Kohlenhydrate und Lipide in der Zelle. Organische Substanzen der Zelle. Kohlenhydrate, Lipide. Funktionen wasserlöslicher Kohlenhydrate. Funktionen polymerer Kohlenhydrate. Funktionen von Lipiden. Struktur und Funktionen von Lipiden

Kohlenhydrate sind organische Verbindungen, deren Zusammensetzung in den meisten Fällen durch die allgemeine Formel C ausgedrückt wird N(H2O) M (N Und M≥ 4). Kohlenhydrate werden in Monosaccharide, Oligosaccharide und Polysaccharide unterteilt.

Monosaccharide – einfache Kohlenhydrate werden je nach Anzahl der Kohlenstoffatome in Triosen (3), Tetrosen (4), Pentosen (5), Hexosen (6) und Heptosen (7 Atome) unterteilt. Am häufigsten sind Pentosen und Hexosen. Eigenschaften von Monosacchariden: Sie sind leicht wasserlöslich, kristallisieren, haben einen süßen Geschmack und können in Form von α- oder β-Isomeren vorliegen.

Ribose und Desoxyribose gehören zur Gruppe der Pentosen, sie sind Teil von RNA- und DNA-Nukleotiden, Ribonukleosidtriphosphaten und Desoxyribonukleosidtriphosphaten usw. Desoxyribose (C 5 H 10 O 4) unterscheidet sich von Ribose (C 5 H 10 O 5) darin das zweite Kohlenstoffatom hat ein Wasserstoffatom und keine Hydroxylgruppe wie Ribose.

Glukose oder Traubenzucker(C 6 H 12 O 6), gehört zur Gruppe der Hexosen, kann in Form von α-Glucose oder β-Glucose vorliegen. Der Unterschied zwischen diesen räumlichen Isomeren besteht darin, dass sich die Hydroxylgruppe am ersten Kohlenstoffatom von α-Glucose unterhalb der Ringebene befindet, während sie sich bei β-Glucose oberhalb der Ebene befindet.

Glukose ist:

eines der häufigsten Monosaccharide,

die wichtigste Energiequelle für alle Arten von Arbeit in der Zelle (diese Energie wird bei der Oxidation von Glukose während der Atmung freigesetzt),

Monomer vieler Oligosaccharide und Polysaccharide,

ein wesentlicher Bestandteil des Blutes.

Fruktose oder Fruchtzucker, gehört zur Gruppe der Hexosen, ist süßer als Glukose und kommt in freier Form in Honig (mehr als 50 %) und Früchten vor. Es ist ein Monomer vieler Oligosaccharide und Polysaccharide.

Oligosaccharide- Kohlenhydrate, die durch eine Kondensationsreaktion zwischen mehreren (zwei bis zehn) Monosaccharidmolekülen entstehen. Abhängig von der Anzahl der Monosaccharidreste unterscheidet man Disaccharide, Trisaccharide usw. Am häufigsten sind Disaccharide. Eigenschaften von Oligosacchariden- in Wasser auflösen, kristallisieren, der süße Geschmack nimmt mit zunehmender Anzahl der Monosaccharidreste ab. Die zwischen zwei Monosacchariden gebildete Bindung heißt glykosidisch.

Saccharose, Rohr- oder Rübenzucker ist ein Disaccharid, das aus Glucose- und Fructoseresten besteht. In Pflanzengeweben enthalten. Ist ein Lebensmittelprodukt (allgemeiner Name - Zucker). Industriell wird Saccharose aus Zuckerrohr (Stängel enthalten 10–18 %) oder Zuckerrüben (Wurzelgemüse enthält bis zu 20 % Saccharose) hergestellt.

Maltose oder Malzzucker ist ein Disaccharid, das aus zwei Glucoseresten besteht. In keimenden Getreidesamen enthalten.

Laktose oder Milchzucker ist ein Disaccharid, das aus Glucose- und Galactoseresten besteht. In der Milch aller Säugetiere vorhanden (2–8,5 %).

Polysaccharide- Dies sind Kohlenhydrate, die durch die Polykondensationsreaktion vieler (mehrere Dutzend oder mehr) Monosaccharidmoleküle entstehen. Eigenschaften von Polysacchariden- lösen sich nicht oder nur schlecht in Wasser auf, bilden keine klar geformten Kristalle und haben keinen süßen Geschmack.

Stärke(C 6 H 10 O 5) N– ein Polymer, dessen Monomer α-Glucose ist. Stärkepolymerketten enthalten verzweigte (Amylopektin, 1,6-glykosidische Bindungen) und unverzweigte (Amylose, 1,4-glykosidische Bindungen) Bereiche. Stärke ist das wichtigste Reservekohlenhydrat der Pflanzen, eines der Produkte der Photosynthese und reichert sich in Samen, Knollen, Rhizomen und Zwiebeln an. Der Stärkegehalt beträgt in Reiskörnern bis zu 86 %, in Weizen bis zu 75 %, in Mais bis zu 72 %, in Kartoffelknollen bis zu 25 %. Stärke ist das wichtigste Kohlenhydrat menschliche Nahrung (Verdauungsenzym - Amylase).

Glykogen(C 6 H 10 O 5) N- ein Polymer, dessen Monomer ebenfalls α-Glucose ist. Die Polymerketten von Glykogen ähneln den Amylopektinregionen von Stärke, verzweigen sich jedoch im Gegensatz zu diesen noch stärker. Glykogen ist das wichtigste Reservekohlenhydrat von Tieren, insbesondere vom Menschen. Reichert sich in der Leber (Gehalt bis zu 20 %) und den Muskeln (bis zu 4 %) an und ist eine Glukosequelle.

Zellulose(C 6 H 10 O 5) N– ein Polymer, dessen Monomer β-Glucose ist. Cellulose-Polymerketten verzweigen sich nicht (β-1,4-glykosidische Bindungen). Das wichtigste Strukturpolysaccharid pflanzlicher Zellwände. Der Zellulosegehalt im Holz beträgt bis zu 50 %, in Baumwollsamenfasern bis zu 98 %. Zellulose wird von menschlichen Verdauungssäften nicht abgebaut, weil Es fehlt das Enzym Cellulase, das die Bindungen zwischen β-Glucosen aufbricht.

Inulin- ein Polymer, dessen Monomer Fruktose ist. Reservekohlenhydrat von Pflanzen der Familie Asteraceae.

Glykolipide- komplexe Substanzen, die durch die Kombination von Kohlenhydraten und Lipiden entstehen.

Glykoproteine- komplexe Substanzen, die durch die Kombination von Kohlenhydraten und Proteinen entstehen.

Funktionen von Kohlenhydraten

Funktion	Beispiele und Erklärungen
Energie	Die Hauptenergiequelle für alle Arten von Arbeiten in Zellen. Beim Abbau von 1 g Kohlenhydraten werden 17,6 kJ freigesetzt.
Strukturell	Die Zellwand von Pflanzen besteht aus Zellulose, die Zellwand von Bakterien aus Murein, die Zellwand von Pilzen und die Haut von Arthropoden aus Chitin.
Lagerung	Das Reservekohlenhydrat ist bei Tieren und Pilzen Glykogen, bei Pflanzen sind es Stärke und Inulin.
Schützend	Schleim schützt den Darm und die Bronchien vor mechanischer Beschädigung. Heparin verhindert die Blutgerinnung bei Tieren und Menschen.

Sehen Sie sich hier eine Animation zur Klassifizierung und biologischen Funktion von Kohlenhydraten an

Struktur und Funktionen von Lipiden

Lipide haben keine einzige chemische Eigenschaft. In den meisten Fällen gibt es Vorteile Bestimmung von Lipiden Sie sagen, dass dies eine kollektive Gruppe wasserunlöslicher organischer Verbindungen ist, die mit organischen Lösungsmitteln – Ether, Chloroform und Benzol – aus der Zelle extrahiert werden können. Lipide können in einfache und komplexe Lipide unterteilt werden.

Einfache Lipide Die meisten davon sind Ester höherer Fettsäuren und dreiwertiger Alkohol Glycerin – Triglyceride. Fettsäure haben: 1) eine für alle Säuren gleiche Gruppe – eine Carboxylgruppe (–COOH) und 2) einen Rest, durch den sie sich voneinander unterscheiden. Das Radikal ist eine Kette unterschiedlicher Anzahl (von 14 bis 22) von –CH 2 –-Gruppen. Manchmal enthält ein Fettsäurerest eine oder mehrere Doppelbindungen (–CH=CH–), wie z Fettsäure wird als ungesättigt bezeichnet. Besitzt eine Fettsäure keine Doppelbindungen, spricht man von einer Fettsäure reich. Bei der Bildung eines Triglycerids geht jede der drei Hydroxylgruppen des Glycerins eine Kondensationsreaktion mit einer Fettsäure ein, um drei Esterbindungen zu bilden.

Wenn Triglyceride vorherrschen gesättigte Fettsäuren, dann sind sie bei 20°C fest; Sie heißen Fette Sie sind charakteristisch für tierische Zellen. Wenn Triglyceride vorherrschen ungesättigten Fettsäuren, dann sind sie bei 20 °C flüssig; Sie heißen Öle Sie sind charakteristisch für Pflanzenzellen.

1 - Triglycerid; 2 - Esterbindung; 3 – ungesättigte Fettsäure; 4 - hydrophiler Kopf; 5 - hydrophober Schwanz.

Die Dichte von Triglyceriden ist geringer als die von Wasser, daher schwimmen sie im Wasser und befinden sich an seiner Oberfläche.

Zu den einfachen Lipiden zählen auch Wachse- Ester höherer Fettsäuren und Alkohole mit hohem Molekulargewicht (normalerweise mit einer geraden Anzahl von Kohlenstoffatomen).

Komplexe Lipide. Dazu gehören Phospholipide, Glykolipide, Lipoproteine usw.

Phospholipide- Triglyceride, bei denen ein Fettsäurerest durch einen Phosphorsäurerest ersetzt ist. Beteiligen Sie sich an der Bildung von Zellmembranen.

Glykolipide- siehe oben.

Lipoproteine- komplexe Substanzen, die durch die Kombination von Lipiden und Proteinen entstehen.

Lipoide- fettähnliche Substanzen. Dazu gehören Carotinoide (photosynthetische Pigmente), Steroidhormone (Sexualhormone, Mineralokortikoide, Glukokortikoide), Gibberelline (Pflanzenwachstumsstoffe), fettlösliche Vitamine (A, D, E, K), Cholesterin, Kampfer usw.

Sehen Sie sich hier eine Animation über die Klassifizierung und biologischen Funktionen von Lipiden an

Funktionen von Lipiden

Funktion	Beispiele und Erklärungen
Energie	Die Hauptfunktion von Triglyceriden. Beim Abbau von 1 g Lipiden werden 38,9 kJ freigesetzt.
Strukturell	Phospholipide, Glykolipide und Lipoproteine sind an der Bildung von Zellmembranen beteiligt.
Lagerung	Fette und Öle sind Reservenährstoffe in Tieren und Pflanzen. Wichtig für Tiere, die in der kalten Jahreszeit Winterschlaf halten oder lange Wanderungen durch Gebiete unternehmen, in denen es keine Nahrungsquellen gibt. Pflanzensamenöle sind notwendig, um den Sämling mit Energie zu versorgen.
Schützend	Fettschichten und Fettkapseln polstern die inneren Organe. Wachsschichten werden als wasserabweisende Beschichtung auf Pflanzen und Tieren verwendet.
Wärmedämmung	Unterhautfettgewebe verhindert den Wärmeabfluss in den umgebenden Raum. Wichtig für Wassersäugetiere oder Säugetiere, die in kalten Klimazonen leben.
Regulatorisch	Gibberelline regulieren das Pflanzenwachstum. Das Sexualhormon Testosteron ist für die Entwicklung der sekundären Geschlechtsmerkmale des Mannes verantwortlich. Das Sexualhormon Östrogen ist für die Entwicklung weiblicher sekundärer Geschlechtsmerkmale verantwortlich und reguliert den Menstruationszyklus. Mineralokortikoide (Aldosteron usw.) steuern den Wasser-Salz-Stoffwechsel. Glukokortikoide (Cortisol usw.) sind an der Regulierung des Kohlenhydrat- und Proteinstoffwechsels beteiligt.
Stoffwechselwasserquelle	Bei der Oxidation von 1 kg Fett werden 1,1 kg Wasser freigesetzt. Wichtig für Wüstenbewohner.
Katalytisch	Die fettlöslichen Vitamine A, D, E, K sind Cofaktoren für Enzyme, d. h. Diese Vitamine selbst haben keine katalytische Aktivität, aber ohne sie können Enzyme ihre Funktionen nicht erfüllen.

