Органические вещества

Органические соединения составляют в среднем 20—30 % массы клетки живого организма.

К ним относятся биологические полимеры:

-белки

- нуклеиновые кислоты

- углеводы

- жиры

- ряд небольших молекул — гормоны, пигменты, аминокислоты, простые сахара, нуклеотиды и т.д.

Различные типы клеток отличаются количественным содержанием органических соединений. Так, в растительных клетках преобладают углеводы. Наоборот, белки в большем количестве содержатся в животной клетке, чем в растительной (40—50 % против 20—35 %). Тем не менее каждая из групп органических веществ в клетке любого типа выполняет сходные функции.

Белки занимают первое место среди органических веществ клетки как по количеству, так и по значению.

Белки — это высокомолекулярные полимерные соединения, мономером которых служат аминокислоты.

Молекула каждой аминокислоты содержит специфическую часть (боковую группу - R) - аминокислотный остаток и неспецифическую часть.

Цепи аминокислот называются пептидами.

Белки - это пептиды, но большей длины (полипептиды). Граница между истинными белками и пептидами условна: белками считают пептиды, цепь которых включает более 50 аминокислотных остатков (молекулярная масса белков от 5 тысяч дальтон и выше).

Аминокислоты соединяются между собой пептидной связью.

Пептидная связь возникает при образовании белков и пептидов в результате взаимодействия аминогруппы (– NH2) одной аминокислоты с карбоксильной группой (–СООН) другой аминокислоты.

Схема пептидной связи

Всего биохимикам известно около 200 различных природных аминокислот.20 аминокислот, обнаруживаемые в белках - это протеиногенные аминокислоты – то есть аминокислоты, из которых строятся белковые молекулы. В организме человека встречается 5 млн. типов белковых молекул, отличающихся не только друг от друга, но и от белков других организмов.

Четыре уровня структурной организации:

Первичная структура	последовательность аминокислот в полипептидной цепи (ковалентная структура).
Вторичная струк­тура	Характеризует различные типы регулярных структур, встречающихся во многих белках: · спиральные структуры (α-спирали), образованные единичной полипептидной цепью · складчатые слои (β-структуры), образованные двумя или не­сколькими участками цепи Эти структуры стабилизированы водородными связями, образованными между — СО- и —NH- группами пептидных связей в спирали.

третичная структура	характеризует пространственную укладку молекул белка, если она образована одной полипептидной цепью. Определена нековалентными взаимодействиями между спиральными и /3-структурными участками полипептидной цепи в совокупности с взаимодействиями R-групп и функциональных групп остова молекулы. Третичная структура имеет прямое отношение к форме молекул белка, которая может быть шарообразной (глобулярной) или нитевидной (фибриллярной). Дисульфидные (S—S) связи не определяют характер свертывания полипептидной цепи, но стабилизируют третичную структуру после завершения процесса свертывания. Такие связи образуются самопроизвольно, когда соответствующие—SH-группы оказываются рядом.	сворачивание спирали в более тесное образование за счет дополнительного «сшивания» слабыми связями
Четвертичная структура	характеризует пространственное взаиморасположение субъединиц белка в том случае, если он состоит более чем из одной полипептидной цепи.

Денатурация белка - нарушение структурной организации белков (утрата структуры, присущей данной белковой молекуле) в результате изменения физических условий, в том числе изменение рН, температуры или обработка водными растворами некоторых неорганических веществ.

При денатурации молекула развертывается и теряет способность выполнять свою обычную биологическую функцию. Это изменение может носить временный или постоянный характер, но аминокислотная последовательность в молекуле белка остается неизменной.

Денатурированный белок существенным образом отличается по своей пространственной организации от белка в естественном (нативном) состоянии и лишен биологической активности. Дена­турирующие воздействия в той или иной степени разрушают нековалентную структуру нативного белка (вторичную, третичную и четвертичную). Некоторые белки при незначительных изме­нениях структуры не теряют биологической активности, другие даже при незначительных перестройках, которые не фиксируются обычными методами, полностью инактивируются.

Ренатурация белка - воссоздание струк­туры белка и его функциональной активности при восстанов­лении нормальных условий среды полностью.

Это свойство белков полностью восстанавливать утраченную структуру широко используется в медицинской и пищевой промышленности для приготовления некоторых медицинских препаратов, например антибиотиков, для получения пищевых концентратов, сохраняющих длительное время в высушенном виде свои питательные свойства, вакцин, сывороток, ферментов.

