Органічні речовини живих систем

Органічні сполуки становлять в середньому 20-30% маси клітини живого організму. До них відносяться:

  • біологічні полімери – білки, нуклеїнові кислоти і вуглеводи;
  • жири;
  • ряд невеликих молекул – гормонів, пігментів, АТФ і багато інших.

У різні типи клітин входить неоднакова кількість органічних сполук. У рослинних клітинах переважають складні вуглеводи – полісахариди, в тварин – більше білків і жирів. Тим не менше, кожна з груп органічних речовин в якомусь типі клітин виконує подібні функції.

Амінокислоти, азотисті основи, ліпіди, вуглеводи і т. д. надходять у клітку разом з їжею або утворюються всередині її з попередників. Вони служать вихідними продуктами для синтезу ряду полімерів, необхідних клітині.

Білки, як правило, є потужними високоспецифічними ферментами які регулюють обмін речовин клітини.

Нуклеїнові кислоти слугують зберігачами спадкової інформації. Крім того, нуклеїнові кислоти контролюють утворення відповідних білків-ферментів у потрібній кількості і в потрібний час.

Ліпіди

Ліпіди – так називають жири та жироподібні речовини. Віднесенні сюди речовини характеризуються розчинністю в органічних розчинниках, та не розчинністю (відносною) у воді.  Жири бувають рослинні і тваринні. Перші зберігають при кімнатній температурі рідку консистенцію, а другі – тверду.

Ліпіди входять до складу всіх плазматичних мембран.

Вони виконують в клітці енергетичну роль, активно беруть участь у процесах метаболізму і розмноження клітини.

Вуглеводи

До складу вуглеводів входять вуглець, водень і кисень.

Моносахариди, або прості вуглеводи, які залежно від змісту атомів вуглецю мають назви:

  • тріози;
  • пентози;
  • гексози і т.д.

Пентози – рибоза і дезоксирибоза – входять до складу ДНК і РНК. Гексоза – глюкоза, яка являється основним джерелом енергії в клітині. Їх емпіричну формулу можна представити у вигляді Cn(H2O)n.

Полісахариди – полімери, мономерами яких служать моносахариди гексози. Найбільш відомими з дисахаридів (два мономера) є сахароза та лактоза. Найважливішими полісахаридами є крохмаль і глікоген, вони служать запасними речовинами клітин рослин і тварин, а також целюлоза – найважливіший структурний компонент рослинних клітин.

Рослини мають більшу різноманітність вуглеводів, ніж тварини, оскільки здатні синтезувати їх на світлі в процесі фотосинтезу. Найважливіші функції вуглеводів в клітині:

  • енергетична;
  • структурна;
  • накопичувальна.

Енергетична роль полягає в тому, що вуглеводи служать джерелом енергії в рослинних і тваринних клітинах; структурна клітинна стінка у рослин майже повністю складається з полісахариду целюлози; накопичувальна (крохмаль) служить запасним продуктом рослин. Він накопичується в процесі фотосинтезу у вегетаційний період і у ряду рослин відкладається в бульбах, цибулинах і т. д. У тваринних клітинах цю роль виконує глікоген, що відкладається переважно в печінці.

Білки

Серед органічних речовин клітини білки займають перше місце, як за кількістю, так і за значенням. У тварин на них припадає близько 50% сухої маси клітини. В організмі людини зустрічається близько 5 млн. типів білкових молекул, що відрізняються не тільки один від одного, а й від білків інших організмів. Незважаючи на таку розмаїтість і складність будови, білки побудовані всього з 20 різних амінокислот.

Більш детально зупинимося на властивостях білків, найважливіші з яких:

  • денатурація;
  • ренатурація.

Денатурація – це втрата молекулою своєї білкової структурної організації. Денатурація може бути викликана зміною температури, зневодненням, опроміненням рентгенівськими променями та іншими впливами. На початку руйнується найбільш слабка структура – четвертинна, потім – третинна, вторинна, і, при найбільш жорстких умовах, первинна.

Якщо зміна умов середовища не призводить до руйнування первинної структури молекули, то при відновленні нормальних умов середовища повністю відтворюється і структура білка.

Такий процес називається ренатурацією.

Це властивість білків повністю відновлювати втрачену структуру. Завдяки чому широко використовується в медичній і харчовій промисловості для приготування деяких препаратів, наприклад, антибіотиків, для отримання харчових концентратів, що зберігають тривалий час у висушеному вигляді свої поживні речовини. У деяких живих організмів звичайна часткова зворотна денатурація білків пов’язана з їх функціями (рухової, сигнальної, каталітичної та ін.) Процес руйнування первинної структури білка завжди незворотній і називається деструкцією.

Хімічні та фізичні властивості білків дуже різноманітні: гідрофільні, гідрофобні, одні з них під дією факторів легко змінюють свою структуру, інші – дуже стійкі. Білки діляться на:

  • прості – протеїни, що складаються тільки з залишків амінокислот;
  • складні – протеїди, до складу яких, крім кислотних залишків амінокислот, входять і інші речовини небілкової природи (залишки фосфорної і нуклеїнової кислот, вуглеводів, ліпідів та ін.).

Білки виконують в організмі багато різноманітних функцій:

  • будівельну (входять до складу різних структурних утворень);
  • захисну (спеціальні білки-антитіла здатні зв’язувати і знешкоджувати мікроорганізми і чужорідні білки).

Крім цього, білки беруть участь у згортанні крові, запобігаючи сильні кровотечі, виконують регуляторну, сигнальну, рухову, енергетичну, транспортну функції (перенесення деяких речовин в організмі).

Виключно важливе значення має каталітична функція білків. Розберемо це докладно.

Термін “каталіз” означає “розв’язування”, “звільнення”.

Речовини, зараховані до каталізаторів, прискорюють хімічні перетворення, причому склад самих каталізаторів після реакції залишається таким же, яким був до неї.

Ферменти

Всі ферменти, що виконують роль каталізаторів, – речовини білкової природи, вони прискорюють хімічні реакції, що протікають у клітці в десятки і сотні тисяч разів. Каталітичну активність ферменту зумовлює не вся його молекула, а тільки невелика її ділянка – активний центр, дія якого дуже специфічна. В одній молекулі ферменту може бути кілька активних центрів.

Одні молекули ферментів можуть складатися тільки з білка (наприклад, пепсин) – однокомпонентні, або прості; інші містять два компоненти: білок (апофермент) і невелику органічну молекулу – кофермент.

Встановлено, що в якості коферментів в клітці функціонують вітаміни.

Якщо врахувати, що жодна реакція в клітці не може здійснюватися без участі ферментів, стає очевидним те найважливіше значення, яке мають вітаміни для нормальної життєдіяльності клітини і всього організму. Відсутність вітамінів знижує активність тих ферментів, до складу яких вони входять.

Активність ферментів знаходиться в прямій залежності від дії цілого ряду факторів:

  • температури;
  • кислотності (pH середовища);
  • від концентрації молекул субстрату (речовини, на яку вони діють);
  • самих ферментів;
  • коферментів (вітамінів та інших речовин, що входять до складу коферментів).

Стимулювати або пригнічувати той чи інший ферментативний процес може дія різних біологічно активних речовин, як-то: гормони, лікарські препарати, стимулятори росту рослин, отруйні речовини та ін.

Вітаміни

Вітаміни – біологічно активні низькомолекулярні органічні речовини – беруть участь в обміні речовин і перетворенні енергії, в більшості випадків як компоненти ферментів.

Добова потреба людини у вітамінах становить міліграми, і навіть мікрограми. Відомо більше 20 різних вітамінів.

Джерелом вітамінів для людини є продукти харчування, в основному рослинного походження, в деяких випадках – і тваринного (вітамін D, A). Деякі вітаміни синтезуються в організмі людини.

Нестача вітамінів викликає захворювання – гіповітаміноз, повна їх відсутність – авітаміноз, а надлишок – гіпервітаміноз.

Гормони

Гормони – речовини, що виробляються залозами внутрішньої секреції і деякими нервовими клітинами – нейрогормонами. Гормони здатні включатися в біохімічні реакції, регулюючи процеси метаболізму (обміну речовин і енергії).

Характерними особливостями гормонів є:

  • висока біологічна активність;
  • висока специфічність;
  • дистанційність дії (перенесення гормонів кров’ю на відстань до клітин-мішеней);
  • відносно невеликий час існування в організмі (кілька хвилин або годин).

Гормоноподібні речовини (нейрогормони) синтезуються нервовими закінченнями. Нервові клітини синтезують ще нейромедіатори – речовини, що забезпечують передачу імпульсу клітинам. Є гормони ліпоїдної природи – стероїди (статеві гормони). Координують роботу системи залоз внутрішньої секреції гіпоталамус.

Індивідуальний ріст рослин регулюється і координується фітогормонами, які діють як прискорювачі росту клітин, їх розподілу, (стимулюють розподіл камбію та ін.)

Алкалоїди

У рослин і у деяких інших організмів виявлена ще одна група біологічно активних речовин – алкалоїди. Ці органічні сполуки є отруйними для людини і тварин. Деякі з них надають наркотичні дію, оскільки містять нікотин, морфін і ін.

Алкалоїди виявлені приблизно у 2500 видів покритонасінних рослин, переважно з сімейств пасльонових, лілійних, макових, конопляних та інших. На думку ряду вчених, алкалоїди у рослин виконують захисну функцію – пристосування до захисту їх від поїдання тваринами. Алкалоїд колхіцин використовують в медицині, а також для експериментального мутагенезу.

Посилання на основну публікацію