Biologische Polymere
Kohlenhydrate und ihre Struktur
Funktionen von Kohlenhydraten
Lipide, ihre Struktur und Funktionen

Zellen enthalten viele organische Verbindungen: Kohlenhydrate, Proteine, Lipide, Nukleinsäuren und andere Verbindungen, die in der unbelebten Natur nicht vorkommen. Organische Stoffe sind chemische Verbindungen, die Atome enthalten Kohlenstoff.

Kohlenstoffatome sind in der Lage, starke kovalente Bindungen untereinander einzugehen und so viele verschiedene Ketten- oder Ringmoleküle zu bilden.

Die einfachsten kohlenstoffhaltigen Verbindungen sind Kohlenwasserstoffe, Verbindungen, die nur Kohlenstoff und Wasserstoff enthalten. Allerdings enthalten die meisten organischen, also Kohlenstoffverbindungen, auch andere Elemente (Sauerstoff, Stickstoff, Phosphor, Schwefel).

Organische Verbindungen – kohlenstoffhaltige Substanzen, die für die lebende Natur charakteristisch sind – machen durchschnittlich 20–30 % der Zellmasse lebender Organismen aus. Die Haupteigenschaften von Zellen und Organismen werden durch organische Polymere bestimmt: Proteine, Kohlenhydrate, Nukleinsäuren sowie komplexe Verbindungen – Fette und eine Reihe von Hormonmolekülen, Pigmenten, einzelnen Nukleotiden, insbesondere ATP (Adenosintriphosphorsäure).

Biologische Polymere (Biopolymere).

Biologische Polymere sind organische Verbindungen, die Teil der Zellen lebender Organismen und ihrer Stoffwechselprodukte sind.

Polymer(vom griechischen „poly“ – viele) – eine mehrgliedrige Kette, in der ein Glied eine relativ einfache Substanz ist – Monomer. Monomere verbinden sich miteinander und bilden Ketten aus Tausenden von Monomeren. Wenn Sie die Art des Monomers mit einem bestimmten Buchstaben bezeichnen, zum Beispiel A, dann kann das Polymer als eine sehr lange Kombination von Monomereinheiten dargestellt werden: A-A-A-A-...-A. Dies sind zum Beispiel die Ihnen bekannten organischen Stoffe: Stärke, Glykogen, Zellulose usw. Biopolymere sind Proteine, Nukleinsäuren und Polysaccharide. Die Eigenschaften von Biopolymeren hängen von der Struktur ihrer Moleküle ab: von der Anzahl und Vielfalt der Monomereinheiten, die das Polymer bilden. Wenn man zwei Arten von Monomeren A und B miteinander kombiniert, kann man eine sehr große Vielfalt an Polymeren erhalten. Die Struktur und Eigenschaften solcher Polymere hängen von der Anzahl, dem Verhältnis und der Reihenfolge des Wechsels ab, d. h. von der Position der Monomere in den Ketten. Ein Polymer, in dem sich eine Gruppe von Monomeren periodisch wiederholt, wird als Polymer bezeichnet regulär. Dies sind beispielsweise schematisch dargestellte Polymere mit regelmäßigem Monomerwechsel:

A B A B A B A B...

A A B B A A B B...

Ein BBABBABB A...

Es ist jedoch möglich, viel mehr Varianten von Polymeren zu erhalten, bei denen es kein sichtbares Muster in der Wiederholbarkeit der Monomere gibt. Solche Polymere werden genannt irregulär.

Nehmen wir an, dass jedes der Monomere eine Eigenschaft des Polymers bestimmt. Beispielsweise bestimmt Monomer A die hohe Festigkeit und Monomer B die elektrische Leitfähigkeit. Durch die Kombination dieser beiden Monomere in unterschiedlichen Anteilen und deren Abwechslung auf unterschiedliche Weise kann eine Vielzahl von Polymermaterialien mit unterschiedlichen Eigenschaften erhalten werden. Wenn wir nicht zwei Arten von Monomeren (A und B) nehmen, sondern mehr, dann Und Die Zahl der Polymerkettenoptionen wird deutlich zunehmen. Es stellte sich heraus, dass die Kombination und Umlagerung mehrerer Arten von Monomeren in langen Polymerketten den Aufbau vieler Möglichkeiten ermöglicht und die verschiedenen Eigenschaften von Biopolymeren bestimmt, aus denen alle Organismen bestehen. Dieses Prinzip liegt der Vielfalt des Lebens auf unserem Planeten zugrunde.

2. Kohlenhydrate und ihre Struktur. Sie sind in den Zellen aller lebenden Organismen weit verbreitet. Kohlenhydrate. Kohlenhydrate sind organische Verbindungen bestehend aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. In den meisten Kohlenhydraten liegen Wasserstoff und Sauerstoff in der Regel im gleichen Verhältnis vor Und in Wasser (daher ihr Name - Kohlenhydrate). Die allgemeine Formel solcher Kohlenhydrate lautet C n (H 2 0) m. Ein Beispiel ist eines der häufigsten Kohlenhydrate – Glucose, dessen elementare Zusammensetzung C 6 H 12 0 6 ist (Abb. 2). Glukose ist einfacher Zucker. Mehrere Reste einfacher Zucker verbinden sich zu komplexen Zuckern. Milch enthält Milchzucker, der aus den Resten zweier einfacher Zuckermoleküle (Disaccharide) besteht. Milchzucker ist die Hauptenergiequelle für die Jungen aller Säugetiere. Tausende Reste von Molekülen identischer Zucker bilden miteinander verbunden Biopolymere – Polysaccharide. Lebende Organismen enthalten viele verschiedene Polysaccharide: In Pflanzen sind sie es Stärke(Abb. 3), bei Tieren - Glykogen, Besteht ebenfalls aus Tausenden von Glukosemolekülen, ist aber noch verzweigter. Stärke und Glykogen spielen die Rolle von Energiespeichern, die für das Funktionieren der Körperzellen notwendig sind. Kartoffeln, Weizenkörner, Roggen, Mais usw. sind sehr reich an Stärke.

