Природознавство. 11 клас. Ільченко
§ 7. Біополімери в живій природі
Вивчивши параграф, ви дізнаєтесь про поширення вуглеводів та білків у живій природі, зможете обґрунтувати їхню роль у функціонуванні організмів.
Основою функціонування живих організмів є органічні макромолекули — біополімери. Найпоширенішими із них є вуглеводи та білки.
Вуглеводи. Крохмаль — основний вуглевод, що міститься в нашій їжі. Він утворюється із вуглекислого газу та води в зелених листках рослин, що містять хлорофіл, у процесі фотосинтезу. Рослини накопичують енергію переважно в молекулах саме крохмалю.
Мал. 3.7. Будова макромолекул крохмалю (а — лінійна; б — розгалужена)
Целюлоза, або клітковина, входить до складу рослин, утворюючи в них оболонки клітин. Целюлоза надає рослинам необхідну міцність та пружність. Якщо крохмаль — джерело енергії рослин, то целюлоза є їхнім будівельним матеріалом.
Волокна бавовни містять до 95—98 % целюлози, в деревині її частка досягає 50 %. Папір, бавовняні тканини — це вироби із целюлози. Особливо чистими зразками целюлози є отримані із очищеної бавовни вата та фільтрувальний папір.
Целюлоза, виділена із природних матеріалів, являє собою волокноподібну речовину, яка не розчиняється ні у воді, ні в полярних органічних розчинниках.
Целюлоза, як і крохмаль, є природним полімером. Учені-хіміки виявили, що ці речовини мають однакові за складом структурні ланки — залишки молекул глюкози, а тому й однакову молекулярну формулу (С6Н10О5). Чому ж властивості цих речовин різні? Головна відмінність між целюлозою та крохмалем полягає у структурі їхніх макромолекул. Якщо молекули крохмалю мають і лінійну, і розгалужену будову, то молекули целюлози — лише лінійну. У природних волокнах бавовни та льону молекули целюлози орієнтуються в одному напрямку. Численні водневі зв’язки, які виникають між гідроксильними групами різних макромолекул, зумовлюють високу міцність цих волокон.
Як і крохмаль, целюлоза зазнає гідролізу в присутності мінеральних кислот (при нагріванні):
Останнім часом широко використовують і гідроліз целюлози, що відбувається за участю ферментів. Піддаючи йому, наприклад, солому чи бадилля кукурудзи, отримують полісахариди з меншою молекулярною масою, які є цінним кормом для худоби. При квашенні капусти, силосуванні кормів відбувається молочнокисле бродіння клітковини з утворенням молочної кислоти; остання виявляє консервуючу дію при зберіганні цих продуктів.
В організмі людини целюлоза, спожита з рослинною їжею, не зазнає гідролізу, а тому не засвоюється. А ось в організмі жуйних тварин утворюються ферменти, під дією яких в органах травлення відбувається гідроліз клітковини, отже, і її засвоєння. Однак їжу, багату клітковиною (морква, зелень), людині споживати необхідно. Проходячи через кишечник, целюлоза «очищує» його, поглинаючи з його стінок залишки від перетравлювання їжі.
Білки. За своєю хімічною природою білки — природні високомолекулярні сполуки, які побудовані із залишків молекул амінокислотних, сполучених пептидним зв’язком. Важливо, що кожен білок має чітко визначену послідовність амінокислот (амінокислотних залишків). Комбінацією 20 амінокислот, залишки молекул яких входять до складу природних білків, можна утворити практично нескінченне число білків. Як ви вже знаєте, з білками пов’язані всі життєві процеси, вони входять до складу клітин і тканин усіх живих істот. Білки в організмі людини та тварин виконують різноманітні функції: вони є будівельним матеріалом клітин шкіри (колаген), волосся (кератин), м’язів (міозин, актин), забезпечують перенесення кисню (гемоглобін). Обмін речовин, скорочення м’язів, нервова діяльність, функціонування клітин відбуваються під дією білків-ферментів. Наприклад, фермент амілаза сприяє перетворенню крохмалю в глюкозу. Білки-гормони (інсулін, вазопресин) регулюють роботу органів, а захисні функції організму забезпечуються білками імуноглобулінами, противірусним білком інтерфероном тощо. У той же час отрута, наприклад, зміїна, також є білковою речовиною.
Білки є матеріальною основою життя. За участю білків регулюються всі багатогранні функції організму — ріст, рухливість, обмін речовин, імунітет тощо.
Вуглеводи відіграють важливу роль у життєдіяльності організмів, є одним із основних компонентів їжі.
Білки — природні високомолекулярні речовини, що складаються з багаторазово повторюваних амінокислотних залишків. Особливості хімічної будови і просторової структури визначають специфічні біологічні функції білків в організмі.
Домашній експеримент. Де міститься крохмаль?
Проведи вдома дослідження на вміст крохмалю в різних продуктах. Невелику кількість спиртового розчину йоду розбав водою (1 : 10). Використовуючи одержаний розчин, випробуй, чи міститься крохмаль у сирій і вареній картоплі, білому хлібі, подрібненому рисі, зубній пасті, неспілому яблуці, салі.
Запиши до словника
Бродіння — хімічне перетворення вуглеводів у більш прості речовини — спирт, оцтову кислоту тощо, — яке викликається діяльністю мікроорганізмів або їхніх ферментів.
Гідроліз — розклад речовини водою; в разі органічних речовин посилюється під дією кислот, лугів, ферментів.
Перевір себе
1. Крохмаль і целюлоза належать до:
- а) моносахаридів;
- б) дисахаридів;
- в) полісахаридів.
2. Крохмаль утворюється в рослинах внаслідок процесу:
- а) фотосинтезу;
- б) гідролізу;
- в) гідратації.
3. Чим за будовою схожі та відмінні крохмаль і целюлоза? Яка загальна хімічна властивість притаманна крохмалю, целюлозі та сахарозі?
4. Які речовини називають білками? Перелічи хімічні елементи, що входять до їх складу.
5. Де білки зустрічаються в природі? Яке їх біологічне значення?
Поміркуй
1. Які ознаки в будові крохмалю та целюлози є однаковими:
- а) структура макромолекул;
- б) ступінь полімеризації;
- в) склад молекул;
- г) середня молекулярна маса?
2. Визнач, більша чи менша маса глюкози утворилась внаслідок гідролізу крохмалю порівняно з вихідною масою крохмалю (вважай, що при гідролізі увесь крохмаль перетворився на глюкозу). Чи узгоджується отриманий тобою результат із законом збереження маси речовини?
3.* При повному окисненні 1 моль глюкози виділяється 2870 кДж енергії. Розрахуй енергію, яка виділиться при окисненні глюкози масою 10 г.
4. Чому із целюлози виробляють волокна, а з крохмалю їх виготовлення неможливе?
5. Яку роль відіграють водневі зв’язки у білковій молекулі?
Подискутуйте
Утворення в організмі білків та інших біополімерів, які мають дуже впорядковану структуру, відбувається з поглинанням енергії. Отже, їхнє самочинне утворення, згідно із загальним законом спрямованості процесів, неможливе. На цій підставі деякі науковці стверджують, що хімічні процеси в живих організмах не підпорядковуються загальним законам природи. Чи мають вони рацію? За рахунок чого біосинтез цих важливих сполук, на ваш погляд, все-таки відбувається?
