Малі органічні молекули: ліпіди, моносахариди, амінокислоти, нуклеотиди, їх будова, властивості, роль в життєдіяльності організмів.

Цілі заняття: ознайомити студентів із різноманіттям і функціями малих органічних молекул; проаналізувати особливості будови й хімічні властивості малих органічних молекул, які дозволяють їм ефективно виконувати свої функції; звернути увагу на значення малих органічних молекул для життєдіяльності живих організмів; розглянути процеси утворення з малих органічних молекул макромолекул, ознайомити студентів із різноманіттям і функціями ліпідів; проаналізувати особливості будови й хімічні властивості ліпідів, які дозволяють їм ефективно виконувати свої функції; звернути увагу на значення ліпідів для життєдіяльності живих організмів.

Обладнання й матеріали: таблиці, які ілюструють особливості

будови, різноманіття та функції малих органічних молекул і процеси утворення макромолекул, таблиці, які ілюструють особливості будови, різноманіття та функції ліпідів або мультимедійний проектор чи інтерактивна дошка, на яких ці таблиці можна демонструвати; моделі малих органічних молекул; підручники біології.

Базові поняття й терміни: моносахариди, амінокислоти, нуклеотиди, вуглеводи, ліпіди, білки, нуклеїнові кислоти, ліпіди, жири, жирні кислоти, гліцерин,воски, тригліцериди, стероїди, терпени, мембрани, гормони.

Основні органічні речовини живих організмів можна розділити на такі великі групи, як ліпіди, білки, вуглеводи й нуклеїнові кислоти. Усі ці речовини зазвичай представлені дуже великими молекулами, до складу яких входять тисячі, десятки тисяч або навіть мільйони атомів. Але всіх їх ми можемо назвати біополімерами, бо складаються ці величезні молекули з невеликих компонентів, які зібрані у складі єдиної структури.

Так, молекули нуклеїнових кислот складаються з окремих нуклеотидів, молекули білків - з амінокислот, а молекули оліго- та полісахаридів - з моносахаридів. Більшість ліпідів утворюються з гліцерину й жирних кислот, але їх буде розглянуто окремо. Крім утворення макромолекул малі біологічні молекули виконують і різноманітні спеціальні функції.

Моносахариди, або прості цукри, є органічними сполуками із загальною формулою (СН₂О)_n. У моносахаридів n може приймати значення від трьох до семи. Усі вони мають у своєму складі гідроксильні групи, тому добре розчиняються у воді. За кількістю атомів Карбону в молекулі моносахариди поділяють на п’ять груп - тріози, тетрози, пентози, гексози й гептози.

Нуклеотиди є мономерами нуклеїнових кислот, які складаються з моносахариду пентози (рибоза в молекулах РНК і дезоксирибоза в молекулах ДНК), залишку фосфатної кислоти й азотистої основи. З цих основ до складу РНК входять аденін (А), гуанін (Г), урацил (У) і цитозин (Ц), а до складу ДНК- аденін (А), гуанін (Г), тимін (Т) і цитозин (Ц). Крім того, що нуклеотиди є мономерами нуклеїнових кислот, вони відіграють роль коферментів, без яких не може працювати цілий ряд важливих ферментів. Ще одна функція нуклеотидів утворення макроергічних сполук шляхом приєднання залишків ортофосфатної кислоти. Саме в такій формі зберігається і використовується енергія, яку отримують з їжею чи виробляють шляхом фотосинтезу чи хімічних реакцій живі організми. Циклічні форми нуклеотидів відіграють важливу роль у регуляції цілого ряду процесів у клітинах та організмі в цілому.

Амінокислоти - це група карбонових кислот, до складу яких крім карбоксильної групи входять одна або кілька аміногруп. В утворенні білкових молекул беруть участь лише так звані α-аминокислоти, в яких і карбоксильна й аміногрупа знаходяться біля одного атома Карбону. їх загальна формула H₂N- СНR - СООН, де R - це амінокислотний радикал. Усього для утворення білків живі організми використовують двадцять амінокислот, тобто існує двадцять варіантів амінокислотного радикала.

Під час взаємодії між карбоксильною групою однієї амінокислоти й аміногрупою іншої утворюється так званий пептидний зв’язок, а подальше збільшення цього ланцюга призводить до утворення молекули білка (пептиду). До речі, деякі амінокислоти організм людини не здатен синтезувати самостійно. Такі амінокислоти називають незамінними. Вони можуть надходити до організму людини лише з їжею. Незамінними амінокислотами є валін,лейцин, ізолейцин, треонин, лізин, метіонін, фенілаланін, триптофан.

Ліпіди - це олієподібні або жирні речовини, які можуть бути екстраговані з клітин з допомогою неполярних розчинників (наприклад, хлороформом). До складу молекул більшості ліпідів входять жирні кислоти і спирти.

Ліпіди традиційно поділяють на прості та складні. Прості складаються тільки із залишків жирних кислот (або альдегідів) і спиртів. Складні ліпіди є комплек-сами простих ліпідів із білками, вуглеводнями або похідними ортофосфатної кислоти.