Kohlenhydrate oder Saccharide, - organische Stoffe mit der allgemeinen Formel C p (H 2 0) l, wobei P nicht weniger als drei. Das Verhältnis von Wasserstoff und Sauerstoff in der Kohlenhydratformel ähnelt ihrem Verhältnis in einem Wassermolekül, daher ihr Name. Pflanzenzellen sind am reichsten an Kohlenhydraten, in denen der Saccharidgehalt teilweise 90 % der Trockenmasse erreicht (Kartoffelknollen, Samen); in einer tierischen Zelle sind Kohlenhydrate in einer Menge von 2-5 % enthalten. Alle Kohlenhydrate werden in drei Gruppen eingeteilt: Monosaccharide, Disaccharide und Polysaccharide. Mehrere Moleküle von Monosacchariden, die sich unter Freisetzung von Wasser miteinander verbinden, bilden ein Polysaccharidmolekül, ein Polymer: -

Monosaccharide (Einfachzucker) werden je nach Anzahl der Kohlenstoffatome im Molekül unterteilt in: Triosen mit 3 Kohlenstoffatomen, Tetrosen – 4, Pentosen – 5, Hexosen – 6 Kohlenstoffatome. Von den Triosen sind Glycerin und seine Derivate (Milch- und Brenztraubensäure) von großer Bedeutung. Zu den Tetrosen gehört Erythrose. Zu den Pentosen gehören Ribose und Desoxyribose, die in RNA und DNA vorkommen. Unter den Hexosen sind Glucose, Fructose und Galactose für lebende Organismen von größter Bedeutung; ihre allgemeine Formel lautet C 6 H 12 O 6. Monosaccharide sind wasserlöslich. Sie sind die Hauptenergiequelle der Zelle. Die Oxidation von 1 g Glucose liefert 17,1 kJ Energie;
Disaccharide, Oligosaccharide bestehen aus zwei Monosacchariden, die durch eine glykosidische Bindung verbunden sind. Dazu gehören Saccharose, Laktose und Maltose. Löst sich in Wasser auf, hat einen süßen Geschmack;
Polysaccharide - Kohlenhydrate mit hohem Molekulargewicht, bestehend aus einer großen Anzahl von Monosacchariden, ihr Molekulargewicht ist groß, die Moleküle haben eine lineare oder verzweigte Struktur. Funktionell werden Polysaccharide für Reserve- und Strukturzwecke unterschieden. In kaltem Wasser unlöslich Stärke- das wichtigste Reservepolysaccharid der Pflanzen; kommt in großen Mengen in Kartoffelknollen, Früchten und Samen vor. Glykogen- ein Polysaccharid, das in menschlichen und tierischen Körpergeweben sowie in Pilzen und Hefen vorkommt und eine wichtige Rolle bei der Umwandlung von Kohlenhydraten in Zellen spielt. Faser(Zellulose) ist das wichtigste Strukturpolysaccharid pflanzlicher Zellwände. Es enthält fast 50 % des gesamten Kohlenstoffs in der Biosphäre. Polysaccharide werden in Homo- und Heteropolysaccharide unterteilt. Erstere bestehen aus Monosacchariden nur einer Art; die zweite besteht aus Monosacchariden verschiedener Art und ihren Derivaten. Komplexe mit Proteinen werden Glykoproteine genannt, Komplexe mit Fetten werden Glykolipide genannt.

3. Funktionen von Kohlenhydraten: energetisch, strukturell, signalisierend (Glykoprotein). Die Sekrete verschiedener Drüsen von Tieren und Menschen enthalten Kohlenhydrate und deren Derivate. In Pflanzen üben Polysaccharide auch eine unterstützende Funktion aus.

4. Lipide Lipide und Lipoide (griech. lipos – Fett) – Fette und fettähnliche Stoffe – organische Verbindungen mit unterschiedlicher Struktur. Sie lösen sich nicht in Wasser, lösen sich aber gut in organischen Lösungsmitteln: Ether, Benzin, Chloroform usw. Der Fettgehalt in den Zellen ist normalerweise niedrig, 5-15 % des Trockengewichts, aber Fettgewebezellen können bis zu 90 % Fett enthalten. Trockengewicht.

Lipide variieren in ihrer Struktur. Sie alle haben jedoch eine gemeinsame Eigenschaft: Sie sind alle unpolar. Daher lösen sie sich in unpolaren Flüssigkeiten wie Chloroform und Ether, sind jedoch in Wasser praktisch unlöslich. Zu den Lipiden zählen Fette und fettähnliche Substanzen. In der Zelle entsteht durch die Oxidation von Fetten eine große Menge Energie, die für verschiedene Prozesse aufgewendet wird. Dies ist die Energiefunktion von Fetten. Fette können sich in den Zellen ansammeln und als Nährstoffreserven dienen. Bei einigen Tieren (z. B. Walen, Flossenfüßern) lagert sich eine dicke Schicht Unterhautfett unter der Haut ab, die sie aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit vor Unterkühlung schützt. Einige Lipide sind Hormone und an der Regulierung physiologischer Funktionen des Körpers beteiligt. Phosphorhaltige Lipide (Phospholipide) dienen als wesentlicher Bestandteil von Zellmembranen, d. h. sie erfüllen eine strukturelle Funktion. Aufgrund der chemischen Struktur haben Lipide – Verbindungen von Glycerin – dreiwertigem Alkohol mit hochmolekularen organischen Säuren (Fett) – keine Polymerstruktur:

H 2 C - O - Fettsäurerest

NS - O - Fettsäurerest

H 2 C - O - Fettsäurerest.

Funktionen von Lipiden:

strukturell. Fette sind an der Bildung der Zellmembranen aller Organe und Gewebe beteiligt und sorgen für deren Halbdurchlässigkeit. Die Hauptbestandteile der Zellmembranen sind Phospholipide. Dabei handelt es sich um fettähnliche Stoffe, bei denen ein Fettsäuremolekül durch H 2 PO 4 ersetzt ist. Lipide sind an der Bildung vieler biologisch wichtiger Verbindungen beteiligt:
Energie. Bei der vollständigen Verbrennung von 1 g Fett werden 38,9 kJ Energie freigesetzt, was etwa doppelt so viel ist wie bei Kohlenhydraten und Proteinen. Lipide liefern 25–30 % der gesamten vom Körper benötigten Energie;
Reservieren - äußert sich darin, dass Fett, das sich in den Zellen des Fettgewebes von Tieren, Samen und Früchten von Pflanzen ansammelt, als Reservenahrungsquelle dient;
Thermoregulierung Diese Funktion ist darauf zurückzuführen, dass Fette die Wärme nicht gut leiten. Sie lagern sich unter der Haut ab und bilden bei einigen Tieren große Ansammlungen (bis zu 1 m bei Walen), was es den Tieren ermöglicht, in Gebieten mit niedrigen Temperaturen zu leben. Viele Säugetiere haben eine Art biologisches „Wärmer“ – braunes Fettgewebe, das sogenannte „braune Fett“. Dieses Gewebe ist sehr reich an rotbraunen Mitochondrien. aus- für die darin enthaltenen eisenhaltigen Proteine. Es erzeugt Wärmeenergie, die für Säugetiere unter Lebensbedingungen bei niedrigen Temperaturen von großer Bedeutung ist. Fette sind Lieferanten des sogenannten körpereigenen Wassers: Bei der Oxidation von 100 g Fett werden 107 ml Wasser freigesetzt. Dank dieses Wassers leben viele Wüstentiere;
Verordnung metabolische Prozesse. Viele Lipide sind Vorläufer bei der biologischen Synthese einer Reihe von Hormonen und regulatorischen Substanzen. Fette sind Bestandteil von Vitaminen und Pflanzenfarbstoffen;
schützend. Fette können empfindliche Organe vor Stößen und Erschütterungen schützen (z. B. Dammkapsel, Fettpolster in der Nähe der Augen). Fettartige Substanzen bedecken die Blätter von Pflanzen mit einer dünnen Schicht und schützen sie so vor übermäßiger Nässe bei starkem Regen.

Der Massenanteil von Kohlenhydraten in der lebenden Natur ist größer als der anderer organischer Verbindungen. In den Zellen von Tieren und Pilzen sind Kohlenhydrate in geringen Mengen enthalten (ca. 1 % des Trockengewichts, in Leber- und Muskelzellen bis zu 5 %), während ihr Gehalt in Pflanzenzellen viel höher ist (60 - 90). %). Kohlenhydrate werden hauptsächlich durch Photosynthese gebildet. Heterotrophe Organismen beziehen Kohlenhydrate aus der Nahrung oder synthetisieren sie aus anderen organischen Verbindungen (Fette, Aminosäuren usw.).

Kohlenhydrate sind organische Verbindungen, bei denen das Verhältnis von Kohlenstoff und Sauerstoff grundsätzlich der Formel (CH 2 O) n entspricht, wobei n = 3 oder mehr. Es gibt jedoch Kohlenhydrate, bei denen dieses Verhältnis etwas anders ist und einige Stickstoff-, Phosphor- oder Schwefelatome enthalten.

Zu den Kohlenhydraten zählen Monosaccharide, Oligosaccharide und Polysaccharide.

Monosaccharide sind in Substanzen gut löslich und haben einen süßen Geschmack. Schauen wir uns die Struktur von Monosacchariden am Beispiel von Glucose an. Seine Summenformel lautet C 6 H 12 0 6.

Glukosemolekül

Monosaccharide werden nach der Anzahl der Kohlenstoffatome in ihren Molekülen klassifiziert. Die wichtigsten für die belebte Natur sind Pentosen (Verbindungen mit fünf Kohlenstoffatomen) und Hexosen (Verbindungen mit sechs Kohlenstoffatomen). Häufige Hexosen sind neben Glucose auch Fructose und Galactose. Die häufigsten Pentosen sind Ribose und Desoxyribose, deren Reste Teil von Nukleinsäuremonomeren sind. Monosaccharide können sich über -OH-Gruppen miteinander verbinden. In diesem Fall wird es zwischen zwei Monosaccharidresten durch ein Sauerstoffatom (-O-) gebildet.

Schema der Bildung von Polysacchariden am Beispiel von Cellulose (einem Molekülfragment)

Oligosaccharide und Polysaccharide bestehen aus Monosaccharidresten. Oligosaccharide sind polymere Kohlenhydrate, in denen 2 bis 10 Monosaccharideinheiten durch kovalente Bindungen verbunden sind. Disaccharide werden beispielsweise aus zwei Monosaccharidresten gebildet. Die folgenden Disaccharide kommen in der Natur häufig vor: gewöhnlicher Haushaltszucker – Saccharose (besteht aus Glucose- und Fructoseresten) und Milchzucker – Lactose (besteht aus Glucose- und Galactoseresten).

Durch die Wechselwirkung von Monosacchariden können Ketten aus Hunderten und Tausenden von Resten – Polysacchariden – gebildet werden. Diese Verbindungen sind in Wasser schlecht löslich und haben keinen süßen Geschmack. Aus Glucoseresten gebildete Polysaccharide kommen in der Natur häufig vor: Cellulose, Glykogen und Stärke. Chitin, ein weiteres in der Natur häufig vorkommendes Polysaccharid, besteht aus stickstoffhaltigen Glucosederivaten.

