Співвідношення основних хімічних сполуку клітині

Ліпіди. До складу кожної клітини живого організму входять ліпіди (від грец. ліпос — жир), що за хімічною структурою є сполуками жирних кислот і різноманітних багатоатомних спиртів. Крім них, до цієї групи органічних речовин включають ще деякі сполуки, нерозчинні у воді. Ліпіди поділяють на жири та жироподібні речовини.

Будова жирів. Це складні естери триатомного спирту гліцерину з високомолекулярними жирними кислотами. До складу жирів входять лише три елементи: Карбон, Гідроген та Оксиген. Молекули жирів належать до неполярних сполук і тому не розчиняються у воді. Їх називають гідрофобними (від грец. гідро — вода і фобос — страх), на відміну від гідрофільних (від грец. гідро — вода і філео — люблю). Усі карбонові кислоти, що утворюють жири, мають парну кількість атомів Карбону. Наприклад, у твердих тваринних жирах, які називають салом, містяться пальмітинова (С16Н32O2) і стеаринова (С18Н36O2) кислоти (іл. 3.3).

Жири, які мають за кімнатної температури рідку консистенцію і позначаються терміном олія, утворюються за участі багатоатомних кислот з подвійним зв'язком між атомами Карбону. Найпоширенішою ненасиченою кислотою є олеїнова кислота (С18Н34O2) (іл. 3.3), що входить до складу рідких жирів рослин, риб та морських ссавців.

Іл. 3.3. Схеми будови молекул пальмітинової (а), стеаринової (б) та олеїнової (в) кислот

Жири не розчинюються у воді, але під час збовтування здатні утворювати емульсії (від лат. емульсує — той, якого видоїли) — суміші, що складаються з води й дуже дрібних і непомітних для ока крапельок жиру. Типовою біологічною емульсію є молоко.

Функції жирів.

• Жири виконують передусім структурну функцію, вони є обов'язковим компонентом плазматичної мембрани та оболонки клітинного ядра; входять до складу нервових волокон, виконуючи одночасно й електроізоляційну функцію (утворюють мієлін — речовину, що створює оболонку нейронів).

• Жири — важливе джерело енергії. Більше половини енергії, яку виробляють клітини в стані спокою, становить енергія, що виділяється під час окиснення жирів. Значна кількість жирів міститься в молоці.

• Жири — це енергетичний резерв організму. У процесі окиснення 1 г жиру до води й вуглекислого газу виділяється 38,9 кДж енергії, що удвічі більше, ніж під час окиснення будь-яких інших речовин клітини. Завдяки тому, що жири енергетично найвигідніші сполуки, вони є основними речовинами клітини, які організми зберігають у запас. Саме тому в рослин найбільше жирів міститься у плодах та насінні. Жири накопичуються і в клітинах тварин, зокрема їх багато в підшкірно-жировій клітковині людини (іл. 3.4).

• Жири погано проводять тепло. Тому, відкладаючись у теплокровних хребетних тварин у вигляді підшкірного жиру, вони також виконують і терморегулювальну функцію. Наприклад, у синього кита, найбільшої тварини, що живе на Землі (іл. 3.5), підшкірний шар жиру становить близько півметра.

Іл. 3.4. Будова шкіри людини: 1 — епідерміс; 2 — дерма; 3 — підшкірно-жирова клітковина

Іл. 3.5 Синій кит

• Жири є мастильним та гідрофобним матеріалом, який захищає шкіру ссавців і пір'я птахів від намокання та пересихання.

Іл. 3.6. Двогорбий верблюд

• Особливу функцію жири виконують у верблюда (іл. 3.6). Усі знають, що у верблюда запаси жиру відкладаються у вигляді горбів на спині. Учені пояснюють це тим, що за умови рівномірного розподілу великого об'єму жиру по всьому тілу організм у спеку перегріватиметься. Тоді виникає питання: навіщо верблюдові потрібна така кількість жиру?

Виявляється, що жир — це джерело води, адже під час окиснення жирів утворюється вода, яку і використовує організм, а тому верблюди можуть не пити багато днів за температури повітря +40 °С.

Жироподібні речовини. Жироподібні речовини — це більш складні й більш різноманітні за структурою та функціями сполуки, ніж жири. До їх складу не входять молекули гліцерину. Молекули жироподібних речовин можуть складатися не лише з атомів Карбону, Оксисену, Гідрогену, а й інших атомів, наприклад, Сульфуру. Ці речовини також нерозчинні або слаборозчинні у воді.

Основне призначення жироподібних речовин — їх участь в утворенні клітинної мембрани. Вони також відіграють важливу роль у передачі клітинного сигналу, можуть бути регуляторами процесів, що відбуваються всередині клітини; слугують молекулярною основою багатьох гормонів; беруть участь в імунних реакціях.

Незамінними компонентами клітинних мембран рослинних і тваринних клітин є фосфоліпіди. Одна частина молекули фосфоліпідів, що представлена залишками жирних кислот, — гідрофобна, а інша, що є залишком ортофосфатної кислоти, — гідрофільна.

Воски — це особлива група жироподібних речовин, які, як і жири, складаються лише з трьох хімічних елементів. На відміну від жирів вони є сполуками багатоатомних жирних кислот з одноатомними спиртами. Наприклад, бджолиний віск, який у бджіл і джмелів продукується в спеціальних залозах, — це сполука високомолекулярного спирту (С30Н61ОН) і пальмітинової кислоти. Воски мають водовідштовхувальну властивість, тому в бджіл вони вкривають тіло, а в рослин — поверхню листків.

Окрему групу ліпідів утворюють стероїди, до складу яких жирні кислоти не входять, а їхньою основою є чотири циклічні сполуки Карбону. Найважливішим стероїдом організму тварин вважають холестерин (С27H46O). Це високомолекулярний спирт, який є складовою клітинних мембран та основою для синтезу вітаміну D, а також гормонів надниркової та статевих залоз.

Органічні сполуки — це різноманітні сполуки Карбону, які можуть утворюватися в організмі або в лабораторних умовах із простих неорганічних сполук. Молекули органічних речовин, що утворюються в клітинах, називають біомолекулами.