Біологія. З поглибленим вивченням біології. 9 клас. Задорожний

§ 6. Вуглеводи та ліпіди

Поміркуйте

• До яких негативних наслідків може призвести нестача ліпідів в організмі людини?

Згадайте

• Чому з їжею, крім білків, до організму повинні надходити вуглеводи?

Що таке вуглеводи

Вуглеводи є складними органічними сполуками, до складу молекул яких входять кілька груп: гідроксильна (-ОН), карбоксильна (-СООН) або карбонільна (-СОН). Загальна формула вуглеводів — С_n(Н₂О)_m, де n і m є натуральними числами.

Найбільш поширеними вуглеводами є глюкоза (С₆Н₁₂О₆), сахароза (С₁₂Н₂₄О₁₂), лактоза (С₁₂Н₂₂О₁₁), целюлоза, хітин, крохмаль (мал. 6.1).

Мал. 6.1. Вуглеводи в живих організмах та продуктах їхньої життєдіяльності

Значна частина вуглеводів є біополімерами (крохмаль, целюлоза, глікоген). Такі біополімери називають полісахаридами. Їхніми мономерами є молекули невеликих вуглеводів (наприклад, глюкоза), які називають моносахаридами. Такі вуглеводи містять невелику кількість атомів Карбону (від 3 до 7 атомів у молекулі). Залежно від кількості атомів Карбону, їх поділяють на тріози, тетрози, пентози, гексози і гептози.

Часто живі організми використовують у своїй життєдіяльності молекули вуглеводів, які складаються з двох моносахаридів (наприклад, сахароза, добре нам відома, як звичайний цукор). Такі сполуки називають дисахаридами.

Будова та властивості вуглеводів

Розгляньмо особливості будови молекул вуглеводів та їхні характерні властивості на прикладі конкретних сполук (див. інформацію під QR-кодом до цього параграфа).

Слід зазначити, що дуже незначні відмінності у способі з’єднання молекул глюкози в полісахаридах спричиняють відмінності в їхніх властивостях. Саме через такі незначні відмінності ферменти ссавців не здатні розщеплювати молекули целюлози, але можуть розщеплювати молекули глікогену або крохмалю.

Біологічна роль вуглеводів

Основними функціями вуглеводів у живих організмах є структурна, захисна, резервна, рецепторна, пластична й енергетична.

Структурну й захисну функції виконують такі вуглеводи, як целюлоза й хітин. Вони створюють структури клітин і організмів, які забезпечують підтримання їхньої форми, міцність і захист від пошкоджень. Ці сполуки можуть входити до складу клітин або формувати структури поза клітинами. Наприклад, целюлоза є основою клітинної стінки, а хітин становить основу зовнішнього скелета членистоногих, який є неклітинною структурою.

Резервну функцію виконують глікоген (у тварин і грибів) і крохмаль (у рослин). У формі цих сполук організми запасають поживні речовини.

Рецепторну функцію виконують ті невеликі молекули вуглеводів, які разом із білками утворюють рецептори на поверхні клітин.

Пластичну функцію здійснюють такі вуглеводи, як рибоза й дезоксирибоза. Вони беруть участь в утворенні нових молекул органічних речовин (нуклеїнові кислоти).

Енергетичну функцію можуть виконувати багато вуглеводів. Під час окиснення 1 г вуглеводів у клітині утворюється 4,1 ккал (17,17 кДж) енергії, яка потім використовується клітиною.

Що таке ліпіди

Ліпіди є групою речовин, які об’єднали, насамперед, не за хімічною будовою, а за фізичними властивостями. Вони всі є нерозчинними у воді маслянистими або жирними речовинами. Найбільш поширеними ліпідами є жири, олії, воски та стероїди.

Термін «жири» не є синонімом терміна «ліпіди». Так називають лише частину речовин із цієї групи. Зазвичай термін «жири» застосовують щодо ліпідів тваринного походження, які за кімнатної температури залишаються твердими. Терміном «олії» називають ліпіди рослинного походження, що за кімнатної температури залишаються рідкими.

Будова та властивості ліпідів

Складовою багатьох ліпідів є багатоатомний спирт гліцерол (С₃Н₅(ОН)₃) і жирні кислоти (мал. 6.2). Жирні кислоти — це органічні речовини, молекули яких є довгими ланцюжками атомів Карбону (містять від 4 до 24 атомів), сполученими з атомами Гідрогену та з приєднаною до цього ланцюжка карбоксильною групою (-СООН). Саме карбоксильна група й забезпечує їхні кислотні властивості.

Мал. 6.2. Будова молекули ліпіду

Жирні кислоти бувають насиченими (без подвійних зв’язків між атомами Карбону) і ненасиченими (з подвійними зв’язками між атомами Карбону). Наявність подвійного зв’язку не дозволяє молекулі набувати лінійної форми. Це впливає на властивості речовини, на

приклад, на її температуру плавлення. Олії є рідкими за кімнатної температури саме через наявність таких кислот у складі їхніх молекул.

Біологічна роль ліпідів

Основними функціями ліпідів у живих організмах є структурна, захисна, регуляторна, резервна, пластична й енергетична.

Структурну функцію виконують тригліцериди, які становлять основу клітинних мембран.

Захисну й резервну функції виконують ті структури організмів, які накопичують жири та олії. Гормони ліпідного походження в організмі тварин здійснюють регуляторну функцію.

Пластичну функцію виконують ліпіди, які разом із білками беруть участь в утворенні складних органічних речовин — ліпопротеїнів. Важливу роль в обміні речовин у тварин відіграють вітаміни, які належать до групи ліпідів. Наприклад, вітаміни A, D, Е.

Енергетична функція здійснюється більшістю ліпідів. Під час окиснення ліпідів масою 1 г у клітині утворюється 9 ккал (37,68 кДж) енергії, яка потім використовується клітиною.

Про приклади використання ліпідів живими організмами, а також про тригліцериди і фосфоліпіди можна прочитати, зайшовши під QR-код до цього параграфа.

Воски і стероїди. У складі восків і стероїдів гліцерол відсутній. Воски є сполуками жирних кислот з іншими спиртами, що мають довгі молекули і лише одну ОН-групу. Тому у складі молекул кожного з восків є тільки одна молекула жирної кислоти й одна молекула спирту. Стероїди не містять ані жирних кислот, ані спиртів. Вони є полімерами вуглеводню ізопрену (С₅Н₈). Стероїди містяться у складі мембран (холестерол), деякі з них є гормонами.

Ключова ідея

Вуглеводи — це складні органічні сполуки. У живій клітині можуть міститися такі вуглеводи, як моносахариди, дисахариди та полісахариди. Ліпіди — велика група гідрофобних органічних речовин, до якої належать тригліцериди, воски, стероїди та інші сполуки. Вони відіграють важливу роль у процесах обміну речовин та виконують енергетичну, регуляторну, структурну та інші функції.

Перевірте свої знання

1. На які групи поділяються вуглеводи? 2. Які функції виконують вуглеводи в організмах тварин? 3. На конкретних прикладах поясніть значення ліпідів для рослин і тварин. 4. Які властивості ліпідів сприяли тому, що вони стали основою клітинних мембран? 5*. У клітинах корови відсутні ферменти, які здатні розщеплювати целюлозу. Як вони можуть використовувати глюкозу, яка входить до складу цієї целюлози?