2.Классификация элементов на макроэлементы и микроэлементы.

3.Биологическая роль ионов.

Содержание лекции:

Хотя почти все известные элементы встречаются в живых организмах, но их соотношение в живых и неживых объектах различны. Если в неживых объектах на нашей планете по числу атомов самые более распространенными являются О (63%), Сu (21,2%), А1 (6,5%), Na (2,4%), Fe (1 , 9%) и Са (1,9%), то в живых первые места по содержанию занимают Н (64%), B (25,6%), C (7,5%), N (1,25%) , Р (0,24%), S (0,06%). Такое отличие обусловлено ​​определенными особенностями элементов, которые преобладают в живых объектах. Это напрямую связано с их химическими и физическими свойствам. Так, кислород и водород образуют воду, которая является универсальным растворителем и средой, в которой происходят биохимические реакции. Наличие азота крайне важно для образования важнейших информационных молекул - ДНК и РНК. Фосфор участвует в образовании макроэргических связей, т.е. является важнейшим компонентом систем обеспечения клеток энергией. А Сера играет важную роль в формировании пространственного строения биологических молекул.

Если же взять, например, кремний, которого очень много на нашей планете, то он, как и Карбон, способен связываться с четырьмя другими атомами, но за больший диаметр своего атома, он хуже образует макромолекулярные цепочки.

Классификация элементов на макроэлементы и микроэлементы.

По содержанию в живых организмах химические элементы можно разделить на группы: органогенные, макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы.

Химические элементы в составе живых организмов:

макроэлементы		микроэлементы	ультромикроэлементы
Органогенные		от 0,001 до 0,000001% массы тела.	Меньше 0,000001% массы тела.
С, Н, О, N	Na, К, Мg, Са и Сl	Fe. Cu, Zn, Mn, Co, I, Mo, V, Ni, Cr, F, Se, B, As	U, Rs, Au, Hg, Se

Макроэлементы

К этой группе относят элементы, масса которых составляет от 10 до 0,001% массы тела. Они являются основной массой вещества живых организмов и участвуют в образовании их органических и неорганических соединений. С, Н, О, N входят преимущественно в состав органических соединений. Четыре элемента (С, Н, О, N), которые по общей массе и количеству атомов в органических соединениях значительно превышают все другие, называют органогенными. Na, К, Мg, Са и Сl в живых организмах чаще всего случаются в виде ионов.

Микроэлементы

К этой группе относят элементы, масса которых составляет от 0,001 до 0,000001% массы тела. Они входят в состав ферментов, гормонов и ряда других важных соединений. Например, I входит в состав гормонов щитовидной железы, а Fе - в состав гемоглобина. Некоторые из них имеют большое значение только для определенных систематических групп организмов. Так, бурые водоросли содержат много I, моллюски - много Сu, который входит в состав их дыхательных пигментов, а хвощи - много Si и Сr, которые выполняют защитные функции.

Ультрамикроэлементы

К этой группе относят элементы, масса которых не превышает 0,000001% массы тела. Их биологическая роль мало исследована. Скорее всего, они попадают в организм случайно в виде примесей в составе необходимых веществ. Однако в ряде случаев было отмечено их влияние на организм. Например, препараты, содержащие очень низкие концентрации Аu, установили профилактический эффект в отношении атеросклероза.

Проблемы, связанные с нарушением содержимого элементов.

Нарушение содержания химических элементов в живых организмах довольно часто приводит к негативным для них последствиям. Причиной негативных последствий может быть, как недостаток, так и избыток элемента. Так, недостаток I приводит у человека к нарушению работы щитовидной железы, а избыток тяжелых веществ (Нg, РЬ, Си, Аs т.д.) вызывает тяжелые отравления и нарушает работу печени и почек. Недостаток Fе у человека вызывает анемию, недостаток Р повышает ломкость костей, а его избыток вызывает поражение нервной системы. Дефицит N у растений подавляет их рост, вызывает пожелтение и опадение листьев и уменьшает урожайность. Дефицит Р также вызывает угнетение роста и изменение окраски листьев. Разнообразные нарушения развития растений из-за окраски их отдельных частей вызывает и дефицит таких элементов, как Fe, Мо, Са, Мg т.д.. Избыток Мn вызывает у растений пожелтение листьев, а недостаток В приводит к отмиранию краев листьев.

