Funksjoner av karbohydrater og lipider i cellen. Emne: Karbohydrater, lipider Pimenov A.V. Mål: Å studere struktur, egenskaper og funksjoner til karbohydrater og lipider i cellen. Mål: Studere struktur, egenskaper og funksjoner. Generelle egenskaper ved lipider
Se på figur 15. Hvilke egenskaper har fett, olje og sukker? Hvilken betydning har disse stoffene for organismer?
Den levende komposisjonen inkluderer organisk materiale. De er forskjellige i sammensetning, egenskaper og biologiske funksjoner, har molekylær vekt fra 30 til flere tusen enheter. Lavmolekylære organiske stoffer består av én strukturell enhet, mens høymolekylære forbindelser kan inneholde fra flere enheter til tusenvis av strukturelle enheter. Slike stoffer kalles polymerer (greske polymerer - mange), og deres strukturelle enheter kalles monomerer (en).
Organiske stoffer kalt lipider inkluderer fett, oljer, fosfolipider og voks (fig. 15). Avhengig av celletype varierer lipidinnholdet fra 5 % til 90 %, for eksempel i fettvevsceller. Lipider er uløselige i vann, det vil si at de er hydrofobe. Fosfolipider, i motsetning til fett og olje, inneholder en rest fosforsyre, som er svært løselig i vann. Derfor har fosfolipider doble egenskaper - hydrofile-hydrofobe.
Ris. 15. Lipider: 1 - diagram av strukturen til et fettmolekyl; 2 - diagram over strukturen til et fosfolipidmolekyl
Hovedfunksjonen til lipider i levende ting er energi. Når 1 g fett oksideres, frigjøres 38,9 kJ energi. Fett og oljer er reservenæringsstoffer i cellene til planter (fig. 16) og dyr, en kilde til vann i kroppen, som dannes under deres nedbrytning. En annen, ikke mindre viktig funksjon av lipider er konstruksjon. Fosfolipider er en del av cellemembraner. Bier bruker voks for å bygge bikakene sine.
Ris. 16. Solsikkefrø er rike på olje
Lipider utfører også en beskyttende og termoregulerende funksjon. Det subkutane fettlaget hos mange pattedyr beskytter dem mot hypotermi og skader på indre organer på grunn av mekanisk stress (fig. 17). Et voksaktig belegg på bladene til noen planter, som gran- og furunåler, forhindrer overflødig fordampning, eksponering for lave temperaturer og sollys. En annen viktig funksjon av lipider er regulatorisk. Binyrehormon (kortison) og kjønnshormoner (testosteron og østradiol) er lipider. Noen lipider er komponenter av vitamin D og E.
Ris. 17. Hvalen har et tykt subkutant fettlag
Sukkerholdige eller sukkerlignende stoffer - karbohydrater - har en generell formel. I dyreceller varierer karbohydratinnholdet fra 1 til 3 % (i animalske leverceller opptil 5 %). Opptil 90 % av karbohydratene finnes i planteceller, hvor de tjener som hovedbyggemateriale og reservenæringsstoff (fig. 18, 19).
Ris. 18. Druer er rike på glukose
Ris. 19. Stivelse lagres i planteorganer, for eksempel i potetknoller
Alle karbohydrater er delt inn i monosakkarider og polysakkarider (fig. 20). Monosakkarider inkluderer for eksempel glukose og ribose. Disse er fargeløse krystallinske stoffer, svært løselig i vann, søt på smak. Polysakkarider er polymerer med høy molekylvekt hvis monomerer er repeterende enheter, oftest glukosemolekyler. Polysakkarider inkluderer stivelse, glykogen og cellulose. I motsetning til monosakkarider har ikke polysakkarider en søt smak og er dårlig løselig eller fullstendig uløselig i vann.
Ris. 20. Karbohydrater: 1 - diagram over strukturen til et glukosemolekyl; 2 - diagram over strukturen til et cellulosemolekyl; 3 - diagram over strukturen til et stivelsesmolekyl
I kroppen utfører karbohydrater hovedsakelig konstruksjons- og energifunksjoner. Skallet er laget av cellulose planteceller. Av total masse i jordens levende natur rangerer den først blant organiske forbindelser. Polysakkaridet kitin er en del av huden til leddyr og celleveggene til sopp.
Stivelse og glykogen er lagringsnæringsstoffer for cellene. Stivelse syntetiseres og lagres i planteceller, og glykogen syntetiseres i dyreceller, spesielt i leveren. Disse karbohydratene, sammen med glukose, utfører også en energifunksjon i kroppen. Når 1 g karbohydrater oksideres, frigjøres 17,6 kJ energi. Mengden varme som genereres i dette tilfellet er mindre enn under oksidering av fett. Imidlertid brytes karbohydrater ned og absorberes av kroppen raskere enn fett. For eksempel bruker nervevevsceller glukose som sin viktigste energikilde.
Øvelser basert på materialet som dekkes
- Hva er polymer og monomer? Hvilke organiske levende stoffer klassifiseres som polymerer?
- Hvorfor har fett hydrofobe egenskaper? Sammenlign deres løselighet med fosfolipider. Hva forklarer forskjellene?
- Hvalrosser, sel og andre nordlige dyr samler opp et tykt lag med subkutant fett i kroppen. Hvilke funksjoner utfører den i kroppen til disse dyrene?
- Hvilke karbohydrater klassifiseres som monosakkarider og polysakkarider? Hvilke funksjoner utfører de i organismer?
Lipider– Dette er organiske stoffer som ikke løses opp i vann, men løses opp i organiske løsemidler.
Lipider er delt inn i:
1. Fett og oljer ( estere trihydrisk alkohol glyserol og fettsyrer). Fettsyrer er mettede (palmitinsyre, stearinsyre, arachidsyre) og umettede (oljesyre, linolsyre, linolensyre). Oljer inneholder en høyere andel umettede fettsyrer, så ved romtemperatur er de inne flytende tilstand. Fettet til polare dyr inneholder også mer umettede fettsyrer sammenlignet med tropiske dyr.
2. Lipoider (fettlignende stoffer). Disse inkluderer: a) fosfolipider, b) fettløselige vitaminer (A, D, E, K), c) voks, d) enkle lipider som ikke inneholder fettsyrer: steroider (kolesterol, binyrehormoner, kjønnshormoner) og terpener ( gibberelliner – planteveksthormoner, karotenoider – fotosyntetiske pigmenter, mentol).
Fosfolipidmolekyler har polare "hoder" (hydrofile områder) og ikke-polare "haler" (hydrofobe områder). På grunn av denne strukturen spiller de en viktig rolle i dannelsen av biologiske membraner.
Funksjoner av lipider:
1) energi - fett er energikilden i cellen. Når 1 gram brytes ned, frigjøres 38,9 kJ energi;
2) strukturell (konstruksjon) - fosfolipider er en del av biologiske membraner;
3) beskyttende og varmeisolerende - subkutant fettvev, beskytter kroppen mot hypotermi og skade;
4) lagring - fett utgjør en tilførsel av næringsstoffer, avsatt i fettcellene til dyr og i plantefrø;
5) regulatorisk - steroidhormoner er involvert i reguleringen av metabolismen i kroppen (hormoner i binyrebarken, kjønnshormoner).
6) kilde til vann - oksidasjon av 1 kg fett gir 1,1 kg vann. Denne brukes av ørkendyr, så en kamel kan gå uten å drikke i 10-12 dager.
Karbohydrater - komplekse organiske stoffer, hvis generelle formel er C n (H 2 O) m. De er sammensatt av karbon, hydrogen og oksygen. Dyreceller inneholder 1-2 % av dem, og planteceller inneholder opptil 90 % av tørrstoffmassen.
Karbohydrater deles inn i monosakkarider, oligosakkarider og polysakkarider.
Monosakkarider, avhengig av antall karbonatomer, deles inn i trioser (C 3), tetroser (C 4), pentoser (C 5), heksoser (C 6), etc. En viktig rolle i cellens liv spilles av:
1) Pentoser. Ribose og deoksyribose - inkludert i nukleinsyrer.
2) Heksoser: glukose, fruktose, galaktose. Fruktose finnes i mange frukter og honning, noe som forårsaker deres søte smak. Glukose er det viktigste energimaterialet i cellen under metabolisme. Galaktose er en del av melkesukker (laktose).
D:\Program Files\Physicon\Open Biology 2.6\content\3DHTML\08010203.htm
Maltose
Oligosakkaridmolekyler dannes under polymeriseringen av 2-10 monosakkarider. Når to monosakkarider kombineres, dannes disakkarider: sukrose, bestående av glukose- og fruktosemolekyler; laktose, bestående av glukose- og galaktosemolekyler; maltose, bestående av to glukosemolekyler. I oligosakkarider og polysakkarider er monomermolekyler forbundet med glykosidbindinger.
Polysakkarider dannes under polymeriseringen av et stort antall monosakkarider. Polysakkarider inkluderer glykogen (det viktigste lagringsstoffet i dyreceller); stivelse (hovedlagringsstoffet i planteceller); cellulose (finnes i celleveggene til planter), kitin (finnes i celleveggen til sopp). Monomeren av glykogen, stivelse og cellulose er glukose.
D:\Program Files\Physicon\Open Biology 2.6\content\3DHTML\08010208.htmCellulose
Funksjoner av karbohydrater:
1) energi - karbohydrater er hovedkilden til energi i cellen. Når 1 gram karbohydrater brytes ned, frigjøres 17,6 kJ energi.
2) strukturell (konstruksjon) - skallene til planteceller er bygget av cellulose.
3) lagring - polysakkarider tjener som reserve ernæringsmateriale.
Ekorn er biologiske polymerer hvis monomerer er aminosyrer. Proteiner er svært viktige for cellelivet. De utgjør 50-80 % av tørrstoffet dyrecelle. Proteiner inneholder 20 forskjellige aminosyrer. Aminosyrer er delt inn i ikke-essensielle, som kan syntetiseres i menneskekroppen, og essensielle (metionin, tryptofan, lysin, etc.). Essensielle aminosyrer kan ikke syntetiseres i menneskekroppen og må hentes fra mat.
Aminosyre
Avhengig av egenskapene til radikalet deles aminosyrer inn i tre grupper: ikke-polare, polart ladede og polare uladede.
Aminosyrer er forbundet med hverandre med en NH-CO-binding (kovalent, peptidbinding). Forbindelser av flere aminosyrer kalles peptider. Avhengig av deres mengde, skilles di-, tri-, oligo- eller polypeptider. Typisk inneholder proteiner 300-500 aminosyrerester, men det finnes også større som inneholder opptil flere tusen aminosyrer. Forskjeller i proteiner bestemmes ikke bare av sammensetningen og antall aminosyrer, men også av sekvensen av deres veksling i polypeptidkjeden. Nivåer av organisering av proteinmolekyler:
1) primær struktur er sekvensen av aminosyrer i en polypeptidkjede. Aminosyrer koblet sammen peptidbindinger. Den primære strukturen er spesifikk for hvert protein og bestemmes av aminosyresekvensen kodet i DNA. Kun erstatning
en aminosyre fører til endringer i proteinfunksjoner.
2) den sekundære strukturen er vridd til en spiral (α - spiral) eller arrangert i form av et trekkspill (β - lag) polypeptidkjede. Den sekundære strukturen opprettholdes av hydrogenbindinger.
3) tertiær struktur - en spiral lagt i rommet, som danner en kule eller fibril. Proteinet er aktivt bare i form av en tertiær struktur. Det er støttet av disulfid, hydrogen, hydrofobe og andre bindinger.
4) kvaternær struktur - dannet ved å kombinere flere proteiner med primære, sekundære og tertiære strukturer. For eksempel består blodproteinet hemoglobin av fire molekyler av globinprotein og en ikke-proteindel, som kalles hem.
Proteiner kan være enkle (proteiner) eller komplekse (proteiner) i struktur. Enkle proteiner består kun av aminosyrer. Komplekse inneholder andre aminosyrer i tillegg til aminosyrer. kjemiske forbindelser(for eksempel: lipoproteiner, glykoproteiner, nukleoproteiner, hemoglobin, etc.).
Når proteinet utsettes for ulike kjemikalier, høy temperatur proteinstrukturen blir ødelagt. Denne prosessen kalles denaturering. Denatureringsprosessen er noen ganger reversibel, det vil si spontan restaurering av proteinstrukturen - renaturering - kan forekomme. Renaturering er mulig når den primære strukturen til proteinet er bevart.
Funksjoner av proteiner:
1. Strukturell (konstruksjon) funksjon - proteiner er en del av alle cellemembraner og celleorganeller.
2. Katalytisk (enzymatisk) - enzymproteiner akselererer kjemiske reaksjoner i et bur.
3. Motorisk (kontraktilt) - proteiner er involvert i alle typer cellebevegelser. Dermed sikres muskelsammentrekning av kontraktile proteiner: aktin og myosin.
