Органические вещества. Углеводы. Белки

Вопрос 1. Какие химические соединения называют углеводами?

Углеводы - это обширная группа природных органических соединений. Углеводы подразделяют на три основных класса: моносахариды, дисахариды и полисахариды. Дисахарид представляет собой соединение двух моносахаридов; полисахариды являются полимерами моносахаридов. Углеводы выполняют в живых организмах энергетическую, запасающую и строительную функции. Последняя особенно важна для растений, клеточная стенка которых в основном состоит из полисахарида целлюлозы. Именно углеводы древних живых существ (прокариотов и растений) стали основой для образования ископаемого топлива - нефти, газа, угля.

Вопрос 2. Что такое моно - и дисахариды? Приведите примеры.

Моносахариды - это углеводы, количество атомов углерода (n) в которых относительно невелико (от 3 до 6-10). Моносахариды обычно существуют в циклической форме; наиболее важны среди них гексозы (n = 6) и пентозы (n = 5). К гексозам относится глюкоза, которая является важнейшим продуктом фотосинтеза растений и одним из основных источников энергии для животных; широко распространена также фруктоза - фруктовый сахар, придающий сладкий вкус плодам и меду. Пентозы рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот. Если в одной молекуле объединяются два моносахарида, такое соединение называют дисахаридом. Составные части (мономеры) дисахарида могут быть одинаковыми либо разными. Так, две глюкозы образуют мальтозу, а глюкоза и фруктоза - сахарозу. Мальтоза является промежуточным продуктом переваривания крахмала; сахароза - тем самым сахаром, который можно купить в магазине.

Вопрос 3. Какой простой углевод служит мономером крахмала, гликогена, целлюлозы?

Моносахариды, соединяясь друг с другом, могут образовывать полисахариды. Наиболее распространенные полисахариды (крахмал, гликоген, целлюлоза) представляют собой длинные цепи особым образом соединенных молекул глюкозы. Глюкоза является гексозой (химическая формула С6Н1206) и обладает несколькими ОН-группами. За счет установления связей между ними отдельные молекулы глюкозы способны формировать линейные (целлюлоза) либо ветвящиеся (крахмал, гликоген) полимеры. Средний размер такого полимера - несколько тысяч молекул глюкозы.

Вопрос 4. Из каких органических соединений состоят белки?

Белки - это гетерополимеры, состоящие из 20 типов аминокислот, соединенных между собой особыми, так называемыми, пептидными связями. Аминокислоты - органические молекулы, имеющие общий план строения: атом углерода, соединенный с водородом, кислотной группой (-СООН), аминогруппой (-NH2) и радикалом. Разные аминокислоты (каждая имеет свое название) различаются лишь строением радикала. Образование пептидной связи происходит за счет соединения кислотной группы и аминогруппы двух аминокислот, расположенных рядом в молекуле белка.

Вопрос 5. Как образуются вторичная и третичная структуры белка?

Цепь аминокислот, составляющая основу молекулы белка, является его первичной структурой. Между положительно заряженными аминогруппами и отрицательно заряженными кислотными группами аминокислот возникают водородные связи. Образование этих связей вызывает сворачивание белковой молекулы в спираль.

Белковая спираль - вторичная структура белка. На следующем этапе за счет взаимодействий между радикалами аминокислот белок сворачивается в клубок (глобулу) или нить (фибриллу). Такую структуру молекулы называют третичной; именно она является биологически активной формой белка, обладающей индивидуальной специфичностью и определенной функцией.

Вопрос 6. Назовите известные вам функции белков.

Белки выполняют в живых организмах чрезвычайно разнообразные функции.

Одна из самых многочисленных групп белков - ферменты. Они выполняют функцию катализаторов химических реакций и участвуют во всех биологических процессах.

Многие белки выполняют структурную функцию, участвуя в образовании мембран и органоидов клетки. Белок коллаген входит в состав межклеточного вещества костной и соединительной ткани, а кератин является основным компонентом волос, ногтей, перьев.

Сократительная функция белков обеспечивает организму возможность двигаться посредством сокращения мышц. Эта функция присуща таким белкам, как актин и миозин.

Транспортные белки связывают и переносят различные вещества как внутри клетки, так и по всему организму. К ним относится, например, гемоглобин, который транспортирует молекулы кислорода и углекислого газа.

Белки-гормоны обеспечивают регуляторную функцию. Белковую природу имеет гормон роста (его избыток у ребенка приводит к гигантизму), инсулин, гормоны, регулирующие работу почек, и др.

Чрезвычайно важны белки, выполняющие защитную функцию. Иммуноглобулины (антитела) - основные участники иммунных реакций; они защищают организм от бактерий и вирусов. Фибриноген и ряд других белков плазмы крови обеспечивают свертывание крови, останавливая кровопотерю.

Энергетическую функцию белки начинают выполнять при их избытке в пище либо, напротив, при сильном истощении клеток. Чаще мы наблюдаем, как пищевой белок, перевариваясь, расщепляется до аминокислот, из которых затем создаются белки, необходимые организму.

Вопрос 7. Что такое денатурация белка? Что может явиться причиной денатурации?

Денатурация - это утрата белковой молекулой своего нормального ("природного") строения: третичной, вторичной и даже первичной структуры. При денатурации белковый клубок и спираль раскручиваются; водородные, а затем и пептидные связи разрушаются. Денатурированный белок не способен выполнять свои функции. Причинами денатурации являются высокая температура, ультрафиолетовое излучение, действие сильных кислот и щелочей, тяжелых металлов, органических растворителей. Примером денатурации служит варка куриного яйца. Содержимое сырого яйца жидкое и легко растекается. Но уже через несколько минут нахождения в кипятке оно меняет свою консистенцию, уплотняется. Причина - денатурация яичного белка альбумина: его клубковидные, растворимые в воде молекулы-глобулы раскручиваются, а затем соединяются друг с другом, образуя жесткую сеть.