Воды в живых организмах содержится очень много. В большинстве случаев она составляет более половины массы живого организма, а иногда ее доля в организме составляет 95-99%. Все это обусловлено чрезвычайно большой ролью воды для жизнедеятельности живых организмов. И такое значение обусловлено особыми свойствами воды, которыми она обязана своему строению.

Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Эти атомы образуют полярные полюса молекулы (положительный полюс - атом водорода, а отрицательный полюс - атом кислорода). Существование полюсов делает возможным образование водородных связей, которые позволяют молекулам воды образовывать между собой и с другими веществами различные комплексы. Подобные комплексы молекул существенно повышают температуру кипения и таяния воды (по сравнению с похожими молекулами) и увеличивают ее теплоемкость. Они же делают воду очень хорошим растворителем и благоприятной средой для протекания целого ряда реакций.

Молекула воды в газообразном, жидком и твёрдом состоянии:

Важнейшими для живых организмов свойствами воды можно назвать следующие:

1. Вода является прекрасным растворителем для полярных и неполярных веществ, которые имеют заряженные участки.

2. Вода способна образовывать агрегатные группы молекул между своими молекулами и с молекулами других веществ. Это значительно усиливает силу поверхностного натяжения, что позволяет воде подниматься по капиллярам почвы и сосудах растений.

3. Из-за наличия между молекулами воды водородных связей ее испарение требует большого количества энергии, а в случае ее замерзания выделяется тепло. Поэтому наличие на нашей планете воды в трех агрегатных состояниях значительно смягчает ее климат. Кроме того, многие организмы использует испарения воды в условиях высоких температур для охлаждения своего организма.

4.Наибольшей плотности вода достигает при 4 ° С. Лед имеет меньшую плотность, чем вода. Поэтому зимой он размещается на поверхности водоемов и защищает организмы, которые в них живут, от переохлаждения.

5.Молекулы органических или неорганических веществ, которые являются полярными или имеют заряженные участки, легко взаимодействуют с молекулами воды и, соответственно, легко в ней растворяются. Такие вещества называют гидрофильными. Если же молекулы органических или неорганических веществ не являются полярными и не имеют заряженных участков, то они практически не взаимодействуют с молекулами воды и, соответственно, в ней не растворяются. Такие вещества называют гидрофобными.

6.Так как вода в жидком состоянии все же не имеет жесткой внутренней структуры, тепловое движение молекул приводит к постоянному перемешиванию молекул водного раствора. Это явление называют диффузией. Вследствие диффузии концентрации растворенных веществ в разных частях раствора выравниваются.

   7. Наличие в живых организмах биологических мембран приводит к появлению явления осмоса. Вследствие того, что биологические мембраны является полупроницаемой, через них не могут проходить крупные органические молекулы, но могут проходить молекулы воды. В случае, когда концентрация крупных молекул по разные стороны мембраны различна, молекулы воды начинают интенсивно перемещаться на ту сторону, где концентрация растворенных веществ является выше. Вследствие этого и выходит избыток веществ по одну сторону мембраны, что можно наблюдать в рассмотрении осмотического давления.

Осмотическое давление является очень важным для живых организмов. Благодаря ему возникает тургор (упругость растительных тканей) и происходит клеточный транспорт.

3.Биологическая роль ионов.

В живых организмах минеральные вещества могут быть представлены в рассмотрении ионов или нерастворимых солей. В виде ионов случаются катионы К +, Са2, Мg2 + и анионы Сl, НСО ~, Н2РО ~, C02 ~ и др.. Нерастворимыми веществами в живых организмах является Са2 (Р04) 2 и СаС03. Ряд живых организмов способен производить неорганические кислоты, например, хлорную и сульфатную.

Значение некоторых минеральных веществ для живых систем:

Минеральное вещество	Значение для живых организмов
Са	Кальций является основным структурным элементом костных тканей, влияет на проницаемость клеточных мембран, участвует в работе многих ферментных систем, передачи нервных импульсов, мышечном сокращении, играет важную роль во всех стадиях свертывания крови. В крови кальций содержится в неорганических соединениях и белковых комплексах. Его ионы, будучи имеющимися в различных белковых структурах, управляют функциями, жизненным циклом клеток. В растительной клетке кальций регулирует физико-химическое состояние цитоплазмы: поддерживает коллоидное состояние, определяет наряду с магнием и другими элементами кислотность среды. Благодаря стабильности состояния цитоплазмы наблюдается тургор растения, идет активный обмен и синтез соединений
К Cl	Калий входит в состав тканей растительных и животных организмов. Одною из важнейших функций калия является поддержание потенциала клеточной мембраны. Концентрация ионов калия влияет на осмотическое давление в клетках - давление раствора на полупроницаемую перепонку, отделяющую его от растворителя или раствора меньшей концентрации. Конкурентность между ионами калия и натрия обусловливает участие калия в регуляции кислотно-щелочного равновесия в организме Хлор в форме хлорид-аниона участвует в регуляции тургора в некоторых растениях. Перемещаясь вместе с Калием, он поддерживает в клетках электронейтральность. Однако содержание хлорида редко достигает такого высокого уровня, как содержимое калия. Известно также, что хлор стимулирует фотосинтетическое фосфорилирование, но его точная биохимическая роль в этом процессе еще не установлена
І	Основной физиологической ролью йода является участие в метаболизме щитовидной железы и гормонов, которые она производит. Недостаток йода приводит к возникновению характерных симптомов: слабости, пожелтение кожи, ощущение холода и сухости. Лечение тиреоидными гормонами или йодом устраняет эти симптомы. Недостаток тиреоидных гормонов может привести к увеличению щитовидной железы. В отдельных случаях образуется зоб. Недостаток йода особенно сильно отражается на здоровье детей - они отстают в физическом и умственном развитии. Избыток гормонов щитовидной железы приводит к истощению, нервозности, тремора, потери веса и повышенной потливости. Это связано с увеличением пероксидазной активности и, вследствие этого, с увеличением йодирования тиреоглобулином. Избыток гормонов может быть следствием опухоли щитовидной железы. Для лечения используют радиоактивные изотопы Йода, которые легко усваиваются клетками щитовидной железы
Хлоридная кислота	Производится в желудке позвоночных животных. Играет важную роль в процессах пищеварения

Контроль знаний и умений:

Дать ответы на вопросы:

1. Почему соотношение химических элементов в живых и неживых организмах разная?

2. Какие элементы и почему называют органогенными?

3. Какие элементы и почему называют макроэлементами?

4. Какие элементы и почему называют микроэлементами?

5. Какие элементы и почему называют ультрамикроэлементы? Почему Алюминий и Ферум вошли в состав микроэлементов, а не макроэлементов?

6.Какие минеральные вещества встречаются в живых организмах?

7.Как значение для живых организмов играет Кальций?

8.Какое значение для живых организмов играет Йод?

9.Как значение для живых организмов играет Магний?

Домашнее задание: Выучить конспект. Подготовить доклад, § 4-6, Лек.№ 2

Лекция №3

Тема: Органические вещества, их разнообразие и значение для существования живых существ. История изучения. Малые органические молекулы - липиды. Базовые понятия и термины: органические вещества, белки, жиры, липиды, углеводы, систематизация, реакции, практическое значение. План: 1.История изучения органических веществ. Формирование биохимии.

2.Направления исследований современной биохимии.

3. Общая характеристика органических веществ. Классификация.

4.Липиды. Общая характеристика. Классификация.

5.Функции простых и сложных липидов.

Содержание лекции:

1.История изучения органических веществ. Формирование биохимии. Химический состав живых организмов, вещества, входящие в их состав, и химические процессы, которые происходят в организмах, изучает наука биохимия.

