Книга: Биология. Общая биология. 10 класс. Базовый уровень

7. Органические вещества. Общая характеристика. Липиды

7. Органические вещества. Общая характеристика. Липиды

Вспомните!

В чём особенность строения атома углерода?

Какую связь называют ковалентной?

Какие вещества называют органическими?

Какие продукты питания содержат большое количество жира?

Общая характеристика органических веществ. Среди всех химических элементов есть один, который наиболее тесно связан с живыми организмами. Это углерод. Известно уже более миллиона различных молекул, построенных на его основе. Наиболее интересна уникальная способность атомов углерода вступать в ковалентную связь друг с другом, образуя длинные цепи, сложные кольца и иные структуры. Органические вещества – это сложные углеродсодержащие соединения. Прежде считали, что только живые организмы способны их синтезировать. Однако сейчас путём химического синтеза уже получено огромное число различных органических соединений.

Простейшие углеродные соединения – это углеводороды, молекулы которых состоят из атомов только углерода и водорода. Самый простой углеводород – метан. В ранний период истории Земли метан входил в состав её первичной атмосферы. Возможно, именно он и положил начало бесчисленному разнообразию углеродсодержащих соединений, которые возникали по мере развития жизни и которые сейчас являются основой жизни.

В современных живых ор га низ мах углеводороды встречаются нечасто.

Сорок атомов углерода входит в состав углеводорода каротина – оранжево-жёлтого пигмента. Богаты каротином плоды шиповника и смородины, морковь и томаты, яичный желток. Очень важен для полноценного питания животных и человека ?-каротин – провитамин А, который в организме превращается в витамин А.

Однако подавляющее большинство органических соединений устроено гораздо более сложно, нежели углеводороды.

Органические вещества живой природы чрезвычайно разнообразны по своим размерам, строению и функциям. Поэтому создать единую классификацию, которая учитывала бы все характерные особенности каждого соединения, практически невозможно. Наиболее распространено деление всех органических соединений на низкомолекулярные (аминокислоты, липиды, органические кислоты и др.) и высокомолекулярные, или биополимеры. Полимеры – это молекулы, состоящие из повторяющихся структурных единиц – мономеров. В свою очередь, все биополимеры подразделяют на две группы: гомополимеры, или регулярные, построенные из мономеров одного типа (например, гликоген, крахмал и целлюлоза состоят из молекул глюкозы), и гетерополимеры, или нерегулярные, в состав которых входят отличающиеся друг от друга мономеры (например, белки состоят из 20 типов аминокислот, а нуклеиновые кислоты – из 8 типов нуклеотидов: ДНК – из 4 типов, РНК – из 4 типов (см. § 8, 9)).

Рассмотрим наиболее важные группы органических соединений, которые определяют основные свойства клеток и организмов (рис. 13).

Липиды. Среди низкомолекулярных органических соединений, входящих в состав живых организмов, важную роль играют липиды, к которым относят жиры, воски и разнообразные жироподобные вещества. Это гидрофобные соединения, нерастворимые в воде. Обычно общее содержание липидов в клетке колеблется в пределах 5–15 % от массы сухого вещества.

Рис. 13. Основные группы органических веществ

Рис. 14. Модель (А) и схема строения (Б) молекулы нейтрального жира

Однако в клетках подкожной жировой клетчатки их количество возрастает до 90 %.

Широко распространены в природе нейтральные жиры, которые представляют собой соединения высокомолекулярных жирных кислот и трёхатомного спирта глицерина (рис. 14). В цитоплазме клеток нейтральные жиры откладываются в виде жировых капель.

Жиры являются источником энергии. При окислении 1 г жира до углекислого газа и воды выделяется 38,9 кДж энергии (при окислении 1 г глюкозы – всего 17 кДж).

Жиры служат источником метаболической воды, из 1 г жира образуется 1,1 г воды. Используя свои жировые запасы, верблюды или впадающие в зимнюю спячку суслики могут обходиться без воды длительное время.

Жиры в основном откладываются в клетках жировой ткани. Эта ткань служит энергетическим депо организма, предохраняет его от потери тепла и выполняет защитную функцию. В полости тела между внутренними органами у позвоночных животных формируются упругие жировые прокладки, которые защищают органы от повреждений, а подкожная жировая клетчатка создаёт теплоизоляционный слой.

Воски – пластичные вещества, обладающие водоотталкивающими свойствами. У насекомых они служат материалом для постройки сот. Восковой налёт на поверхности листьев, стеблей, плодов защищает растения от механических повреждений, ультрафиолетового излучения и играет важную роль в регуляции водного баланса.

Не менее важное значение в организме имеют жироподобные вещества.

Представители этой группы – фосфолипиды – формируют основу всех биологических мембран. По своей структуре фосфолипиды сходны с жирами, но в их молекуле один или два остатка жирных кислот замещены остатком фосфорной кислоты.

Важную роль в жизнедеятельности всех живых организмов, особенно животных, играет жироподобное вещество – холестерин. В корковом слое надпочечников, в половых железах и в плаценте из него образуются стероидные гормоны (кортикостероиды и половые гормоны). В клетках печени из холестерина синтезируются желчные кислоты, необходимые для нормального переваривания жиров.

К жироподобным веществам относят также жирорастворимые витамины А, D, E, K, обладающие высокой биологической активностью.

Человек

Обмен липидов. В организм человека липиды поступают с разнообразной животной и растительной пищей. Потребность в липидах (жирах) определяется общей интенсивностью процессов энергетического и пластического обмена, составляя в среднем 80–100 г в сутки. Избыток липидов откладывается в подкожной жировой клетчатке и стенках внутренних органов. В результате образуются депо, способные покрывать наши затраты энергии в течение многих суток. Как и углеводы, липиды с участием кислорода распадаются до CO₂ и H₂O.

Наибольшую ценность имеют липиды растительного происхождения. Молекулы, подобные растительным липидам, наш организм не способен синтезировать самостоятельно. Следовательно, они относятся к разряду незаменимых компонентов питания. Важно, чтобы доля растительных липидов (подсолнечное, оливковое, кукурузное, соевое масло) в пище была не ниже 30–40 %. При их дефиците страдают в первую очередь органы и ткани, где происходит интенсивное образование новых клеток (кожа, слизистые, красный костный мозг). Избыток гликогена, хранящегося в печени, может превращаться в жиры. В результате чрезмерное поступление углеводов и липидов с пищей приводит к накоплению жировых запасов, росту массы тела, увеличению риска многих заболеваний.

Жирорастворимые витамины. Жирорастворимые витамины необходимы для нормального функционирования организма. Витамин А (ретинол) выполняет в организме две группы функций. Первая связана со зрением, вторая – с общим состоянием клеточных мембран. Ретинол входит в состав родопсина – вещества, обеспечивающего работу части рецепторов глаза (палочек; чёрно-белое зрение). Информация от палочек особенно важна для нас в сумерках, когда рецепторы цветового зрения не работают. Следовательно, первым признаком дефицита витамина А является ухудшение сумеречного зрения («куриная слепота»).

Кроме этого ретинол обнаруживается практически во всех клеточных мембранах. Совместно с липидами растительного происхождения он обеспечивает их гибкость и эластичность. Недостаток ретинола приводит к шелушению кожи, помутнению роговицы глаз, быстрому ухудшению состояния слизистых и красного костного мозга.

Суточная потребность в ретиноле составляет у человека около 1–1,5 мг. Источником витамина А служат сливочное масло, молоко, желтки яиц. Больше всего ретинола в печени – около 4 мг на 100 г. Витамин А может образовываться в нашем организме из каротина – оранжевого пигмента растений. При этом в ретинол превращается примерно треть каротина. Каротина много в красных овощах (томаты, перец); «рекордсменом» является морковь – около 9 мг на 100 г.

Витамин D (кальциферол) регулирует обмен кальция и фосфора и необходим для нормального развития костной ткани. Суточная доза витамина D для детей выше, чем для взрослых, и составляет 10–25 мг. При недостатке кальциферола в детском возрасте развивается рахит: кости конечностей искривляются, снижается тонус мышц, организм становится менее устойчив к инфекционным заболеваниям. Витамин D содержится в рыбьем жире, печени, яичном желтке. Это один из немногих витаминов, который может синтезироваться в организме человека. Он образуется в коже под действием ультрафиолетовых лучей солнечного спектра. Для предупреждения и лечения рахита детей не только кормят продуктами, богатыми витамином D, но и облучают специальной кварцевой лампой.

Витамин K (филлохинон) участвует в образовании протромбина, без которого невозможно свёртывание крови, и играет важную роль в формировании и восстановлении костей, обеспечивая синтез белка костной ткани. Витамин K доставляется в организм с пищей и частично образуется микрофлорой толстого кишечника. Витамином K богаты многие продукты: говяжья печень, цветная капуста, кабачки, салат. Суточная потребность в витамине K взрослых людей невелика, ориентировочно она составляет 600–800 мкг, т. е. меньше миллиграмма.

Витамин Е (токоферол) входит в состав клеточных мембран и защищает их от окисления. Основные источники витамина Е – это зёрна злаков, растительные масла, яйца, салат-латук, печень. Суточная потребность в токофероле – 10–15 мг. Витамин Е нетоксичен, однако его избыточное содержание повышает кровяное давление.