Общая характеристика органических соединений

Вещества, в состав которых входят атомы углерода, называютсяорганическими. Многообразие органических веществ обусловлено строением атома углерода и его химическими свойствами, способного образовывать химические связи различного типа между собой и атомами O, N, H. Атомы углерода способны образовывать стабильные цепи и кольца, служащие скелетами макромолекул. Среди органических веществ наибольшее биологическое значение имеют белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры.

Белки – это природные биополимеры, продукты реакции поликонденсации аминокислот. Аминокислота – полифункциональное органическое вещество, имеющее в своем составе две функциональные группы: аминогруппу (–NH₂) и карбоксильнуюгруппу (–СООН), соединенных с радикалом, также содержащим различные функциональные группы атомов. Природных аминокислот 18-23, их сочетание образует большое количество разновидностей молекул белков. По характеру влияния аминокислот на обмен веществ их разделяют на заменимые и незаменимые. Незаменимые аминокислоты должны обязательно поступать в организм с пищей.

При образовании молекул белков между аминокислотами образуется «пептидная» связь (–C–N–). Белки кроме сложного состава характеризуются и сложным строением белковых молекул. Различают четыре вида структур белковых молекул. Первичная структура – порядок расположения остатков аминокислот в полипептидной цепи. Вторичная структура – пространственное расположение полипептидной цепи (спираль или линейные структуры). Устойчивость молекуле обеспечивается различными химическими связями (водородной, ионной и других видов связи) между отдельными витками спирали. Третичная структура – пространственные расположением спирали, или иной структуры. Четвертичная структура – пространственное расположение субъединиц молекул белка, характерна для сложных белков, например гемоглобина.

Белок в живом веществе по структуре отличается от белка, подвергшегося воздействию, при котором он теряет структуру (четвертичную или третичную структуру белковой молекулы) и свойства живого белка. Неглубокое воздействие называютденатурацией, при которой свойства белка могут восстанавливаться. Одним из видов денатурации являетсяобратимая коагуляция. При необратимой коагуляциинативный белок превращается в«мертвый белок».

По составу различают две группы белков: протеины и протеиды. Протеины – простые белки, молекула образована только белком, например яичный альбумин. Протеиды – сложные белки, молекулы которых состоят из белковой и небелковой составляющих. Протеиды подразделяются на несколько групп, важнейшими из которых являются: гликопротеиды (сложное соединение белка и углевода), липопротеиды (комплекс молекул белка и липидов), нуклеопротеиды (комплекс белков и молекул нуклеиновых кислот).

По форме молекулы среди белков различают две группы: глобулярные и фибриллярные. Молекулы глобулярныхбелков имеютшарообразнуюформу, например у яичного альбумина. Такие белки растворимы в воде, способны к образованию коллоидных растворов. Фибриллярные белки имеют молекулы в форме нитей (фибрилл), например, миозин мышц, фиброин шелка. Фибриллярные белки нерастворимы в воде. По растворимости в различных растворителях белки разделяют на водорастворимые и жирорастворимые.

Функции белков в клетке: структурная, реагентная, каталитическая, энергетическая, запасающая. Функции белков в организме: воспринимающая, проводящая, сократительная, трофическая.

Жиры – органические соединения, являющиеся сложными эфирами, образованными остатками высших жирных кислот и спиртов, например глицерина. Липиды – жироподобные вещества. Среди жиров большое значение имеют глицериды – сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот. В молекулах жиров могут содержаться одинаковые или разные остатки жирных кислот. Глицериды в своем составе содержащие остатки фосфорной кислоты называют фосфоглицеридами.

По характеру углеводородного радикала жирные кислоты бываютпредельными (масляная, пальмитиновая, стеариновая) и непредельными (олеиновая, линолевая, линоленовая). По агрегатному состоянию различаюттвердые и жидкие жиры. Примером твердого жира является тристеарин, жидкого – триолеин. Жидкие и твердые жиры отличаются по составу: в состав жидких жиров входят остатки непредельных жирных кислот, а в состав твердых – предельных жирных кислот.

Функции жиров в организме: строительная, запасная, запасание воды, терморегуляционная, энергетическая, трофическая, защитная.