К началу XIX века существовала общая уверенность, что жизнь не поддается физическим и химическим законам, характерным неживой природе. Считалось, что только живые организмы способны производить молекулы, характерные для них. Только в 1828 году Фридрих Велер опубликовал работу о синтезе мочевины, выполненный в лабораторных условиях, доказав, что органические соединения могут быть созданы искусственно. Это открытие нанесло серьезное поражение ученым-виталистам, которые исключали такую ​​возможность.

К тому времени уже существовал фактический материал для первичных биохимических законов, который накапливался в связи с практической деятельностью людей, направленной на изготовление еды и вина, получения пряжи из растений, очистки кожи от шерсти с помощью микробов, на изучение состава и свойств мочи и других выделений здорового и больного человека. После работ Велера постепенно начали устанавливаться такие научные понятия, как дыхание, брожение, ферментация, фотосинтез. Изучение химического состава и свойств соединений, выделенных из животных и растений, становится предметом органической химии (химии органических соединений). Начало биохимии также ознаменовался открытием первого фермента диастазы (сейчас известного как амилаза) в 1833 году Ансельмом Паеном. Сам термин «биохимия» был впервые предложен в 1882 году, однако считается, что широкое применения он приобрел после работ немецкого химика Карла Нойберга в 1903 году. К тому времени эта область исследований была известна как физиологическая химия. После этого времени биохимия быстро развивалась, особенно начиная с середины XX века, прежде всего благодаря разработке новых методов, таких как хроматография, рентгеноструктурный анализ, МР-спектроскопия, радиоизотопное мечение, электронная и оптическая микроскопия и, наконец, молекулярная динамика и другие методы вычислительной биологии. Эти методы позволили открыть и детального анализировать многие молекулы и метаболические пути клетки, такие как гликолиз и цикл Кребса.

2. Направления исследований современной биохимии. Сейчас биохимические исследования проводятся в трех направлениях, которые сформированы Майклом Шугаром. Биохимия растений исследует биохимию преимущественно автотрофных организмов, в том числе такие процессы как фотосинтез. Общая биохимия включает исследование, как растений, так и животных, и человека, а медицинская биохимия специализируется на биохимии человека и отклонениях биохимических процессов от нормы, в частности, в результате болезней. Белки были выделены в отдельный класс биологических молекул в XVIII веке в результате работ французского химика Антуана де Фуркруа и других ученых, у которых было отмечено свойство белков коагулировать при нагревании или под действием кислот.

К концу XIX века уже было исследовано большинство аминокислот, входящие ​​в состав белков. В 1894 году немецкий физиолог АльбрехтКоссель выдвинул теорию, что аминокислоты являются главными структурными элементами белков. В начале XX века немецкий химик Эмиль Фишер экспериментально доказал, что белки построены из остатков аминокислот, соединенных пептидными связями. После 1926 года также стала понятной центральная роль белков в организмах, когда американский химик Джеймс Самнер (впоследствии - лауреат Нобелевской премии) показал, что фермент уреаза также является белком. Идея о том, что вторичная структура белков образуется в результате формирования водородных связей между аминокислотами, была высказана Уильямом Астбери в 1933 году, но Лайнус Полинг считается первым ученым, который смог успешно предсказать вторичную структуру белков. Позже Волтер Каузман, полагаясь на работы Кая Линдерстрем-Ланга, внес весомый вклад в понимание законов образования третичной структуры белков и роли в этом процессе гидрофобных взаимодействий. В 1949 году Фред Сэнгер определил аминокислотную последовательность инсулина, продемонстрировав таким способом, что белки - это линейные полимеры аминокислот, а не разветвленные (как у некоторых сахаров) цепи, коллоиды или циклолы.

Особенностью исследований в начале XXI века является одновременное получение данных о белковом составе целых клеток, тканей или организмов – протеомика.

3. Общая характеристика органических веществ. Классификация. Основные органические вещества живых организмов можно разделить на следующие большие группы, как липиды, белки, углеводы и нуклеиновые кислоты и АТФ.

Органические соединения - это вещества, имеющие скелеты из ковалентно связанных атомов углерода способные присоединять атомы кислорода, Гидрогену. Изучением углерода и его соединений занимается отдельная отрасль химии - органическая химия. Карбон - один из самых уникальных элементов, который встречается в природе.

