Підручник з Біології і екології (рівень стандарту). 10 клас. Андерсон - Нова програма

§ 17. Вуглеводи та ліпіди

Який вуглевод утворюється внаслідок фотосинтезу?

Які вуглеводи запасаються в клітинах рослин, тварин і грибів?

Зміст цього розділу охоплює питання обміну речовин і перетворення енергії, тому необхідно згадати особливості будови, властивості та біологічну роль органічних сполук. Розпочнемо з вуглеводів і ліпідів.

Будова, властивості та біологічна роль вуглеводів. Масова частка вуглеводів у живій природі більша, ніж інших органічних сполук. У клітинах тварин і грибів вуглеводи містяться в незначній кількості (близько 1 % сухої маси, у клітинах печінки та м’язів - до 5 %), натомість у рослинних клітинах їх вміст значно більший (60 90 %).

Вуглеводи утворюються переважно в результаті фотосинтезу. Гетеротрофні організми отримують вуглеводи з їжі або ж синтезують їх з інших органічних сполук (жирів, амінокислот тощо).

Вуглеводи - це органічні сполуки, у яких співвідношення атомів Карбону, Гідрогену, Оксигену здебільшого відповідає формулі (СН2O) , де n = 3 й більше.

Проте є вуглеводи, у яких це співвідношення дещо інше, а деякі містять також атоми Нітрогену, Фосфору чи Сульфуру. До вуглеводів належать моносахариди, олігосахариди й полісахариди.

Моносахариди - вуглеводи, які не розщеплюються на простіші вуглеводи, добре розчинні у воді, мають солодкий смак. Розглянемо будову молекули моносахаридів на прикладі глюкози. Її молекулярна формула С6Н12O6 (рис. 76).

Рис. 76. Будова молекули глюкози: а - структурна формула; б - масштабна модель

Поясніть значення глюкози у функціонуванні організму людини.

Моносахариди класифікують за кількістю атомів Карбону в їхніх молекулах. Найбільш важливими для живої природи є пентози (сполуки з п’ятьма атомами Карбону) та гексози (сполуки з шістьма атомами Карбону). Поширеними гексозами, окрім глюкози, є фруктоза та галактоза. З пентоз поширені рибоза та дезоксирибоза, залишки яких входять до складу мономерів нуклеїнових кислот. Моносахариди здатні сполучатися між собою за допомогою - ОН-груп. За таких умов утворюється хімічний зв’язок між двома залишками моносахаридів через атом Оксигену (-О-).

Олігосахариди та полісахариди складаються із залишків моносахаридів.

Олігосахариди - полімерні вуглеводи, у яких 2-10 моносахаридних ланок з’єднані ковалентними зв’язками. Наприклад, дисахариди утворені двома залишками моносахаридів (рис. 77). У природі поширені такі дисахариди: звичайний харчовий цукор - сахароза (складається із залишків глюкози й фруктози) та молочний цукор - лактоза (складається із залишків глюкози й галактози) (рис. 78).

У результаті взаємодії моносахаридів можуть формуватися ланцюжки в сотні й тисячі залишків - полісахариди. Ці сполуки погано розчинні у воді та не мають солодкого смаку. У природі поширені полісахариди, утворені із залишків глюкози: целюлоза, глікоген і крохмаль (пригадайте, це гомо- чи гетерополімери). Інший поширений у природі полісахарид - хітин - складається з нітрогеновмісних похідних глюкози.

Функції вуглеводів досить різноманітні. Енергетична функція зумовлена тим, що внаслідок повного розщеплення 1 г вуглеводів вивільняється 17,6 кДж енергії. Частина цієї енергії забезпечує функціонування організму, а частина виділяється у вигляді теплоти. Найбільша кількість енергії вивільняється внаслідок окиснення вуглеводів киснем, проте розщеплення вуглеводів з виділенням енергії може відбуватися й за його відсутності.

Рис. 77. Схема утворення дисахариду на прикладі сахарози

Рис. 78. Будова молекули сахарози. Масштабна модель

Згадайте, як людина використовує сахарозу.

Це важливо для організмів, які існують в умовах нестачі або відсутності кисню (пригадайте таких тварин).

