что такое белки жиры и углеводы в биологии

Неорганические и органические вещества клетки

Большинство реакций, которые протекают в клетке, идут в растворе (водной среде). Полярность молекулы воды позволяет ей быть отличным растворителем для других гидрофильных (полярных) веществ.

Вода может поглощать теплоту при минимальном изменении температуры. Это настоящее «спасение» для клеток: чуть только температура меняется, вода начинает поглощать избыток тепла, защищая клетку от перегревания. Выделяясь на поверхность кожи с потом, вода испаряется, поверхность кожи при этом охлаждается.

Питательные вещества, газы перемещаются по организму с током крови. Вода составляет 90-92% плазмы крови, является ее основным компонентом. С помощью воды происходит не только доставка веществ к клеткам, но и удаление из организма побочных продуктов обмена веществ.

Если же клетка окажется в гипотоническом растворе, то вода извне устремится внутрь клетки (опять-таки в сторону большей концентрации солей), приводя при этом к разбуханию (и возможному разрыву) клетки.

Элементы

Процентное содержание элемента не коррелирует с его важностью и биологической значимостью. Так, к примеру, микроэлемент I играет важную роль в синтезе гормонов щитовидной железы: тироксина, трийодтиронина. За нормальные рост и развитие организмов отвечают Zn, Mn, Cu.

Благоприятно влияют на сперматозоиды Zn, Ca, Mg, защищая их от оксидативного стресса (окисления). Невозможным становится нормальное образование эритроцитов без должного уровня Fe и Cu.

Мы переходим к органическим компонентам клетки, к которым относятся: жиры, углеводы, белки и нуклеиновые кислоты.

При резком изменении оптимальных для белка условий он подвергается денатурации: при этом происходит переход от высших структур организации к низшим, или «раскручивание белка». Важно заметить, что аминокислотная последовательность (первичная структура белка) при этом не меняется, однако свойства белка меняются кардинально (теряется его гидрофильность).

Некоторые гормоны, регулирующие обменные процессы в организме, имеют белковое происхождение: инсулин, глюкагон, адренокортикотропный гормон (АКТГ).

Помимо антител, защитную функцию выполняют также белки свертывающей системы крови (тромбин и фибриноген): они предохраняют организм от кровопотери.

При недостаточном питании в организме начинают окисляться молекулы белков. При расщеплении 1 г белков выделяется 17,6 кДж энергии.

Двигательные белки, актин и миозин, на уровне саркомера обеспечивают сокращение мышц. При возбуждении мышечной ткани тонкие нити актина начинают тереться о толстые нити миозина, приводя к сокращению.

На поверхности мембраны белки образуют многочисленные рецепторы, которые, соединяясь с гормонами, приводят к изменению обмена веществ в клетке. Таким образом, гормоны реализуют воздействие на клетки органов-мишеней.

С химической точки зрения жиры являются сложными эфирами, образованными трехатомным спиртом глицерином и высшими карбоновыми кислотами (жирными кислотами). Среди их свойств надо выделить то, что они практически нерастворимы в воде. Вспомните, как тяжело смыть жир с рук водой.

Почему именно мыло смывает жир с рук? Дело в том, что молекула мыла повторяет свойства жира: одна часть ее гидрофобна, а другая гидрофильна. Мыло соединяется с молекулой жира гидрофобной частью, и вместе они легко смываются водой.

Жиры имеют способность накапливаться в клетках, расположенных в подкожно-жировой клетчатке, внутренних органах. Эти запасы являются резервом организма на случай голодания или при недостаточном питании.

В жирах также запасается вода: в 100 г жира содержится 107 мл воды. Многим пустынным животным (верблюдам) жировые запасы помогают длительное время обходиться без воды.

Жиры входят в состав биологических мембран клеток человека вместе с белками. Из фосфолипидов построены мембраны всех клеток органов и тканей!

Жиры обладают плохой теплопроводностью. Располагаясь в подкожно-жировой клетчатке, они образуют термоизолирующий слой. Особенно хорошо он развит у ластоногих (моржи и тюлени), китов, защищает их от переохлаждения.

Углеводы

При гидролизе олигосахариды распадаются на моносахариды. В состав олигосахаридов может входить от 2 до 10 моносахаридных остатков. Если в состав олигосахарида входят 2 остатка моносахарида, то его называют дисахарид. К дисахаридам относятся сахароза, лактоза, мальтоза. При гидролизе сахароза распадается на глюкозу и фруктозу.

Это биополимеры, в состав которых входят сотни тысяч моносахаридов. Они обладают высокой молекулярной массой, нерастворимы в воде, на вкус несладкие.

В результате расщепления 1 г углеводов высвобождается 17,6 кДж энергии.

Запасным питательным веществом растений и животных соответственно являются крахмал и гликоген. Расщепление гликогена позволяет нам оставаться в сознании и быть активными между приемами пищи.

Гликоген представляет собой разветвленную молекулу, состоящую из остатков глюкозы. За счет больших размеров такая молекула хорошо удерживается в клетке, а ее разветвленность позволяет ферментам быстро отщеплять множество молекул глюкозы одновременно.

Существуют заболевания, при которых распад гликогена нарушается: в результате нейроны не получают глюкозы (источника энергии, соответственно не синтезируются и молекулы АТФ). Из-за этого становятся возможны частые потери сознания.

Целлюлоза входит в состав клеточных стенок растений, придавая им необходимую твердость. Хитин образует клеточную стенку грибов и наружный скелет членистоногих.

Нуклеиновые кислоты (от лат. nucleus — ядро)

Синтезируется в ядрышке. рРНК входит в состав малых и больших субъединиц рибосом. В процентном отношении рРНК составляет 80-90% всей РНК клетки.

Обеспечивает транспорт аминокислоты к рибосоме во время синтеза белка. Благодаря этому становится возможным соединение аминокислот друг с другом, образуется белок. тРНК имеет характерную форму клеверного листа.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Урок Бесплатно Органические вещества клетки. Белки. Жиры. Углеводы

Ведение

В клетках нашего организма помимо неорганических веществ содержатся органические вещества, которые необходимы клетке для построения ее структур и обеспечения нормальной жизнедеятельности не только отдельно взятой клетки, но и всего организма в целом.

Органические вещества, которые входят в состав живого организма, многообразны, и многие из них имеют очень сложное молекулярное строение.

Каждое сложное органическое вещество построено из повторяющихся единиц- мономеров.

Если мономеров в веществе большое количество, то такое вещество называют полимер ( от греч. «поли»- много, «мерос»- часть).

Если полимеры встречаются в природе в естественном виде, то есть входят в состав живых организмов, их называют биополимерами.

Количество мономеров в молекуле полимера может исчисляться от нескольких штук до десятков миллионов.

К примеру, молекула ДНК бактерий построена более чем из 3 млн мономеров (нуклеотидов).

Основные и наиболее важные группы органических веществ клетки:

Сегодня мы рассмотрим эти группы органических веществ, узнаем их строение и значение для организма.

Белки

Белки- это биополимеры, мономерами которых являются аминокислоты.

Аминокислоты содержат в своём составе карбоксильную (-СООН) и аминогруппу (-NH₂)

Молекулы белка могут содержать сотни и даже тысячи аминокислотных остатков.

А если молекула содержит до 100 аминокислотных остатков, то принято называть эту молекулу пептидом.

Также в состав белков входят углерод, водород, кислород и азот, сера.

Белок характеризуется определенной последовательностью аминокислот. Благодаря этой последовательности формируется химическая формула белка, то есть его структура.

Кроме определенной последовательности аминокислотных остатков, очень важна и трехмерная структура белка, которая формируется в результате сворачивания цепочки из аминокислот.

Аминокислотные остатки в белке связаны пептидной связью:

Выделяют четыре структуры белка:

Структуры белка

Строение

Типы химических взаимодействий(связи)

Примеры белков и графическое изображение

Первичная структура

(линейная)

Последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи

Альбумин, яичный белок, состоит из аминокислот. Мономеры связаны пептидными связями, молекула образует первичную, вторичную и третичную структуры

Скручивание в спираль первичной структуры белка, стабилизировано водородными связями и гидрофобными взаимодействиями

Водородные между пептидными группами (C=O…H–N) и гидрофобные связи

Альбумин- вареный яичный белок, кератин (в сухожилиях человека), коллаген (в волосах, ногтях)

Упаковка вторичной спирали в клубок- глобулу (в виде шарика), также встречается фибриллярная структура (в виде волокон)

Ковалентные связи, ионные (электростатические) взаимодействия (между противоположно заряженными аминокислотными остатками);

Объединение нескольких глобул в сложный комплекс

Фибриллярные и глобулярные белки:

Фибриллярные белки

Глобулярные белки

Представляет собой длинные, узкие закрученные нити

Имеет округлую, сферическую форму

Отчасти растворимы (образуют коллоидные растворы)

Коллаген (кожа, кости, зубы, сухожилия), кератин (волосы, ногти)

Гемоглобин (в эритроцитах), инсулин (гормон поджелудочной железы), каталаза (обеспечивает распад пероксида водорода в живых клетках)

Структура и функции

Коллаген существует в виде тройной спирали, механически стойкой и прочной.

