сполуки вуглеводів з ліпідами).

Функції вуглеводів досить різноманітні (енергетична, резервна, будівельна, транспортна, захисна).

Енергетична функція. При розщепленні 1 г полісахаридів або олігосахаридів до моносахаридів виділяється 17,6 кДж теплової енергії. Вуглеводи відіграють провідну роль в енергетичному обміні: вони здатні як до окиснення, так і до розщеплення у безкисневих умовах. Це надзвичайно важливо для організмів, які мешкають в умовах дефіциту кисню (наприклад, паразити внутрішніх органів людини і тварин) або за його повної відсутності (анаероби, як-от дріжджі, деякі види бактерій).

Резервна функція. Полісахариди можуть відкладатись у клітинах про запас, найчастіше у вигляді зерен. У клітинах рослин накопичується крохмаль, тварин і грибів – глікоген (мал. 8.3). Ці запасні сполуки є резервом поживних речовин.

Будівельна (структурна) функція вуглеводів полягає в тому, що полісахариди входять до складу певних структур. Так, нітрогеновмісний полісахарид хітин міститься у зовнішньому скелеті членистоногих і клітинній стінці грибів; клітинні стінки рослин утворені з целюлози

Рис7Полісахариди

До складу надмембранних структур клітин тварин (глікокаліксу) і прокаріотів (клітинної стінки) входять вуглеводи, пов’язані з білками та ліпідами. Ці сполуки забезпечують з’єднання клітин між собою.

Особливі сполуки вуглеводів з білками (мукополісахариди) виконують в організмах хребетних тварин і людини функцію мастила.

Захисна функція. Полісахариди пектини здатні зв’язувати деякі токсини та радіонукліди, запобігаючи потраплянню їх у кров. Мукополісахарид гепарин запобігає зсіданню крові, підвищує проникність судин, стійкість організму до нестачі кисню (гіпоксії), впливу вірусів і токсинів, знижує рівень концентрації цукру у крові.

Амінокислоти.

Серед органічних сполук білки відіграють провідну роль. Вони часто переважають у клітинах і в кількісному відношенні: приміром, у клітинах тварин становлять до 40–50 % сухої маси, а рослин – до 20–35 %.

Будова білків. Білки – високомолекулярні нітрогеновмісні біополімери, мономерами яких є залишки амінокислот. Амінокислоти – це органічні кислоти, що містять аміногрупу (–NH₂), якій притаманні лужні властивості, та карбоксильну групу (–СООН) з кислотними властивостями. Ці групи, як і атом Гідрогену, зв’язані з одним і тим самим атомом Карбону.

Є у складі амінокислот й специфічні для кожної з них частини. Їх називають радикалами (R-групами). Загальна формула амінокислоти має вигляд:

Загалом у тканинах живих істот трапляється понад 100 амінокислот, але до складу білків входять лише 20 основних, які зустрічаються майже в усіх білках. Крім того, неосновні амінокислоти, кожна з яких – похідна однієї з основних, є компонентами лише окремих типів білків.

Наприклад, білок колаген, який входить до складу сполучної тканини, містить гідроксипролін (похідну амінокислоти проліну); у протромбіні (одному з білків, які відповідають за процес зсідання крові) знайдено карбоксиглутамінову кислоту (похідну глутамінової кислоти) тощо

Різні комбінації лише 20 амінокислот забезпечують нескінченну різноманітність білкових молекул (число можливих варіантів – близько 2 · 10¹⁸). Зокрема, в організмі людини трапляєть ся понад 5 млн. типів білкових молекул. Молекула кожного певного білка характеризується специфічними складом і послідовністю амінокислотних залишків, які надають їй неповторних функціональних властивостей.