Полісахариди можуть накопичуватися в клітинах, тобто виконувати резервну функцію. У клітинах тварин і грибів накопичується глікоген, у клітинах рослин - крохмаль. Будівельна (структурна) функція вуглеводів полягає в тому, що полісахариди входять до складу певних структур. Так, хітин формує зовнішній скелет членистоногих і міститься в клітинній стінці грибів, а целюлоза - у клітинній стінці рослин. Вуглеводи, пов’язані з білками та ліпідами, розташовуються ззовні плазматичної мембрани тваринної клітини та клітинної стінки бактерій. Особливі сполуки вуглеводів з білками (мукополісахариди) виконують в організмах хребетних тварин і людини функцію мастила - вони входять до складу рідини, що змащує поверхні суглобів та слизових оболонок.

Ланцюги полісахаридів можуть лінійно розташовуватися в просторі або ж розгалужуватися, що пов’язано з їхніми функціями. Ланцюги полісахаридів, які входять до складу клітинних стінок, з’єднуються численними зв’язками між собою, що забезпечує міцність і хімічну стійкість цих речовин. Натомість більшість полісахаридів, що є резервними речовинами тваринних і рослинних клітин, мають численні розгалужені ланцюги, унаслідок чого в клітині ці молекули швидко розщеплюються до глюкози в багатьох точках одночасно (рис. 79).

Будова, властивості та біологічна роль ліпідів. До складу кожної клітини організму входять ліпіди.

Ліпіди - це похідні жирних кислот і багатоатомних спиртів або альдегідів, які погано розчиняються у воді. Жирними кислотами є органічні кислоти з ланцюгом від чотирьох атомів Карбону, зазвичай нерозгалуженим. Деякі ліпіди мають дещо іншу будову.

Рис. 79. Будова полісахаридів

Проаналізуйте особливості будови крохмалю та целюлози.

Який з полісахаридів забезпечує структурну функцію, а який є резервною речовиною? Поясніть значення цих полісахаридів у життєдіяльності зображеного організму.

Ліпіди гідрофобні, але добре розчиняються в неполярних розчинниках: бензені, хлороформі, ацетоні. Велику групу ліпідів становлять жири. Жири - естери трьохатомного спирту гліцеролу й трьох залишків нерозгалужених жирних кислот (рис. 80). Одна з найважливіших функцій жирів - енергетична. У разі повного розщеплення 1 г жирів виділяється 38,9 кДж енергії - удвічі більше, ніж за повного розщеплення аналогічної кількості вуглеводів або білків. Резервна функція полягає в тому, що жири містяться в цитоплазмі клітин у вигляді включень - у клітинах жирової тканини, насіння соняшника тощо (рис. 81). Запаси жирів можуть використовуватись організмами як джерело енергії та як метаболічне джерело води (за окиснення 1 г жирів утворюється майже 1,1 мл води). Накопичуючись у підшкірній жировій клітковині тварин, жири захищають організм від дії різких змін температури, виконуючи теплоізоляційну функцію. Ця функція жирів зумовлена їхньою низькою теплопровідністю. Запаси жирів в організмі можуть виконувати й захисну функцію. Зокрема вони захищають внутрішні органи від механічних ушкоджень. Подібними до жирів за будовою сполуками є воски, шар яких вкриває листки та плоди наземних рослин, поверхню хітинового скелета багатьох членистоногих, запобігаючи надлишковому випаровуванню води з поверхні тіла. Окрему групу ліпідів утворюють стероїди. Найважливішим стероїдом організму тварин є холестерол - складова клітинних мембран, а також попередник для синтезу вітаміну D, гормонів надниркових і статевих залоз, які забезпечують регуляторну функцію. Поміж ліпідів є сполуки, що утворені в результаті взаємодії молекул простих ліпідів з іншими речовинами. До них належать ліпопротеїди (сполуки ліпідів і білків), гліколіпіди (ліпідів і вуглеводів), фосфоліпіди (містять залишки ортофосфатної кислоти). Фосфоліпіди є основою біологічних мембран і виконують будівельну функцію.

Рис. 80. Будова молекули жиру

а - структурна формула б - масштабна модель

Рис. 81. Органічні речовини в насінні соняшника

Велика кількість ненасичених жирних кислот, що є важливим компонентом їжі людини, міститься в рослинних оліях - соняшниковій, оливковій, конопляній.

Проаналізуйте діаграму. Укажіть співвідношення органічних речовин у насінні соняшника.

1. Дайте означення понять вуглеводи й ліпіди.

2. Наведіть приклади вуглеводів.

3. Які речовини належать до ліпідів?

4. Схарактеризуйте біологічну роль вуглеводів і ліпідів.

5. Обґрунтуйте взаємозв’язок властивостей жирів та їхніх функцій.

6. На прикладі будови полісахаридів поясніть взаємозалежність будови та функції.

7. Порівняйте енергетичне та пластичне значення вуглеводів і ліпідів.