Підручник з Біології і екології. 10 клас. Остапченко - Нова програма

§ 17. БУДОВА ТА БІОЛОГІЧНА РОЛЬ ВУГЛЕВОДІВ І ЛІПІДІВ

Пригадайте будову цитоплазматичної мембрани. Які угруповання у складі молекул називають полярними, а які — неполярними? Які полісахариди запасаються в клітинах різних представників водоростей і вищих рослин?

Будова та властивості вуглеводів. Залежно від молекулярної маси вуглеводи поділяють на моносахариди, олігосахариди та полісахариди. Моносахариди, або прості цукри, за кількістю атомів Карбону поділяють на тріози (3 атоми), тетрози (4), пентози (5), гексози (6) і так далі до декоз (10). У природі найпоширеніші гексози, а саме — глюкоза та фруктоза. Солодкий смак ягід, меду залежить від вмісту в них цих сполук. З пентоз найбільш відомі рибоза та дезоксирибоза, що входять до складу, відповідно, рибонуклеїнової (РНК) та дезоксирибонуклеїнової (ДНК) кислот.

Олігосахариди — полімерні вуглеводи, у яких кілька моносахаридних ланок з’єднані між собою ковалентними (глікозидними) зв’язками. Вони, так само як і моносахариди, мають приємний солодкий смак і добре розчиняються у воді.

Полісахариди — вуглеводи з високим ступенем полімеризації, молекулярна маса деяких з них може сягати кількох мільйонів (крохмаль, целюлоза, глікоген та ін.). Полісахариди майже не розчиняються у воді й не мають солодкого смаку.

Основні функції вуглеводів в організмах — енергетична, будівельна, захисна та резервна.

Енергетична функція. Полісахариди та олігосахариди розщеплюються в організмі до моносахаридів з наступним окисненням їх до СО2 і Н2О. При повному розщепленні 1 г вуглеводів вивільняється 17,6 кДж енергії. Будівельна (структурна) функція вуглеводів полягає в тому, що вони входять до складу надмембранних структур клітин. Так, у глікокаліксі (мал. 17.1) є олігосахаридні ланцюги, які входять до складу глікопротеїдів і гліколіпідів. Ці речовини забезпечують і з’єднання клітин між собою. Целюлоза входить до складу клітинної оболонки клітин рослин і грибів. Нітрогеновмісний полісахарид хітин міститься в зовнішньому скелеті членистоногих і клітинній оболонці справжніх грибів. Особливі сполуки вуглеводів і білків (мукополісахариди) виконують в організмі тварин і людини функцію своєрідного мастила, зокрема, вони входять до складу рідини, що змащує суглобові поверхні.

Мал. 17.1. Глікокалікс — надмембранний комплекс клітин тварин: а — плазматична мембрана; б — глікокалікс

Захисна функція. Полісахарид пектин здатний зв’язувати деякі токсини та радіонукліди, які не потрапляють у кров, а виводяться з організму. Мукополісахарид гепарин запобігає підвищеній здатності крові зсідатися. Крім того, він підвищує проникність судин, стійкість організму до нестачі кисню (гіпоксії), впливу вірусів і токсинів, знижує рівень цукру в крові.

Резервна функція. Полісахариди можуть відкладатись у клітинах про запас, найчастіше у вигляді зерен (мал. 17.2, 1). У клітинах рослин відкладається крохмаль, у клітинах тварин і грибів — глікоген. Ці запасні сполуки є резервом поживних речовин та енергії.

Мал. 17.2. Резервні речовини в клітинах: 1 — зерна крохмалю в клітинах бульб картоплі; 2 — резервний жир у вигляді краплини (а) в клітині жирової тканини

Ліпіди — переважно гідрофобні органічні сполуки, які можна екстрагувати неполярними розчинниками (етер, хлороформ, ацетон та ін.). Більшість ліпідів — це похідні вищих жирних кислот і спиртів. Серед ліпідів розрізняють прості та складні. До простих ліпідів належать речовини, які складаються лише із залишків жирних кислот (або альдегідів) і спиртів, наприклад жири, воски тощо. Складні ліпіди — це сполуки ліпідів з вуглеводами (гліколіпіди), похідними ортофосфатної кислоти (фосфоліпіди), комплекси ліпідів з білками (ліпопротеїди) тощо.

Серед простих ліпідів найпоширеніші нейтральні жири — складні етери високомолекулярних жирних кислот і трьохатомного спирту гліцеролу (мал. 17.3). У середньому їхній вміст становить від 5 до 15 % сухої маси клітин. Підвищений вміст жирів (до 90 %) характерний для клітин нервової тканини, печінки, нирок, підшкірної клітковини, жирового тіла членистоногих. У деяких рослин жирів багато в насінні та плодах (соняшник, волоський горіх, маслина тощо).