Карбон обладает уникальными свойствами, благодаря которым он является основным компонентом подавляющего большинства органических соединений:

1) Его атомы сравнительно малые и атомная масса невелика;

2) Способен образовывать четыре прочные ковалентные связи;

3) Образует углерод - углеродные связи, создавая, таким образом, длинные углеродные скелеты молекул в виде цепей или колец;

4) Образует кратные двойные связи;

Образует ковалентные связи с другими атомами (O, H, N, и др..). Это уникальное сочетание свойств обеспечивает чрезвычайное разнообразие органических молекул.

Чем еще определяется разнообразие органических соединений?

Она зависит от функциональных групп, входящих в эти соединения. Функциональная группа - это часть молекулы, имеет определенный химический состав и функции.

Органические вещества делятся на:

1) малые органические молекулы (мономеры): аминокислоты, глицерин, жирные кислоты, моносахариды, нуклеотиды;

2) макромолекулярные молекулы (биополимеры): белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты.

Макромолекулы построены из мономеров. Это относительно крупные структуры с высокой молекулярной массой. (Так, молекулярная масса белков составляет 5000 -1000000)

На биополимеры приходится около 90% сухой массы клетки.

Все эти вещества обычно представлены очень большими молекулами, в состав которых входят тысячи, десятки тысяч или даже миллионы атомов. Их мы можем назвать биополимерами, потому что состоят эти огромные молекулы из небольших компонентов, которые собраны в составе единой структуры.

Так, молекулы нуклеиновых кислот состоят из отдельных нуклеотидов, молекулы белков - из аминокислот, а молекулы олиго-и полисахаридов - из моносахаридов. Большинство липидов образуются из глицерина и жирных кислот. Помимо образования макромолекул малые биологические молекулы выполняют и различные специальные функции.

Особую группу органических веществ составляют биологически активные вещества, ферменты, гормоны, витамины. Они разнообразны по строению и способны влиять на обмен веществ и энергии в организме.

4. Липиды. Общая характеристика. Классификация. Липиды - это жироподобные или жирные вещества, которые могут быть экстрагированные из клеток с помощью неполярных растворителей (например, хлороформом). В состав молекул большинства липидов входят жирные кислоты и спирты. Липиды - это органические соединения с различной структурой, но общими свойствами: они нерастворимыми в воде, хорошо растворимы в неполярных органических растворителях. В живых организмах содержатся различные липиды, в частности фосфолипиды, жиры и стероиды т.д.. Из липидов распространенными и наиболее известными являются жиры. Содержание жира в клетке обычно невелико: 5-10% (от сухого вещества). Однако существуют клетки, в которых около 90% жира. У животных такие клетки содержатся, например, под кожей. Жир содержится в молоке всех млекопитающих. У некоторых растений большое количество жира сосредоточено в семенах и плодах (20-60), например, у подсолнечника, конопли, грецкого ореха. По химической структуре жиры являются сложными эфирами трёхатомного спирта глицерола и высокомолекулярных жирных кислот. Липиды традиционно делятся на простые и сложные. Простые состоят только из остатков жирных кислот (или альдегидов) и спиртов. Сложные липиды являются комплексом простых липидов с белками, углеводородами или производными фосфорной кислоты. Жирными называют карбоновые кислоты, содержащие в составе своей углеродной «цепочки» от четырех до двадцати четырех атомов углерода. Хотя они могут случаться у живых организмов и в свободном виде, но большинство представлены как компоненты липидов. Особенности строения этих кислот обеспечивают их важными для живых организмов свойствами. Они состоят из карбоксильной группы и углеводородного "хвоста". Карбоксильная группа позволяет реагировать со спиртами, образуя липиды, а углеводородный «хвост» обеспечивает гидрофобные свойства. Жирные кислоты могут быть насыщенными (имеют только одинарные связи между атомами углерода) или ненасыщенными (могут иметь один или несколько двойных связей между атомами углерода). Оба эти типа жирных кислот находятся в природных липидах. Из насыщенных жирных кислот в живых организмах часто содержится пальмитиновая, стеариновая или лауриновая. Из ненасыщенных жирных кислот в живых организмах часто содержится олеиновая, линолевая, линоленовая и арахидоновая (для человека последняя кислота является незаменимой). Чаще простые липиды жирные кислоты образуются из трехатомного спирта глицерина. Эту группу соединений называют триглицеридами. Группа восков образуется вследствие взаимодействия жирных кислот с одноатомными спиртами. Кроме того, в группу простых липидов включают стероиды и терпены, которые являются производными изопреновых и не содержат в своем составе жирных кислот. Жиры.

