Біологія. 10 клас. Балан

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

Тема 2. Органічні речовини

  • будова, властивості та функції основних груп органічних сполук: ліпідів, вуглеводів, білків, нуклеїнових кислот;
  • роль органічних сполук у забезпеченні життєдіяльності людини;
  • зв’язок між будовою молекул органічних речовин та їхніми функціями;
  • застосування ферментів у господарстві людини.

§ 7. Органічні речовини живих істот. Ліпіди

Пригадайте: які елементи називають органогенними, а сполуки - органічними, гідрофільними та гідрофобними? Який зв’язок називають ковалентним? Які функції жирів у живих організмах? Які функції в організмі людини виконують гормони кори надниркових залоз і статеві гормони? Які функції жовчі?

Ви вже знаєте з курсу хімії, що всі хімічні сполуки поділяють на неорганічні та органічні (пригадайте, чим вони відрізняються).

• Органічні речовини - це сполуки Карбону з іншими елементами, що виникли в живих істотах або є продуктами їхньої життєдіяльності. Органічні сполуки присутні в атмосфері, поверхневих і підземних водах, осадах, ґрунтах і гірських породах. У складі органічних сполук переважають органогенні хімічні елементи (Гідроген, Оксиген, Нітроген і Карбон). Ковалентно зв’язані атоми Карбону утворюють ланцюжки або ряди кілець (так званий скелет молекули).

До складу клітин входять різні органічні сполуки: ліпіди, вуглеводи, білки, нуклеїнові кислоти тощо. Їхні молекули можуть мати високу молекулярну масу. Зокрема, молекулярна маса більшості білків становить від 6000 до 1 000 000, деяких нуклеїнових кислот - сягає кількох мільярдів дальтонів (1 дальтон відповідає 1/12 атомної маси ізотопу карбону 12С, тобто 1,67 • 1024 г). Високомолекулярні органічні сполуки можуть складатися з великої кількості однакових чи різних за хімічною будовою ланок (простих молекул - мономерів). Такі сполуки називають біополімерами, або макромолекулами. Наприклад, молекули білків складаються із залишків амінокислот, нуклеїнових кислот - з нуклеотидів, а складних вуглеводів (полісахаридів) - з моносахаридів (див. таблицю 7.1).

Таблиця 7.1

Основні типи органічних сполук, що входять до складу організмів

Органічні сполуки

Складові компоненти

Функції

Ліпіди: жири

Залишки триатомного спирту гліцерину і жирних кислот

Структурна, енергетична, захисна, регуляторна

воски

Залишки одноатомних спиртів і жирних кислот

стероїди

Поліциклічні гідрофобні спирти

Біополімери:

полісахариди

Моносахариди

Опорна, енергетична

білки

Амінокислоти

Структурна, енергетична, захисна, каталізуюча (ферментативна), сигнальна, рухова, регуляторна, транспортна

нуклеїнові кислоти

Нуклеотиди

Кодування та зберігання спадкової інформації, участь у біосинтезі білка

Біологічно активні речовини (органічні речовини - ферменти, гормони, вітаміни, деякі отрути тощо) впливають на процеси обміну речовин і перетворення енергії загалом або на окремі їхні ланки. Багато з них здійснюють гуморальну регуляцію процесів життєдіяльності різноманітних істот.

Отже, запам’ятайте: органічними сполуками називають речовини, утворені атомами Карбону, між якими встановлюються міцні ковалентні зв’язки. Уміст органічних сполук у клітинах становить в середньому 20-30 %. Огляд основних класів органічних сполук почнемо з ліпідів.

Ліпіди - переважно гідрофобні органічні сполуки, які розчиняються в неполярних речовинах (естері, хлороформі, ацетоні та ін.). Молекулярна маса ліпідів зазвичай становить 50-1500. Більшість ліпідів - похідні вищих жирних кислот, спиртів або альдегідів.

• Різноманітність ліпідів. Серед ліпідів розрізняють прості та складні. До простих ліпідів належать речовини, які побудовані зі сполучених між собою залишків жирних кислот (або альдегідів) і спиртів, наприклад жири та воски.

Складні ліпіди - сполуки, утворені внаслідок взаємодії молекул простих ліпідів з іншими речовинами. До них належать ліпопротеїди (сполуки ліпідів і білків), гліколіпіди (ліпідів і вуглеводів), фосфоліпіди (ліпідів і ортофосфатної кислоти).

Жири - складні естери, утворені триатомним спиртом гліцерином і трьома залишками жирних кислот. Вони відкладаються у вигляді жирових включень у рослинних і тваринних клітинах. Підвищений вміст жирів (до 90 %) характерний для клітин нирок, підшкірної клітковини, жовтого тіла членистоногих. У деяких рослин (соняшника, волоського горіха, маслин тощо) жирів багато в насінні та плодах.

Мал. 7.1. Воски вкривають поверхню плодів і входять до складу кутикули листків (1); з восків медоносна бджола будує стільники (2)

Воски виконують здебільшого захисну функцію. У ссавців віск виділяють лоєві залози шкіри: вони надають шкірі еластичності і зменшують зношення волосяного покриву. У птахів віск секретує куприкова залоза, розташована над основою хвоста. Її секрет надає пір’яному покриву водовідштовхувальних властивостей (пригадайте: ця залоза добре розвинена саме у водоплавних птахів). Восковий шар вкриває листки наземних рослин і поверхню зовнішнього скелета членистоногих - мешканців суходолу, запобігаючи надлишковому випаровуванню води з поверхні тіла. Добре розвинені восковидільні залози, розташовані в черевці медоносних бджіл-робітниць. Як ви пам’ятаєте, з воску бджоли будують стільники (мал. 7.1). Віск широко використовують у медицині, промисловості та інших сферах діяльності людини.

Ще одна важлива група ліпідів - гідрофобні спирти стероїди. Карбоновий ланцюжок стероїдів утворює декілька кілець, тому вони належать до так званих циклічних органічних сполук. Стероїдну природу, зокрема, мають статеві гормони людини - естрогени (жіночі) та андрогени (чоловічі), а також гормони надниркових залоз (кортикостероїди) (мал. 7.2, 1).

Мал. 7.2. Стероїди. 1 - статеві гормони: жіночий - естроген (а) та чоловічий - тестостерон (б) - впливають на формування вторинних статевих ознак (зверніть увагу на яскравий хвіст самця); 2 - холестерин

Один з найвідоміших стероїдів - холестерин. В організмі ссавців і людини він слугує попередником під час синтезу статевих гормонів. У плазмі крові холестерин перебуває у вигляді складних естерів з жирними кислотами, які він транспортує. Холестерин синтезують клітини печінки; він входить до складу жовчі (мал. 7.2, 2). Разом з тим ця сполука потрапляє в організм і з жирною їжею. Надлишок холестерину внаслідок неправильного харчування або підвищеної функції печінки порушує нормальне функціонування організму людини.

• Функції ліпідів. Одна з найважливіших функцій ліпідів — енергетична. У разі повного розщеплення 1 г жирів виділяється 38,9 кДж енергії - удвічі більше, ніж за повного розщеплення аналогічної кількості вуглеводів або білків.

Не менш важлива будівельна, або структурна, функція. Так, фосфоліпіди є важливою складовою клітинних мембран (мал. 7.3, 7.4), жири входять до складу захисної мієлінової оболонки нервових волокон тощо.

Резервна функція полягає в тому, що ліпіди містяться в цитоплазмі клітин у вигляді включень (наприклад, клітини жирової тканини, насіння соняшника тощо). Запаси жирів організми використовують як резервні поживні речовини та як джерело метаболічної води: при окисненні 1 г жирів утворюється майже 1,1 г води. Жирові включення підвищують плавучість дрібних одноклітинних організмів (наприклад, радіолярій, що мешкають у товщі води).

Завдяки запасам жиру деякі тварини протягом певного часу можуть існувати без надходження води ззовні. Наприклад, верблюди в пустелі витримують без води до 16 діб; ведмеді, бабаки та інші тварини під час сплячки не споживають води понад два місяці.

Запаси жиру в організмі можуть виконувати й захисну функцію. Зокрема, вони захищають внутрішні органи від механічних ушкоджень. Наприклад, нирки людини і ссавців укриті пружним жировим шаром. Накопичуючись у підшкірній жировій клітковині тварин - мешканців територій з прохолодним кліматом (китів, тюленів, пінгвінів та ін.), жири захищають організм від дії різких змін температури (теплоізоляційна функція). Так, у синього кита шар жиру в підшкірній клітковині може перевищувати 50 см. Ця функція жирів визначається їхньою низькою теплопровідністю. Раніше ми згадували про захисні властивості восків, пов’язані з їхньою гідрофобністю.

Мал. 7.3. Будова фосфоліпідів

Мал. 7.4. Розташування фосфоліпідів у складі клітинної мембрани

Важлива і регуляторна функція ліпідів. Ви пам’ятаєте, що ліпідну природу мають деякі біологічно активні речовини: стероїдні гормони, вітаміни групи D. Вони беруть участь у регуляції життєвих функцій організмів: обміну речовин у хребетних тварин і людини, процесу линяння у комах тощо.

Ключові терміни та поняття. Органічні сполуки, макромолекули, біополімери, мономери, ліпіди.

Коротко про головне

  • Органічні речовини - сполуки Карбону з іншими елементами, що виникли в живих істотах або штучно синтезовані людиною. У цих сполуках ковалентно зв’язані атоми Карбону утворюють ланцюжки або ряди кілець (так званий скелет молекули).
  • До складу клітин входять різні органічні сполуки: ліпіди, вуглеводи, білки, нуклеїнові кислоти тощо. Високомолекулярні органічні сполуки, які складаються з великої кількості однакових чи різних за хімічною будовою ланок (простих молекул - мономерів), називають біополімерами.
  • Ліпіди - переважно гідрофобні органічні сполуки, що нерозчинні у воді, але розчиняються в неполярних розчинниках (естері, хлороформі, ацетоні та ін.). Більшість ліпідів - це похідні вищих жирних кислот, спиртів або альдегідів.
  • Серед ліпідів розрізняють прості та складні. Прості ліпіди побудовані із сполучених між собою залишків жирних кислот (або альдегідів) і спиртів, наприклад жири, воски. Складні ліпіди - сполуки, утворені внаслідок взаємодії молекул простих ліпідів з іншими сполуками (наприклад, ліпопротеїди, гліколіпіди, фосфоліпіди).
  • Ліпіди виконують такі біологічні функції:

- енергетичну (у разі повного розщеплення 1 г жирів виділяється 38,9 кДж енергії);

- будівельну, або структурну (входять до складу клітинних мембран, оболонок нервових волокон тощо);

- резервну (можуть відкладатися про запас);

- захисну (захист внутрішніх органів від механічних ушкоджень, а організму - від впливу різких змін температури, у рослин і наземних членистоногих - від значних втрат вологи);

- регуляторну (ліпідну природу мають стероїдні гормони, вітаміни групи D та деякі інші біологічно активні речовини).

Запитання для самоконтролю

1. Чим органічні сполуки відрізняються від неорганічних? 2. Які ви знаєте основні класи органічних сполук? 3. Що таке ліпіди? Які основні групи ліпідів вам відомі? 4. Які властивості ліпідів? 5. Які функції ліпідів у живих організмах?

Поміркуйте

Верблюди мають значні запаси жиру, що слугує джерелом метаболічної води. Адже вони мешкають у спекотних пустелях, де температура вдень може сягати до +40 °С і вище. Сині кити здебільшого мешкають у прохолодних водах, і значні запаси підшкірного жиру захищають їхнє тіло від переохолодження. Чим відрізняється характер розподілу жирових відкладень у тілі цих тварин?