Die Funktionen von Kohlenhydraten sind sehr vielfältig. Die Energiefunktion beruht darauf, dass durch den vollständigen Abbau von 1 g Kohlenhydraten 17,6 kJ Energie freigesetzt werden. Ein Teil dieser Energie sorgt für die Funktion des Körpers, ein Teil wird in Form von Wärme abgegeben. Die größte Energiemenge wird durch die Oxidation von Kohlenhydraten mit Sauerstoff freigesetzt, in anderen Fällen kann es jedoch auch zum Abbau von Kohlenhydraten unter Energiefreisetzung kommen. Dies ist wichtig für Organismen, die unter Bedingungen mit wenig oder keinem Sauerstoff leben.

Polysaccharide können sich in Zellen ansammeln, also eine Reservefunktion erfüllen. Glykogen reichert sich in Tier- und Pilzzellen an, Stärke reichert sich in Pflanzenzellen an. Die konstruktive (strukturelle) Funktion von Kohlenhydraten liegt darin, dass Polysaccharide Teil bestimmter Strukturen sind. So bildet Chitin das äußere Skelett von Arthropoden und kommt in der Zellwand von Pilzen vor, und Zellulose kommt in der Zellwand von Pflanzen vor. An Lipide gebundene Kohlenhydrate befinden sich außerhalb der Plasmamembran tierischer Zellen und der Zellwand von Bakterien. Spezielle Verbindungen von Kohlenhydraten mit Proteinen (Mucopolysaccharide) erfüllen im Körper von Wirbeltieren und Menschen eine Schmierfunktion – sie sind Teil der Flüssigkeit, die die Gelenkoberflächen schmiert.

Polysaccharidketten können linear im Raum angeordnet oder verzweigt sein, was mit ihren Funktionen zusammenhängt. Die Polysaccharidketten, aus denen die Strukturen einer Zelle oder eines Organismus bestehen, sind durch zahlreiche Bindungen miteinander verbunden, was die Festigkeit und chemische Beständigkeit dieser Substanzen gewährleistet. Die meisten Polysaccharide sind jedoch Reservestoffe tierischer und pflanzlicher Zellen; sie verfügen über zahlreiche verzweigte Ketten, wodurch diese Moleküle in der Zelle an vielen Stellen gleichzeitig schnell zu Glucose abgebaut werden.

Struktur, Eigenschaften und biologische Rolle von Lipiden

Jede Zelle im Körper enthält Lipide. Lipide sind Derivate von Fettsäuren und mehrwertigen Alkoholen oder Aldehyden. Fettsäuren sind organische Säuren mit einer Kette von vier oder mehr (bis zu 24) Kohlenstoffatomen, meist unverzweigt. Einige Lipide haben eine etwas andere Struktur, sind aber auch in Wasser schlecht löslich.

Lipide sind hydrophob, lösen sich aber gut in unpolaren Lösungsmitteln: Benzol, Chloroform, Aceton.

Eine große Gruppe von Lipiden sind Fette. Fette sind Ester des dreiwertigen Alkohols Glycerin und drei Reste unverzweigter Fettsäuren. Eine der wichtigsten Funktionen von Fetten ist Energie. Beim vollständigen Abbau von 1 g Fett werden 38,9 kJ Energie freigesetzt – doppelt so viel wie beim vollständigen Abbau einer ähnlichen Menge Kohlenhydrate oder Proteine. Die Reservefunktion besteht darin, dass Fette in Form von Einschlüssen im Zytoplasma von Zellen enthalten sind – in Fettzellen, Sonnenblumenkernen usw. Fettreserven können von Organismen als Reservenährstoffe und als Quelle für Stoffwechselwasser (mit Oxidation von) genutzt werden 1 g Fett, ca. 1,1 ml Wasser).

Fette, die sich im Unterhautfettgewebe von Tieren ansammeln, schützen den Körper vor den Auswirkungen plötzlicher Temperaturschwankungen und erfüllen eine Wärmeisolationsfunktion. Diese Funktion von Fetten beruht auf ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit. Auch Fettreserven im Körper können eine Schutzfunktion übernehmen. Sie schützen insbesondere innere Organe vor mechanischer Beschädigung.

Fettähnliche Verbindungen sind Wachse, deren Schicht die Blätter und Früchte von Landpflanzen sowie die Oberfläche des Chitinskeletts vieler Arthropoden bedeckt und so eine übermäßige Verdunstung von Wasser von der Körperoberfläche verhindert.

Steroide bilden eine eigene Gruppe von Lipiden. Das wichtigste Steroid im tierischen Körper ist Cholesterin – ein Bestandteil der Zellmembranen sowie eine Vorstufe für die Synthese von Vitamin D, Nebennieren- und Sexualdrüsenhormonen.

Unter den Lipiden gibt es Verbindungen, die durch die Wechselwirkung einfacher Lipidmoleküle mit anderen Substanzen entstehen. Dazu gehören Lipoproteine (Verbindungen aus Lipiden und Proteinen), Glykolipide (Lipide und Kohlenhydrate) und Phospholipide (die Orthophosphorsäurereste enthalten).

Struktur, Beispiele und Funktionen von Kohlenhydraten

Kohlenhydrate- organische Verbindungen, deren Zusammensetzung in den meisten Fällen durch die allgemeine Formel C ausgedrückt wird N(H2O) M (N Und M≥ 4). Kohlenhydrate werden in Monosaccharide, Oligosaccharide und Polysaccharide unterteilt.

Monosaccharide- Einfache Kohlenhydrate werden je nach Anzahl der Kohlenstoffatome in Triosen (3), Tetrosen (4), Pentosen (5), Hexosen (6) und Heptosen (7 Atome) unterteilt. Am häufigsten sind Pentosen und Hexosen. Eigenschaften von Monosacchariden- löst sich leicht in Wasser, kristallisiert, hat einen süßen Geschmack und kann in Form von α- oder β-Isomeren vorliegen.