Мал. 17.3. Просторова модель будови молекули жиру

Функції та властивості ліпідів. Прості ліпіди є гідрофобними сполуками, що не розчиняються у воді. Основна функція цих сполук — енергетична. За повного розщеплення 1 г жирів виділяється 38,9 кДж енергії, тобто вдвічі більше, ніж за повного розщеплення такої самої кількості вуглеводів або білків, а також утворюється майже 1,1 г води. Саме завдяки запасам жиру деякі тварини протягом певного часу можуть існувати без надходження води іззовні.

Запам'ятаємо

Воду, яка утворюється в організмах тварин під час окиснення жирів і вуглеводів, що містяться в їжі, називають метаболічною.

Захисна функція ліпідів полягає в захисті внутрішніх органів від механічних пошкоджень (наприклад, нирки вкриті м’яким жировим шаром). У ссавців воски, які виділяють сальні залози шкіри, змащують її поверхню, надаючи шкірі еластичності та зменшуючи зношення волосяного покриву. У птахів воски виділяє куприкова залоза, її секрет надає пір’яному покриву водовідштовхувальних властивостей. Восковий шар вкриває листки наземних рослин і поверхню зовнішнього скелета членистоногих — мешканців суходолу, запобігаючи надлишковому випаровуванню води організмами. З воску бджоли будують свої стільники та замащують ним щілини у вулику перед зимівлею.

Накопичуючись у підшкірній жировій клітковині деяких тварин (китів, тюленів та ін.), жири виконують теплоізоляційну функцію.

В організмі людини є біла та бура жирова тканина (мал. 17.4). Біла жирова тканина виконує енергетичну, захисну, теплоізоляційну, резервну (зокрема, накопичує жиророзчинні вітаміни A, D, E, K) функції тощо. За недостатнього харчування резервний жир розщеплюється, при цьому виділяється енергія та утворюється багато метаболічної води. За посиленого харчування жири знову накопичуються в клітинах у вигляді краплин (див. мал. 17.2, 2).

Бура жирова тканина добре розвинена в новонароджених (у дорослих кількість цієї тканини незначна; мал. 17.4). У мітохондріях її клітин міститься Ферум, що й зумовлює бурий колір. Основна функція — участь у терморегуляції. Окиснювальна здатність мітохондрій у клітинах бурої жирової тканини приблизно в 20 разів вища, ніж у клітинах білої. Це дає змогу підтримувати температуру тіла за умов, коли підтримувати її за рахунок скорочення м’язів неможливо. Новонароджені завдяки високому вмісту бурої жирової тканини (до 5 % маси тіла), сконцентрованої у ділянці шиї, нирок, верхньої частини спини, на плечах, менш сприйнятливі до впливу холоду, ніж дорослі.

Мал. 17.4. Розподіл білої (показано світлим кольором) та бурої (показано темним кольором) жирової тканини в організмі дорослої людини

Регуляторну функцію виконують стероїди. Найвідоміший з них — холестерин. Він синтезується у печінці і входить до складу жовчі. Але ця сполука може надходити і з жирною їжею. Надлишок холестерину стимулює утворення так званих атеросклеротичних бляшок на стінках кровоносних судин, закупорює їх, порушуючи нормальний кровообіг.

Стероїдну природу мають статеві гормони людини — естрогени (жіночі) та андрогени (чоловічі), гормони надниркових залоз (кортикостероїди), вітаміни групи D. Ці сполуки беруть участь у регуляції життєвих функцій організмів.

Особлива роль належить фосфоліпідам. Пригадайте: подвійний шар фосфоліпідів є структурною основою клітинних мембран. Фосфо- і гліколіпіди та деякі інші аналогічні сполуки виконують важливу будівельну функцію — використовуються для створення багатьох внутрішньоклітинних структур.

Ключові терміни та поняття

вуглеводи, ліпіди, метаболічна вода.

Перевірте здобуті знання

1. Які вуглеводи належать до простих, а які — до складних? 2. Що спільного та відмінного у фізико-хімічних властивостях і функціях вуглеводів і ліпідів? 3. Які функції виконують ліпіди, що відкладаються про запас? 4. Чому бура жирова тканина в новонароджених розвинена краще, ніж у дорослих? 5. Які функції метаболічної води?

Поміркуйте

1. Чому добре розвинена кутикула листків дає змогу таким рослинам краще адаптуватися в умовах загазованого повітря великих міст — мегаполісів? 2. Чому провідну роль в енергетичному обміні людини і тварин відіграють вуглеводи, незважаючи на те, що під час розщеплення ліпідів енергії виділяється вдвічі більше?