4. Transport - proteiner transport kjemiske substanser. Dermed fører proteinet hemoglobin oksygen til organer og vev.
5. Beskyttende - blodproteiner antistoffer (immunoglobuliner) gjenkjenner antigener fremmed for kroppen og bidrar til deres ødeleggelse.
6. Energi – proteiner er energikilden i cellen. Når 1 gram proteiner brytes ned, frigjøres 17,6 kJ energi.
7. Regulerende - proteiner er involvert i reguleringen av metabolismen i kroppen (hormoner insulin, glukagon).
8. Reseptor - proteiner ligger til grunn for funksjonen til reseptorer.
9. Lagring - albuminproteiner er reserveproteiner i kroppen (eggehvite inneholder ovalbumin, melk - laktalbumin).
Karbohydrater — organiske forbindelser, hvis sammensetning i de fleste tilfeller er uttrykt av den generelle formelen C n(H2O) m (n Og m≥ 4). Karbohydrater deles inn i monosakkarider, oligosakkarider og polysakkarider.
Monosakkarider- enkle karbohydrater, avhengig av antall karbonatomer, deles inn i trioser (3), tetroser (4), pentoser (5), heksoser (6) og heptoser (7 atomer). De vanligste er pentoser og heksoser. Egenskaper til monosakkarider- løses lett i vann, krystalliserer, har en søt smak, og kan presenteres i form av α- eller β-isomerer.
Ribose og deoksyribose tilhører gruppen pentoser, er en del av RNA- og DNA-nukleotider, ribonukleosidtrifosfater og deoksyribonukleosidtrifosfater osv. Deoksyribose (C 5 H 10 O 4) skiller seg fra ribose (C 5 H 10 O 5) ved at ved det andre karbonatomet den har et hydrogenatom, i stedet for en hydroksylgruppe som ribose.
Glukose, eller druesukker(C 6 H 12 O 6), tilhører gruppen heksoser, kan eksistere i form av α-glukose eller β-glukose. Forskjellen mellom disse romlige isomerene er at ved det første karbonatomet til α-glukose er hydroksylgruppen plassert under ringens plan, mens den for β-glukose er over planet.
Glukose er:
- en av de vanligste monosakkaridene,
- den viktigste energikilden for alle typer arbeid som skjer i cellen (denne energien frigjøres under oksidasjon av glukose under respirasjon),
- monomer av mange oligosakkarider og polysakkarider,
- en viktig bestanddel av blod.
Fruktose, eller fruktsukker, tilhører gruppen heksoser, søtere enn glukose, som finnes i fri form i honning (mer enn 50%) og frukt. Det er en monomer av mange oligosakkarider og polysakkarider.
Oligosakkarider- karbohydrater dannet som et resultat av en kondensasjonsreaksjon mellom flere (fra to til ti) molekyler av monosakkarider. Avhengig av antall monosakkaridrester skilles disakkarider, trisakkarider osv. ut som de vanligste. Egenskaper til oligosakkarider- løses opp i vann, krystalliseres, den søte smaken avtar ettersom antall monosakkaridrester øker. Bindingen som dannes mellom to monosakkarider kalles glykosid.
Sukrose, eller rør, eller betesukker, er et disakkarid som består av glukose- og fruktoserester. Inneholdt i plantevev. Er et matprodukt (vanlig navn - sukker). I industrien produseres sukrose av sukkerrør (stilker inneholder 10-18%) eller sukkerroer (rotgrønnsaker inneholder opptil 20% sukrose).
Maltose, eller maltsukker, er et disakkarid som består av to glukoserester. Finnes i spirende kornfrø.
Laktose, eller melkesukker, er et disakkarid som består av glukose- og galaktoserester. Tilstede i melken til alle pattedyr (2-8,5%).
Polysakkarider er karbohydrater dannet som et resultat av polykondensasjonsreaksjonen til mange (flere dusin eller flere) monosakkaridmolekyler. Egenskaper til polysakkarider— ikke oppløses eller oppløses dårlig i vann, danner ikke tydelige krystaller og har ikke en søt smak.
Stivelse(C 6 H 10 O 5) n- en polymer hvis monomer er α-glukose. Stivelsespolymerkjeder inneholder forgrenede (amylopektin, 1,6-glykosidbindinger) og uforgrenede (amylose, 1,4-glykosidbindinger) regioner. Stivelse er det viktigste reservekarbohydratet til planter, er et av produktene fra fotosyntesen, og akkumuleres i frø, knoller, jordstengler og løker. Stivelsesinnholdet i riskorn er opptil 86%, hvete - opptil 75%, mais - opptil 72%, og potetknoller - opptil 25%. Stivelse er hovedkarbohydratet menneskelig mat (fordøyelsesenzym - amylase).