Ribose und Desoxyribose gehören zur Gruppe der Pentosen, sind Teil von RNA- und DNA-Nukleotiden, Ribonukleosidtriphosphaten und Desoxyribonukleosidtriphosphaten usw. Desoxyribose (C 5 H 10 O 4) unterscheidet sich von Ribose (C 5 H 10 O 5) dadurch, dass am zweiten Kohlenstoffatom es hat ein Wasserstoffatom und keine Hydroxylgruppe wie Ribose.

Glukose ist:

eines der häufigsten Monosaccharide,
die wichtigste Energiequelle für alle Arten von Arbeit in der Zelle (diese Energie wird bei der Oxidation von Glukose während der Atmung freigesetzt),
Monomer vieler Oligosaccharide und Polysaccharide,
ein wesentlicher Bestandteil des Blutes.

Maltose oder Malzzucker ist ein Disaccharid, das aus zwei Glucoseresten besteht. In keimenden Getreidesamen enthalten.

Laktose oder Milchzucker ist ein Disaccharid, das aus Glucose- und Galactoseresten besteht. In der Milch aller Säugetiere vorhanden (2–8,5 %).

(C 6 H 10 O 5) N– ein Polymer, dessen Monomer β-Glucose ist. Cellulose-Polymerketten verzweigen sich nicht (β-1,4-glykosidische Bindungen). Das wichtigste Strukturpolysaccharid pflanzlicher Zellwände. Der Zellulosegehalt im Holz beträgt bis zu 50 %, in Baumwollsamenfasern bis zu 98 %. Zellulose wird von menschlichen Verdauungssäften nicht abgebaut, weil Es fehlt das Enzym Cellulase, das die Bindungen zwischen β-Glucosen aufbricht.

Inulin- ein Polymer, dessen Monomer Fruktose ist. Reservekohlenhydrat von Pflanzen der Familie Asteraceae.

Glykolipide- komplexe Substanzen, die durch die Kombination von Kohlenhydraten und Lipiden entstehen.

Glykoproteine- komplexe Substanzen, die durch die Kombination von Kohlenhydraten und Proteinen entstehen.

Funktionen von Kohlenhydraten

Funktion	Beispiele und Erklärungen
Energie	Die Hauptenergiequelle für alle Arten von Arbeiten in Zellen. Beim Abbau von 1 g Kohlenhydraten werden 17,6 kJ freigesetzt.
Strukturell	Die Zellwand von Pflanzen besteht aus Zellulose, die Zellwand von Bakterien aus Murein, die Zellwand von Pilzen und die Haut von Arthropoden aus Chitin.
Lagerung	Das Reservekohlenhydrat ist bei Tieren und Pilzen Glykogen, bei Pflanzen sind es Stärke und Inulin.
Schützend	Schleim schützt den Darm und die Bronchien vor mechanischer Beschädigung. Heparin verhindert die Blutgerinnung bei Tieren und Menschen.

Struktur und Funktionen von Lipiden

1 - Triglycerid; 2 - Esterbindung; 3 – ungesättigte Fettsäure;
4 - hydrophiler Kopf; 5 - hydrophober Schwanz.

Die Dichte von Triglyceriden ist geringer als die von Wasser, daher schwimmen sie im Wasser und befinden sich an seiner Oberfläche.

Zu den einfachen Lipiden zählen auch Wachse- Ester höherer Fettsäuren und Alkohole mit hohem Molekulargewicht (normalerweise mit einer geraden Anzahl von Kohlenstoffatomen).

Komplexe Lipide. Dazu gehören Phospholipide, Glykolipide, Lipoproteine usw.

Phospholipide- Triglyceride, bei denen ein Fettsäurerest durch einen Phosphorsäurerest ersetzt ist. Beteiligen Sie sich an der Bildung von Zellmembranen.

Glykolipide- siehe oben.

Lipoproteine- komplexe Substanzen, die durch die Kombination von Lipiden und Proteinen entstehen.

Funktionen von Lipiden

Funktion	Beispiele und Erklärungen
Energie	Die Hauptfunktion von Triglyceriden. Beim Abbau von 1 g Lipiden werden 38,9 kJ freigesetzt.
Strukturell	Phospholipide, Glykolipide und Lipoproteine sind an der Bildung von Zellmembranen beteiligt.
Lagerung	Fette und Öle sind Reservenährstoffe in Tieren und Pflanzen. Wichtig für Tiere, die in der kalten Jahreszeit Winterschlaf halten oder lange Wanderungen durch Gebiete unternehmen, in denen es keine Nahrungsquellen gibt. Pflanzensamenöle sind notwendig, um den Sämling mit Energie zu versorgen.
Schützend	Fettschichten und Fettkapseln polstern die inneren Organe. Wachsschichten werden als wasserabweisende Beschichtung auf Pflanzen und Tieren verwendet.
Wärmedämmung	Unterhautfettgewebe verhindert den Wärmeabfluss in den umgebenden Raum. Wichtig für Wassersäugetiere oder Säugetiere, die in kalten Klimazonen leben.
Regulatorisch	Gibberelline regulieren das Pflanzenwachstum. Das Sexualhormon Testosteron ist für die Entwicklung der sekundären Geschlechtsmerkmale des Mannes verantwortlich. Das Sexualhormon Östrogen ist für die Entwicklung weiblicher sekundärer Geschlechtsmerkmale verantwortlich und reguliert den Menstruationszyklus. Mineralokortikoide (Aldosteron usw.) steuern den Wasser-Salz-Stoffwechsel. Glukokortikoide (Cortisol usw.) sind an der Regulierung des Kohlenhydrat- und Proteinstoffwechsels beteiligt.
Stoffwechselwasserquelle	Bei der Oxidation von 1 kg Fett werden 1,1 kg Wasser freigesetzt. Wichtig für Wüstenbewohner.
Katalytisch	Die fettlöslichen Vitamine A, D, E, K sind Cofaktoren für Enzyme, d. h. Diese Vitamine selbst haben keine katalytische Aktivität, aber ohne sie können Enzyme ihre Funktionen nicht erfüllen.