Много в сухожилиях, связках, соединительной ткани, мышцах, коже и других тканях, испытывающих на себе сильное механическое воздействие, выполняют структурную и сократительную функцию

Выполняют различные функции в клетках.

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Гемоглобин- белок содержащийся в кровяных клетках, эритроцитах, который переносит кислород и углекислый газ, обладает четвертичной структурой.

В связывании кислорода принимает участие непосредственно ион железа, который содержится в молекуле гемоглобина.

Оксид углерода СО (угарный газ) связывается с железом в сотни раз прочнее кислорода, поэтому угарный газ смертельно опасен для человека, поскольку лишает гемоглобин возможности присоединять кислород

Денатурация и ренатурация белков

Белки могут быть активны в организме и выполнять свою функцию только при определенных физических показателях.

Например, при повышении или понижении температуры, радиации, воздействии кислот естественная структура белка может нарушаться, что, в свою очередь, может привести к гибели всей клетки.

Процесс разрушения характерной для данного белка естественной структуры (вторичной, третичной, четвертичной), носит название денатурация.

Причиной денатурации является разрыв связей, стабилизирующих определенную структуру белка.

Как правило, при этом первичная структура белка не разрушается.

Пример денатурации является свертывание яичного белка при его варке.

Денатурация бывает обратимой и необратимой.

При варке яйца происходит необратимая денатурация, так как исходную структуру восстановить уже практически невозможно и происходит разрыв большого количества связей.

Обратимая денатурация происходит если возможно восстановление свойственной белку структуры.

Если белок подвергся обратимой денатурации, то при восстановлении нормальных условий среды он способен полностью восстановить свою структуру и, соответственно, свои свойства и функции.

Процесс восстановления структуры белка после денатурации называется ренатурацией.

Функции белков в организме связаны с пространственной структурой белка и зависят от последовательности аминокислот в белке.

Основные функции белков:

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Липиды (жиры)

Липиды— сборная группа биологических соединений, полностью или почти полностью нерастворимых в воде, но растворимых в органических растворителях и друг в друге.

Таким образом, липиды — это гидрофобные соединения, то есть их молекулы по своим свойствам «стремятся» избежать контакта с водой.

Липиды широко распространены в природе и являются обязательным компонентом каждой живой клетки и ее мембран.

Липиды в клетке образуются на гладкой эндоплазматической мембране.

Они образуют энергетический резерв организма и участвуют в передаче нервного импульса, в создании водоотталкивающих и термоизоляционных покровов и др.

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Особое место среди липидов занимают стероиды: полициклический спирт холестерол (чаще называемый холестерин) и его производные.

Холестерин и его эфиры с жирными кислотами входят в состав биологических мембран клеток животных, придавая им определенную «жесткость».

У растений и грибов холестерин не встречается, его место у растений занимает стероид стигмастерол, а у грибов- эргостерол.

У животных из холестерина образуются гормоны

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Источник

Белки, жиры и углеводы – что это такое?

Отказ от ответсвенности

Обращаем ваше внимание, что вся информация, размещённая на сайте Prowellness предоставлена исключительно в ознакомительных целях и не является персональной программой, прямой рекомендацией к действию или врачебными советами. Не используйте данные материалы для диагностики, лечения или проведения любых медицинских манипуляций. Перед применением любой методики или употреблением любого продукта проконсультируйтесь с врачом. Данный сайт не является специализированным медицинским порталом и не заменяет профессиональной консультации специалиста. Владелец Сайта не несет никакой ответственности ни перед какой стороной, понесший косвенный или прямой ущерб в результате неправильного использования материалов, размещенных на данном ресурсе.

Основа правильного питания – достаточное количество белков, углеводов и жиров в пище. Эти соединения должны быть строго сбалансированы в ежедневном рационе, тогда будет возможность получать достаточное количество энергии и вести полноценный здоровый образ жизни. Человек с пищей получает витамины, минералы и энергию, без которой организм не сможет функционировать.

Белки

Белки – основной строительный материал из которого формируются все клетки. Белок участвует в строении клеток всех систем и внутренних органов, включая сердце. Вся мышечная система работает за счет белков. Именно эти соединения отвечают за поставку кислорода ко всем клеткам тела, а также к мозгу.

Другие полезные функции белков:

Внимание! Белок не накапливается в организме, а должен постоянно присутствовать в рационе человека. Лучше всего усваивается животный белок, который содержится в мясе, молоке, яйцах.

Если данного химического соединения в организме не хватает, развивается белковая недостаточность со следующими симптомами:

Внимание! За один прием пищи усваивается не больше 30 грамм белка. Суточная потребность для женщины – 1,3 г на кг тела, для мужчин – 1,5 г на кг тела.

Еще один важный компонент ежедневного питания, состоящий из глицерина и жирных кислот, – жиры.

Жиры делятся на несколько типов. Для организма полезнее всего ненасыщенные, в том числе омега-3 и омега-6. Вредными считаются насыщенные твердые жиры. Они содержатся в маргарине, колбасе, хлебобулочных продуктах.

Внимание! Полностью исключать жир из меню человека нельзя, но это должны быть полезные соединения, которые содержатся в семечках, орехах, рыбе.

Углеводы

Углеводы – это питательные соединения, в основе которых лежат сахара: фруктоза, лактоза, сахароза. Главная и практически единственная функция этих веществ – дать человеку энергию для полноценной жизнедеятельности.

Простые углеводы – это прямой сахар, который содержится в газировке, конфетах, печеньях и утоляет чувство голода на строго определенное время. В качестве простых углеводов лучше употреблять сладкие фрукты, которые содержат еще и витамины.

Внимание! Диетологи рекомендуют при правильном питании отдавать предпочтение сложным углеводам – крупы, цельнозерновой хлеб, бобовые, овощи. Они также содержат необходимую для организма клетчатку. Если не контролировать уровень потребляемых углеводов, то они легко накапливаются в теле в виде жира.

Соотношение БЖУ

Отказ от ответсвенности

Обращаем ваше внимание, что вся информация, размещённая на сайте Prowellness предоставлена исключительно в ознакомительных целях и не является персональной программой, прямой рекомендацией к действию или врачебными советами. Не используйте данные материалы для диагностики, лечения или проведения любых медицинских манипуляций. Перед применением любой методики или употреблением любого продукта проконсультируйтесь с врачом. Данный сайт не является специализированным медицинским порталом и не заменяет профессиональной консультации специалиста. Владелец Сайта не несет никакой ответственности ни перед какой стороной, понесший косвенный или прямой ущерб в результате неправильного использования материалов, размещенных на данном ресурсе.

Источник

Биологически важные вещества: жиры, белки, углеводы (моносахариды, дисахариды, полисахариды)

Содержание:

Жиры представляют собой органические соединения, образующиеся в результате взаимодействия глицерина с высшими карбоновыми кислотами. Соединения могут быть природного или синтетического происхождения.

Жиры еще называют глицеридами, так как в реакциях этерификации, продуктами которых они являются, принимают участие карбоновые кислоты и единственный спирт – глицерин.

Общая формула жиров выглядит так:

В состав жиров могут входить насыщенные и ненасыщенные карбоновые кислоты. Жиры имеют твердую консистенцию, если в состав входят углеводородные части предельных кислот. В случае этерификации глицерина с ненасыщенными кислотами образуются жидкие соединения. Природные глицериды содержат оба вида кислот, поэтому животные жиры твердые (кроме рыбьего жира). Глицериды растительного происхождения соответственно имеют жидкую форму, поэтому их называют маслами (кроме пальмового масла, имеющего твердую консистенцию).

Химические свойства жиров

По аналогии можно предположить, что гидрирование двойных связей обеспечит переход в твердую форму. Данное свойство подтверждено опытным путем. Так получают твердый жир маргарин. Реакция гидрирования (гидрогенизация) проходит в присутствии никелевого катализатора:

Жиры – это сложные эфиры, поэтому для них характерны реакции гидролиза.

Гидролиз с водными растворами кислот и щелочей протекает по следующей схеме:

В результате реакций щелочного гидролиза образуются соли высших карбоновых кислот – мыла (реакции омыления):

Жиры, в составе которых содержаться углеводородные остатки непредельных кислот обесцвечивают раствор калия перманганата и бромной воды. Присутствие двойных связей в предельных кислотах лишает глицериды этого свойства.

Биологические функции жиров

Жиры играют важную роль в живых организмах. Основными функциями являются:

Жиры регулируют обмен веществ, участвуют в теплорегуляции, обеспечивают механическую защиту органов, повышают сопротивляемость организма, секретируют гормоны.

Белки

Белки – высокомолекулярные соединения органической природы. Представляют собой цепочку из частей альфа-аминокислот, соединенных пептидными связями.

Двадцать видов аминокислот образуют структуру большинства белков. При этом отдельные виды белков отличаются между собой аминокислотными наборами по наименованию и последовательности соединения.

Структура белков определяет их растворимость. Так, четвертичные соединения в виде глобул образуют коллоидный водный раствор, а четвертичные белки из нитей (фибрилл) имеют твердую структуру и не растворяются в водной среде.

Химические свойства белков

Белковые соединения вступают в реакции гидролитического разложения по схеме:

В результате гидролиза образуется смесь альфа-аминокислот.

При определенных условиях происходит распад сложных белковых структур до первичной линейной формы. Это называется денатурацией.

Денатурация белка может быть обратимой и не обратимой. Ход процесса зависит от условий протекания.

Обратимая денатурация протекает в присутствии щелочей или ионов аммония по схеме:

Необратимая денатурация белка происходит в присутствии кислот, щелочей, солей тяжелых металлов при условии повышенной температуры либо воздействия иного излечения. В таких условиях восстановление структуры белка невозможно.

Реакция взаимодействия белкового раствора с 10% раствором натрия гидроксида и капли 1% раствора сульфата меди называется биуретовой реакцией. В результате образуется биуретовый комплекс фиолетового цвета:

Это качественная реакция для белковых соединений.

Ксантопротеиновой реакцией называют взаимодействие раствора белка с концентрированной азотной кислотой в условиях повышенной температуры. Образуется соединение, придающее раствору желтое окрашивание.

Схема реакции на примере тирозина (альфа-аминокислоты):

Биологические функции белков

Белковые соединения в организме выполняют такие функции, как:

Белки – строительный материал клеток. Белковые соединения защищают от инфекционных агентов, доставляют важнейшие вещества в органы, насыщают организм энергией.

Углеводы

Углеводами называют органические соединения, состоящие из углерода, водорода, кислорода. Содержат карбонильную группу и множество карбоксильных групп. Служат источником энергии для клеток.

Классификация углеводов

Класс углеводов

Особенности / Представители

Простая форма сахаров. Не подвергается гидролизу.

Сложные сахара. При гидролизе распадаются на две молекулы моносахаров.

Высокомолекулярные соединения сложной структуры, образованные из остатков моносахаров, соединенных гликозидными связями.

Химические свойства углеводов

Химические свойства углеводов обусловлены строением. Соединения вступают в реакции по карбоксильной группе, по спиртовому гидроксилу или кетонной группе в зависимости от природы сахаров в составе.

Реакции гидролитического разложения сложных сахаров идут по схеме:

Реакции гидрирования характерны для сахаров, содержащих карбонильную группу (например, глюкоза), которая в результате восстанавливается до спиртового гидроксила при повышенной температуре в присутствии никелевого катализатора:

Альдегидная группа в составе вступает в характерную реакцию с гидроксидом меди. Образуется оксид меди II кирпично-красного цвета:

По альдегидной группе проходит и реакция «серебряного зеркала» с серебра нитратом в аммиачной среде. Образуется осадок серебра, глюконат аммония, аммиак и вода:

Спиртовой гидроксил в составе определяет взаимодействие с гидроксидом двухвалентной меди. Осадок голубого цвета переходит в насыщенный синий раствор медного комплекса:

Процессы брожения

Процесс ферментативного разложения глюкозы на этиловый спирт и углекислый газ называют спиртовым брожением:

Продуктом молочнокислого брожения становится молочная кислота. Возможны процессы масляно-кислого, лимонно-кислого брожения:

Растворы моносахаров

В растворе моносахара соединяются между собой через альдегидные группы. Раствор глюкозы содержит две модификации: альфа-форму и бета-форму:

Полисахара сгорают до углекислого газа и воды:

Характерная реакция крахмала с раствором йода:

Образуется ярко синее окрашивание. При повышении температуры цвет исчезает, при охлаждении снова проявляется.

Биологические функции углеводов

Углеводы выполняют функции в организме такие, как:

Углеводы образуют стенки клеток, обеспечивают распознавание клеток, присоединение к ним биологически активных веществ, участвуют в фотосинтезе.

Источник