Природознавство. 11 клас. Ільченко

§ 6. Органічні сполуки в живих організмах. Жири

Вивчивши матеріал параграфа, ви дізнаєтесь про основні класи органічних сполук, що входять до складу живих організмів, розширите знання про будову, властивості та біологічну роль жирів.

Людину завжди цікавило, як функціонує живий організм, з молекул яких речовин він складається, як вони взаємодіють між собою, які біологічні функції виконують. Дуже часто такі знання є життєво необхідними. Сьогодні про це ми вже знаємо набагато більше. Це сталося завдяки розвитку нових галузей науки, які з’явилися на перехрестях біології, хімії та фізики — біохімії, біофізики, молекулярної біології.

Речовини, з яких складаються живі організми. Хімічні сполуки, що входять до складу живого організму, дивовижно різноманітні за хімічною природою. Враховуючи особливості структури і функції цих сполук, їх називають біомолекулами.

Навіть у найпростіших одноклітинних істотах — бактеріях — міститься величезна кількість найрізноманітніших молекул — від найпростіших, наприклад води, до складених із десятків і сотень тисяч атомів. Біомолекули поділяють на кілька класів. Найважливішими з них є білки, або протеїни, вуглеводи, жири, нуклеїнові кислоти (рибонуклеїнова РНК та дезоксирибонуклеїнова ДНК). З їх складом, будовою та деякими хімічними властивостями ви знайомились, вивчаючи хімію в 9 класі. Важливу роль в організмі відіграють також ферменти, гормони, вітаміни. Навіть найпростіший одноклітинний організм містить до 3 тис. видів білків та близько 1 тис. видів нуклеїнових кислот. У вищих організмах їх значно більше: в організмі людини, наприклад, білків близько 5 млн. Важливо, що кожен біологічний вид характеризується унікальним набором білків і нуклеїнових кислот.

Більшість молекул живих клітин є макромолекулами, тобто являють собою довгі ланцюги, які складаються з величезної кількості порівняно простих і невеликих за розмірами фрагментів. Величезне різноманіття білків, наприклад, зумовлене різною послідовністю лише 20 амінокислот — порівняно невеликих молекул, що складаються із 10-30 атомів. Щоб визначити хімічну структуру макромолекули, достатньо знати структуру цих «будівельних» блоків та порядок їх сполучення. Зверніть увагу, що макромолекули клітин відрізняються від «малих» молекул не лише за розмірами. Білки, нуклеїнові кислоти, жири, полісахариди мають специфічні властивості, які не притаманні тим невеликим фрагментам, з яких вони побудовані.

Для макромолекул живих організмів характерна ще одна особливість — усі вони мають своєрідний скелет, специфічний для кожного класу речовин. Так, в основі білкової молекули лежить поліпептидний ланцюг, який, як ви вже знаєте, утворюється внаслідок взаємодії аміногруп однієї амінокислоти з карбоксильною групою іншої амінокислоти. Від цього незмінного ланцюга — скелета відгалужуються бокові групи, склад і будова яких залежать від виду амінокислоти (літерою R позначені бокові замісники (залишки) амінокислот):

В молекулах жирів таким скелетом виступає залишок трьохатомного спирту гліцерину, а замісники вищих карбонових кислот можуть змінюватись від молекули до молекули.

Хоча в основі «конструювання» всіх класів молекул лежать спільні закономірності, між білками і нуклеїновими кислотами, з одного боку, і полісахаридами та жирами, з іншого, існують принципові відмінності. Білки та нуклеїнові кислоти мають чітко визначену послідовність розміщення «будівельних» блоків, оскільки вони містять важливу інформацію про властивості організмів і виконують в організмі функції носіїв інформації. Послідовність же в полісахаридах випадкова та важливої для організму інформації не несе.

Таблиця 2

Основні класи біомолекул та їх структурні складові

Класи біомолекул	Основні структурні складові
Білки Ферменти Нуклеїнові кислоти Вуглеводи Жири Гормони Вітаміни	Амінокислотні залишки Амінокислотні залишки Нуклеотиди Моно-, ди- та полісахариди Гліцерин, залишки молекул вищих карбонових кислот Білки, похідні амінокислот Різна хімічна природа

Докладніше про біологічні функції найважливіших сполук живих організмів ви дізнаєтесь із наступних параграфів.

Жири, їх будова, знаходження у природі. З жирами ви маєте справу щодня і знаєте, що вони бувають твердими та рідкими (останні інакше називають оліями).

За своєю будовою жири — це естери трьохатомного спирту гліцерину та карбонових кислот.

Утворюються жири із цих речовин внаслідок реакції естерифікації (мал. 3.6, а).

У формулах сполук літерами R позначені замісники — залишки карбонових кислот.

Жири утворюються переважно вищими насиченими карбоновими кислотами — пальмітиновою і стеариновою (мал. 3.6, б) — та ненасиченою олеїновою кислотою.

Жири, як ви знаєте з повсякденного досвіду, нерозчинні у воді. Це пояснюється тим, що в складі їх молекул відсутні полярні гідроксильна та карбоксильна групи, які обумовлюють розчинність спиртів та карбонових кислот у воді. Крім того, в молекулах жирів містяться вуглеводневі замісники, які перешкоджають розчиненню речовин у воді.

Мал. 3.6. (а) Схема утворення молекули жиру внаслідок реакції естерифікації; (б) модель молекули жиру (тристеарину)

Як вам відомо з курсу хімії 9 класу, засвоєння жирів організмом відбувається внаслідок їхнього гідролізу, тобто розкладу водою на гліцерин і карбонові кислоти. Ось чому реакція каталітичного гідролізу жирів має дуже важливе біологічне значення.

Зобрази схему реакції гідролізу жирів

Отже, реакція гідролізу є зворотною до реакції естерифікації. У залежності від умов вона може відбуватись як в одному, так і в іншому напрямку.

Жири входять до складу всіх природних клітин. Вони забезпечують організм будівельним матеріалом і енергією. Харчові жири мають як тваринне, так і рослинне походження.

Основне джерело рослинних жирів (олій) — олійні (соняшник, рапс) та зернові (кукурудза) культури, а також кісточки деяких плодів.

Найважливішу роль в живих організмах відіграють білки, жири, вуглеводи, нуклеїнові кислоти, а також ферменти, гормони, вітаміни. Жири — органічні сполуки-естери, утворені трьохатомним спиртом гліцерином і карбоновими кислотами (насиченими і ненасиченими, переважно вищими). Жири є будівельним матеріалом і найважливішим джерелом енергії живих організмів.

Запиши до словника

Біомолекули — молекули речовин, що забезпечують функціонування живих організмів. Найважливішими класами біомолекул є білки, нуклеїнові кислоти, жири, вуглеводи, ферменти, гормони, вітаміни.

Перевір себе

• 1. Що називають біомолекулами? Назви основні класи біомолекул.
• 2. За хімічною природою жири належать до: а) солей, б) спиртів, в) естерів, г) карбонових кислот.
• 3. Розкрий значення процесу гідролізу жирів для життєдіяльності організму.
• 4. Чому жири нерозчинні у воді? У яких розчинниках, на твій погляд, вони можуть розчинятись?

Поміркуй

• 1. Зобрази структурну формулу жиру, утвореного гліцерином і масляною (СН₃-(СН₂)₂-СООН), олеїновою та стеариновою кислотами.
• 2.* Визнач масу речовини (естеру), яку можна отримати при взаємодії 100 г 9 %-ого розчину оцтової кислоти і 9,7 г етанолу.
• 3.* Гліцерин застосовують у техніці і медицині. Обчисли масу жиру, витраченого на добування гліцерину масою 23 т, якщо вважати, що жир є чистим триолеїном, а масова частка жиру, розщепленого при гідролізі, становить 80 %.