Жирними називають карбонові кислоти, які містять у складі свого вуглеводного "ланцюжка" від чотирьох до двадцяти чотирьох атомів Карбону. Хоча вони можуть траплятися в живих організмах і у вільному стані, але переважно представлені як компоненти ліпідів. Особливості будови цих кислот надають їм важливих для живих організмів властивостей. Вони складаються з карбоксильної групи й вуглеводневого "хвоста". Карбоксильна група дозволяє реагувати зі спиртами, утворюючи ліпіди, а вуглеводневий "хвіст" надає гідрофобних властивостей. Жирні кислоти можуть бути насиченими (мають лише одинарні зв’язки між атомами Карбону) або ненасиченими (можуть мати один або кілька подвійних зв’язків між атомами Карбону). Обидва ці типи жирних кислот трапляються в природних ліпідах. Із насичених жирних кислот у живих організмах часто міститься пальмітинова, стеаринова або лауринова. Із нена -сичених жирних кислот у живих організмах часто міститься олеїнова, лінолева, ліноленова й арахідонова (для людини остання кислота є незамінною).

Найчастіше прості ліпіди жирні кислоти утворюють із триатомним спиртом гліцерином. Цю групу сполук називають тригліцеридами. Група восків утворюється внаслідок взаємодії жирних кислот з одноатомними спиртами. Крім того, до групи простих ліпідів включають стероїди й терпени, які є похідними ізопренів і не містять у своєму складі жирних кислот.

Тригліцериди є основним енергетичним резервом більшості тварин. На одиницю маси вони запасають удвічі більше енергії, ніж вуглеводи. А це дуже важливо для тварин, яким зайва маса енергетичних запасів може заважати рухатися. Тригліцериди у тварин запасаються у спеціальній жировій тканині (це різновид сполучної тканини). Зберігаються вони всередині клітин у вигляді жирових крапельок. Крім запасання енергій жирова тканина теплокровних тварин виконує ще й важливу термоізоляційну функцію. Вона дуже ефективно зберігає тепло й дозволяє ссавцям і птахам цілком комфортно почувати себе в холодних водах Арктики й Антарктики.

Воски виробляються багатьма рослинами, утворюючи на поверхні їх листків і плодів захисний шар. Серед тварин їх широко використовують не лише комахи, а й хребетні тварини. У них ці сполуки синтезують шкірні залози, які таким чином пом’якшують шкіру й захищають її від води. До того ж воски успішно виробляє і використовує цілий ряд морських організмів.

До групи стероїдів і терпенів відносять холестерин, який надає жорсткості клітинним мембранам, ряд гормонів (тестостерон, естроген), вітамінів (вітаміни А та D) і захисних речовин (основою живиці хвойних є саме терпени).

Прикладами складних ліпідів можуть бути фосфоліпіди, гліколіпіди та ліпопротеїди. До складу фосфоліпідів крім гліцерину й жирних кислот входить залишок ортофосфатної кислоти. Наявність цього залишку сприяє формуванню різних властивостей у двох кінців молекули ліпіду. Залишки жирних кислот утворюють довгий «хвіст» молекули з яскраво вираженими гідрофобними властивостями. А от залишок ортофосфатної кислоти утворює на протилежному кінці молекули від’ємний заряд, що надає цій ділянці (її називають полярною «голівкою») гідрофільних властивостей. До залишку ортофосфатної кислоти може приєднуватися ще одна молекула спирту, що спричиняє виникнення великого різноманіття форм фосфоліпідів.

Фосфоліпіди відіграють важливу роль у функціонуванні клітинних мембран, взаємодіють з рядом білків-рецепторів і беруть участь у транспорті деяких речовин крізь мембрану.

Гліколіпіди у своєму складі частіше за все мають галактозу або її похідні, хоча трапляються й інші представники вуглеводів. їх найважливіша функція в мембранах клітин - утворення рецепторних структур. Ліпопротеїди утворюються внаслідок асоціації ліпідів зі специфічними білками. Вони трапляються в біологічних мембранах, мієлінових оболонках нервів, хлоропластах та, у вільному вигляді, у плазмі крові (де виконують транспортні функції).

На завершення слід розглянути групу ліпідів у цілому і з’ясувати головні функції, які ці сполуки виконують у живих організмах.

- Структурна - ліпіди є основою клітинних мембран та основною складовою жирової тканини.

- Енергетична - ліпіди є одним з основних джерел енергії у тварин і ряду рослин, крім того, як вітаміни вони беруть участь у цілому ряді реакцій обміну речовин.

- Запасаюча - ліпіди дозволяють організмам ефективно запасати енергію, крім того, вони можуть бути джерелом ендогенної води, яка утворюється внаслідок їх окиснення.

- Захисна - ліпіди у складі мембран захищають уміст клітин від потрапляння шкідливих речовин і втрати корисних, а жирова тканина захищає організм від утрати тепла й пошкоджень внутрішніх органів під час ударів; деякі ліпіди є захисними речовинами, що захищають організм від проникнення паразитів і збудників захворювань.

- Регуляторна - ліпіди утворюють важливі гормони, які регулюють життєдіяльність організмів.

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: