Substancje tworzące rośliny. Składniki odżywcze magazynujące rośliny Nierozpuszczalne składniki odżywcze magazynujące komórki roślinne

Substancje biologicznie czynne to substancje chemiczne niezbędne do utrzymania funkcji życiowych organizmów żywych, posiadające wysoką aktywność fizjologiczną w niskich stężeniach w stosunku do niektórych grup organizmów żywych lub ich komórek, nowotworów złośliwych, selektywnie opóźniające (lub przyspieszające) ich wzrost lub całkowicie hamujące ich rozwój. rozwój.

Naturalne substancje biologicznie czynne powstają w trakcie życia organizmów żywych. Mogą powstawać w trakcie metabolizmu, uwalniać się do środowiska (egzogenne) lub kumulować się w organizmie (endogenne). Efektywność syntezy substancji biologicznie czynnych zależy od cech fizjologicznych organizmów żywych oraz czynników środowiskowych.

Do egzogennych, naturalnych substancji biologicznie czynnych zalicza się:

coliny – związki organiczne wydzielane przez rośliny wyższe przez system korzeniowy, powodujące ucisk roślin niższych;

fitoncydy – lotne związki organiczne uwalniane przez rośliny wyższe do powietrza atmosferycznego, powodując śmierć mikroorganizmów chorobotwórczych;

antybiotyki – substancje organiczne – produkty przemiany materii mikroorganizmów, uwalniane do środowiska lub gromadzące się wewnątrz komórki, tłumiące lub hamujące rozwój innych rodzajów mikroorganizmów;

marasminy to substancje organiczne wydzielane przez mikroorganizmy, które powodują ucisk roślin niższych.

Wpływ niektórych organizmów żywych na inne w wyniku wytwarzania substancji biologicznie czynnych nazywa się allelopatią.

Mikotoksyny to substancje biologicznie czynne wytwarzane przez grzyby (z rodzaju Fusarium, Aspergillus itp.) w procesie metabolizmu, które podczas ich wspólnego rozwoju uwalniają się do organizmu roślin wyższych (zbóż) i powodują choroby tych ostatnich. Niebezpieczeństwo mikotoksyn wiąże się z ich stabilnością podczas przechowywania, obróbki cieplnej oraz zdolnością do szybkiego rozprzestrzeniania się w narządach i tkankach organizmu, powodując zahamowanie syntezy białek, uszkodzenie układu sercowo-naczyniowego, komórek szpiku kostnego i węzłów chłonnych. Wiele mikotoksyn ma właściwości rakotwórcze.

Do endogennych substancji biologicznie czynnych zalicza się: białka, tłuszcze, węglowodany, aminokwasy, witaminy, enzymy, hormony, barwniki.

Białka to naturalne polimery, których cząsteczki zbudowane są z reszt aminokwasowych. Ze względu na budowę białka dzielimy na proste i złożone. Białka (od greckiego protas – po pierwsze, ważne) to białka proste. Należą do nich albuminy, globuliny, glutaminy.

Proteidy należą do białek złożonych, które oprócz makrocząsteczek białkowych zawierają cząsteczki niebiałkowe. Należą do nich nukleoproteiny (oprócz białka zawierają kwasy nukleinowe), lipoproteiny (oprócz białka zawierają lipidy), fosfolipidy (oprócz białka zawierają kwas fosforowy). Białka odgrywają kluczową rolę w życiu komórki. Są niezbędne do tworzenia komórek i tkanek organizmu, stanowią podstawę biomembran, a także do utrzymania funkcji życiowych organizmów żywych. Białka pełnią funkcje katalityczne (enzymy), regulacyjne (hormony), transportowe (hemoglobina, mioglobina), strukturalne (kolagen, fibroina), motoryczne (miozyna), ochronne (immunoglobulina, interferon), które zmniejszają ryzyko wystąpienia sytuacji zakaźnych lub stresujących, a także jako rezerwa (kazeina, albumina), funkcje bioenergetyczne. Z kolei aktywność biologiczna białek jest ściśle powiązana z ich składem aminokwasowym. Białka zawierają 20 aminokwasów i dwa amidy (aspargina, glutamina). Rośliny i większość mikroorganizmów są w stanie syntetyzować wszystkie aminokwasy składowe z prostych substancji - dwutlenku węgla, wody i soli mineralnych. Niektóre aminokwasy nie mogą być syntetyzowane w organizmie zwierząt i ludzi i muszą być dostarczane w postaci gotowej jako składniki żywności. Takie kwasy nazywane są niezbędnymi. Należą do nich: walina, leucyna, izoleucyna, lizyna, metionina, treonina, tryptofan, fenyloalanina. Długotrwały brak przynajmniej jednego niezbędnego aminokwasu w organizmie prowadzi do poważnych chorób u ludzi i zwierząt. Wszystkie niezbędne aminokwasy muszą być zawarte w białkach w takich proporcjach, które odpowiadają potrzebom danego organizmu. Jeśli przynajmniej jeden aminokwas jest niedoborowy, inne aminokwasy w nadmiarze nie są wykorzystywane do syntezy białek. Białka posiadające optymalną zawartość aminokwasów uważane są za biologicznie kompletne.

Ilość brakujących aminokwasów w stosunku do normy uzupełnia się poprzez dodanie „czystych” preparatów z niedoborami aminokwasów lub masy białkowej o wyższej zawartości tego aminokwasu w porównaniu do normy. W roślinach stężenie substancji białkowych zmienia się w zależności od warunków uprawy, klimatu, pogody, rodzaju gleby, technologii rolniczej i innych. Wiele mikroorganizmów charakteryzuje się dużą intensywnością syntezy białek, a białka komórek drobnoustrojów charakteryzują się dużą zawartością niezbędnych aminokwasów.

Witaminy to substancje organiczne o niskiej masie cząsteczkowej, które mają wysoką aktywność biologiczną i działają jako bioregulatory. O aktywności biologicznej witamin decyduje fakt, że jako grupy aktywne wchodzą one w skład centrów katalitycznych enzymów lub są nośnikami grup funkcyjnych.

Przy braku tych substancji zmniejsza się aktywność odpowiednich enzymów, w wyniku czego procesy biochemiczne zachodzące z udziałem tych enzymów ulegają osłabieniu lub całkowitemu zatrzymaniu, co prowadzi do poważnych chorób. Organizmy ludzkie i zwierzęce nie są zdolne do syntezy witamin. Głównym źródłem ich przedostawania się do organizmu człowieka i zwierzęcia są rośliny i mikroorganizmy, które syntetyzują prawie wszystkie witaminy (z wyjątkiem witaminy B12). Prawie wszystkie witaminy zawierają grupę hydroksylową (-OH) lub grupę karbonylową (-C=O). Istnieją witaminy rozpuszczalne w tłuszczach i rozpuszczalne w wodzie.

Lipidy to złożona mieszanina związków organicznych o podobnych właściwościach fizykochemicznych, które biorą udział w budowie błon komórkowych. Są niezbędnym składnikiem komórki. Ich wspólną cechą jest obecność w cząsteczce długołańcuchowych rodników węglowodorowych i grup estrowych. Z natury chemicznej tłuszcze są estrami glicerolu i kwasów tłuszczowych, które różnią się charakterem kwasów tłuszczowych.

U roślin tłuszcze gromadzą się w owocach i nasionach, u zwierząt i ryb koncentrują się w podskórnej tkance tłuszczowej, jamie brzusznej i tkankach otaczających wiele ważnych narządów (serce, nerki), a także w mózgu i tkankach nerwowych. Długotrwała nieobecność żywego organizmu prowadzi do zaburzeń pracy ośrodkowego układu nerwowego, zmniejszenia odporności na infekcje i skrócenia średniej długości życia. Aby wyekstrahować lipidy, konieczne jest zniszczenie ich połączenia z białkami, węglowodanami i innymi składnikami komórki. Po ekstrakcji lipidów z surowców naturalnych otrzymuje się mieszaninę składającą się z lipidów i substancji rozpuszczalnych w tłuszczach (pigmenty, witaminy, steroidy).

Enzymy (łac. fermentum – zaczyn), czyli enzymy (enzym – drożdże) to biokatalizatory białkowe przyspieszające metabolizm w komórkach i posiadają masę cząsteczkową od 15 000 do 1 000 000.