Glykogen(C 6 H 10 O 5) n- en polymer hvis monomer også er α-glukose. Polymerkjedene av glykogen ligner amylopektinområdene til stivelse, men i motsetning til dem forgrener de seg enda mer. Glykogen er hovedreservekarbohydratet til dyr, spesielt mennesker. Akkumulerer i leveren (innhold opptil 20%) og muskler (opptil 4%), og er en kilde til glukose.
(C 6 H 10 O 5) n- en polymer hvis monomer er β-glukose. Cellulosepolymerkjeder forgrener seg ikke (β-1,4-glykosidbindinger). Det viktigste strukturelle polysakkaridet av plantecellevegger. Celluloseinnholdet i tre er opptil 50%, i bomullsfrøfibre - opptil 98%. Cellulose brytes ikke ned av menneskelig fordøyelsessaft, fordi... den mangler enzymet cellulase, som bryter bindinger mellom β-glukoser.
Inulin- en polymer hvis monomer er fruktose. Reserver karbohydrater fra planter av Asteraceae-familien.
Glykolipider- komplekse stoffer dannet som et resultat av kombinasjonen av karbohydrater og lipider.
Glykoproteiner- komplekse stoffer dannet ved å kombinere karbohydrater og proteiner.
Funksjoner av karbohydrater
Struktur og funksjoner til lipider
Lipider har ikke en eneste kjemisk egenskap. I de fleste fordeler, gir bestemmelse av lipider, sier de at dette er en kollektiv gruppe av vannuløselige organiske forbindelser som kan ekstraheres fra cellen med organiske løsemidler - eter, kloroform og benzen. Lipider kan deles inn i enkle og komplekse.
Enkle lipider De fleste er representert av estere av høyere fettsyrer og trihydrisk alkoholglyserol - triglyserider. Fettsyre har: 1) en gruppe som er lik for alle syrer - en karboksylgruppe (-COOH) og 2) en radikal som skiller seg fra hverandre. Radikalet er en kjede med varierende antall (fra 14 til 22) av -CH 2 - grupper. Noen ganger inneholder et fettsyreradikal en eller flere dobbeltbindinger (-CH=CH-), f.eks fettsyre kalles umettet. Hvis en fettsyre ikke har noen dobbeltbindinger, kalles den rik. Når et triglyserid dannes, gjennomgår hver av de tre hydroksylgruppene i glyserol en kondensasjonsreaksjon med en fettsyre for å danne tre esterbindinger.
Hvis triglyserider dominerer mettede fettsyrer ved 20°C er de faste; de kalles fett, de er karakteristiske for dyreceller. Hvis triglyserider dominerer umettede fettsyrer, så ved 20 °C er de flytende; de kalles oljer, de er karakteristiske for planteceller.
1 - triglyserid; 2 - esterbinding; 3 - umettet fettsyre;
4 - hydrofilt hode; 5 - hydrofob hale.
Tettheten av triglyserider er lavere enn vann, så de flyter i vann og er plassert på overflaten.
Enkle lipider inkluderer også vokser- estere av høyere fettsyrer og høymolekylære alkoholer (vanligvis med et jevnt antall karbonatomer).
Komplekse lipider. Disse inkluderer fosfolipider, glykolipider, lipoproteiner, etc.
Fosfolipider- triglyserider hvor en fettsyrerest er erstattet med en fosforsyrerest. Ta del i dannelsen av cellemembraner.
Glykolipider- se ovenfor.
Lipoproteiner- komplekse stoffer dannet som et resultat av kombinasjonen av lipider og proteiner.
Lipoider- fettlignende stoffer. Disse inkluderer karotenoider (fotosyntetiske pigmenter), steroidhormoner (kjønnshormoner, mineralokortikoider, glukokortikoider), gibberelliner (plantevekststoffer), fettløselige vitaminer (A, D, E, K), kolesterol, kamfer, etc.
Funksjoner av lipider
| Funksjon | Eksempler og forklaringer |
|---|---|
| Energi | Hovedfunksjonen til triglyserider. Når 1 g lipider brytes ned, frigjøres 38,9 kJ. |
| Strukturell | Fosfolipider, glykolipider og lipoproteiner deltar i dannelsen av cellemembraner. |
| Oppbevaring | Fett og oljer er reservenæringsstoffer i dyr og planter. Viktig for dyr som går i dvale i den kalde årstiden eller tar lange turer gjennom områder der det ikke er matkilder. Plantefrøoljer er nødvendige for å gi energi til frøplanten. |
| Beskyttende | Lag med fett og fettkapsler gir demping for indre organer. Lag av voks brukes som et vannavvisende belegg på planter og dyr. |
| Termisk isolasjon | Subkutant fettvev forhindrer utstrømning av varme til det omkringliggende rommet. Viktig for akvatiske pattedyr eller pattedyr som lever i kaldt klima. |
| Regulatorisk | Gibberelliner regulerer plantevekst. Kjønnshormonet testosteron er ansvarlig for utviklingen av mannlige sekundære seksuelle egenskaper. Kjønnshormonet østrogen er ansvarlig for utviklingen av kvinnelige sekundære seksuelle egenskaper og regulerer menstruasjonssyklusen. Mineralokortikoider (aldosteron, etc.) kontrollerer vann-saltmetabolismen. Glukokortikoider (kortisol, etc.) deltar i reguleringen av karbohydrat- og proteinmetabolismen. |
| Metabolsk vannkilde | Når 1 kg fett er oksidert, frigjøres 1,1 kg vann. Viktig for ørkeninnbyggere. |
| Katalytisk | Fettløselige vitaminer A, D, E, K er kofaktorer for enzymer, dvs. Disse vitaminene i seg selv har ikke katalytisk aktivitet, men uten dem kan enzymer ikke utføre sine funksjoner. |
Gå til forelesninger nr. 1"Introduksjon. Kjemiske elementer celler. Vann og andre uorganiske forbindelser"
Gå til forelesninger nr. 3"Struktur og funksjoner til proteiner. Enzymer"
Som kjent er de viktigste gruppene av organiske stoffer som bestemmer de grunnleggende egenskapene til en celle eller organisme proteiner, karbohydrater, fett, nukleinsyrer og individuelle nukleotider (spesielt ATP). Hver av disse gruppene utfører sin(e) funksjon(er) i løpet av organismens liv.
KARBOHYDRATER (monosakkarider, polysakkarider) er organiske stoffer hvis molekyler inkluderer hydrogen og oksygen. Dessuten er forholdet mellom disse elementene likt forholdet deres i et vannmolekyl, dvs. Det er ett oksygenatom for hver 2 hydrogenatom.
Monosakkarider inkluderer ribose, deoksyribose, glukose, fruktose og galaktose.
Førsteordens polysakkarider inkluderer sukrose, laktose og maltose.
Andre ordens polysakkarider: stivelse, glykogen, fiber.
Karbohydrater utfører følgende funksjoner i kroppen:
Energi,
Strukturelle (siden de er en del av cellemembraner og subcellulære formasjoner),
Tilførsel av næringsstoffer
Beskyttende (viskøse sekreter som beskytter veggene til hule organer mot mekanisk, kjemisk skade, penetrering av skadelige bakterier og virus er rike på karbohydrater).
LIPIDER. Dette begrepet kombinerer fett og fettlignende stoffer. Dette er organiske forbindelser med ulik struktur, men generelle egenskaper. De er uløselige i vann, men løses godt opp i organiske løsemidler.
Hovedfunksjonene til lipider:
Strukturelle (lipider deltar i konstruksjonen av cellemembraner i alle organer og vev),
Energifunksjon (som gir 25-50 % av kroppens energi),
Tilførsel av næringsstoffer ("hermetisk energi"),
Termoregulering.
PROTEINER. Proteiner er uregelmessige polymerer hvis monomerer er aminosyrer. De fleste proteiner inneholder 20 aminosyrer. Hver av dem inneholder de samme gruppene av atomer: en aminogruppe - NH2 og en karboksylgruppe - COOH. Områdene av molekyler som ligger utenfor amino- og karboksylgruppene kalles radikaler (R). Cellen inneholder frie aminosyrer som utgjør aminosyrepoolen, på grunn av hvilke syntesen av nye proteiner skjer. Dette fondet etterfylles stadig på grunn av nedbrytningen av matproteiner av fordøyelsesenzymer eller egne reserveproteiner.
Forbindelsen av aminosyrer skjer gjennom grupper som er felles for dem: aminogruppen til en aminosyre kombineres med karboksylgruppen til en annen aminosyre, og når de kobles sammen, frigjøres et vannmolekyl. En binding kalt en peptidbinding oppstår mellom de sammenføyde aminosyrene.