Углеводы – это органические вещества, состоящие из углерода, водорода и кислорода, имеющие общую формулу С_n(Н₂O)_m. Углеводы подразделяют на моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Моносахариды – это углеводы, общая формула которых С_n(Н₂О)_n. Моносахариды по числу атомов углерода, содержащихся в молекуле, различают на тетрозы, пентозы, гексозы, гептозы. Наибольшее биологическое значение имеютпентозы и гексозы.

Пентозы – это моносахариды, молекула которых содержит 5 атомов углерода. Среди них важное биологическое значение имеютрибоза и дезоксирибоза. Формуларибозы – С₅Н₁₀С₅. Рибоза входит в состав рибонуклеотидов, структурных единиц рибонуклеиновой кислоты (РНК). Формуладезоксирибозы – С₅Н₁₀O₄. Дезоксирибоза участвует в образовании дезоксирибонуклеотидов, мономеров дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).

Гексозы – это моносахариды, молекулы которых содержат шесть атомов углерода. Общая формула гексоз С₆(Н₂O)₆. Наибольшее значение в природе имеетглюкоза, используемая организмом в качестве универсального питательного вещества и легкодоступного источника энергии.

Дисахаридыобразуются в резудьтате взаимодействия двух молекул моносахаридов. Важнейшим представителем дисахаридов являетсясахароза – продукт взаимодействия глюкозы и фруктозы. Ее формула в общем виде C₁₂H₂₂O₁₁. Для человека сахароза является источник глюкозы.

Полисахариды– это природные полимеры, образующиеся в результате взаимодействия большого количества молекул моносахаридов. Полисахариды на основе гексоз имеют общую формулу (С₆Н₁₀O₅)_n. Наиболее важными из полисахаридов являются крахмал, гликоген и целлюлоза (клетчатка).

Крахмал – это полисахарид, продукт реакции поликонденсации глюкозы. Крахмал выступает основным запасным веществом врастительных клетках, у животных и грибов запасным веществом является гликоген.

Молекулы крахмала имеют две разновидности, одна из которых называетсяамилоза (в этой молекуле нет боковых цепей), а другая –амилопектин, молекулы которых имеют боковые цепи. Гликоген по строению молекул подобен амилопектину. Важнейшим химическим свойством, обусловливающим биолого-экологическую роль крахмала и гликогена, является их способность подвергатьсягидролизу с образованием глюкозы. Для животных крахмал – важнейший пищевой продукт.

Целлюлоза (клетчатка) – полисахарид, являющийся продуктом реакции поликонденсации глюкозы. Ее общая формула (С₆Н₁₀O₅)_n. В отличие от крахмала молекулы целлюлозы строго линейны и имеютфибриллярную («нитчатую») структуру. Целлюлоза образует механически прочные нитчатые структуры, обеспечивающие защиту отдельных органоидов клетки и механическую прочность различных растительных тканей.

В природных условиях клетчатка (после отмирания растений) подвергается разложению, в результате которого возможно образование гумуса, нефти, различных видов каменного угля.

Нуклеиновые кислоты – органические вещества, продукт реакции поликонденсации нуклеотидов. Нуклеотиды состоят из остатка фосфорной кислоты, пентозы, азотистое основание. Выделяют два типа нуклеиновых кислот: рибонуклеиновая (РНК) и дезоксирибонуклеиновая (ДНК), которые различаются рядом признаков и свойств.

Важность выполняемых функций ДНК и РНК обусловлены особенностью строения молекул. Выяснить структуру ДНК удалось в 1953 году английским ученым Д. Уотсону и Ф. Крику. Они показали, что ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, закрученных в спираль вправо, обе цепи свиты вместе, образуя двойную спираль. Прочность молекуле ДНК придает взаимодействие с белками, образующими комплекс нуклеиновой кислоты и белка – нуклеопротеид.

Молекула РНК состоит из одной цепи и имеет небольшие размеры. Существует четыре основных вида РНК.

Вопросы для самоконтроля

1) Охарактеризуйте современную экологию как науку?

2) Какими признаками живой материи не обладают вирусы? В чем биологический смысл иерархии организации живой материи?

3) Имеется ли различие между химическим составом литосферы и живыми организмами? Почему без воды невозможна жизнь?

4) Почему раньше считалось, что жизнь – это форма существования белковых тел, а в настоящее время наибольшее значение приписывают нуклеиновым кислотам?