Wyróżnia się enzymy jednoskładnikowe (monomeryczne), składające się wyłącznie z białek (sfałdowanych łańcuchów polipeptydowych) i enzymy dwuskładnikowe, składające się z makrocząsteczek białkowych i cząsteczek niebiałkowych. Aktywność enzymu zależy od struktury części białkowej. Enzymy znajdują zastosowanie w różnych dziedzinach praktycznej działalności człowieka jako katalizatory biologiczne. Przez długi czas głównym dostawcą enzymów były grzyby. Obecnie coraz częściej stosuje się enzymy bakteryjne. Poziom akumulacji enzymów w komórkach można zwiększyć 100-1000 razy poprzez wymianę genetyczną i selekcję pożywek. Hodowla producentów enzymów jest ekonomiczna tylko wtedy, gdy cykle fermentacji są krótkie, pożywki są stosunkowo tanie, a specyficzność wewnątrz- i zewnątrzkomórkowych białek enzymatycznych jest wysoka. Enzymy mikrobiologiczne stosowane są jako środki lecznicze w badaniach klinicznych, a także jako dodatek paszowy (0,1-1,5% suchej masy paszy) w celu poprawy efektywności wykorzystania pasz roślinnych (ziarna, kiszonki, pasze objętościowe itp.) poprzez zwierzęta hodowlane zawierające substancje niestrawne: błonnik, ligninę, hemicelulozę. Na przykład u przeżuwaczy błonnik jest trawiony o 40–65%, białka roślinne o 60–80%, lipidy o 60–70%, skrobia i polifruktozydy o 70–80%. Ponadto preparaty enzymatyczne wykorzystuje się do przygotowania pasz metodą kiszenia w celu przyspieszenia fermentacji mlekowej.

Lipidy stanowią dużą grupę substancji naturalnych, różniących się budową chemiczną i właściwościami fizykochemicznymi. Istnieje kilka interpretacji pojęcia lipidów i różne schematy klasyfikacji oparte na właściwościach tych substancji. Ogólną właściwością związków lipidowych jest zdolność rozpuszczania się w eterze, chloroformie i innych rozpuszczalnikach organicznych (ale nie w wodzie).

Lipidy można podzielić na dwie duże grupy na podstawie ich budowy.

1. Lipidy proste, czyli tłuszcze obojętne, w większości organizmów reprezentowane przez acyloglicerole, czyli estry glicerolu i kwasów tłuszczowych (wolne kwasy tłuszczowe występują w komórkach jedynie jako niewielki składnik). 2. Lipidy złożone, do których zalicza się lipidy zawierające kwas fosforowy w wiązaniu mono- lub diestrowym, to fosfolipidy, do których należą glicerofosfolipidy i sfingolipidy. Do lipidów złożonych zaliczają się związki połączone wiązaniem glikozydowym z jedną lub większą liczbą reszt monosacharydowych, czyli glikolipidów, a także związki o charakterze steroidowym i izoprenoidowym, w tym karotenoidy.

Do lat 20. naszego stulecia lipidy, zwłaszcza obojętne, uważane były jedynie za materiał rezerwowy, który można było zastąpić innymi substancjami o jednakowej kaloryczności, bez większego uszczerbku dla funkcji życiowych organizmu. Pierwszy dowód na to, że lipidy zawierają związki fizjologicznie niezbędne dla zwierząt wyższych, uzyskali w 1926 roku holenderscy badacze Evans i Boer. Nieco później odkryto, że związkami tymi są wielonienasycone kwasy tłuszczowe (linolowy, linolenowy i arachidonowy) – fizjologicznie niezbędne dla większości organizmów żywych (witamina F).

Później odkryto, że w komórkach drobnoustrojów lipidy pełnią różnorodne funkcje biologiczne. Są częścią tak ważnych struktur, jak błona komórkowa, mitochondria, chloroplasty i inne organelle. Kompleksy lipoproteinowe odgrywają ważną rolę w procesach metabolicznych. Związane są one w dużej mierze z aktywnym transportem różnych substancji przez błony graniczne i rozmieszczeniem tych substancji w obrębie komórki. Skład lipidów jest w dużej mierze powiązany z takimi właściwościami organizmów, jak termotolerancja i termofilowość, psychrofilowość, kwasoodporność, zjadliwość, odporność na promieniowanie jonizujące i inne cechy. Ponadto lipidy mogą pełnić funkcję produktów magazynujących. Należą do nich kwas poli-β-hydroksymasłowy wytwarzany przez wiele bakterii oraz acyloglicerole, w szczególności tridyloglicerol, gromadzony w dużych ilościach przez niektóre drożdże i inne grzyby.

Systematyczne badania lipidów drobnoustrojów rozpoczęły się w 1878 r., po tym jak niemieccy badacze Nägeli i Löw donieśli o tworzeniu się kropelek tłuszczu w drożdżach rosnących w warunkach obfitego zaopatrzenia w tlen. Całkowita ilość lipidów w mikroorganizmach zwykle waha się od 0,2 do 10% absolutnie suchej substancji komórki. Jednakże w warunkach sprzyjających gromadzeniu się tych produktów przemiany materii zawartość lipidów może sięgać 60-70% suchej masy. Tylko niektórzy przedstawiciele mikroorganizmów mają zdolność do takiej „supersyntezy” lipidów. Z grzybów nitkowatych znaczne ilości lipidów (40–70%) tworzą przedstawiciele rodzajów PeniclUium, Rhizopus, Fusarium i kilku innych. W przybliżeniu taką samą ilość lipidów syntetyzują drożdże - przedstawiciele rodzajów Cryptococcus, Rhodotorula, Lipomyces, Sporobolomyces. Wśród bakterii interesujące są prątki, które mogą gromadzić do 40% lipidów. U wielu bakterii ilość polihydroksymaślanu sięga 60%, na przykład u gatunku Alcaligenes eutrofus utleniającego wodór. W pewnych warunkach uprawy niektóre mikroformy glonów gromadzą do 60% lub więcej lipidów.

Maksymalna zawartość lipidów w niektórych mikroorganizmach

Mikroorganizm	Lipidy w stosunku do suchej masy komórek,%
Actinnmyccs albaduncus
Alcatigenes eutroficzny
Miicibacterlum smegmatis
Ps.iuintnonas mallei
Cryplncoccus terricolus
E”ncloniicopsis vernalis
Lipomyces Upoferus
Lipomyces starkeyl
Rhodoiorula gracilis
Sporobolomyces Roseus
Blacesia trispora
Geotrichum candidum
Geotrichum wallroth
PenicHHum yavanicutn
Rhizopus arrhizus
Chlorella pyrenoidosa

Skład lipidów różnych mikroorganizmów jest często różny. Bakterie mają zwykle dużo fosfolipidów. Prątki zawierają znaczne ilości wosków, a u archebakterii lipidy obojętne reprezentowane są przez proste etery izopropyloglicerolu, czyli nie zawierają kwasów tłuszczowych, których obecność jest charakterystyczna dla innych organizmów. Kwasy tłuszczowe u eubakterii zawierają zwykle od 10 do 20 atomów węgla (przeważnie 15-19). Wśród nich znajdują się kwasy nasycone o prostym łańcuchu atomów węgla, jednonienasycone o łańcuchu prostym, o łańcuchu rozgałęzionym (izo- i ante-izo-), z pierścieniem cyklopropanowym oraz hydroksykwasy. Jednak zdecydowanej większości bakterii brakuje wielonienasyconych kwasów tłuszczowych typowych dla lipidów organizmów eukariotycznych.

Kwasy tłuszczowe prątków i form pokrewnych są bardziej złożone niż innych bakterii. Oprócz zwykłych kwasów tłuszczowych prątki, maczugowce i nocardia zawierają w swoim składzie lipidowym unikalne kwasy mikolowe, charakterystyczne tylko dla tych mikroorganizmów, które są wielkocząsteczkowymi β-hydroksykwasami o długim łańcuchu alifatycznym w pozycji b.

Kwasy tłuszczowe z pierścieniem cyklopropanowym są szeroko rozpowszechnione u eubakterii Gram-dodatnich i Gram-ujemnych (Bacillus, Clostridia, paciorkowce, enterobakterie i Brucella).

Promieniowce i prątki charakteryzują się dużą zawartością rozgałęzionych kwasów tłuszczowych, których ilość sięga 80% ogólnej liczby kwasów tłuszczowych.

Skład kwasów tłuszczowych lipidów grzybów strzępkowych jest w dużej mierze identyczny ze składem olejów roślinnych. W tym zakresie lipidy grzybowe mogą znaleźć zastosowanie w różnych sektorach gospodarki narodowej (rolnictwo, przemysł farbiarski i lakierniczy, produkcja leków). W ostatnich latach wśród grzybów strzępkowych odkryto wysoce aktywnych producentów kwasu arachidonowego i opracowano metodę jego przekształcania w niektóre prostaglandyny (substancje biologicznie czynne będące pochodnymi wielonienasyconych kwasów tłuszczowych, których cząsteczka zawiera 20 atomów węgla). .

Spośród drożdży skład lipidów został najlepiej zbadany u przedstawicieli rodzajów Candida, Saccharomyces, Rhodotorula i Cryptococcus. Kwasy tłuszczowe od C4 do C26 występują w Saccharomycetes. Hodowle tlenowe i beztlenowe Saccharomyces mają znacząco różny skład kwasów tłuszczowych. U drożdży z rodzaju Rhodotorula długołańcuchowe kwasy tłuszczowe (C22, C24, C26) występują częściej niż u Lipotnyces i Cryptococcus. Skład kwasów tłuszczowych w lipidach alg jest podobny do składu różnych roślin.