Функции белков

Углеводы (сахариды)

Органические вещества с общей формулой С_n(Н₂О)_m

В животной клетке содержание углеводов составляет 1—2 % (5 %).

В растительной клетке достигает 90 % сухой массы (клубни картофеля, семена и т.д.).

Классы углеводов

моноса­хариды

простые сахара В зависимости от числа атомов углерода в молекуле среди моносахаридов различают триозы — 3 атома, тетрозы — 4, пентозы — 5, гексозы — 6, гептозы—7 атомов углерода. Из шестиуглеродных моносахаридов наиболее важны глюкоза, фруктоза и галактоза. Глюкоза содержится в крови (0,1—0,12%). Пентозы — рибоза и дезоксирибоза — входят в состав нуклеиновых кислот.

олигосахариды

содержат 2—10 моносахаридных остатков Наиболее важные дисахариды — мальтоза, лактоза и сахароза. Мальтоза образуется из крахмала в процессе его переваривания, она состоит из двух остатков глюкозы. Лактоза(молочный сахар), содержится только в молоке, состоит из глюкозы и галактозы. Сахароза (тростниковый сахар) наиболее распространена в растениях. В ее состав входят глюкоза и фруктоза.

полисахариды

содержат более 10 остатков Мономер крахмала, гликогена, целлюлозы —глюкоза.   У гликогена– имеет длина меньше веточек – 11-18 остатков глюкозы и более разветвлен – через каждые 8-10 остатков. За счет этих особенностей гликоген более компактно уложен, что немаловажно для животной клетки. Целлюлоза ферментами человека не переваривается. Но в толстом кишечнике под действием микрофлорыдо 75% ее количества гидролизуется с образованием целлобиозы и глюкозы. Глюкоза частично используется самой микрофлорой и окисляется до органических кислот (масляной, молочной), которые стимулируют перистальтику кишечника. Частично глюкоза может всасываться в кровь. Основная роль целлюлозы для человека: стимулирование перистальтики кишечника, формирование каловых масс, стимуляция желчеотделения, абсорбция холестерола и других веществ, что препятствует их всасыванию.

Функции углеводов

Липиды.

Это нерастворимые в воде органические вещества, которые можно извлечь из клеток органическими растворителями (эфиром, хлороформом, бензолом). Их объединяет только одно свойство – гидрофобность

Липиды состоят из жирных кислот и спиртов. В частности, лдна молекула глицерина (трехатомного спирта) и три молекулы жирной кислоты образуют одну молекулу липида и три молекулы воды.

По отношению к гидролизу в щелочной среде все липиды подразделяют на две большие группы: омыляемыеи неомыляемые.

Настоящие липиды — сложные эфиры жирных кислот и какого-либо спирта.

Жирные кислоты, являющиеся компонентами липидов, в свободном виде в природе встречаются редко.

Жирные кислоты, которые входят в состав липидов, состоят из длинной цепи атомов углерода и водорода, соединенной с карбоксильной группой (—СООН). Именно углеводородные хвосты молекул определяют многие свойства липидов, в том числе и нерастворимость их в воде. Углеводородные хвосты гидрофобны.

Самые распространенные из липидов, встречающихся в природе,— нейтральные жиры.Эти соединения являются эфирами жирных кислот и глицерина СН₂ОН—СНОН—СН₂ОН. Одна, две или три гидроксильные группы глицерина могут вступать в реакцию конденсации с жирной кислотой. Чаще всего в реакцию вступают все три гидроксильные группы, образуя триглицериды.

Триглицериды принято делить на жиры и масла в зависимости от того, остаются ли они твердыми при 20⁰С (жиры) или имеют при этой температуре жидкую консистенцию (масла).

Функции жиров

Содержание жира в клетке колеблется в пределах 5—15 % от массы сухого вещества. В клетках жировой ткани количество жира возрастает до 90 %. В организме животных, впадающих в спячку, накапливается избыток жира, у позвоночных животных жир отлагается еще и под кожей — в так называемой подкожной клетчатке, где он служит для теплоизо­ляции. Одним из продуктов окисления жиров является вода. Эта метаболическая вода очень важна для обитателей пустынь. Так, жир, которым заполнен горб верблюда, служит в первую очередь не источником энергии, а источником воды.

Широко представлены в животном и растительном мире стероиды. Они выполняют ряд важных биохимических и физиологических функций — это жёлчные кислоты и их соли, половые гормоны, витамин D, холестерол, гормоны коры надпочечников и т.д.