Den resulterende forbindelsen av flere aminosyrer kalles et peptid, og en forbindelse av stort nummer aminosyrer - polypeptid. Således kan et protein være ett eller flere polypeptider.
Nivåer av organisering av et proteinmolekyl. Den primære, enkleste strukturen er polypeptidkjeden, dvs. en streng av aminosyrer koblet sammen med peptidbindinger. I den primære strukturen er alle bindinger mellom aminosyrer kovalente og derfor sterke.
Den sekundære strukturen tilsvarer vridningen av proteintråden i form av en spiral. Mellom -C=O-gruppene plassert på samme sving av helixen, og grupper -N-H på den andre siden dannes det hydrogenbindinger, som er svakere enn kovalente bindinger, men gir tilstrekkelig styrke til sekundærstrukturen.
Kvartær struktur. På grunn av koblingen av flere proteinmolekyler med hverandre, dannes en kvartær struktur. Hvis peptidtrådene er arrangert i form av en ball, kalles slike proteiner kuleformede, hvis de er i form av bunter av tråder, kalles de fibrillære.
Funksjoner av proteiner. Variasjonen av funksjoner som proteiner utfører i en levende organisme er så stor at det er tilrådelig å presentere det i form av følgende diagram (figur 1).
Figur 1.
Det skal bemerkes at i tillegg til de som er presentert i diagrammet, utfører proteiner også en energifunksjon. Proteiner brukes imidlertid som energikilder bare når hovedkildene: karbohydrater og fett er oppbrukt.
NUKLEINSYRER. Nukleinsyrer er naturlige høymolekylære forbindelser som sikrer lagring og overføring av arvelig informasjon. Beskrevet for første gang i 1869 av den sveitsiske biokjemikeren F. Miescher.
I naturen er det to typer nukleinsyrer, forskjellige i sammensetning, struktur og funksjoner. Den ene inneholder karbohydratkomponenten ribose (RNA), den andre inneholder deoksyribose (DNA).
Nukleinsyrer er de viktigste biopolymerene som bestemmer de grunnleggende egenskapene til levende ting. Så DNA er et polymermolekyl som består av hundretusenvis av monomerer - deoksyribonukleotider.
DNA. Nukleotidsammensetning av DNA: DNA inneholder 4 baser:
adenin (A)
guanin (G)
cytosin (C).
Mengden adenin er alltid lik mengden tymin (A=T), og mengden guanin er alltid lik mengden cytosin (Chargaffs regel). Dette indikerte noen strenge mønstre i strukturen til DNA. På begynnelsen av 50-tallet av forrige århundre ble strukturen til DNA belyst - en dobbel helix, med en sukker-fosfat-ryggrad i periferien av molekylet, og purin (adenin og guanin) og pyrimidin (cytosin og tymin) baser i midten. Hvert av baseparene har symmetri som gjør at det kan inkluderes i dobbelhelixen i to orienteringer: (A=T og T=A) og (C=G og G=C). I hver av DNA-trådene kan basene veksle på alle eksisterende måter.
Hvis sekvensen av baser i en kjede er kjent (for eksempel T-C-G-C-A-T), så, på grunn av spesifisiteten til paring (komplementaritet), blir sekvensen til dens "partner"-kjede også kjent: A-G-C-G-T -A.
RNA. RNA-molekylet er også en polymer, hvis monomer er et ribonukleotid. RNA er et enkeltstrenget molekyl og er bygget på samme måte som en av DNA-trådene. RNA-nukleotider er veldig nære DNA-nukleotider, men er ikke helt identiske: i stedet for tymin (T), har RNA en pyrimidin, som er lik struktur - uracil.
Basert på funksjonene de utfører, er RNA delt inn i følgende typer:
Overførings-RNA (t-RNA) er det korteste, 80-100 nukleotider står for ca. 10 % av det totale RNA-innholdet i cellen. Dens funksjon er å overføre aminosyrer til ribosomer, til stedet for proteinsyntese.
Ribosomalt RNA (r-RNA) er det største, 3-5 tusen nukleotider (omtrent 90 % av cellens RNA-innhold).
Messenger RNA (i-RNA), de står for omtrent 0,5-1 % av det totale RNA-innholdet i cellen. Dens funksjon er å overføre informasjon om strukturen til proteinet fra DNA til stedet for proteinsyntese i ribosomer.