Oprócz lipidów wewnątrzkomórkowych niektóre rodzaje drożdży i grzybów strzępkowych mają zdolność tworzenia lipidów zewnątrzkomórkowych. Istnieją opisy kilku form lipidów występujących w pożywce. W kulturach Pullularia, Rhodotorula i Hansenula lipidy zewnątrzkomórkowe pojawiają się w postaci kropelek o różnej średnicy. Gdy drożdże Candida bogoriensis hoduje się na głębokości, lipidy zewnątrzkomórkowe występują w postaci kropelek o różnej średnicy i w postaci długich białych kryształów. Badania składu chemicznego lipidów zewnątrzkomórkowych wykazały, że drożdże wydalają cztery główne typy tych związków:

1) estry poliolowe kwasów tłuszczowych, w których nasycone, nienasycone i hydroksykwasy są połączone wiązaniami estrowymi z poliolami C5 i C6;

2) sfingolipidy (tetraacetylo C18-fitosfingozyna itp.);

3) soforozydy hydroksykwasów;

4) podstawione kwasy, np. kwas erytro-8,9,13-triacetoksydokozanowy.

Triacyloglicerole nie występują w składzie lipidów zewnątrzkomórkowych. Badanie porównawcze lipidów zewnątrz- i wewnątrzkomórkowych Rhodotorula glutinis wykazało istotne różnice w składzie kwasów tłuszczowych. W lipidach wewnątrzkomórkowych zidentyfikowano tylko sześć kwasów organicznych (główny to oleinowy). Ponadto w lipidach wewnątrzkomórkowych nie występowały kwasy C19, C20, hydroksystearynowy i hydroksyarachidowy. Dwa ostatnie razem stanowią ponad 50% wszystkich kwasów tłuszczowych w lipidach zewnątrzkomórkowych.

Obserwuje się odwrotną zależność pomiędzy syntezą lipidów zewnątrzkomórkowych i polisacharydów. W temperaturze hodowli poniżej optymalnej R. igtutinis gwałtownie hamuje syntezę lipidów zewnątrzkomórkowych, a w pożywce gromadzą się znaczne ilości egzopolisacharydów. To samo zjawisko obserwuje się w warunkach niskiego pH.

Liczne doświadczenia wykazały, że lipidy drożdżowe i ich przetwory mogą znaleźć zastosowanie w różnorodnych sektorach gospodarki narodowej: przemyśle tekstylnym, ceramicznym, skórzanym, obróbki metali (walcowanie blach stalowych, ciągnienie drutu, cynowanie). Lipidy drożdżowe można również stosować w produkcji gumy, gumy, środków farmaceutycznych, kosmetyków, mydła, olejów suszących, w procesach flotacji rud itp. Wreszcie, jak wykazały eksperymenty, lipidy drożdżowe mogą być szeroko stosowane w żywieniu zwierząt hodowlanych i ptaków. W tym przypadku proces ich ekstrakcji z komórek wyłączony jest ze schematu produkcji lipidów – na cele paszowe wykorzystuje się biomasę mikroorganizmów bogatych w tłuszcz.

Po II wojnie światowej znaczna część prac miała na celu zbadanie możliwości pozyskiwania lipidów drobnoustrojowych do celów spożywczych. Szwedzki badacz Lundin wykazał, że tłuszcz drożdżowy (Rhodotocula gracilis), bogaty w fizjologicznie niezbędne kwasy tłuszczowe, może być z powodzeniem stosowany oprócz potrzeb technicznych i spożywczych. Dieta zawierająca 25 g tłustych drożdży może dostarczyć organizmowi człowieka 10 g lipidów, 6 g białka i wielu innych niezbędnych substancji, co pokrywa 20% dziennego zapotrzebowania na te związki.

Produkcja tłuszczu mikrobiologicznego do celów spożywczych miała miejsce w Niemczech już podczas I wojny światowej. Jako pożywkę stosowano melasę lub inne substraty zawierające cukier, a producentem był grzyb drożdżopodobny Endomycopsls vemails. Bogatą w tłuszcz biomasę wykorzystywano jako pokarm, z którego przygotowywano pastę zwaną „Evernal” lub „Myceta”.

Łącząc pożywki, a także dobierając producenta i warunki jego uprawy, można uzyskać lipidy, których skład odpowiada wymaganiom różnych gałęzi przemysłu i rolnictwa. Na przykład podczas karmienia ptaków preferowane są lipidy zawierające do 65–70% nienasyconych kwasów tłuszczowych. Lipidy drobnoustrojów zawierające znaczną ilość kwasów tłuszczowych z dwoma podwójnymi wiązaniami można wykorzystać do przygotowania lakierów i farb, a także do przygotowania leków pomagających zapobiegać miażdżycy i zakrzepicy. Lipidy z przewagą nasyconych kwasów tłuszczowych można stosować do produkcji smarów technicznych. W pierwszym przypadku wymagania te spełniają lipidy grzybów strzępkowych i drożdży Lipomyces lipoferus, a w drugim lipidy Candida humicola hodowanego na hydrolizacie drzewnym.

Podsumowując to, co zostało powiedziane, należy zauważyć, że skład lipidów (a co za tym idzie obszar ich możliwego wykorzystania) jest w dużej mierze zdeterminowany przez systematyczną pozycję organizmu wytwarzającego. Jednocześnie o proporcjach poszczególnych składników w składzie lipidów decyduje specyfika użytych surowców oraz fizykochemiczne warunki uprawy. Te wzorce lipidogenezy są bardzo ważne przy organizacji przemysłowej produkcji tłuszczu drobnoustrojowego, ponieważ w określonych warunkach umożliwiają otrzymanie produktu o ściśle określonym składzie i właściwościach. Taka kontrolowana synteza mikrobiologiczna może zaspokoić zapotrzebowanie na lipidy w różnych sektorach gospodarki narodowej.

PIEKŁO. Mikityuk, s.sh. Nr 589, Moskwa

W skorupie ziemskiej znajduje się około 100 pierwiastków chemicznych, ale tylko 16 z nich jest niezbędnych do życia (tabela 1). Cztery najczęstsze pierwiastki w organizmach żywych to wodór, węgiel, tlen i azot. Stanowią ponad 99% zarówno masy, jak i liczby atomów tworzących wszystkie żywe organizmy.

Jakie substancje roślinne tworzą te pierwiastki? Przede wszystkim rośliny zawierają wodę H2O - od 60 do 95% całkowitej masy ciała. Ponadto rośliny zawierają „cegiełki” – proste związki organiczne, z których zbudowane są biomakromolekuły (tab. 2).

W ten sposób ze stosunkowo niewielkiej liczby rodzajów cząsteczek uzyskuje się wszystkie makrocząsteczki i struktury żywych komórek.

Makrocząsteczki to polimery zbudowane z wielu powtarzających się jednostek. Jednostki tworzące makrocząsteczki nazywane są monomerami. Istnieją trzy rodzaje makrocząsteczek: polisacharydy, białka i kwasy nukleinowe (ryc. 1). Ich monomerami są odpowiednio monosacharydy, aminokwasy i nukleotydy (Tabela 3).

Ryż. 1. Makrocząsteczki polimeru:

a - polisacharyd (rozgałęziony); b - fragment podwójnej helisy DNA (polinukleotyd);

c - polipeptyd (fragment cząsteczki mioglobiny)

Węglowodany

Węglowodany są głównym materiałem odżywczym i pomocniczym komórek i tkanek roślinnych. W cząsteczkach większości węglowodanów wodór i tlen występują w takim samym stosunku jak w cząsteczce wody (na przykład glukoza C6H12O6 lub C6(H2O)6). Wszystkie węglowodany są związkami wielofunkcyjnymi. Należą do nich monosacharydy - polihydroksyaldehydy (aldozy), polihydroksyketony (ketozy) i polisacharydy (skrobia, celuloza itp.) (patrz tabela 4).

Węglowodany to jedna z najważniejszych klas substancji naturalnych występujących w roślinach. Stanowią aż 90% suchej masy roślin.

Węglowodany są głównymi produktami fotosyntezy roślin zielonych:

W wielu roślinach węglowodany gromadzą się w dużych ilościach w postaci cukru i skrobi w korzeniach, bulwach i nasionach, a następnie są wykorzystywane jako rezerwowe składniki odżywcze.

Rośliny, z których produkuje się cukier na skalę przemysłową:

a - burak cukrowy; b - trzcina cukrowa

Polisacharydy są przydatne jako składniki odżywcze do przechowywania z wielu powodów. Po pierwsze, duży rozmiar cząsteczek sprawia, że są one praktycznie nierozpuszczalne w wodzie. Dlatego polisacharydy nie mają działania osmotycznego ani chemicznego na komórkę. Po drugie, łańcuchy polisacharydowe mogą zwijać się i, jeśli to konieczne, łatwo przekształcać się w cukry poprzez hydrolizę:

Ściany komórkowe i włókna roślinne składają się głównie z celulozy. Węglowodany dominują także w owocach i jagodach. Węglowodany to skrobia, błonnik (celuloza), cukry, substancje pektynowe i wiele innych związków pochodzenia roślinnego (ryc. 3). Podczas rozkładu węglowodanów organizmy uzyskują większość energii niezbędnej do podtrzymania życia i biosyntezy innych związków złożonych.

Produkty roślinne - dostawcy skrobi i celulozy:

a - ziemniaki; b - kukurydza; c - ziarno; g - bawełna; d - drewno

1. Jaka jest różnica między wzorami cząsteczkowymi i strukturalnymi związków?

2. Napisz wzory strukturalne liniowych i cyklicznych izomerów glukozy C6H12O6.

3. Jakie są wzory cząsteczkowe monosacharydów różniących się liczbą atomów węgla w cząsteczce: trioza (3C), tetroza (4C), pentoza (5C), heksoza (6C) i heptoza (7C)?

4. Jaka jest wartościowość pierwiastków C, H i O w ich związkach?

5. Ile grup hydroksylowych występuje w liniowych i cyklicznych formach węglowodanów: a) ryboza; b) glukoza?

6. Wskaż, które z poniższych cukrów to pentozy, a które heksozy.

7. Z jakich reszt glukozy (forma a lub b) zbudowane są cząsteczki: a) skrobi, b) celulozy?

Fragment cząsteczki amylopektyny (skrobi).

Fragment cząsteczki celulozy

8. Jakie wiązania chemiczne w cząsteczkach di- i polisacharydów nazywane są wiązaniami glikozydowymi?

Lipidy to nierozpuszczalne w wodzie substancje organiczne, które można ekstrahować z komórek za pomocą rozpuszczalników organicznych - eteru, chloroformu i benzenu. Klasyczne lipidy to estry kwasów tłuszczowych i alkoholu trójwodorotlenowego, gliceryny. Nazywa się je triacyloglicerolami lub triglicerydami.

Wiązanie pomiędzy węglem karbonylowym i tlenem w grupie alkilowej kwasu tłuszczowego nazywa się wiązaniem estrowym:

Trioleinian

Triacyloglicerole dzieli się zazwyczaj na tłuszcze i oleje w zależności od tego, czy w temperaturze 20°C pozostają stałe (tłuszcze), czy też mają w tej temperaturze konsystencję płynną (oleje). Im niższa temperatura topnienia lipidu, tym większa jest w nim zawartość nienasyconych kwasów tłuszczowych.

Większość kwasów tłuszczowych RCOOH zawiera parzystą liczbę atomów węgla, od 14 do 22 (najczęściej R = C15 i C17). Tłuszcze roślinne zawierają najczęściej kwasy nienasycone (posiadające jedno lub więcej wiązań podwójnych C=C) – kwas oleinowy, linolowy i linolenowy oraz kwasy tłuszczowe nasycone, w których wszystkie wiązania C-C są pojedyncze. Niektóre oleje zawierają duże ilości rzadkich kwasów tłuszczowych. Na przykład olej rycynowy otrzymywany z nasion rącznika kumuluje dużo kwasu rycynolenowego (patrz tabela).

Lipidy zawarte w roślinach mogą występować w postaci rezerwowego tłuszczu lub stanowić składnik strukturalny protoplastu komórki. Tłuszcze magazynujące i „strukturalne” pełnią różne funkcje biochemiczne. Tłuszcz rezerwowy odkłada się w niektórych organach roślin, najczęściej w nasionach, i jest wykorzystywany jako składnik odżywczy podczas ich przechowywania i kiełkowania. Lipidy protoplastów są niezbędnym składnikiem komórek i występują w nich w stałych ilościach. Lipidy i związki o charakterze lipidowym (połączenia z białkami – lipoproteinami, węglowodanami – glikolipidami) służą do budowy błony cytoplazmatycznej na powierzchni komórek oraz błon struktur komórkowych – mitochondriów, plastydów, jąder. Dzięki membranom regulowana jest przepuszczalność komórek dla różnych substancji. Ilość lipidów błonowych w liściach, łodygach, owocach i korzeniach roślin zwykle osiąga 0,1-0,5% masy wilgotnej tkanki. Zawartość tłuszczu rezerwowego w nasionach różnych roślin jest różna i charakteryzuje się następującymi wartościami: dla żyta, jęczmienia, pszenicy – 2-3%, bawełny, soi – 20-30% (ryc. 4).

Nasiona oleiste: a - len; b - słonecznik; c - konopie; Przejdź na żywo; d - soja

Co ciekawe, u około 90% wszystkich gatunków roślin główną substancją rezerwową w nasionach nie jest skrobia (jak w przypadku zbóż), ale tłuszcze (jak słonecznik). Wyjaśnia to fakt, że głównie tłuszcze rezerwowe są wykorzystywane jako źródło energii podczas kiełkowania nasion. Magazynowanie tłuszczów jest korzystne dla roślin, gdyż ich utlenianie uwalnia około dwukrotnie więcej energii niż utlenianie węglowodanów czy białek.

Głównymi stałymi charakteryzującymi właściwości tłuszczu są jego temperatura topnienia, liczba kwasowa, liczba zmydlania i liczba jodowa. Poniżej podano temperatury topnienia niektórych olejów roślinnych:

olej z nasion bawełny -1... -6°C;

oliwa z oliwek -2... -6 °C;

olej słonecznikowy -16... -18°C;

olej lniany -16... -27°C.

Liczba kwasowa tłuszczu to liczba miligramów zasady KOH wymagana do zneutralizowania wolnych kwasów tłuszczowych zawartych w 1 g tłuszczu. Jakość tłuszczów jest kontrolowana przez liczbę kwasową.

Liczba zmydlenia to liczba miligramów zasady KOH potrzebna do zneutralizowania wolnych i związanych kwasów w postaci glicerydów zawartych w 1 g tłuszczu. Liczba zmydlania charakteryzuje średnią masę cząsteczkową tłuszczu.

Liczba jodowa to liczba gramów halogenu I2, które można dodać do 100 g tłuszczu. Liczba jodowa charakteryzuje stopień nienasycenia kwasów tłuszczowych w tłuszczu. Liczba jodowa większości tłuszczów roślinnych mieści się w przedziale 100-160.

7. Z jakich reszt glukozy (forma a lub b) zbudowane są cząsteczki: a) skrobi, b) celulozy?

Fragment cząsteczki amylopektyny (skrobi).

Fragment cząsteczki celulozy

8. Jakie wiązania chemiczne w cząsteczkach di- i polisacharydów nazywane są wiązaniami glikozydowymi?

Lipidy

Nazywa się wiązanie pomiędzy węglem karbonylowym i tlenem w grupie alkilowej kwasu tłuszczowego wiązanie estrowe:

Lipidy zawarte w roślinach mogą występować w postaci rezerwowego tłuszczu lub stanowić składnik strukturalny protoplastu komórki. Tłuszcze magazynujące i „strukturalne” pełnią różne funkcje biochemiczne. Tłuszcz rezerwowy odkłada się w niektórych organach roślin, najczęściej w nasionach, i jest wykorzystywany jako składnik odżywczy podczas ich przechowywania i kiełkowania. Lipidy protoplastów są niezbędnym składnikiem komórek i występują w nich w stałych ilościach. Lipidy i związki o charakterze lipidowym (połączenia z białkami – lipoproteinami, węglowodanami – glikolipidami) służą do budowy błony cytoplazmatycznej na powierzchni komórek oraz błon struktur komórkowych – mitochondriów, plastydów, jąder. Dzięki membranom regulowana jest przepuszczalność komórek dla różnych substancji. Ilość lipidów błonowych w liściach, łodygach, owocach i korzeniach roślin zwykle sięga 0,1-0,5% masy surowej tkanki. Zawartość tłuszczu rezerwowego w nasionach różnych roślin jest różna i charakteryzuje się następującymi wartościami: dla żyta, jęczmienia, pszenicy – 2-3%, bawełny, soi – 20-30% (ryc. 4).

A- pościel; B- słonecznik; V- konopie; G- Oliwa; D- soja

Głównymi stałymi charakteryzującymi właściwości tłuszczu są jego temperatura topnienia, liczba kwasowa, liczba zmydlania i liczba jodowa. Poniżej są temperatura topnienia niektóre oleje roślinne:

olej z nasion bawełny -1... -6°C;
oliwa z oliwek -2... -6 °C;
olej słonecznikowy -16... -18°C;
olej lniany -16... -27°C.

Liczba jodowa to liczba gramów halogenu I 2, które można dodać do 100 g tłuszczu. Liczba jodowa charakteryzuje stopień nienasycenia kwasów tłuszczowych w tłuszczu. Liczba jodowa większości tłuszczów roślinnych mieści się w przedziale 100-160.

Ciąg dalszy nastąpi

W wyniku fotosyntezy w komórkach roślin zielonych powstają substancje organiczne, z których część jest magazynowana jako rezerwy. Główne grupy związków organicznych – węglowodany, lipidy i białka – występują jako rezerwowe składniki odżywcze. Gromadzą się w owocach i nasionach, korzeniach, łodygach, bulwach i kłączach. W procesach wzrostu substancje te włączane są do metabolizmu jako źródło energii i metabolitów.

Różne formy rezerwowych składników odżywczych należą do kategorii inkluzji – tymczasowych składników komórek, które mogą powstawać i rozkładać się enzymatycznie w różnych okresach ich życia.

Węglowodany. Głównymi węglowodanami magazynującymi są skrobia. Jest to jeden z najpowszechniejszych polisacharydów, który odkłada się we wszystkich roślinach z wyjątkiem grzybów i sinic. Ze względu na fizjologiczny cel i lokalizację skrobię dzieli się na trzy typy: asymilacyjną, przejściową i magazynującą.

Kryształy białek znajdują się w komórkach wielu roślin i mają postać regularnych formacji krystalicznych. W komórkach ziemniaka krystaloidy zalegają w powierzchniowych warstwach, gdzie mają kształt regularnego sześcianu. Kryształy białek zlokalizowane są bezpośrednio w cytoplazmie, w soku komórkowym, a czasami w jądrze

Częściej białka rezerwowe zawarte są w komórkach w postaci specyficznych formacji - ciał białkowych lub nazywane są ziarnami Aleuronu. Występują powszechnie w nasionach, które zawierają dużo białek, lipidów i skrobi. Ziarna aleuronu składają się z otoczki i amorficznej masy białkowej, w której występują trzy rodzaje wtrąceń: globoidy, krystaloidy i kryształy szczawianu wapnia. Globooidy są przeważnie kuliste, a w jednym ziarnie aleuronowym znajduje się jeden lub więcej globoidów. Inkluzje zawarte w ziarnach aleuronu są specyficzne, a gatunek rośliny można określić na podstawie ich kształtu. Globoidy są źródłem jonów magnezu, wapnia i fosforu, które sprzyjają rozpuszczaniu substancji białkowych. Zawierają bogate w energię substancje rezerwowe oraz pierwiastki najbardziej deficytowe, wykorzystywane przez zarodek podczas rozwoju i tworzenia nowych tkanek. W ziarnach zbóż ziarna aleuronowe zlokalizowane są w zewnętrznej warstwie bielma pod łupiną owocu, tworząc wyspecjalizowaną warstwę aleuronową komórek, zaś w nasionach roślin strączkowych zlokalizowane są w komórkach liścieni pomiędzy ziarnami skrobi.

Lipidy – triacyloglicerole – należą do grupy związków organicznych i są magazynowane w rezerwie. Zawarte są w cytoplazmie komórek roślinnych w postaci bezbarwnych lub żółtych kulek. Jako inkluzje protoplazmatyczne lipidy pełnią rolę najskuteczniejszej formy magazynowania składników odżywczych w nasionach, zarodnikach, zarodkach, komórkach merystematycznych i komórkach zróżnicowanych, zwłaszcza w zimujących organach roślin. Lipidy odkładają się głównie w stanie ciekłym i nazywane są olejami. W zależności od ilości i stosunku kwasów tłuszczowych nasyconych i nienasyconych dzielimy je na schnące, tworzące mocny, elastyczny film, dlatego wykorzystywane są do produkcji lakierów i farb oraz nieschnące. Rośliny w umiarkowanych szerokościach geograficznych gromadzą oleje płynne, podczas gdy rośliny w tropikach gromadzą oleje stałe.

Oleje odkładają się nie tylko w owocach i nasionach, ale także w łodygach, korzeniach, bulwach, cebulach i innych narządach.

W życiu roślin lipidy zapasowe są głównymi produktami wykorzystywanymi w procesach metabolizmu energetycznego, zwłaszcza podczas kiełkowania nasion. Ilość lipidów w nasionach niektórych roślin sięga 70%, jest ich dużo w nasionach słonecznika, orzecha włoskiego, lnu, konopi, rzepaku, lnicznika...

Garbniki.

Sok z komórek roślinnych zawiera różnorodne garbniki. To grupa związków, które mogą opalać skórę, czyli tworzyć z kolagenem skórnym nierozpuszczalne w wodzie osady, a także mają ściągający smak. Garbniki występują prawie we wszystkich roślinach. Występują w grzybach, algach, porostach, ale przede wszystkim w roślinach dwuliściennych. Substancje te znajdują się w wakuolach komórek kory, liści, korzeni i owoców. Ich liczba maleje w miarę dojrzewania owoców.

47. Metabolizm węglowodanów podczas kiełkowania nasion.

Metabolizm węglowodanów podczas kiełkowania nasion

Nasienie składa się z trzech głównych części:

) tkanki powłokowe, których funkcją jest ochrona części wewnętrznych przed uszkodzeniami mechanicznymi, zapobieganie niekorzystnym wpływom zewnętrznym na zarodek, regulacja wymiany gazowej i wodnej;

) tkanki embrionalne (podstawowa łodyga, korzenie, liście);

) pojemnik na substancje zapasowe.

U większości roślin dwuliściennych liścienie służą jako pojemnik na substancje rezerwowe, a u jednoliściennych bielmo powstaje z jądra wtórnego worka zarodkowego po jego fuzji z plemnikiem łagiewki pyłkowej.

Ze względu na skład chemiczny dojrzałe nasiona roślin rolniczych można podzielić na trzy grupy:

) nasiona bogate w skrobię;

) nasiona bogate w białko;

) nasiona bogate w tłuszcz.

Nasiona wszystkich roślin zawierają fitynę. Główną funkcją fityny jest zaopatrzenie zarodka w związki fosforu. Jednocześnie fityna zawiera pewną ilość K, Mg i Ca. Nasiona zawierają również enzymy i hormony, ale w stanie nieaktywnym. Rozkład substancji w nasionach jest nierównomierny. Tkanki zarodka są wzbogacone w składniki mineralne.

Do procesu kiełkowania nasion zaliczają się także te procesy, które zachodzą w nasionach zanim pojawią się oznaki widocznego wzrostu.

Aby kiełkowanie mogło nastąpić, wymagane są pewne warunki. Przede wszystkim potrzebujesz wody. Nasiona suszone na powietrzu zawierają do 20% wody i znajdują się w stanie wymuszonego spoczynku. Suche nasiona szybko wchłaniają wodę, pęcznieją, część zarodkowa rośnie, a zewnętrzna osłona nasion pęka.

Wnikanie wody do nasion można podzielić na trzy etapy.

Pierwszy etap realizowany jest głównie dzięki potencjałowi matrixa, czyli siłom hydratacji. Nawodnienie jest procesem spontanicznym. Rezerwowe składniki odżywcze znajdujące się w nasionach zawierają dużą liczbę grup hydrofilowych, takich jak - OH, - COOH, - NH2. Cząsteczki wody wokół substancji uwodnionych przyjmują strukturę przypominającą lód. Przyciągając cząsteczki wody, grupy hydrofilowe zmniejszają jej aktywność. Potencjał wody staje się bardziej ujemny, woda wpada do nasion.

Na drugim etapie absorpcji wody duże znaczenie mają także siły pęcznienia, czyli potencjał matrycy. Jednak rolę zaczynają odgrywać siły osmotyczne – potencjał osmotyczny, gdyż w tym okresie następuje intensywna hydroliza związków złożonych do prostszych.

W trzecim etapie, który następuje w okresie dziobania nasion, kiedy komórki rozciągają się i pojawiają się wakuole, główną siłą powodującą przepływ wody stają się siły osmotyczne – potencjał osmotyczny.

Już w procesie pęcznienia nasion rozpoczyna się mobilizacja składników odżywczych - tłuszczów, białek i polisacharydów. Są to wszystkie nierozpuszczalne, słabo poruszające się złożone substancje organiczne. W procesie kiełkowania przekształcają się w rozpuszczalne związki, które z łatwością można wykorzystać do zasilania zarodka, dlatego potrzebne są odpowiednie enzymy. Enzymy występują częściowo w bielmie lub zarodku w stanie związanym, nieaktywnym i pod wpływem obrzęku stają się aktywne.

Podczas kiełkowania pod wpływem enzymów rozpoczyna się wzmożona mobilizacja, następuje rozkład złożonych nierozpuszczalnych związków na proste rozpuszczalne: skrobia rozkłada się na cukry, białka - na aminokwasy (a te ostatnie na kwasy organiczne i amoniak), polisacharydy - na monosacharydy, tłuszcze - na kwasy tłuszczowe, hydroksykwasy, aldehydy, które są zużywane przez zarodek. Bielmo zostaje opróżnione, dlatego zwykle marszczy się, a następnie wysycha, a liścienie, które pełnią funkcję pierwszych liści, wychodzą na powierzchnię, zielenieją i rosną.

Później, gdy zarodek staje się sadzonką, dorosłą rośliną, funkcja liścieni jako pierwszych liści zanika. Wzrost zarodka nasiennego polega na powstaniu nowego materiału, zwiększeniu wielkości podstawowych narządów - korzeni, liści - w wyniku podziału komórek i proliferacji tkanek merystemu.

Dziękuję

Na stronie znajdują się informacje referencyjne wyłącznie w celach informacyjnych. Diagnozowanie i leczenie chorób musi odbywać się pod nadzorem specjalisty. Wszystkie leki mają przeciwwskazania. Wymagana konsultacja ze specjalistą!

Jakimi substancjami są lipidy?

Lipidy stanowią jedną z grup związków organicznych mających ogromne znaczenie dla organizmów żywych. Ze względu na budowę chemiczną wszystkie lipidy dzielą się na proste i złożone. Proste lipidy składają się z alkoholu i kwasów żółciowych, podczas gdy złożone lipidy zawierają inne atomy lub związki.

Ogólnie rzecz biorąc, lipidy mają ogromne znaczenie dla człowieka. Substancje te wchodzą w skład znacznej części produktów spożywczych, znajdują zastosowanie w medycynie i farmacji oraz odgrywają ważną rolę w wielu gałęziach przemysłu. W żywym organizmie lipidy w takiej czy innej formie są częścią wszystkich komórek. Z żywieniowego punktu widzenia jest bardzo ważnym źródłem energii.

Jaka jest różnica między lipidami a tłuszczami?

Zasadniczo termin „lipidy” pochodzi od greckiego rdzenia oznaczającego „tłuszcz”, ale nadal istnieją pewne różnice między tymi definicjami. Lipidy stanowią większą grupę substancji, natomiast tłuszcze odnoszą się tylko do niektórych rodzajów lipidów. Synonimem „tłuszczów” są „trójglicerydy”, które powstają z połączenia alkoholu glicerolowego i kwasów karboksylowych. Zarówno lipidy w ogólności, jak i trójglicerydy w szczególności odgrywają znaczącą rolę w procesach biologicznych.

Lipidy w organizmie człowieka

Lipidy są częścią prawie wszystkich tkanek organizmu. Ich cząsteczki są obecne w każdej żywej komórce, a bez tych substancji życie jest po prostu niemożliwe. W organizmie człowieka występuje wiele różnych lipidów. Każdy typ lub klasa tych związków ma swoje własne funkcje. Wiele procesów biologicznych zależy od prawidłowego zaopatrzenia i tworzenia lipidów.

Z biochemicznego punktu widzenia lipidy biorą udział w następujących ważnych procesach:

produkcja energii przez organizm;

podział komórek;
przekazywanie impulsów nerwowych;
tworzenie składników krwi, hormonów i innych ważnych substancji;
ochrona i utrwalenie niektórych narządów wewnętrznych;
podział komórek, oddychanie itp.

Zatem lipidy są niezbędnymi związkami chemicznymi. Znaczna część tych substancji dostaje się do organizmu wraz z pożywieniem. Następnie składniki strukturalne lipidów są wchłaniane przez organizm, a komórki wytwarzają nowe cząsteczki lipidów.

Biologiczna rola lipidów w żywej komórce

Cząsteczki lipidów pełnią ogromną liczbę funkcji nie tylko w skali całego organizmu, ale także w każdej żywej komórce indywidualnie. W istocie komórka jest jednostką strukturalną żywego organizmu. To tam zachodzi asymilacja i synteza ( Edukacja) niektóre substancje. Niektóre z tych substancji służą do utrzymania życia samej komórki, inne do podziału komórek, a jeszcze inne do potrzeb innych komórek i tkanek.

W żywym organizmie lipidy pełnią następujące funkcje:

energia;
rezerwa;
strukturalny;
transport;
enzymatyczny;
przechowywanie;
sygnał;
regulacyjne

Funkcja energii

Funkcja energetyczna lipidów sprowadza się do ich rozpadu w organizmie, podczas którego uwalniana jest duża ilość energii. Żywe komórki potrzebują tej energii do utrzymania różnych procesów ( oddychanie, wzrost, podział, synteza nowych substancji). Lipidy dostają się do komórki wraz z krwią i osadzają się w jej wnętrzu ( w cytoplazmie) w postaci małych kropelek tłuszczu. Jeśli to konieczne, cząsteczki te ulegają rozkładowi, a komórka otrzymuje energię.

Rezerwa ( przechowywanie) funkcja

Funkcja rezerwy jest ściśle powiązana z funkcją energii. Energia w postaci tłuszczów znajdujących się wewnątrz komórek może być magazynowana „w rezerwie” i uwalniana w razie potrzeby. Za gromadzenie się tłuszczów odpowiedzialne są specjalne komórki – adipocyty. Większą część ich objętości zajmuje duża kropla tłuszczu. To adipocyty tworzą tkankę tłuszczową w organizmie. Największe rezerwy tkanki tłuszczowej zlokalizowane są w tłuszczu podskórnym, sieci większej i mniejszej ( w jamie brzusznej). Podczas długotrwałego postu tkanka tłuszczowa stopniowo się rozpada, gdyż rezerwy lipidów wykorzystywane są do pozyskiwania energii.

Również tkanka tłuszczowa odłożona w tłuszczu podskórnym zapewnia izolację termiczną. Tkanki bogate w lipidy są na ogół gorszymi przewodnikami ciepła. Dzięki temu organizm może utrzymać stałą temperaturę ciała i nie wychładzać się ani nie przegrzewać tak szybko w różnych warunkach środowiskowych.

Funkcje strukturalne i barierowe ( lipidy błonowe)

Lipidy odgrywają ogromną rolę w strukturze żywych komórek. W organizmie człowieka substancje te tworzą specjalną podwójną warstwę, która tworzy ścianę komórkową. Dzięki temu żywa komórka może wykonywać swoje funkcje i regulować metabolizm ze środowiskiem zewnętrznym. Lipidy tworzące błonę komórkową pomagają również w utrzymaniu kształtu komórki.

Dlaczego monomery lipidowe tworzą podwójną warstwę ( dwuwarstwowy)?

Monomery to substancje chemiczne ( w tym przypadku – molekuły), które są zdolne do łączenia się w bardziej złożone związki. Ściana komórkowa składa się z podwójnej warstwy ( dwuwarstwowy) lipidy. Każda cząsteczka tworząca tę ścianę składa się z dwóch części - hydrofobowej ( nie mający kontaktu z wodą) i hydrofilowe ( w kontakcie z wodą). Podwójną warstwę uzyskuje się dzięki temu, że cząsteczki lipidów rozmieszczone są wraz z częściami hydrofilowymi wewnątrz i na zewnątrz komórki. Części hydrofobowe praktycznie się stykają, gdyż znajdują się pomiędzy dwiema warstwami. W głębi dwuwarstwy lipidowej mogą znajdować się także inne cząsteczki ( białka, węglowodany, złożone struktury molekularne), które regulują przepływ substancji przez ścianę komórkową.

Funkcja transportowa

Funkcja transportowa lipidów ma w organizmie drugorzędne znaczenie. Robią to tylko niektóre połączenia. Na przykład lipoproteiny składające się z lipidów i białek transportują pewne substancje we krwi z jednego narządu do drugiego. Jednak funkcja ta rzadko jest izolowana, nie uważając jej za główną dla tych substancji.

Funkcja enzymatyczna

Zasadniczo lipidy nie wchodzą w skład enzymów biorących udział w rozkładzie innych substancji. Jednak bez lipidów komórki narządów nie będą w stanie syntetyzować enzymów, końcowego produktu życiowej aktywności. Ponadto niektóre lipidy odgrywają znaczącą rolę w wchłanianiu tłuszczów z pożywienia. Żółć zawiera znaczne ilości fosfolipidów i cholesterolu. Neutralizują nadmiar enzymów trzustkowych i zapobiegają uszkodzeniu przez nie komórek jelitowych. Rozpuszczanie zachodzi także w żółci ( emulgowanie) egzogenne lipidy pochodzące z pożywienia. Zatem lipidy odgrywają ogromną rolę w trawieniu i pomagają w pracy innych enzymów, chociaż same nie są enzymami.

Funkcja sygnału

Niektóre złożone lipidy pełnią w organizmie funkcję sygnalizacyjną. Polega na utrzymaniu różnych procesów. Na przykład glikolipidy w komórkach nerwowych biorą udział w przekazywaniu impulsów nerwowych z jednej komórki nerwowej do drugiej. Ponadto ogromne znaczenie mają sygnały wewnątrz samej komórki. Musi „rozpoznać” substancje dostające się do krwi, aby móc je przetransportować do środka.

Funkcja regulacyjna

Funkcja regulacyjna lipidów w organizmie jest drugorzędna. Same lipidy we krwi mają niewielki wpływ na przebieg różnych procesów. Wchodzą jednak w skład innych substancji, które mają ogromne znaczenie w regulacji tych procesów. Przede wszystkim są to hormony steroidowe ( hormony nadnerczy i hormony płciowe). Odgrywają ważną rolę w metabolizmie, wzroście i rozwoju organizmu, funkcjach rozrodczych, wpływają na funkcjonowanie układu odpornościowego. Lipidy są również częścią prostaglandyn. Substancje te powstają podczas procesów zapalnych i wpływają na niektóre procesy w układzie nerwowym ( na przykład odczuwanie bólu).

Zatem same lipidy nie pełnią funkcji regulacyjnej, jednak ich niedobór może wpływać na wiele procesów zachodzących w organizmie.

Biochemia lipidów i ich związek z innymi substancjami ( białka, węglowodany, ATP, kwasy nukleinowe, aminokwasy, steroidy)

Metabolizm lipidów jest ściśle powiązany z metabolizmem innych substancji w organizmie. Przede wszystkim związek ten można prześledzić w żywieniu człowieka. Każda żywność składa się z białek, węglowodanów i lipidów, które muszą dostać się do organizmu w określonych proporcjach. W takim przypadku osoba otrzyma zarówno wystarczającą ilość energii, jak i wystarczającą ilość elementów konstrukcyjnych. W przeciwnym razie ( na przykład z brakiem lipidów) białka i węglowodany zostaną rozbite w celu wytworzenia energii.

Ponadto lipidy są w mniejszym lub większym stopniu związane z metabolizmem następujących substancji:

Kwas adenozynotrójfosforowy ( ATP). ATP jest unikalną jednostką energii wewnątrz komórki. Podczas rozkładu lipidów część energii trafia do produkcji cząsteczek ATP, które biorą udział we wszystkich procesach wewnątrzkomórkowych ( transport substancji, podział komórek, neutralizacja toksyn itp.).
Kwasy nukleinowe. Kwasy nukleinowe są elementami strukturalnymi DNA i znajdują się w jądrach żywych komórek. Energia powstająca podczas rozkładu tłuszczów jest częściowo wykorzystywana do podziału komórek. Podczas podziału z kwasów nukleinowych powstają nowe łańcuchy DNA.
Aminokwasy. Aminokwasy są składnikami strukturalnymi białek. W połączeniu z lipidami tworzą złożone kompleksy, lipoproteiny, odpowiedzialne za transport substancji w organizmie.
Steroidy. Sterydy to rodzaj hormonów zawierających znaczne ilości lipidów. Jeśli lipidy z pożywienia są słabo wchłaniane, u pacjenta mogą wystąpić problemy z układem hormonalnym.

Zatem metabolizm lipidów w organizmie w każdym przypadku należy rozpatrywać całościowo, z punktu widzenia jego związku z innymi substancjami.

Trawienie i wchłanianie lipidów ( metabolizm, metabolizm)

Trawienie i wchłanianie lipidów jest pierwszym etapem metabolizmu tych substancji. Główna część lipidów dostaje się do organizmu wraz z pożywieniem. W jamie ustnej pokarm jest rozdrabniany i mieszany ze śliną. Następnie guzek dostaje się do żołądka, gdzie wiązania chemiczne są częściowo niszczone przez kwas solny. Ponadto niektóre wiązania chemiczne w lipidach są niszczone przez enzym lipazę zawartą w ślinie.

Lipidy są nierozpuszczalne w wodzie, więc nie są natychmiast rozkładane przez enzymy w dwunastnicy. Najpierw zachodzi tzw. emulgacja tłuszczów. Następnie wiązania chemiczne są rozkładane przez lipazę pochodzącą z trzustki. W zasadzie każdy rodzaj lipidu ma obecnie swój własny enzym odpowiedzialny za rozkład i wchłanianie tej substancji. Na przykład fosfolipaza rozkłada fosfolipidy, esteraza cholesterolowa rozkłada związki cholesterolowe itp. Wszystkie te enzymy zawarte są w różnych ilościach w soku trzustkowym.

Rozszczepione fragmenty lipidów są wchłaniane indywidualnie przez komórki jelita cienkiego. Ogólnie rzecz biorąc, trawienie tłuszczów jest procesem bardzo złożonym, regulowanym przez wiele hormonów i substancji hormonopodobnych.

Co to jest emulgacja lipidów?

Emulgowanie to niecałkowite rozpuszczenie substancji tłuszczowych w wodzie. W bolusie pokarmu wprowadzanym do dwunastnicy tłuszcze zawarte są w postaci dużych kropelek. Zapobiega to ich interakcji z enzymami. Podczas procesu emulgowania duże kropelki tłuszczu zostają „rozdrobnione” na mniejsze kropelki. W rezultacie zwiększa się powierzchnia kontaktu kropelek tłuszczu z otaczającymi je substancjami rozpuszczalnymi w wodzie i możliwy staje się rozkład lipidów.

Proces emulgowania lipidów w przewodzie pokarmowym przebiega w kilku etapach:

W pierwszym etapie wątroba wytwarza żółć, która emulguje tłuszcze. Zawiera sole cholesterolu i fosfolipidów, które oddziałują z lipidami i przyczyniają się do ich „kruszenia” na drobne kropelki.
Żółć wydzielana przez wątrobę gromadzi się w pęcherzyku żółciowym. Tutaj jest skoncentrowany i uwalniany w razie potrzeby.
Podczas spożywania tłustych potraw wysyłany jest sygnał do mięśni gładkich pęcherzyka żółciowego, aby się skurczyły. W rezultacie część żółci przedostaje się drogami żółciowymi do dwunastnicy.
W dwunastnicy tłuszcze ulegają emulgacji i wchodzą w interakcję z enzymami trzustkowymi. Skurcze ścian jelita cienkiego ułatwiają ten proces poprzez „wymieszanie” treści.

Niektóre osoby mogą mieć problemy z wchłanianiem tłuszczu po usunięciu pęcherzyka żółciowego. Żółć przedostaje się do dwunastnicy w sposób ciągły, bezpośrednio z wątroby i nie wystarcza do zemulgowania całej objętości lipidów, jeśli zostanie zjedzona w zbyt dużych ilościach.

Enzymy rozkładające lipidy

Aby strawić każdą substancję, organizm ma własne enzymy. Ich zadaniem jest rozrywanie wiązań chemicznych pomiędzy cząsteczkami ( lub pomiędzy atomami w cząsteczkach), aby składniki odżywcze mogły zostać prawidłowo wchłonięte przez organizm. Za rozkład różnych lipidów odpowiedzialne są różne enzymy. Większość z nich zawarta jest w soku wydzielanym przez trzustkę.

Za rozkład lipidów odpowiedzialne są następujące grupy enzymów:

lipazy;
fosfolipazy;
esteraza cholesterolowa itp.

Jakie witaminy i hormony biorą udział w regulacji poziomu lipidów?

Poziomy większości lipidów w ludzkiej krwi są stosunkowo stałe. Może się wahać w pewnych granicach. Zależy to od procesów biologicznych zachodzących w samym organizmie, a także od szeregu czynników zewnętrznych. Regulacja poziomu lipidów we krwi jest złożonym procesem biologicznym, w który zaangażowanych jest wiele różnych narządów i substancji.

W wchłanianiu i utrzymaniu stałego poziomu lipidów największą rolę odgrywają następujące substancje:

Enzymy. W rozkładzie lipidów dostających się do organizmu wraz z pożywieniem bierze udział szereg enzymów trzustkowych. Przy braku tych enzymów poziom lipidów we krwi może się zmniejszyć, ponieważ substancje te po prostu nie zostaną wchłonięte w jelitach.
Kwasy żółciowe i ich sole.Żółć zawiera kwasy żółciowe i szereg ich związków, które przyczyniają się do emulgowania lipidów. Bez tych substancji niemożliwe jest również normalne wchłanianie lipidów.
Witaminy. Witaminy działają kompleksowo wzmacniająco na organizm, a także bezpośrednio lub pośrednio wpływają na gospodarkę lipidową. Na przykład przy braku witaminy A regeneracja komórek w błonach śluzowych pogarsza się, a trawienie substancji w jelitach również spowalnia.
Enzymy wewnątrzkomórkowe. Komórki nabłonka jelit zawierają enzymy, które po wchłonięciu kwasów tłuszczowych przekształcają je w formy transportowe i wysyłają do krwioobiegu.
Hormony. Ogólnie rzecz biorąc, wiele hormonów wpływa na metabolizm. Na przykład wysoki poziom insuliny może znacznie wpłynąć na poziom lipidów we krwi. Z tego powodu zmieniono niektóre standardy dotyczące pacjentów chorych na cukrzycę. Hormony tarczycy, hormony glukokortykoidowe lub noradrenalina mogą stymulować rozkład tkanki tłuszczowej w celu uwolnienia energii.

Zatem utrzymanie prawidłowego poziomu lipidów we krwi jest procesem bardzo złożonym, na który bezpośrednio lub pośrednio wpływają różne hormony, witaminy i inne substancje. Podczas procesu diagnostycznego lekarz musi ustalić, na jakim etapie proces ten został zakłócony.

Biosynteza ( Edukacja) i hydroliza ( rozkład) lipidy w organizmie ( anabolizm i katabolizm)

Metabolizm to ogół procesów metabolicznych zachodzących w organizmie. Wszystkie procesy metaboliczne można podzielić na kataboliczne i anaboliczne. Procesy kataboliczne obejmują rozkład i rozkład substancji. W odniesieniu do lipidów charakteryzuje się to ich hydrolizą ( rozkład na prostsze substancje) w przewodzie żołądkowo-jelitowym. Anabolizm łączy w sobie reakcje biochemiczne mające na celu utworzenie nowych, bardziej złożonych substancji.

Biosynteza lipidów zachodzi w następujących tkankach i komórkach:

Komórki nabłonkowe jelit. Wchłanianie kwasów tłuszczowych, cholesterolu i innych lipidów zachodzi w ścianie jelita. Zaraz potem w tych samych komórkach tworzą się nowe formy transportu lipidów, które dostają się do krwi żylnej i są wysyłane do wątroby.
Komórki wątroby. W komórkach wątroby niektóre formy transportowe lipidów ulegną rozpadowi i z nich syntetyzowane zostaną nowe substancje. Na przykład powstają tu związki cholesterolowe i fosfolipidowe, które następnie są wydalane z żółcią i przyczyniają się do prawidłowego trawienia.
Komórki innych narządów. Niektóre lipidy przemieszczają się wraz z krwią do innych narządów i tkanek. W zależności od typu komórki lipidy przekształcają się w określony rodzaj związku. Wszystkie komórki w taki czy inny sposób syntetyzują lipidy, tworząc ścianę komórkową ( dwuwarstwa lipidowa). W nadnerczach i gonadach z niektórych lipidów syntetyzowane są hormony steroidowe.

Splot powyższych procesów składa się na metabolizm lipidów w organizmie człowieka.

Resynteza lipidów w wątrobie i innych narządach

Resynteza to proces powstawania pewnych substancji z prostszych, wcześniej wchłoniętych. W organizmie proces ten zachodzi w środowisku wewnętrznym niektórych komórek. Resynteza jest konieczna, aby tkanki i narządy otrzymały wszystkie niezbędne rodzaje lipidów, a nie tylko te spożywane z pożywieniem. Resyntetyzowane lipidy nazywane są endogennymi. Ciało zużywa energię na ich powstawanie.

W pierwszym etapie resynteza lipidów zachodzi w ścianach jelit. Tutaj kwasy tłuszczowe spożywane z pożywienia przekształcane są w formy transportowe, które transportowane są przez krew do wątroby i innych narządów. Część resyntetyzowanych lipidów zostanie dostarczona do tkanek, z drugiej powstaną substancje niezbędne do życia ( lipoproteiny, żółć, hormony itp.), nadmiar przekształcany jest w tkankę tłuszczową i magazynowany „w rezerwie”.

Czy lipidy są częścią mózgu?

Lipidy są bardzo ważnym składnikiem komórek nerwowych, nie tylko w mózgu, ale w całym układzie nerwowym. Jak wiadomo, komórki nerwowe kontrolują różne procesy w organizmie poprzez przekazywanie impulsów nerwowych. W tym przypadku wszystkie ścieżki nerwowe są od siebie „izolowane”, dzięki czemu impuls dociera do określonych komórek i nie wpływa na inne ścieżki nerwowe. Ta „izolacja” jest możliwa dzięki osłonce mielinowej komórek nerwowych. Mielina, która zapobiega chaotycznemu przekazywaniu impulsów, składa się w około 75% z lipidów. Podobnie jak w błonach komórkowych, tutaj tworzą podwójną warstwę ( dwuwarstwowy), który jest kilkakrotnie owinięty wokół komórki nerwowej.

Osłonka mielinowa układu nerwowego zawiera następujące lipidy:

fosfolipidy;
cholesterol;
galaktolipidy;
glikolipidy.

Niektóre wrodzone zaburzenia lipidowe mogą powodować problemy neurologiczne. Wyjaśnia to dokładnie przerzedzenie lub przerwanie osłonki mielinowej.

Hormony lipidowe

Lipidy odgrywają ważną rolę strukturalną, m.in. są obecne w strukturze wielu hormonów. Hormony zawierające kwasy tłuszczowe nazywane są hormonami steroidowymi. W organizmie produkowane są przez gonady i nadnercza. Część z nich występuje także w komórkach tkanki tłuszczowej. Hormony steroidowe biorą udział w regulacji wielu procesów życiowych. Ich brak równowagi może mieć wpływ na masę ciała, zdolność do poczęcia dziecka, rozwój wszelkich procesów zapalnych i funkcjonowanie układu odpornościowego. Kluczem do normalnej produkcji hormonów steroidowych jest zbilansowane spożycie lipidów.

Lipidy wchodzą w skład następujących ważnych hormonów:

kortykosteroidy ( kortyzol, aldosteron, hydrokortyzon itp.);
męskie hormony płciowe - androgeny ( androstendion, dihydrotestosteron itp.);
żeńskie hormony płciowe - estrogeny ( estriol, estradiol itp.).

Zatem brak niektórych kwasów tłuszczowych w pożywieniu może poważnie wpłynąć na funkcjonowanie układu hormonalnego.

Rola lipidów dla skóry i włosów

Lipidy mają ogromne znaczenie dla zdrowia skóry i jej przydatków ( włosy i paznokcie). W skórze znajdują się tak zwane gruczoły łojowe, które wydzielają na powierzchnię pewną ilość wydzieliny bogatej w tłuszcze. Substancja ta spełnia wiele przydatnych funkcji.

Lipidy są ważne dla włosów i skóry z następujących powodów:

znaczna część substancji włosa składa się ze złożonych lipidów;
komórki skóry zmieniają się szybko, a lipidy są ważnym źródłem energii;
sekret ( wydzielana substancja) gruczoły łojowe nawilżają skórę;
Dzięki tłuszczom utrzymuje się jędrność, elastyczność i gładkość skóry;
niewielka ilość lipidów na powierzchni włosów nadaje im zdrowy połysk;
warstwa lipidowa na powierzchni skóry chroni ją przed agresywnym działaniem czynników zewnętrznych ( zimno, promienie słoneczne, drobnoustroje na powierzchni skóry itp.).

Lipidy wraz z krwią dostają się do komórek skóry i mieszków włosowych. Zatem prawidłowe odżywianie zapewnia zdrową skórę i włosy. Stosowanie szamponów i kremów zawierających lipidy ( szczególnie niezbędne nienasycone kwasy tłuszczowe) jest również ważne, ponieważ część tych substancji zostanie wchłonięta z powierzchni komórek.

Klasyfikacja lipidów

W biologii i chemii istnieje wiele różnych klasyfikacji lipidów. Najważniejszą z nich jest klasyfikacja chemiczna, według której lipidy dzieli się w zależności od ich budowy. Z tego punktu widzenia wszystkie lipidy można podzielić na proste ( składające się wyłącznie z atomów tlenu, wodoru i węgla) i złożone ( zawierający co najmniej jeden atom innych pierwiastków). Każda z tych grup ma odpowiednie podgrupy. Ta klasyfikacja jest najwygodniejsza, ponieważ odzwierciedla nie tylko strukturę chemiczną substancji, ale także częściowo określa właściwości chemiczne.

Biologia i medycyna mają swoje własne dodatkowe klasyfikacje, które wykorzystują inne kryteria.

Lipidy egzogenne i endogenne

Wszystkie lipidy w organizmie człowieka można podzielić na dwie duże grupy – egzogenne i endogenne. Do pierwszej grupy zaliczają się wszystkie substancje, które dostają się do organizmu ze środowiska zewnętrznego. Największa ilość egzogennych lipidów dostaje się do organizmu wraz z pożywieniem, ale są też inne drogi. Na przykład podczas stosowania różnych kosmetyków lub leków organizm może również otrzymać pewną ilość lipidów. Ich działanie będzie miało głównie charakter lokalny.

Po dostaniu się do organizmu wszystkie egzogenne lipidy ulegają rozkładowi i wchłanianiu przez żywe komórki. Tutaj z ich składników strukturalnych powstaną inne związki lipidowe potrzebne organizmowi. Lipidy te, syntetyzowane przez własne komórki, nazywane są endogennymi. Mogą mieć zupełnie inną budowę i funkcję, ale składają się z tych samych „składników strukturalnych”, które dostały się do organizmu wraz z egzogennymi lipidami. Dlatego przy braku niektórych rodzajów tłuszczów w żywności mogą rozwinąć się różne choroby. Niektóre składniki złożonych lipidów nie mogą być syntetyzowane przez organizm samodzielnie, co wpływa na przebieg niektórych procesów biologicznych.

Kwas tłuszczowy

Kwasy tłuszczowe to klasa związków organicznych wchodzących w skład struktury lipidów. W zależności od tego, jakie kwasy tłuszczowe wchodzą w skład lipidu, właściwości tej substancji mogą się zmieniać. Przykładowo trójglicerydy, najważniejsze źródło energii dla organizmu człowieka, to pochodne alkoholu gliceryny i kilku kwasów tłuszczowych.

W naturze kwasy tłuszczowe występują w różnych substancjach - od ropy naftowej po oleje roślinne. Do organizmu człowieka dostają się głównie poprzez żywność. Każdy kwas jest składnikiem strukturalnym określonych komórek, enzymów lub związków. Po wchłonięciu organizm przekształca go i wykorzystuje w różnych procesach biologicznych.

Najważniejszymi źródłami kwasów tłuszczowych dla człowieka są:

tłuszcze zwierzęce;
tłuszcze roślinne;
olejki tropikalne ( cytrus,