Триацилглицеролы - это природные органические соединения, которые являются посредником глицерола и жирных кислот. Триацилглицеролы являются формой накопления жиров в организме и одним из основных источников энергии, это самые распространенные из природных липидов.

Сравнение жиров:

По происхождению:
Животные	Растительные
По физическому составу: Твердые	жидкие
С высокой tпл.	и низкой tпл.
Насыщенные жирные к-ты	и не насыщенные

Калорийность жиров почти вдвое выше калорийности углеводов, поэтому они откладываются в организме животных как запасное питательное вещество. Жиры также служат для теплоизоляции и обеспечивают плавучесть. Масла чаще всего накапливаются в растениях (семена подсолнуха, кокосовой пальмы и др.). Фосфолипиды. Особенно важными жироподобными веществами являются фосфолипиды. Они, как и настоящие жиры, является эстерами глицерола и жирных кислот, но от настоящих жиров они отличаются тем, что содержат остаток ортофосфатнои кислоты. Фосфолипиды благодаря своему строению способны образовывать билипидный слой, являющийся основой биологических мембран. Из всех стероидов в организме человека в наибольшем количестве содержится холестерол. Стероидами также являются половые гормоны (эстрогены, прогестерон, тестостерон), витамин В. Воски используются животными и растениями как водоотталкивающие покрытия (пчелиные соты, покрытие перьев птиц, внешний покров листьев, плодов и семян некоторых растений) 5.Функции липидов:

Липиды очень широко представлены в живой природе и играют чрезвычайно важную роль в клетке и организме.

Строительная функция(структурная). Липиды участвуют в построении мембран всех органов и тканей, а также в образовании многих биологически важных соединений. Энергетическая функция. Липиды обеспечивают 25-30% всей энергии, необходимой для организма. В процессе полного распада 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии. Функция запасания питательных веществ. Жиры являются своеобразными «энергетическими консервами». Жировыми депо могут быть и капля жира внутри клетки и «жировое тело» у насекомых, и подкожная клетчатка у человека, в которой накапливается жир. Теплоизоляционная функция. Жиры плохо проводят тепло. Они откладываются под кожей, образуя в некоторых животных огромные скопления. Например, у кита слой подкожного жира достигает 1 м. Это позволяет теплокровным животным жить в холодных полярных водах. Защитная функция. Слой жира защищает нежные органы от ударов и сотрясений (например, околопочечная капсула, жировая подушка вокруг глаза). Жироподобные соединения покрывают тонким слоем листья растений, не давая им намокать во время сильных дождей. Гормональная функция(регуляторная). Большинство липидов являются предшественниками гормонов. Например, к липидам относятся половые гормоны человека и животных: эстрадиол (женский гормон) и тестостерон (мужской гормон). У многих млекопитающих существует специальная жировая ткань, которая выполняет преимущественно роль терморегулятора, своеобразного биологического «обогревателя». Эту ткань называют «бурым жиром». В ней вырабатывается энергия, имеющая для млекопитающих большое значение в условиях жизни при низких температура. Узнайте больше:

Из ненасыщенных жирных кислот в клетках человека и животных синтезируются такие регуляторные вещества, как простагландины. Они обладают широким спектром биологической активности: регулируют мускулатуры внутренних органов, поддерживают тонус сосудов, регулируют функции различных отделов мозга, например, центра терморегуляции. Повышение температуры тела при некоторых заболеваниях связано с усилением синтеза простагландинов и возбуждением центра терморегуляции. Широко применяемый в медицине аспирин тормозит синтез простагландинов и таким образом снижает температуру тела. Жир может быть поставщиком, так называемой эндогенной воды. Из 1 кг жира во время его окисления образуется около 1,1 л воды. Благодаря этой воде существует немало пустынных животных, например, песчанки, тушканчики. Жир, который накапливается в горбах верблюда, также является источником воды. Контроль знаний и умений:

Дать ответы на вопросы:

1.Какие группы органических веществ вы знаете? 2.Какие органические вещества называют моносахаридами, белками, липидами? 3.Какие бывают липиды? Которые их свойства? Функции? 4.Дайте толкование понятия биохимия. Домашние задание: пересказ конспекта, Лек. № 3

Лекция № 4

Тема: Малые органические молекулы: моносахариды. Макромолекулы: полисахариды, строение, свойства, роль в жизнедеятельности организма. Базовые понятия и термины: моносахариды, олигосахариды, полисахариды, запасная функция, структурная функция, целлюлоза, крахмал, гликоген, хитин.

План лекции:

1.Углеводы, их строение, классификация. Моносахариды: малые органические молекулы.

2.Основные функции моносахаридов.

3.Характеристика полисахаридов и олигосахаридов.

4.Особенности строения и функции олиго-и полисахаридов.

Содержание лекции:

1.Углеводы, их строение, классификация. Моносахариды: малые органические молекулы.

Название «углеводы» отражает тот факт, водород и кислород присутствуют в этих соединениях, как правило, в том же соотношении, что и в молекуле воды.

Углеводы - органические соединения, состоящие из атомов C, H, O. Углеводы являются или альдегидами, или кетонами, и в их молекулах всегда есть несколько гидроксильных групп.

Свойства углеводов зависит от функциональных групп, входящих в их состав.

Углеводы делятся (по количеству структурных единиц) на: простые сахара, моносахариды (мономеры) олигосахариды: дисахариды; полисахариды.

Углеводы по количеству атомов углерода: триозы, тетрозы, пентозы и т.д.

      Содержание углеводов в различных клетках:

У растений - 80-90% всей массы.

У животных -2 % массы тела.

В клетках листьев, семян, плодов - до 70%.

В клубнях картофеля - до 90%.

В клетках печени и мышц -5%.

Моносахариды, или простые сахара, являются органическими соединениями с общей формулой (СН20)n. У моносахаридов n может принимать значения от трех до семи. Все они имеют в своем составе гидроксильные группы, поэтому хорошо растворяются в воде. По количеству атомов углерода в молекуле моносахариды делятся на пять групп - триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и гептозы.

Основные функции моносахаридов

Моносахариды	Функции
Триозы (С3Н6О3)	Играют важную роль промежуточных продуктов в процессах дыхания и фотосинтеза
Тетрозы	В живых организмах случаются редко, преимущественно у некоторых прокариот
Пентозы	Входят в состав НК, принимают участие в синтезе некоторых коферментов, полисахаридов и макроэнергетических соединений (АМФ, АТФ, тд), в процессе фотосинтеза
Гексозы	Являются источником энергии, которая освобождается во время реакций окисления в процессе дыхания, входят в состав олиго- и полисахарид.
Гептозы	У растений сем.Толстянковых

3. Характеристика полисахаридов и олигосахаридов. Разделение на олигосахариды и полисахариды является количественным. Обе группы углеводов образуются путем объединения молекул моносахаридов в полимерные структуры. Если количество молекул моносахаридов в полимере является небольшой, то его относят к олигосахаридам. Если же количество молекул моносахаридов в составе полимера достигает сотен и тысяч, то его называют полисахаридом. Чаще всего в живых организмах встречаются дисахариды (образуются из двух молекул моносахаридов), трисахариды (состоят из трех молекул моносахаридов) и полисахариды (состоят из нескольких тысяч молекул моносахаридов).

Кроме того, способность моносахаридов образовывать как линейные, так и разветвлённые молекулы приводит к тому, что один моносахариды может образовать несколько различных полисахаридов, и эти полисахариды могут довольно сильно отличаться по своим свойствам.

