Основные типы органических соединений, входящих в состав организмов

Биологически активные вещества (ферменты, гормоны, витамины, некоторые яды и др.) влияют на процессы обмена веществ и превращения энергии в целом или на отдельные их звенья. Многие из них осуществляют гуморальную регуляцию процессов жизнедеятельности разнообразных организмов. Таким образом, органическими соединениями называют вещества, образованные атомами углерода, соединенными крепкими ковалентными связями. Содержание органических соединений в клетках составляет в среднем 20-30 %. Обзор основных классов этих веществ начнем с липидов.

Липиды - преимущественно гидрофобные органические соединения, которые растворяются в неполярных веществах (эфире, хлороформе, ацетоне и др.). Молекулярная масса липидов обычно составляет 50-1500. Большинство липидов - производные высших жирных кислот, спиртов или альдегидов.

• Разнообразие липидов. Среди липидов различают простые и сложные. К простым липидам относятся вещества, состоящие из соединенных между собой остатков жирных кислот (или альдегидов) и спиртов, например жиры и воски.

Рис. 7.1. Воски покрывают поверхность плодов и входят в состав кутикулы листьев (1); из восков медоносные пчелы строят соты (2)

Сложные липиды - соединения, образованные в результате взаимодействия молекул простых липидов с другими веществами. К ним относятся липопротеиды (соединения липидов и белков), гликолипиды (липидов и углеводов), фосфолипиды (липидов и фосфорной кислоты).

Жиры - сложные эфиры, образованные трехатомным спиртом глицерином и тремя остатками жирных кислот. Они откладываются в виде жировых включений в растительных и животных клетках. Повышенное содержание жиров (до 90 %) характерно для клеток почек, подкожной клетчатки позвоночных, желтого тела членистоногих. У некоторых растений (подсолнечника, грецкого ореха, маслин и др.) много жиров содержится в семенах и плодах.

Воски выполняют в основном защитную функцию. У млекопитающих воски выделяют сальные железы кожи: они придают эластичность коже и уменьшают износ волосяного покрова. У птиц воск выделяет копчиковая железа, расположенная над основой хвоста. Ее секрет придает водоотталкивающие свойства перьевому покрову (вспомните: эта железа хорошо развита именно у водоплавающих птиц). Восковый слой покрывает листья наземных растений и поверхность внешнего скелета членистоногих - обитателей суши, предотвращая избыточное испарение воды поверхностью тела. Хорошо развитые восковые железы расположены в брюшке медоносных рабочих пчел. Как вы помните, из воска пчелы строят соты (рис. 7.1). Воск широко используют в медицине, промышленности и других сферах деятельности человека.

Еще одна важная группа липидов - гидрофобные спирты стероиды. Углеродная цепочка стероидов образует несколько колец, потому они относятся к так называемым циклическим органическим соединениям. Стероидную природу, в частности, имеют половые гормоны человека - эстрогены (женские) и андрогены (мужские), а также гормоны надпочечников (кортикостероиды) (рис. 7.2, 1).

Рис. 7.2. Стероиды: 1 - половые гормоны: женский - эстроген (а) и мужской - тестостерон (б) - влияют на формирование вторичных половых признаков (обратите внимание на яркий хвост самца); 2 - холестерин

Один из самых известных стероидов - холестерин (рис. 7.2, 2). В организме млекопитающих и человека он служит предшественником при синтезе половых гормонов. В плазме крови холестерин находится в виде сложных эфиров с жирными кислотами, которые он транспортирует. Холестерин синтезируют клетки печени; он входит в состав желчи. Но это соединение попадает в организм и с жирной едой. Избыток холестерина в результате неправильного питания или повышенной функции печени нарушает нормальное функционирование организма.

• Функции липидов. Одна из важнейших функций липидов - энергетическая. При полном расщеплении 1 г жиров выделяется 38,9 кДж энергии - в два раза больше, чем при полном расщеплении аналогичного количества углеводов или белков.

Не менее важна строительная, или структурная, функция. Фосфолипиды входят в состав клеточных мембран (рис. 7.3, 7.4), жиры - в состав защитной миелиновой оболочки нервных волокон и т. д.

Резервная функция заключается в том, что липиды содержатся в цитоплазме клеток в виде включений (например, в клетках жировой ткани, семян подсолнуха и др.). Запасы жиров организмы используют в качестве резерва питательных веществ и как источник метаболической воды: при окислении 1 г жиров образуется почти 1,1 г воды.

Благодаря запасам жира некоторые животные в течение определенного времени могут существовать без поступления воды извне. Например, верблюды в пустыне выдерживают без воды до 16 суток; медведи, сурки и другие животные во время спячки не потребляют воду свыше двух месяцев.

Жировые включения повышают плавучесть мелких одноклеточных организмов (например, радиолярий, парящих в толще воды).

Рис. 7.3. Строение фосфолипидов

Рис. 7.4. Расположение фосфолипидов в составе клеточной мембраны

Запасы жира могут выполнять и защитную функцию. Так, они защищают внутренние органы от механических повреждений. Например, почки человека и млекопитающих покрыты упругим жировым слоем. Накапливаясь в подкожной жировой клетчатке животных - обитателей территорий с прохладным климатом (китов, тюленей, пингвинов и др.), жиры защищают организм от действия резких изменений температуры (теплоизоляционная функция). Например, у синего кита слой жира в подкожной клетчатке может превышать 50 см. Эта функция жиров определяется их низкой теплопроводимостью. Ранее мы упоминали о защитных свойствах восков, связанных с их гидрофобностью.

Важна и регуляторная функция липидов. Вы помните, что липидную природу имеют некоторые биологически активные вещества: стероидные гормоны, витамины группы D. Они участвуют в регуляции жизненных функций организмов: обмена веществ у позвоночных животных и человека, линьки насекомых и др.

Ключевые термины и понятия. Органические соединения, макромолекулы, биополимеры, мономеры, липиды.

Кратко о главном

• В состав клеток входят различные органические соединения: липиды, углеводы, белки, нуклеиновые кислоты и др. Высокомолекулярные органические соединения, состоящие из большого количества одинаковых или разных по химическому строению звеньев (простых молекул - мономеров), называют биополимерами.
• Липиды - преимущественно гидрофобные органические соединения, которые растворяются в неполярных растворителях. Среди липидов различают простые и сложные. Простые липиды состоят из соединенных между собой остатков жирных кислот (или альдегидов) и спиртов, например жиры, воски. Сложные липиды - соединения, образованные в результате взаимодействия молекул простых липидов с другими соединениями (например, липопротеиды, гликолипиды, фосфолипиды).
• Липиды выполняют энергетическую, строительную, или структурную, резервную, защитную и регуляторную биологические функции.

Вопросы для самоконтроля

1. Чем органические соединения отличаются от неорганических? 2. Какие вы знаете основные классы органических соединений? 3. Какие вещества называют липидами? Какие основные группы липидов вам известны? 4. Каковы свойства липидов? 5. Каковы функции липидов в организмах?

Подумайте

Верблюды имеют значительные запасы жира, который служит источником метаболической воды. Ведь они обитают в знойных пустынях, где температура днем может достигать +40 °С и выше. Синие киты в основном обитают в прохладных водах, и значительные запасы подкожного жира защищают их тело от переохлаждения. Чем отличается характер распределения жировых отложений в теле этих животных?