Обмін речовин і перетворення енергії

§ 14. Органічні речовини живих організмів

На які групи поділяють речовини живих організмів? Чим відрізняються неорганічні речовин від органічних? Які існують групи органічних речовин? З яких мономерів складаються полімерні органічні речовини?

Основні групи органічних речовин

Якщо визначити вміст різних речовин у живих організмах, то води в них міститься більше за все. Це зрозуміло, бо вода становить основу внутрішнього середовища організмів. Але якщо не враховувати воду, то основну частину маси тіла становитимуть органічні речовини. Як ви вже знаєте, основними органічними речовинами живих організмів є білки, вуглеводи, ліпіди й нуклеїнові кислоти.

Ці речовини є основою живих клітин (у тому числі й усіх органел). Без них неможливе існування процесів обміну речовин і здійснення біохімічних реакцій з високою швидкістю. Усі фундаментальні властивості живого проявляються завдяки саме цим речовинам.

Органічні речовини утворюють не тільки структури живих клітин, але й важливі позаклітинні структури. Наприклад, вуглевод хітин є основою зовнішніх покривів членистоногих, а білки кератини утворюють волосся, нігті, рога носорогів, пір’я птахів тощо.

Білки

Білки — це великі органічні молекули, біополімери. Мономерами білків є амінокислоти. Білок — це лінійний полімер, який складається з великої кількості амінокислот, з’єднаних у ланцюжок і згорнутих у просторі певним чином. Кожна білкова молекула має свою унікальну, тільки їй притаманну, просторову тривимірну структуру. І тільки в такому вигляді вона може нормально виконувати свої унікальні функції.

Білки за їхнім складом можна розділити на дві великі групи — прості та складні. До складу простих білків входять тільки амінокислоти. Складні білки, крім залишків амінокислот, містять ще й небілкову частину — простетичну групу. Такою групою може бути як органічна, так і неорганічна молекула.

За формою молекули білки також можна поділити на дві великі групи — глобулярні й фібрилярні. Молекули глобулярних білків мають вигляд грудочки, а молекули фібрилярних білків — нитки.

Білків у живих організмах дуже багато, і виконують вони в них різноманітні функції. Практично всі функції живих організмів тією чи іншою мірою пов’язані з роботою певних груп білків. За допомогою білків організми будують свої структури, здійснюють процеси життєдіяльності й відтворюють себе.

Основними функціями білків є каталітична, структурна, регуляторна, сигнальна, транспортна, захисна, рухова, запасаюча і токсична.

Вуглеводи

Вуглеводи є складними органічними сполуками, до складу молекул яких входять кілька груп: гідроксильна (-ОН), карбоксильна група (-СООН) або карбонільна ( СОН). Загальна формула вуглеводів — C_n(H₂0)_m, де n і m є натуральними числами.

Значна частина вуглеводів є біополімерами (крохмаль, целюлоза, глікоген). Такі біополімери називають полісахаридами. їхніми мономерами є молекули невеликих вуглеводів (наприклад, глюкози), які називають моносахаридами. Такі вуглеводи містять невелику кількість атомів Карбону (від 3 до 7 атомів у молекулі). У живих організмах моносахариди можуть міститися як окремі речовини, а не тільки у складі полісахаридів, або об’єднуватися попарно, утворюючи дисахариди (мал. 14.1).

Мал. 14.1. Молекули вуглеводів

Мал. 14.2. Молекули ліпідів

Основними функціями вуглеводів у живих організмах є структурна, захисна, резервна, рецепторна, пластична й енергетична.

Ліпіди

Ліпіди є групою речовин, які об’єднали насамперед не за хімічною будовою, а за фізичними властивостями. Вони всі є нерозчинними у воді маслянистими або жирними речовинами. Найбільш поширеними ліпідами є жири й олії (естери трьохатомного спирту), воски (естери одноатомного спирту) та стероїди (ароматичні сполуки) (мал. 14.2).

Складовою більшості ліпідів є багатоатомний спирт гліцерол (C₃H₅(OH)₃) і жирні кислоти. У багатьох випадках до молекули гліцеролу приєднуються тільки дві молекули жирних кислот. А третя ОН-група взаємодіє з молекулою ортофосфатної кислоти (такі сполуки називають фосфоліпідами).

У складі восків і стероїдів гліцерол відсутній. Воски є сполуками жирних кислот з іншими спиртами, які мають довгі молекули і лише одну ОН-групу. Тому в складі молекул кожного з восків є лише одна молекула жирної кислоти й одна молекула спирту.

Стероїди не містять ані жирних кислот, ані спиртів. Вони є полімерами вуглеводню ізопрену (С₅Н₈). їхній скелет з атомів Карбону утворює кілька кільцевих структур, об’єднаних в одне ціле.

Основними функціями ліпідів у живих організмах є структурна, захисна, регуляторна, резервна, пластична й енергетична.

Нуклеїнові кислоти

Молекули нуклеїнових кислот є великими органічними молекулами — біополімерами, мономерами яких є нуклеотиди. У живих організмах існує два типи нуклеїнових кислот — РНК (рибонуклеїнова кислота) і ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота). Вони відрізняються між собою за складом і особливостями будови (мал. 14.3).

До складу нуклеотидів ДНК входить залишок ортофосфатної кислоти, моносахарид дезоксирибоза і чотири нітрогеновмісні основи — аденін, тимін, цитозин і гуанін. А власне молекули ДНК зазвичай складаються з двох ланцюжків нуклеотидів, які з’єднані між собою водневими зв’язками.

Мал. 14.3. Молекули нуклеїнових кислот

Будова молекули РНК схожа на будову молекули ДНК, але у нуклеотидах РНК замість дезоксирибози міститься моносахарид рибоза, а замість тиміну — урацил. Крім того, молекула РНК зазвичай складається з одного ланцюжка нуклеотидів, різні фрагменти якого утворюють між собою водневі зв’язки.

Головною функцією нуклеїнових кислот є робота зі спадковою інформацією, а саме: її зберігання, передача та реалізація.

Отже, тепер ви знаєте

1. Яку будову мають молекули основних груп органічних речовин? 2. Які функції в живих організмах виконують білки, вуглеводи, ліпіди й нуклеїнові кислоти? Наведіть приклади.

Запитання та завдання

3. Поясніть на прикладах, у який спосіб білки й вуглеводи виконують структурну функцію в живих організмах. 4*. Молекули тваринних жирів і рослинних олій можуть мати однакову кількість атомів Карбону в жирних кислотах, які входять до їх складу. Але за кімнатної температури жири тверді, а олії рідкі. З чим це може бути пов’язано? 5*. У деяких випадках молекули РНК можуть виконувати каталітичні функції (наприклад, у рибосомі молекули РНК є каталізатором утворення пептидного зв’язку). А от ДНК таку функцію ніколи не виконує. Чому?

Біологічна роль органічних речовин

Тварини (на прикладі каракурта)