Існують різні класифікації амінокислот. Зокрема, амінокислоти поділяють на замінні та незамінні. Замінні амінокислоти організму людини і тварин здатні синтезуватися з продуктів обміну речовин. Натомість, незамінні амінокислоти в організмах людини і тварин не утворюються, а надходять разом з їжею. Ці амінокислоти синтезують рослини, гриби, бактерії. Білки, які містять усі незамінні амінокислоти, називають повноцінними, на відміну від неповноцінних, до складу яких не входять окремі незамінні амінокислоти. Слід зазначити, що для різних видів тварин і людини набір незамінних амінокислот неоднаковий, до того ж він може змінюватися з віком. Наприклад, аргінін або гістидин – замінні для дорослих і незамінні для дітей. Відсутність або нестача однієї чи кількох незамінних амінокислот спричиняють негативний баланс Нітрогену в організмі, порушення біосинтезу білків, гальмування росту й розвитку.

Залишки молекул амінокислот у складі білків сполучені між собою міцним ковалентним зв’язком, який виникає між карбоксильною групою однієї амінокислоти та аміногрупою іншої. Цей тип зв’язку називають пептидним (від грец. пептос – зварений). Завдяки такому міцному зв’язку утворюється сполука, яка складається із залишків двох амінокислот – дипептид. Структури, які складаються з великої кількості залишків амінокислот (від 6–10 до декількох десятків), належать до поліпептидів (пептидний зв’язок позначено кольором):

Поліпептиди з високою молекулярною масою (від 6000 до кількох мільйонів) називають білками. Вони складаються з одного або декількох поліпептидних ланцюгів і можуть містити до кількох тисяч амінокислотних залишків.

Таб.2-Назви основних амінокислот

Назва амінокислоти часто відображає назву субстрату, з якого її було виділено, або певні властивості та ін. Наприклад, аспарагін вперше виявлено в рослині аспарагусі (холодок), гліцин названо завдяки солодкому присмаку (від грец. глікос – солодкий)

Нуклеотиди.

Нуклеїнові кислоти – складні високомолекулярні біополімери, мономерами яких є нуклеотиди. Число нуклеотидів у складі однієї молекули нуклеїнової кислоти може становити від 200 до 200 млн. Уперше нуклеїнові кислоти виявили в ядрі клітин, звідки й походить назва цих сполук (від лат. нуклеус – ядро). Але згодом ці сполуки виявили і в інших частинах клітини. Молекула нуклеотиду складається з трьох частин: залишків нітратної основи, п’ятивуглецевого моносахариду (пентози) та ортофосфатної кислоти (мал. 11.1).

Рис8- Будова нуклетиду

Залежно від виду пентози, що входить до складу нуклеотиду, розрізняють два типи нуклеїнових кислот: дезоксирибонуклеїнову (ДНК) і рибонуклеїнові (РНК). До складу ДНК входить залишок дезоксирибози, а РНК – рибози.

У молекулах ДНК і РНК містяться залишки різних нітратних основ. У молекулі ДНК – залишки аденіну (скорочено позначається літерою А), гуаніну (Г), цитозину (Ц) та тиміну (Т), у молекулі РНК – аденіну (А), гуаніну (Г), цитозину (Ц) та урацилу (У).

Отже, зверніть увагу: три типи нітратних основ для молекул ДНК і РНК спільні (нуклеотиди з аденіном, гуаніном і цитозином), натомість тимін міститься лише в молекулах ДНК, тоді як урацил – тільки в молекулах РНК (мал. 11.2)

Рис9-Схема будови нуклеїнової кислоти

Питання для контролю.

1. Чим органічні сполуки відрізняються від неорганічних?

2. Чим відрізняється характер розподілу жирових відкладень у тілі цих тварин?

3. Які речовини відносять до вуглеводів?

4. Які ви знаєте основні класи вуглеводів? Які їхні властивості?

5. Які вуглеводи називають простими, а які – складними?

6. Які основні функції вуглеводів в організмах різних істот?

7. Що спільного у фізико-хімічних властивостях і функціях вуглеводів і ліпідів та чим відрізняються ці сполуки?

Лекція

Макромолекули (білки і полісахариди), їх будова, властивості і функції.

План.

1. Білки

2. Полісахариди

3. Питання до лекції.

Література.

1. Полянський Ю.И., Браун А.Д., Верзилін Н.М. и др. Загальна біологія. Підручник для 9–10 кл. ср. шк/ Під ред. Ю.И. Полянського. 17-е вид., перероб. – М.: Просвещение, 1987.