Название вещества	Особенности строения	Функции
Сахароза	Дисахарид, состоит из остатков 2 молекул — глюкозы и фруктозы	Очень распространённое вещество,
Лактоза	Дисахарид, состоит из остатков 2 молекул- глюкозы и галактозы	В большом количестве содержатся в молоке млекопитов, могут входить в состав гликолипидов.
Мальтоза	Дисахарид, состоит из 2 молекул глюкозы	Основной структурный компонентный элемент ряда полисахаридов (например, крахмала и гликогена). содержатся в проросших семенах злаковых.
Трегалоза	Дисахарид, состоящий из остатков двух молекул глюкозы, но за другой способ их соединения, отличается по свойствам от мальтозы	Главный углевод гемолимфы многих видов насекомых. встречается в клетках ряда водорослей, грибов и высших растений
Раффиноза	Трисахарид, состоящий из остатков трех молекул - глюкозы, фруктозы и галактозы	Один из основных Запасающий углевод растений. В большом количестве это вещество содержат сахарная свекла и сахарный тростник
Инулин	Полисахарид, состоящий из остатков фруктозы	Запасающий полисахарид растений, откладывается в подземных органах представителей семьи Астровые и некоторых других семей
Крах­мал	Полисахарид, состоящий из остатков глюкозы. Состоит из полимерных молекул двух типов - линейной амилозы (приблизительно на 25%) и разветвленного амилопектина (примерно на 75%)	Основной резервный углевод большинства растений
Гликоген	Полисахарид, состоящий из остатков глюкозы. Имеет сильно разветвленные молекулы	Основной резервный углевод большинства животных и грибов
Целлюлоза	Полисахарид, состоящий из остатков глюкозы. В отличие от крахмала и гликогена молекулы целлюлозы образованы другим оптическим изомером глюкозы	Основной структурный полисахарид клеточных стенок растений и покровных структур некоторых животных (например, асцидий)
Хитин	Полисахарид, состоящий из остатков М-ацетил-Б-глюкоза-амина	Основной структурный полисахарид клеточных стенок большинства грибов, основание наружного скелета членистоногих

Все эти вещества, образованные остатками глюкозы. Однако их пространственное строение различно. Молекулы гликогена являются компактными сильно разветвленными структурами. Они не образуют прочных структур, но имеют большое количество «конечных» молекул глюкозы, которые расположены на кончиках. Ферменты животных если нужна энергия, начинают отрывать для использования именно «конечные» молекулы. Концов же в гликогене много, и, соответственно, мобилизация энергетических ресурсов происходит очень быстро. А для животных это имеет решающее значение, потому что их быстрые движения в трудном положении потребуют именно быстрой мобилизации энергетических резервов.

Для растений проблема быстрой мобилизации ресурсов является менее актуальной. А вот хранить линейные молекулы можно в более компактных структурах. Крахмал их вполне удовлетворяет. А целлюлоза вообще в первую очередь играет роль структурной вещества, ее линейные и очень длинные молекулы без разветвлений позволяют создавать чрезвычайно прочные и эффективные клеточные стенки. К тому же расщеплять эти молекулы, созданные из другого оптического изомера глюкозы, ферменты животных не могут. Для того чтобы процессы пищеварения растительной массы происходили более или менее эффективно, животным приходится использовать Прокариотические кишечные симбионты.

Контроль знаний и умений:

Дать ответы на вопросы:

1.Какие функции выполняет лактоза?

2.Из каких моносахаридов состоит раффиноза?

3.Живые организмы используют хитин?

4.Какие особенности строения гликогена позволяют ему эффективно выполнять свою функцию?

5.Как особенности строения целлюлозы позволяют ей эффективно выполнять?

Домашнее задание: § 8, выучить конспект, Лек.№ 4.

Лекция № 5

Тема: Малые органические молекулы: аминокислоты. Макромолекулы, белки, их строение, свойства; функции.

Базовые понятия и термины: аминокислоты, белки, катализаторы, ферменты; защитная, каталитическая, транспортная, запасающая и структурная функции.

План лекции: