Углеводы и липидыУглеводы – органические соединения с общей химической формулой Cn(H20)m. В их состав водород и кислород входят в той же пропорции, что и в состав воды, поэтому их и назвали углеводами. В растительных клетках доля углеводов может составлять до 70% сухой массы, а в животных – не более 5%. Углеводы подразделяют на две группы. Простые углеводы называют моносахаридами, сложные – полисахаридами.

Моносахариды – бесцветные сладкие вещества, хорошо растворимые в воде. Их химическая формула Сп(Н2О)п. Различают следующие простые сахара: триозы с тремя атомами углерода (п=3), тетрозы с четырьмя (п=4), пентозы с пятью (п=5) и гексозы с шестью атомами углерода (п=6). Триозы и пентозы, не имея самостоятельного значения, являются промежуточными продуктами обмена веществ. Наиболее важная пентоза – рибоза – входит в состав рибонуклеиновой кислоты (РНК), а ее производное – дезоксирибоза – в состав дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Огромное значение в жизнедеятельности организмов имеют гексозы: глюкоза, фруктоза и галактоза.
Моносахарид глюкоза имеет два пространственных изомера. Легко расщепляясь на простые соединения вплоть до воды и углекислого газа, глюкоза является универсальным источником энергии (расщепление глюкозы в живых системах носит название гликолиза). Для клеток мозга глюкоза – главное питательное вещество. Ее содержание в крови около 0,12%. Снижение этого количества вдвое через несколько минут приводит к смерти.

Фруктоза заметно слаще глюкозы и лучше растворима в воде. Галактоза входит в состав сложных углеводов молока. Как фруктоза, так и галактоза используются организмами в качестве источников энергии.
Сложные углеводы образуются путем связи простых Сахаров так называемой гликозидной связью с образованием молекул воды. Различают дисахариды, состоящие из двух простых Сахаров, трисахариды – из трех, и полисахариды. В пищева- рительном тракте сложные сахара расщепляются на простые.

Дисахариды. Наиболее известна сахароза – всем знакомый тростниковый или свекловичный сахар. В ее состав входят два простых сахара – глюкоза и фруктоза. Сахароза является самой легкоусваиваемои формой сложных углеводов. Лактоза (молочный сахар) – главный источник энергии для детенышей млекопитающих. За расщепление лактозы на простые сахара у человека отвечают две формы ферментов: детская и взрослая. Взрослая форма отсутствует у жителей Африки и Восточной Азии, в зрелом возрасте они не способны переваривать молоко. Другой дисахарид – мальтоза (солодовый сахар) – образуется из крахмала при прорастании семян под действием специальных ферментов (амилаз).

Полисахариды. С увеличением числа полимерных звеньев растворимость полисахаридов ухудшается, сладкий вкус пропадает. Самыми важными полисахаридами, составленными из молекул глюкозы, являются гликоген и целлюлоза. Гликоген – ветвистый полимер ?-глюкозы – содержится в основном в клетках печени. При условии нормального питания содержание гликогена в печени человека может достигать 500 г, в скелетных мышцах – до 200 г, в сердечной мышце и мозге – до 90-100 г. Основная его функция – запасающая. В периоды большой физической или нервной нагрузки происходит интенсивное расщепление гликогена до глюкозы, быстро потребляемой митохондриями мышечных или нервных клеток.

Полисахарид крахмал является основным резервным веществом в клетках растений. Его содержание в клубнях картофеля и семенах – до 90% сухой массы. Крахмал в клетках растений, как и гликоген в клетках животных и грибов, выполняет запасающую функцию, являясь источником глюкозы. При потреблении энергии молекулы глюкозы отщепляются от крах мала, а при избытке глюкозы они присоединяются. Длина полимерных цепей резервных полисахаридов все время меняется. Линейная форма крахмала (амилоза) образует спирали и содержит несколько тысяч глюкоз, разветвленная (амилопектин) имеет вдвое больше молекул. Эти формы дают различную качественную реакцию на раствор йода в йодистом калии (I2/Кl): амилоза – темно-синюю, амилопектин – красно-фиолетовую.

Целлюлоза (<лат. cellula клетка, комнатка), или клетчатка, как крахмал и гликоген представляет собой полисахарид на основе глюкозы, но не ?-, а ?-формы. Связи между ?-изомерами более крепкие, поэтому клетчатка обладает высокой химической стойкостью и механической прочностью. Волокно целлюлозы превосходит по прочности стальную проволоку того же диаметра. Древесина — почти чистая целлюлоза, из клетчатки построены стенки клеток растений. Организмы животных и человека не имеют ферментов, расщепляющих клетчатку, в их пищеварительных трактах эту функцию выполняют бактерии. Поэтому после кишечных отравлений, сопровождающихся вымыванием внутренней среды кишечника, больным не рекомендуют употреблять в пищу продукты, содержащие грубую клетчатку (например, ржаной хлеб). Фермент, расщепляющий целлюлозу, вырабатывают и некоторые грибы, вызывающие гниение древесины. Более сложные полисахариды (как и целлюлоза в растениях) выполняют строительную функцию – придают прочность и эластичность сухожилиям и хрящам животных. Хитин (греч. chiton одежда) составляет основу клеточных стенок грибов и внешнего скелета членистоногих.

Липиды – соединения (сложные эфиры) жирных кислот и спиртов. Разнообразные по строению липиды обладают общим свойством – их молекулы неполярны. Поэтому они почти нерастворимы в воде (гидрофобны), но хорошо растворяются в неполярных растворителях (эфире, бензине, ацетоне). Различают сложные и простые липиды. К простым относят воска и жиры. Поверхность многих растений покрыта восковым налетом, защищающим от ультрафиолета и механических повреждений.
Клеточные мембраны образованы двойным слоем (бислоем) липидов. Воск у растений регулирует также и водный баланс: сохраняет влагу и не пропускает внутрь лишнюю воду. Пчелы и шмели используют воск из своих восковых желез для постройки сот. У животных воска входят в состав мозга, желчных протоков печени, стенок лимфатических узлов.

Содержание жиров в клетках обычно около 5-15%, но в запасных тканях мелкодисперсная эмульсия жировых капель может занимать до 90% объема клетки. Основная функция жиров – энергетическая. При расщеплении жиров до углекислого газа и воды выделяется вдвое больше энергии (38,9 кДж/г), чем при расщеплении углеводов. Жиры могут обеспечивать организм человека энергией в среднем около нескольких недель, а запаса гликогена хватает не более чем на сутки. Однако энергию, запасенную в углеводах, организм способен пустить по назначению быстрее, она является оперативным запасом.

При расщеплении 1 кг жира образуется более литра воды. Благодаря запасам жира в горбах верблюды могут не пить 10-12 дней, а медведи, ежи, сурки во время зимней спячки обходятся без воды несколько месяцев. У растений (подсолнечника, грецкого ореха) жиры сосредоточены в семенах. Они необходимы проростку в качестве начального источника энергии. Жиры плохо проводят тепло и поэтому используются организмами для защиты от переохлаждения.

Слой подкожного жира у китов, обитающих в северных морях, может достигать 1 метра. Фосфорсодержащие липиды (фосфолипиды) образуют клеточные мембраны. Их вытянутые молекулы напоминают головастиков. Головки гидрофильны, а хвосты – гидрофобны. В воде молекулы липидов «слипаются» гидрофобными хвостами (такое расположение для них энергетически более выгодно), образуя двойной липидный слой — основу клеточной мембраны. К липидам относят также вещества, выполняющие регулирующие функции, – стероиды (например, половые гормоны эстроген, прогестерон, тестостерон), кортикостероиды (кортизон и др.).

Еще одна важная функция жиров – растворять гидрофобные органические вещества, необходимые для жизнедеятельности организма. Такие органические соединения циклического строения, как лецитин, холестерин, ряд гормонов и витамины A, D, Е и К по физико-химическим свойствам близки к липидам. Эти вещества, как и липиды, плохо растворимы в воде и хорошо – в жирах и неполярных растворителях.
Витамины – необходимые для жизни соединения, которые организм не способен синтезировать (за исключением витамина D) и должен получать с пищей. Многие витамины входят в состав ферментов и гормонов, участвуя тем самым в регуляции функциональной активности клеток.

К жирорастворимым витаминам относят следующие:

Витамин А входит в состав зрительного пигмента. При его недостатке развивается куриная слепота (ухудшение сумеречного зрения), нарушается функционирование иммунной системы, замедляется рост.

Витамин D способны синтезировать клетки кожи под действием солнечного света. Содержится в больших количествах в печени морских животных. Его недостаток приводит к нарушению обмена ионов кальция, отвечающих за минерализацию костной ткани. У детей возникает рахит – размягчение и деформация костей.
Витамин Е защищает липиды клеточной мембраны от окисления. Недостаточное количество этого витамина в пище приводит к разрушению эритроцитов и слабости мышц.

Витамин К отвечает за свертываемость крови. Его дефицит приводит к частым и длительным кровотечениям. К водорастворимым относят следующие витамины, не имеющие общего строения с липидами.

Витамин С – аскорбиновая кислота. Ее отсутствие вызывает известную болезнь – цингу.

Витамины группы В, как и другие витамины, входят в состав ферментов и гормонов. Многие витамины группы В, витамин К синтезируются бактериями пищевого тракта. Прием лекарств-антибиотиков приводит к интенсивной гибели бактерий в организме, в том числе и бактерий кишечника. Поэтому вместе с антибиотиками рекомендуется принимать и витамины. Некоторые витамины не функционируют в организме при отсутствии определенных металлов. Для активации витамина D нужен кальций, витамина Е — селен; для синтеза В12 необходим кобальт. Суточная потребность человека в витаминах составляет, как правило, несколько микрограммов.


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+