Ris. 2.
Alle typer RNA syntetiseres på DNA, som fungerer som en slags mal.
Karbohydrater er komplekse organiske forbindelser som inneholder karbon, oksygen og hydrogenatomer.
Det er enkle og komplekse karbohydrater. Enkle karbohydrater kalles monosakkarider. Komplekse karbohydrater er polymerer der monosakkarider fungerer som monomerer. To monosakkarider danner et disakkarid, tre danner et trisakkarid, og mange danner et polysakkarid.
Alle monosakkarider er fargeløse stoffer, svært løselige i vann. Nesten alle av dem har en behagelig søt smak. De vanligste monosakkaridene er glukose, fruktose, ribose og deoksyribose. Den søte smaken av frukt og bær, samt honning, avhenger av glukose- og fruktoseinnholdet i dem. Ribose og deoksyribose er komponenter av nukleinsyrer og ATP.
Di- og trisakkarider, som monosakkarider, er svært løselige i vann og har en søt smak. Når antallet monomerenheter øker, reduseres løseligheten av polysakkarider og den søte smaken forsvinner.
Av disakkaridene er rødbeter (eller rør) og melkesukker viktige blant polysakkarider, stivelse (i planter), glykogen (i dyr) og fiber (cellulose) er utbredt. Treverket er nesten ren cellulose. Monomeren til disse polysakkaridene er glukose.
Karbohydraters biologiske rolle.
Karbohydrater spiller rollen som en energikilde som er nødvendig for at cellen skal kunne utføre ulike former for aktivitet. For celleaktivitet - bevegelse, sekresjon, biosyntese, luminescens, etc. - kreves energi. Komplekse i struktur, rike på energi, karbohydrater gjennomgår dyp nedbrytning i cellen og omdannes som et resultat til enkle, energifattige forbindelser - karbonmonoksid (IV) og vann (CO 2 og H 2 O). Under denne prosessen frigjøres energi. Når 1 g karbohydrat brytes ned, frigjøres 17,6 kJ.
I tillegg til energi, utfører karbohydrater også en konstruksjonsfunksjon. Veggene til planteceller er for eksempel laget av cellulose.
Lipider.
Lipider er organiske stoffer som er uløselige i vann, men løselige i bensin, eter og aceton.
Av lipidene er de vanligste og mest kjente fettene. Fettinnholdet i cellene er vanligvis lavt: 5-10 % (av tørrstoff). Det er imidlertid celler som inneholder omtrent 90 % fett. Hos dyr finnes slike celler under huden, i brystkjertlene og i omentum. Fett finnes i melken til alle pattedyr. I noen planter et stort nummer av fett er konsentrert i frø og frukt, for eksempel solsikke, hamp, valnøtt.
I tillegg til fett inneholder cellene også andre lipider, som lecitin og kolesterol. Lipider inkluderer noen vitaminer (A, D) og hormoner (for eksempel kjønnshormoner).
Biologisk betydning lipider er store og mangfoldige. La oss først legge merke til deres konstruksjonsfunksjon. Lipider er hydrofobe. Det tynneste laget av disse stoffene er en del av cellemembraner. Den vanligste av lipider, fett, er av stor betydning som energikilde. Fett kan oksideres i cellen til karbonmonoksid (IV) og vann. Ved nedbrytning av fett frigjøres fett to ganger mer energi enn ved nedbryting av karbohydrater. Dyr og planter lagrer fett og bruker det i livets prosess. Det høye fettinnholdet i frøene er nødvendig for å gi energi til frøplanten til den begynner å mate seg selv.
Det er videre nødvendig å merke seg viktigheten av fett som en kilde til vann. Fra 1 kg fett dannes nesten 1,1 kg vann under oksideringen. Dette forklarer hvordan noen dyr klarer å overleve ganske lenge uten vann. Kameler, for eksempel som krysser en vannløs ørken, kan ikke drikke på 10 til 12 dager. Bjørner, murmeldyr og andre dvaledyr drikker ikke i mer enn to måneder. Disse dyrene får det vannet de trenger for livet som følge av fettoksidering. I tillegg til strukturelle og energiske funksjoner, utfører lipider beskyttende funksjoner; fett har lav varmeledningsevne. Det avsettes under huden, og danner betydelige ansamlinger hos noen dyr. Således, i en hval, når tykkelsen på det subkutane fettlaget 1 m, noe som gjør at dette dyret kan leve i det kalde vannet i polarhavet.