Schauen Sie sich Abbildung 15 an. Welche Eigenschaften haben Fett, Öl und Zucker? Welche Bedeutung haben diese Stoffe für Organismen?

Lebewesen enthalten organische Substanzen. Sie variieren in Zusammensetzung, Eigenschaften und biologischen Funktionen und haben ein Molekulargewicht von 30 bis mehreren tausend Einheiten. Organische Substanzen mit niedrigem Molekulargewicht bestehen aus einer Struktureinheit, während Verbindungen mit hohem Molekulargewicht mehrere Einheiten bis zu Tausenden von Struktureinheiten enthalten können. Solche Substanzen werden Polymere (griechische Polymere – zahlreich) genannt, und ihre Struktureinheiten werden Monomere (eins) genannt.

Zu den organischen Substanzen, die Lipide genannt werden, gehören Fette, Öle, Phospholipide und Wachse (Abb. 15). Je nach Zelltyp liegt der Lipidgehalt zwischen 5 % und 90 %, beispielsweise in Fettgewebszellen. Lipide sind wasserunlöslich, also hydrophob. Phospholipide enthalten im Gegensatz zu Fett und Öl einen Phosphorsäurerest, der in Wasser gut löslich ist. Daher haben Phospholipide zwei Eigenschaften – hydrophil-hydrophob.

Reis. 15. Lipide: 1 - Diagramm der Struktur eines Fettmoleküls; 2 - Diagramm der Struktur eines Phospholipidmoleküls

Die Hauptfunktion von Lipiden in Lebewesen ist Energie. Bei der Oxidation von 1 g Fett werden 38,9 kJ Energie freigesetzt. Fette und Öle sind Reservenährstoffe in den Zellen von Pflanzen (Abb. 16) und Tieren, eine Wasserquelle im Körper, die bei deren Abbau entsteht. Eine weitere, nicht minder wichtige Funktion von Lipiden ist der Aufbau. Phospholipide sind Bestandteile von Zellmembranen. Bienen verwenden Wachs zum Bau ihrer Waben.

Reis. 16. Sonnenblumenkerne sind reich an Öl

Lipide erfüllen auch eine schützende und thermoregulierende Funktion. Die subkutane Fettschicht schützt bei vielen Säugetieren vor Unterkühlung und Schäden an inneren Organen durch mechanische Belastung (Abb. 17). Eine wachsartige Beschichtung auf den Blättern einiger Pflanzen, wie z. B. Fichten- und Kiefernnadeln, verhindert übermäßige Verdunstung, niedrige Temperaturen und Sonneneinstrahlung. Eine weitere wichtige Funktion von Lipiden ist die Regulierung. Nebennierenhormon (Cortison) und Sexualhormone (Testosteron und Östradiol) sind Lipide. Einige Lipide sind Bestandteile der Vitamine D und E.

Reis. 17. Der Wal hat eine dicke Unterhautfettschicht

Zuckerhaltige oder zuckerähnliche Stoffe – Kohlenhydrate – haben eine allgemeine Formel. In tierischen Zellen liegt der Kohlenhydratgehalt zwischen 1 und 3 % (in tierischen Leberzellen bis zu 5 %). Bis zu 90 % der Kohlenhydrate befinden sich in Pflanzenzellen und dienen dort als Hauptbaustoff und Reservenährstoff (Abb. 18, 19).

Reis. 18. Trauben sind reich an Glukose

Reis. 19. Stärke wird in Pflanzenorganen gespeichert, beispielsweise in Kartoffelknollen

Alle Kohlenhydrate werden in Monosaccharide und Polysaccharide unterteilt (Abb. 20). Zu den Monosacchariden zählen beispielsweise Glucose und Ribose. Dabei handelt es sich um farblose, kristalline Substanzen, die gut wasserlöslich sind und einen süßen Geschmack haben. Polysaccharide sind Polymere mit hohem Molekulargewicht, deren Monomere sich wiederholende Einheiten sind, meist Glucosemoleküle. Zu den Polysacchariden gehören Stärke, Glykogen und Cellulose. Im Gegensatz zu Monosacchariden haben Polysaccharide keinen süßen Geschmack und sind in Wasser schlecht oder völlig unlöslich.

Reis. 20. Kohlenhydrate: 1 - Diagramm der Struktur des Glukosemoleküls; 2 - Diagramm der Struktur eines Cellulosemoleküls; 3 - Diagramm der Struktur eines Stärkemoleküls

Im Körper erfüllen Kohlenhydrate hauptsächlich Aufbau- und Energiefunktionen. Die Zellwand pflanzlicher Zellen besteht aus Zellulose. Bezogen auf die Gesamtmasse der Lebewesen auf der Erde steht es unter den organischen Verbindungen an erster Stelle. Das Polysaccharid Chitin ist Bestandteil der Haut von Arthropoden und der Zellwände von Pilzen.

Stärke und Glykogen sind Speichernährstoffe für Zellen. Stärke wird in Pflanzenzellen synthetisiert und gespeichert, und Glykogen wird in tierischen Zellen, insbesondere in der Leber, synthetisiert. Diese Kohlenhydrate erfüllen zusammen mit Glukose auch eine Energiefunktion im Körper. Bei der Oxidation von 1 g Kohlenhydraten werden 17,6 kJ Energie freigesetzt. Dabei entsteht weniger Wärme als bei der Oxidation von Fetten. Allerdings werden Kohlenhydrate vom Körper schneller aufgespalten und aufgenommen als Fette. Zellen des Nervengewebes nutzen beispielsweise Glukose als Hauptenergiequelle.

Übungen basierend auf dem behandelten Stoff

Was sind Polymer und Monomer? Welche organischen Lebestoffe werden als Polymere klassifiziert?
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Walrosse, Robben und andere Tiere des Nordens sammeln eine dicke Schicht Unterhautfett in ihrem Körper an. Welche Funktionen erfüllt es im Körper dieser Tiere?
Welche Kohlenhydrate werden als Monosaccharide und Polysaccharide klassifiziert? Welche Funktionen erfüllen sie in Organismen?