Страница - 3

§4. Углеводы и липиды. Их свойства и функции

Описывать свойства и биологические функции углеводов и липидов

Вспомните, какова роль углеводов и жиров. Как можно обнаружить крахмал или жиры в тканях растений? В каких органах они встречаются?

Углеводы образуются в процессе фотосинтеза в клетках зеленых рас­тений. Самый распространенный углевод – глюкоза С₆Н₁₂О₆ (рис. 11). Именно она образуется в ходе фотосинтеза. Из глюкозы клетки растений могут синтезировать крахмал, сахар, целлюлозу или другие вещества. Глюкоза содержится в клетках как растений, так и животных. В крови человека ее около 0,12%.

Свойства и функции углеводов. Простые углеводы (моносахариды) хорошо растворимы в воде, имеют сладкий вкус и являются основным источником энергии, например глюкоза.

Если молекулы некоторых углеводов образованы двумя молекулами моносахаридов, их называют дисахаридами. Это, например, сахароза – свекловичный или тростниковый сахар или лактоза – сахар молока. Молекула сахарозы образуется из молекул глюкозы и фруктозы (рис. 12). Сахароза хорошо растворима в воде, но содержит больше атомов, чем глюкоза. Поэтому по ситовидным трубкам растений из листьев в корень и другие органы чаще транспортируется именно раствор сахарозы.

Сложные полимерные углеводы – полисахариды – образуются из множества одинаковых молекул глюкозы. К ним относятся крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин, муреин. Они не растворимы в воде и вы­полняют запасную или строительную (структурную) функции (рис. 13).

Крахмал – основной запасной углевод растений (семена, клубни кар­тофеля).

Гликоген – основной запасной углевод животных, человека (отклады­вается в печени, мышцах) и грибов.

Целлюлоза – основной структурный углевод растений (клеточная стенка – древесина).

Хитин – структурный углевод животных (наружный скелет члени­стоногих: раков, пауков и насекомых) и грибов (клеточная стенка).

Муреин – опорный полимер клеточной стенки бактерий.

Жиры и липиды. Их свойства и функции. В клетках животных и рас­тений содержатся жиры. Они состоят из одной молекулы трехатомного спирта глицерина и трех молекул жирных кислот (рис. 14). В среднем в

клетках растений содержится 5–15% жира от сухой массы. В клетках жировой ткани животных и человека содержание жира может достигать 90%.

Жиры бывают жидкими (у большинства растений) и твердыми (у боль­шинства животных). Жидкие растительные жиры называют маслами.

Жиры – запасной источник энергии. При их расщеплении выделяет­ся почти в 2 раза больше энергии, чем при расщеплении белков и углеводов.

Жиры не растворяются в воде и плохо проводят тепло.

Кроме жира в клетках содержатся жироподобные вещества – липиды. Сложные липиды, в молекулах которых одну жирную кислоту заменяет остаток фосфорной кислоты, называются фосфолипидами (рис. 15). Фос­фолипиды составляют основу клеточных мембран.

Жиры и липиды выполняют много других функций. Накапливаясь в подкожной жировой клетчатке некоторых животных (киты, моржи, тю­лени и др.), они выполняют функцию теплоизолятора. Для некоторых животных (медведь и др.) жировой запас, откладываемый под кожей, является источником энергии и воды в период зимней спячки. Ведь при окислении жиров образуется не только энергия, но и вода. Накопленный в горбах верблюдов жир помогает им переживать голод и жажду при переходах через пустыни.

Также жироподобные вещества могут быть витаминами, гормонами. Они покрывают нервные клетки, не давая нервному импульсу распро­страняться на соседние ткани, выполняют множество других функций.

Воски – группа жироподобных веществ с водоотталкивающими свойствами. При низких температурах воски твердеют, а при повышении температуры становятся более пластичными. У многих позвоночных животных и человека они могут образовываться в клетках жировой ткани, печени, мозга. У таких насекомых, как шмели и пчелы, они образуются в специальных восковых железах и используются для строительства сот и для защитного покрова на поверхности тела. У растений воски тоже образуются и могут покрывать листья, плоды, образуя восковой налет. Он защищает органы растений от пересыхания, ультрафиолета, бактерий и т. д.

Моносахариды, глюкоза, дисахариды, сахароза, лактоза, поли­сахариды, крахмал, целлюлоза, гликоген, хитин, муреин, жирные кислоты, глицерин, масла, липиды, фосфолипиды, воски.

Знание и понимание:

1. Приведите примеры простых углеводов.
2. Приведите примеры полимерных углеводов.
3. Приведите примеры жиров и липидов.

Применение:

1. Опишите свойства и функции простых углеводов.
2. Определите связь между полимерностью углеводов и их растворимо­стью в воде.
3. Сравните строение и состав жиров и липидов.

Анализ:

1. Проанализируйте количество энергии, выделяемой при распаде угле­водов и жиров.
2. Выскажите ваше мнение, почему именно нерастворимые вещества бу­дут запасными источниками энергии? Перечислите причины.
3. Докажите на примерах, что для каждого царства живых организмов существуют свои полисахариды.

Синтез:

1. Порассуждайте: если учесть, что жиры нерастворимы, а фосфорная кислота растворима, какова будет растворимость молекул фосфолипи­дов?
2. Систематизируйте по критериям различные группы углеводов и липидов.
3. Опишите роль полисахаридов.

Оценка:

1. Напишите реферат о роли и особенностях липидов, кроме тех, которые изложены в учебнике.
2. Выскажите свое мнение, оценив суждение: «Те, кто употребляет много углеводов, могут прибавить в весе за счет появления жировой ткани». Какие аргументы о молекулярном составе жиров и углеводов говорят в пользу этой теории?
3. Выясните, что такое «бурый жир», его роль в жизни животных. В ка­кие периоды он появляется у человека?

§5. Белки. Их свойства и функции

Описывать свойства и биологические функции белков

Вспомните, что такое белки. Каких органических веществ в клетке больше всего? Из каких компонентов состоят белки? Как связаны белки и ДНК? Что такое ген? Почему рибосомы есть во всех живых клетках?

Белки - это биополимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Всего в состав белков жи­вых организмов входят 20 видов аминокислот. При формировании молекулы белка аминокилоты соеди­няются химической связью в определенном поряд­ке. Этот порядок соединения аминокислот записан в ДНК и называется наследственной информацией. Каждый белок по своему строению уникален. Ведь 20 видов аминокислот могут соединяться в разной последовательности, и их количество может быть раз­ным (рис. 16).

Молекулы белков в различной комбинации могут составлять от нескольких аминокислот до тысяч. По­этому разнообразие белков бесконечно. Только в ор­ганизме человека встречается несколько миллионов типов белков.

Свойства и функции белков. Большинство белков хорошо растворимы в воде, поэтому свои биологические свойства они проявляют в водных растворах. Но есть и нерастворимые белки. Так, например, белок костей оссеин или белок связок, сухожилий и кожи коллаген не растворимы в воде. Ñвойства белков очень разнообразны. Это потому, что состав и ко­личество аминокислот в белках тоже разные.

Белки выполняют множество функций:

1. Строительная функция. Все живые организмы в основном состоят из белков. Белки входят в состав всех клеточных структур и составляют 80% от сухой массы клеток, или 20% от сырой массы, учитывая, что 70% в среднем занимает вода.

Растения и некоторые бактерии способны синтезировать все амино­кислоты из воды, углекислого газа и азотсодержащих веществ. Человек и животные получают аминокислоты только с пищей. Из них организмы строят собственные белки. Богаты белками мясо, рыба, яйца, молочные продукты, соя, бобы, горох и некоторые другие растения.

2. Ферментативная функция. В каждой живой клетке протекают сложные биохимические реакции. Одни поступившие в клетку вещества расщепляются. Другие, напротив, соединяются (образуются). Выделяю­щаяся при этом энергия используется, тратится или синтезируется. В общем, клетка работает, как гигантская химическая лаборатория, в ко­торой протекают одновременно сотни и тысячи разнообразных реакций. Высокую скорость и точность протекания реакций в живых клетках обе­спечивают белки-катализаторы, или ускорители реакций, – ферменты.

Каждый фермент катализирует одну, реже – несколько реакций. На­пример, фермент желудочного сока человека пепсин расщепляет только белки пищи. А на жиры и углеводы он не действует. Другие ферменты расщепляют только определенные углеводы, а на жиры или белки они не действуют. Такая специфичность белков-ферментов обеспечивает пре­дельную точность процессов.

3. Энергетическая функция белков такая же, как и углеводов.

Белки выполняют и множество других функций.

Регуляторная функция. Регуляторами физиологических процессов в организме являются гормоны. Часть гормонов человека и животных (но не всех) является белками. Например, гормон поджелудочной железы инсулин активизирует в клетках печени фермент, синтезирующий гли­коген. Так понижается уровень глюкозы в крови. Она превращается в гликоген печени.

Защитная функция белков заключается в обеспечении иммунитета. В организме человека и животных вырабатываются защитные белки – антитела. Они подавляют жизнедеятельность болезнетворных микро­организмов. Кроме того, такие белки, как фибриноген, участвуют в про­цессе свертывания крови, предупреждая ее потери.

Механическую функцию выполняют белок костей оссеин и сухожи­лий – коллаген.

Сократительную функцию выполняют белки мышц актин и миозин.

Транспортную функцию выполняет белок гемоглобин. Находясь в крови, он переносит кислород и углекислый газ.

Пигментную функцию выполняют белки, имеющие цвет. Например, меланин кожи, волос, радужной оболочки глаз.

Белки выполняют и многие другие функции. Например, сигнальную, теплоизоляционную, токсическую.

Знание и понимание:

1. Дайте определение понятию «белки».
2. Что такое аминокислоты?
3. Сколько аминокислот входит в состав белков живых организмов?

Применение:

1. Опишите функции разных белков человека.
2. Определите три основные функции белков в организме.
3. Объясните, почему белки являются нерегулярными биополимерами.

Анализ:

1. Проанализируйте роль каждого из перечисленных белков: коллаген, фибрин, пепсин, гемоглобин, оссеин, инсулин, меланин, актин, мио­зин.
2. Изобразите в виде схемы процесс обмена белков от поступления их в организм с пищей (через образование собственных белков) до их ста­рения и разложения с получением энергии. По возможности укажите ферменты и органоиды.
3. Выскажите ваше мнение о причинах бесконечного разнообразия бел­ков.

Синтез:

1. Систематизируйте по критериям разные функции белков у разных ор­ганизмов.
2. Напишите эссе о сигнальной, теплоизоляционной и токсической роли белков.

Оценка:

1. Оцените выражение: «ДНК управляет жизнью клетки через реализа­цию определенных ферментов, в определенное время, при определен­ных обстоятельствах».
2. Выскажите свое мнение, почему в микроскопической клетке одновре­менно происходят сотни и даже тысячи разнообразных химических реакций, и при этом клетка не «взрывается», т. е. продукты этих ре­акций не вступают в хаотичное взаимодействие друг с другом.
3. Известно, что у белков 20 разных видов мономеров, а в молекулах ДНК – всего 4. Почему?

Дискуссия:

Почему ДНК определяет наличие белков в клетке, а не наоборот?