Tvari živog sadržaja biljne stanice - protoplasta - i proizvodi njegove vitalne aktivnosti vrlo su raznoliki. Konvencionalno se dijele u dvije skupine:
1) ustavna sastojci žive tvari i sudjeluju u metabolizmu (bjelančevine, nukleinske kiseline, lipidi, ugljikohidrati itd.);
2) ergastičke inkluzije (Grčki ergon - rad) - predstavljaju sastavne dijelove protoplasta, igraju pomoćnu ulogu u njegovom životu i predstavljaju ili izvore tvari i energije tijekom rasta i rada žive stanice ili otpadne proizvode njezina metabolizma.
Jedan od njih - rezervne tvari, tj. privremeno isključeni iz metaboličkog procesa (proteini, lipidi, ugljikohidrati: škrob, šećer inulin itd.). Druge tvari su krajnji proizvodi, na primjer kalcijeve soli.
Među velikom raznolikošću rezervnih hranjivih tvari u biljnoj stanici najčešći su ugljikohidrati, masti i bjelančevine.
Škrob . Škrob se taloži u plastidima u obliku zrna različitih oblika: eliptičnih, sferičnih, višestrukih, štapićastih. Različite biljne vrste razlikuju se po obliku i veličini škrobnih zrnaca. Slojevitost škrobnih zrna - izmjena tamnih i svijetlih slojeva - određena je nejednakim sadržajem vode u tim slojevima, a posljedično i nejednakim lomom svjetlosti u različitim slojevima zrna.
Tamo su:
- jednostavan,
- polusloženica,
- složena škrobna zrna.
Jednostavna zrnaškrobovi su pojedinačni, različitih oblika - jajoliki, elipsoidni, lećasti, višestruki itd. Imaju jedno obrazovno središte. Složeni imaju nekoliko obrazovnih centara i slojevi su postavljeni oko svakog od njih. Polusloženo zrna imaju izolirane slojeve u središtu oko središta, koji su bliže periferiji okruženi uobičajenijim slojevima. Zrnca škroba imaju različite oblike i tvore slojeve oko jedne točke tzv obrazovni centar. Pojava slojevitosti pripisuje se izmjeni dvaju ugljikohidrata amilaza (linearne molekule) i amilopektin(razgranate molekule). Raspored slojeva može se koncentrični (na primjer, u žitaricama i mahunarkama i ekscentričan (na primjer, krumpir). U potonjem slučaju, točka oko koje se talože slojevi nije u središtu zrna, već je pomaknuta u stranu.
Sadržaj škroba u biljkama različitih rodova nije isti. Također se nalazi u različitim količinama u pojedinim dijelovima biljaka. Velika količina škroba nalazi se u zrnu riže (62-82%), pšenice (57-75%) i kukuruza (57-72%). Gomolji krumpira sadrže mnogo škroba. Veličina zrna škroba varira od biljke do biljke. Zrnca škroba se ne tope u hladnoj vodi. U vreloj vodi neograničeno bubre, rašire se u ljepljivu masu i tvore tijesto. Škrob se hidrolizira u otopinama slabih kiselina iz kojih prelazi u šećer. U živim biljnim stanicama škrob se hidrolizira u grožđani šećer, odnosno glukozu, pod utjecajem enzima (katalizatora) amilaze i maltaze.
razlikovati asimilacijski, prolazni i rezervniškrob. Asimilirajući, ili primarni, škrob nastaje tijekom procesa fotosinteze u obliku prstohvata zrna, uglavnom u stanicama lista. Ovdje se pod utjecajem enzima pretvara u šećere, koji u otopljenom obliku ulaze u biljne organe, gdje se ponovno pretvaraju u škrob – sekundarni, odn. rezervni. U nekim biljkama rezervni škrob taloži se u leukoplastima raznih organa - u gomoljima, korijenju, sjemenu, rizomima, plodovima.
Prolazno, ili prijenosni, škrob nalazi se na stazama kretanja od fotosintetskih organa (lišća) do spremničkih organa. Kada je izložen otopini joda, škrob postaje plav. Ovo je karakteristična reakcija na škrob.
Kako skladištenje ugljikohidrata, škrob koriste biljke u metaboličkom procesu.
U gomoljima dalije, zemljane kruške, korijena maslačka i drugih biljaka iz obitelji Asteraceae, stanični sok sadrži ugljikohidrat blizak škrobu. inulin, razlikuje se od škroba po topljivosti u vodi. Kada je izložen alkoholu, inulin kristalizira i formira tzv sferokristali.
Vjeverice - to su glavne organske tvari koje određuju strukturu i svojstva žive tvari. Potrebno je razlikovati konstitucionalne bjelančevine, koje čine osnovu cjelokupnog protoplasta, i skladišne bjelančevine, koje se u sjemenu talože u tzv. aleuronima, odnosno bjelančevinastim zrncima. Više zrnaca aleurona ima u sjemenkama mahunarki (grašak. grah. soja. kikiriki i dr. To su jednostavne bjelančevine – proteini. Talože se u vakuolama ili leukoplastima (aleuronoplastima). Sjemenke mahunarki i žitarica vrlo su bogate rezervama. bjelančevine.Veliki broj bjelančevina nalazi se u stanicama koje se nalaze ispod ovojnice sjemena, u tzv aleuronski sloj.
Lipidi uključuju veliku skupinu spojeva biološkog podrijetla. Lipidi su strukturne komponente stanice (dijele membrana, tvore kapljice lipida u citoplazmi) ili ergastične tvari. Rezervna ulja obično se talože u leukoplastima tzv oleoplasti.
Esencijalna ulja. Eterična ulja nalaze se u stanicama u obliku kapljica i složena su mješavina organskih spojeva. Hlapljivi su i imaju vrlo jak miris. Velik broj eteričnih ulja sadržan je u stanicama eteričnih uljarica (metvica, geranij, ruža, kim, eukaliptus, naranča, limun).
„Činjenica da je najveći broj
a sadržana je najveća raznolikost lipida
u najorganiziranijem tkivu, naime,
u živčanom tkivu, razumije se da ima mnogo
njihovo značenje za osobu koja stoji na visokoj razini
razvoj živog organizma."
F. B. Straub
1. Opće karakteristike i biološke funkcije lipida
Donedavno se biokemija lipida smatrala nezanimljivim i beznadno zbunjujućim područjem. No, usavršavanjem i razvojem novih metoda analize i odvajanja lipida (prvenstveno kromatografije), otvorile su se mogućnosti za dublja istraživanja.
U svakodnevnom životu, kada se susrećemo s riječju mast, odmah zamislimo masnoće koje inače konzumiramo – maslac, margarin, suncokretovo ulje, mast i druge jestive masnoće. Ovo je samo nekoliko primjera klase spojeva koje biokemičari nazivaju lipidima.
Pojmovi "lipidi" i "masti" često se kombiniraju, ali to nije tako. Koncept "lipida" je najširi koncept. Ime jedne od skupina lipida, naime masti, uzima se za označavanje klase u cjelini. Slobodne masne kiseline također se nalaze u lipidima dobivenim iz različitih organizama; one obično čine relativno mali dio neosapunjive frakcije neutralnih lipida (3%).
Lipidi su definirani prilično nejasno. Obično se kaže da su to organske tvari netopljive u vodi i polarnim otapalima, koje se iz stanica mogu ekstrahirati organskim otapalima - eterom, kloroformom, benzolom. Ovu skupinu spojeva nije moguće strožije definirati zbog njihove vrlo velike kemijske raznolikosti, ali se može reći da stvarna lipidi– to su esteri polihidričnih ili specifično građenih alkohola s višim masnim kiselinama. Osim gore navedenih spojeva, lipidi mogu sadržavati ostatke fosforne kiseline, spojeve koji sadrže dušik, ugljikohidrate i druge spojeve. Dakle, lipidi su skupina organskih spojeva i stoga nemaju jedno kemijsko svojstvo.
Lipidi su prirodni spojevi s hidrofobnim svojstvima; oni, zajedno s proteinima i ugljikohidratima, čine glavninu organske tvari živih stanica i tkiva, a prisutni su u životinjskim, biljnim i bakterijskim stanicama. U tijelu viših životinja i ljudi njihov sadržaj u različitim organima i tkivima nije isti. Najbogatije lipidima je živčano tkivo, u kojem sadržaj lipida iznosi do 50% suhe mase, od kojih su glavni fosfolipidi i sfingomijelini (30%), kolesterol (10%), gangliozidi i cerebrozidi (7%). U jetri ukupna količina lipida obično ne prelazi 10-13%, u masnom tkivu masti čine do 75% suhe težine. Ovi spojevi, kao strukturna komponenta membranskih lipoproteina, čine najmanje 30% ukupne suhe mase membrana.
Lipidi čine 10-20% tjelesne težine ljudskog tijela. Tijelo odrasle osobe u prosjeku sadrži 10-12 kg, od čega 2-3 kg čine strukturni lipidi koji izgrađuju biološke membrane (tzv. protoplazmatska mast), a ostalo su rezervni lipidi od kojih oko 98 % koncentriran u masnom tkivu.
Ova klasa spojeva sastavni je dio ljudske prehrane. Opće je prihvaćeno da je kod uravnotežene prehrane omjer bjelančevina, lipida, ugljikohidrata u prehrani 1:1:4. U prosjeku, oko 80 g masnoća biljnog i životinjskog podrijetla treba dnevno unositi hranom u tijelo odrasle osobe. U starijoj dobi, kao i pri maloj tjelesnoj aktivnosti, potreba za masnoćama opada, au hladnim klimatskim uvjetima i pri teškom fizičkom radu raste.
Glavninu lipida u tijelu čine masti - tri-acilgliceroli, koji služe kao oblik pohrane energije. Nalaze se uglavnom u potkožnom masnom tkivu, a također obavljaju funkcije toplinske izolacije i mehaničke zaštite. Njihova vrijednost kao prehrambenog proizvoda vrlo je raznolika. Prije svega, masti u prehrani imaju veliku energetsku vrijednost. Njihov visok sadržaj kalorija u usporedbi s proteinima i ugljikohidratima daje im posebnu nutritivnu vrijednost kada tijelo troši velike količine energije. Poznato je da 1 g masti pri oksidaciji u tijelu daje 38,9 kJ, dok 1 g bjelančevina ili ugljikohidrata daje 17,2 kJ.
Treba imati na umu da su masti otapala za vitamine A, D, E, K, Q itd., pa opskrbljenost organizma tim vitaminima uvelike ovisi o unosu masti hranom. Osim toga, uvode i neke višestruko nezasićene kiseline (linolnu, linolensku, arahidonsku i druge), koje spadaju u kategoriju esencijalnih masnih kiselina, jer ljudska i životinjska tkiva izgubila su sposobnost njihove sintetizacije. Ove kiseline se konvencionalno spajaju u skupinu tzv vitamin F. Konačno, s mastima tijelo prima kompleks biološki aktivnih tvari, kao što su fosfolipidi, steroli i drugi, koji igraju važnu ulogu u metabolizmu.
Fosfolipidi su velika skupina lipida koja je dobila ime zbog ostatka fosforne kiseline koja im daje amfifilna svojstva. Zbog tog svojstva fosfolipidi tvore dvoslojnu strukturu membrane u koju su uronjeni proteini. Stanice ili dijelovi stanice okruženi membranama razlikuju se po sastavu i skupu molekula od okoline, stoga su kemijski procesi u stanici odvojeni i prostorno orijentirani, što je neophodno za regulaciju metabolizma.
Steroidi, predstavljeni u životinjskom svijetu kolesterolom i njegovim derivatima, obavljaju različite funkcije. Kolesterol je važan sastojak membrana i regulator svojstava hidrofobnog sloja. Derivati kolesterola (žučne kiseline) neophodni su za probavu masti. Steroidni hormoni sintetizirani iz kolesterola uključeni su u regulaciju energije, metabolizma vode i soli i spolnih funkcija. Osim steroidnih hormona, mnogi lipidni derivati imaju regulacijske funkcije i djeluju, poput hormona, u vrlo niskim koncentracijama.
Sumirajući sve navedeno, treba naglasiti da lipidi obavljaju sljedeće glavne funkcije:
· Strukturalni. Fosfolipidi zajedno s proteinima tvore biološke membrane (stanične membrane sadrže 40% lipida i 60% proteina). Membrane također sadrže sterole. Aktivnost membranskih enzima i značajke procesa oksidativne fosforilacije ovise o svojstvima i strukturi membranskih lipida.
· energija. Prilikom oksidacije masti oslobađa se velika količina energije koja ide prema stvaranju ATP-a. Značajan dio tjelesnih energetskih rezervi pohranjen je u obliku lipida koji se troše u slučaju nedostatka hranjivih tvari. Životinje i biljke koje hiberniraju nakupljaju masti i ulja i koriste ih za održavanje vitalnih procesa. Visoki sadržaj lipida u sjemenkama biljaka osigurava razvoj embrija i sadnica prije nego što pređu na samostalnu prehranu.
· Zaštitna i toplinska izolacija. Nakupljajući se u potkožnom tkivu i oko nekih organa (bubrezi, crijeva), masni sloj štiti tijelo životinje i pojedine organe od mehaničkih oštećenja. Osim toga, zbog niske toplinske vodljivosti, sloj potkožnog masnog tkiva pomaže zadržati toplinu, što omogućuje, primjerice, mnogim životinjama da žive u hladnim klimatskim uvjetima. Kod kitova, osim toga, igra još jednu ulogu - potiče plovnost.
· Podmazuje i odbija vodu. Vosak prekriva kožu, vunu, perje, čini ih elastičnijim i štiti od vlage. Listovi i plodovi mnogih biljaka imaju voštani premaz.
· Regulatorni. Mnogi hormoni su derivati kolesterola, na primjer spolni hormoni (testosteron na muškaraca i progesterona u žena) i kortikosteroida (aldosterona). Derivati kolesterola, vitamin D igraju ključnu ulogu u metabolizmu kalcija i fosfora. Žučne kiseline sudjeluju u procesima probave (emulgiranje masti) i apsorpcije viših karboksilnih kiselina. Poliprenolni koenzimi, nositelji regulatorne aktivnosti, sudjeluju u stvaranju međustaničnih kontakata.
· Izvor stvaranja metaboličke vode. Oksidacijom 100 g masti nastaje približno 105 g vode. Ova voda je vrlo važna za neke stanovnike pustinje, posebno za deve, koje mogu bez vode 10-12 dana: mast pohranjena u grbi koristi se upravo u te svrhe. Medvjedi, svisci i druge životinje koje spavaju zimski san dobivaju vodu potrebnu za život oksidacijom masti.
· Imaju značajan učinak na funkcioniranje živčanog sustava. Kompleksi lipida s ugljikohidratima - glikolipidi - kao najvažnije komponente živčanog tkiva, sudjeluju u prijenosu živčanih impulsa. U mijelinskim ovojnicama aksona živčanih stanica lipidi su izolatori tijekom provođenja živčanih impulsa.
2. Klasifikacija lipida
Lipidi su po svojoj kemijskoj strukturi vrlo heterogene tvari, pa ih čak i biokemičari teško klasificiraju i standardiziraju njihova imena. Ekstremna raznolikost lipidnih spojeva otežava stvaranje stroge klasifikacije, ali najčešće su prepoznate tri vrste:
1) po kemijskoj strukturi;
2) prema fiziološkom značaju;
3) po fizikalnim i kemijskim svojstvima.
1) Na temelju njihove kemijske strukture, lipidi se dijele u dvije velike klase: jednostavni i složeni lipidi.
Jednostavni lipidi uključuju tvari čije se molekule sastoje od ostataka masnih kiselina i alkohola povezanih esterskom vezom (masti, voskovi, steridi).
Složeni lipidi sastoje se od tri ili više komponenti, osim masnih kiselina i alkohola, uključuju fosfornu kiselinu ( fosfolipidi ), ostaci šećera ( glikolipidi ), dušikovi spojevi itd.
Ukupna frakcija lipida izolirana iz prirodnog materijala ekstrakcijom sadrži i tzv neosapunjiva frakcija lipida. Sadrži slobodne više masne kiseline (HFA), više alkohole, policikličke alkohole - sterole i njihove derivate - steroide, kao i terpene u koje spadaju eterična ulja, razni biljni pigmenti.
2) Prema fiziološkom značaju lipide dijelimo na pričuvne i strukturne.
Rezervni lipidi talože u velikim količinama i potom koriste za energetske potrebe organizma (masti).
Svi ostali lipidi - strukturalni- sudjeluju u izgradnji bioloških membrana, zaštitnih ovoja, te sudjeluju u radu živčanog sustava.
3) Razdvajanje lipida prema fizičkim i kemijskim svojstvima uzima u obzir stupanj njihove polarnosti.
razlikovati neutralni ili nepolarni lipidi(masti, voskovi, steride) i polarni(fosfolipidi, glikolipidi).
Glavni prekursori i derivati lipida su: masne kiseline, glicerol, steroli i drugi alkoholi (osim glicerola i sterola), aldehidi masnih kiselina, ugljikovodici, vitamini topljivi u mastima i hormoni.
Na sl. Slika 1 prikazuje generaliziranu klasifikaciju lipida.
Sl. 1. Klasifikacija lipida (prema A.L. Leningeru)
3. Struktura, sastav i svojstva masnih kiselina
Masna kiselina- strukturne komponente raznih lipida. Ime su dobili, prije svega, jer su dio masti.
U sastavu triacilglicerola masne kiseline imaju funkciju skladištenja energije, jer njihovi radikali sadrže energetski bogate CH 2 skupine. Tijekom oksidacije C-H veza oslobađa se više energije nego tijekom oksidacije ugljikohidrata, u kojoj su ugljikovi atomi već djelomično oksidirani
Kao dio fosfolipida i sfingolipida, masne kiseline tvore unutarnji hidrofobni sloj membrane, određujući njegova svojstva. Masti i fosfolipidi tijela pri normalnoj tjelesnoj temperaturi imaju tekuću konzistenciju, budući da količina nezasićenih masnih kiselina prevladava nad zasićenim.
U fosfolipidima membrana, nezasićene kiseline mogu biti do 80-85%, au sastavu potkožnih masti - do 60%. Nezasićene masne kiseline, u pravilu, nalaze se u životinjama i biljkama 2 puta češće od zasićenih. U slobodnom, neesterificiranom stanju, masne kiseline se nalaze u tijelu u malim količinama, na primjer u krvi, gdje se transportiraju u kompleksu s proteinom albuminom.
Prema posljednjim podacima, u sastavu prirodnih lipida pronađeno je i identificirano više od dvije stotine različitih masnih kiselina koje se razlikuju:
1) broj ugljikovih atoma u lancu;
2) stupanj zasićenosti;
3) položaj dvostrukih veza;
4) prisutnost hidroksi, keto i drugih funkcionalnih skupina.
Masne kiseline su ravni ugljikovodični lanci s karboksilnom skupinom na jednom kraju i metilnom skupinom na drugom kraju. U prirodnim spojevima iu ljudskom tijelu većina ih sadrži čak broj ugljikovih atoma je od 16 do 20 (tablica 1).
U homolognom nizu masnih kiselina svaki sljedeći član razlikuje se od prethodnog po -CH 2 - skupini. Ugljikovodični "repovi" molekula masnih kiselina zbog svoje hidrofobnosti (hidro - voda, fobos - strah) određuju mnoga svojstva lipida, pa tako i netopljivost u vodi.
Stupanj zasićenosti glavno je obilježje klasifikacije masnih kiselina koje se dijele na bogati I nezasićen.
Masne kiseline koje ne sadrže dvostruke veze nazivaju se zasićena . Glavna zasićena masna kiselina u ljudskim lipidima je palmitinska kiselina (do 30-35%). Opća formula zasićenih masnih kiselina: CnH2n+1COOH, gdje je n broj ugljikovih atoma, može doseći 88, na primjer, u mikolnoj kiselini C 87 H 175 COOH.
Masne kiseline koje sadrže dvostruke veze nazivaju se nezasićen. Zastupljene su nezasićene masne kiseline monoen (s jednom dvostrukom vezom) i polien (s dvije ili više dvostrukih veza). Ako masna kiselina sadrži dvije ili više dvostrukih veza, tada se one nalaze kroz -CH 2 skupinu.
Postoji nekoliko načina da se prikaže struktura masnih kiselina. Kod označavanja masne kiseline digitalnim simbolom (Tablica 1, drugi stupac), ukupan broj atoma ugljika predstavlja se brojem ispred dvotočke, a iza dvotočke naveden je broj dvostrukih veza. Položaj dvostruke veze označen je znakom Δ, iza kojeg slijedi broj ugljikovog atoma najbližeg karboksilu koji sadrži dvostruku vezu. Na primjer, C18.1Δ9 znači da masna kiselina sadrži 18 ugljikovih atoma i jednu dvostruku vezu na 9. ugljikovom atomu, računajući od ugljikovog atoma karboksilne skupine. Položaj dvostruke veze može se označiti i na drugi način - položajem prve dvostruke veze, računajući od metilnog atoma ugljika masne kiseline. Na primjer, linolna kiselina može se označiti kao C18:Δ9,12 ili C18:2ω-6. Na temelju položaja prve dvostruke veze iz metilnog ugljika, polienske masne kiseline dijele se u obitelji (ω-3 i ω-6).
stol 1
Struktura masnih kiselina
Bilješke: Cn:m - broj ugljikovih atoma (n) i broj dvostrukih veza (m) u molekuli masne kiseline; ω (6, 3) je broj ugljikovog atoma koji ima prvu dvostruku vezu, računajući od metilnog ugljikovog atoma; D je položaj dvostruke veze, počevši od prvog karboksilnog ugljikovog atoma; * - masne kiseline koje se ne sintetiziraju u tijelu (esencijalne); ** - arahidonska kiselina se može sintetizirati iz linolne kiseline.
Najzastupljenije zasićene masne kiseline u tijelu, koje čine 90% ukupne količine, su: palmitinska(C16) - C15H31COOH i stearinska(C18)-C17H35COOH. Imaju ugljikov lanac dug 16 ili 18 atoma. Druge prirodne zasićene masne kiseline:
laurinska-C11H23COOH ,
mistično - C13H27COOH,
arahin - C19H39COOH,
lignocerik - C23H47COOH
Većina nezasićenih masnih kiselina koje se nalaze u mastima i uljima imaju samo jednu dvostruku vezu u lancu ugljikovodika i stoga se nazivaju mononezasićene (monoenske) kiseline. Njihova opća formula je: CnH2n-1COOH.
Ako ugljik karboksilne skupine smatramo prvim, tada je dvostruka veza između devetog i desetog atoma ugljika. U nezasićenim, kao iu zasićenim masnim kiselinama, prevladavaju ugljikovodični lanci sa 16 i 18 atoma ugljika. Najčešći su palmitooleinska sa C 16,Δ 9, C 15 H 29 COOH, CH 3 –(CH 2) 5 –CH=C 9 H–(CH 2) 7 -C 1 UN i oleinska s C18,Δ9,C17CH3COOH, CH3-(CH2)7-CH=C9H-(CH2)7-C1UN.
Masne kiseline s više od jedne dvostruke veze nalaze se u strukturi molekule masti. U pravilu se prva dvostruka veza nalazi između atoma ugljika 9 i 10, a ostale dvostruke veze su u dijelu molekule udaljenom od karboksilne skupine, tj. na području između C 10 I metilni kraj lanca. Osobitost dvostrukih veza prirodnih nezasićenih masnih kiselina je u tome što su uvijek odvojene s dvije jednostavne veze. Dvije dvostruke veze u masnim kiselinama nikada nisu konjugirane (-CH=CH-CH=CH-), a između njih uvijek postoji metilenska skupina (-CH=CH-CH 2 -CH=CH-).
Dvostruke veze u gotovo svim prirodnim masnim kiselinama su u cis konformaciji. To znači da su acilne jedinice na jednoj strani dvostruke veze. Cis konfiguracija dvostruke veze čini alifatski lanac masne kiseline savijenim, što remeti uredan raspored radikala zasićenih masnih kiselina u membranskim fosfolipidima (slika 2) i smanjuje talište.
sl.2. Struktura i oblik molekule triglicerida
Masne kiseline s trans konfiguracijom dvostruke veze mogu ući u organizam hranom, primjerice u margarinu. Ovim kiselinama nedostaje krivljenje karakteristično za cis vezu, stoga masti koje sadrže takve nezasićene kiseline imaju višu točku taljenja, tj. čvršće konzistencije.
Prirodne nezasićene masne kiseline (polien) uključuju:
linolna kiselina, koji sadrži 2 dvostruke veze C 17 H 31 COOH, Δ 9,12; linolenska- 3 dvostruke veze C17H29COOH, Δ 9,12,15;
arahidonski- 4 dvostruke veze C 19 H 31 COOH, Δ 5,8,11,14.
Masne kiseline s višestrukim dvostrukim vezama (na primjer, arahidonska kiselina) imaju nekoliko zavoja u lancu, a njihove molekule su kruće od molekula zasićenih masnih kiselina; potonji se, zbog slobodne rotacije oko jednostrukih veza, odlikuju većom fleksibilnošću i većom duljinom:
Arahidonska kiselina
Arahidonska kiselina ima ulogu prekursora prostaglandina i tromboksana. Prostaglandini služe kao regulatori djelovanja hormona; dobile su ime jer su prvi put otkrivene u sekretu žlijezde prostate. Isprva se pretpostavljalo da prostaglandini reguliraju aktivnost muškog reproduktivnog tkiva, no kasnije se pokazalo da se stvaraju i djeluju u gotovo svim organima. Ove tvari imaju različite fiziološke učinke, a neke od njih koriste se i kao terapeutska sredstva.
Nedavno su razvijene nove visoko učinkovite metode za odvajanje (tankoslojna i plinska kromatografija) i određivanje strukture (infracrvena spektrofotometrija) viših masnih kiselina. Kao rezultat toga, u sastavu prirodnih masti otkriven je niz novih predstavnika viših masnih kiselina - ciklički, s neparnim brojem ugljikovih atoma i razgranatim ugljikovim skeletom. Potonji, posebno, oštro snižavaju temperaturu topljenja masti, imaju antibiotska svojstva i specifičnost vrste. Jedan od njihovih predstavnika je npr. mikolna kiselina, izoliran iz bakterije tuberkuloze:
Nalazi se najčešće i u najvećem udjelu u prirodnim mastima. oleinska kiseline (većina masti sadrži više od 30%), i palmitinska kiselina (od 15 do 50%). U tom smislu, oleinska i palmitinska kiselina klasificiraju se kao glavne masne kiseline koje se nalaze u mastima. Preostale masne kiseline prisutne su u prirodnim mastima, obično u malim količinama (nekoliko posto), samo se u nekim vrstama prirodnih masti njihov sadržaj mjeri desecima postotaka. Tako su maslačna i kaproinska kiselina dobro zastupljene u nekim životinjskim mastima, a kaprilna i kapronska kiselina u kokosovom ulju. U ulju lovora ima mnogo laurinske kiseline, u ulju muškatnog oraščića miristinske kiseline, a u ulju kikirikija i soje ima arahidne kiseline, behenske kiseline i lignocerinske kiseline. Poliene više masne kiseline- linolna i linolenska - čine glavninu lanenog, konopljinog, suncokretovog, pamučnog i nekih drugih biljnih ulja. Stearinska kiselina se nalazi u značajnim količinama (25% ili više) u nekim čvrstim životinjskim mastima (ovčja i goveđa mast) i uljima tropskih biljaka (kokosovo ulje).
Većina masnih kiselina se sintetizira u ljudskom tijelu, ali polienske kiseline (linolna i α-linolenska) se ne sintetiziraju i moraju se unositi hranom. Te se masne kiseline nazivaju nezamjenjiva ili bitna. Glavni izvori polienskih masnih kiselina za ljude su tekuća biljna ulja i riblje ulje koje sadrži mnoge kiseline iz obitelji ω-3 (Tablica 1).
4. Jednostavni lipidi
Jednostavni lipidi- esteri alkohola i viših masnih kiselina (HFA) - dvokomponentni spojevi. Ovisno o alkoholu, jednostavni lipidi se dijele na masti (triacilglicerole), voskove i steride.
masti Iznimno su rasprostranjeni u prirodi: dio su ljudskog tijela, životinja, biljaka, mikroba pa čak i nekih virusa. Njihov sadržaj u nekim biološkim objektima, tkivima i organima doseže 90%.
Pojam "masti" koristi se u dva značenja. Tvari koje se u svakodnevnom životu nazivaju mastima (goveđa mast, maslac itd.) ne predstavljaju kemijski definirane spojeve, budući da se sastoje od mnogih komponenti: mješavina raznih triglicerida, slobodnih viših masnih kiselina, pigmenata, aromatskih spojeva, a često i stanične strukture. U tom smislu, dakle, mast predstavlja morfološki ili tehnološki pojam. Posebno se obično nazivaju biljne masti ulja, morfološki različite životinjske masti - mast Preko 600 različitih vrsta masti izolirano je iz različitih izvora.
S gledišta sastava pod masti podrazumijevaju strogo definirane spojeve, i to: estere viših masnih kiselina i trohidrični alkohol - glicerol. U tom smislu, kemičari radije koriste naziv trigliceridi.
Oni su predstavnici grupe gliceridi (acilgliceroli, ili acilgliceroli), koji su esteri trihidričnog alkohola glicerola i viših masnih kiselina. Ako su sve tri hidroksilne skupine glicerola esterificirane masnim kiselinama (acilni radikali R1, R2 i R3 mogu biti isti ili različiti), tada se taj spoj naziva triglicerid (triacilglicerol), ako dvije nazivaju se diglicerid (diacilglicerol), a konačno, ako je jedna esterificirana skupina – monoglicerid (monoacilglicerol):
Glicerol (glicerol) Monoglicerid (monoacilglicerol)
Diglicerid (diacilglicerol) Triglicerid (triacilglicerol)
Masne kiseline u trigliceridima mogu biti zasićene i nezasićene. Najčešće masne kiseline su palmitinska, stearinska i oleinska kiselina.
Ako sva tri kiselinska radikala pripadaju istoj masnoj kiselini, onda se takvi trigliceridi nazivaju jednostavan (na primjer, tripalmitin, tristearin, triolein itd.), ako su različite masne kiseline, tada mješoviti.
Imena miješanih triglicerida tvore se ovisno o masnim kiselinama koje sadrže, pri čemu brojevi 1, 2 i 3 označavaju vezu ostatka masne kiseline s odgovarajućom alkoholnom skupinom u molekuli glicerola (npr. 1-oleo-2- palmitostearin).
Neka ulja sadrže pretežno jednu vrstu masne kiseline, npr. maslinovo ulje je triglicerid oleinske kiseline (trioleilglicerol).
U prirodnim mastima, koje su mješavine raznih triglicerida, udio jednostavnih triglicerida je neznatan, dok postotak miješanih triglicerida može biti vrlo visok. Triacilgliceroli obično sadrže 2 ili 3 različite masne kiseline. Većina triglicerida u tkivima ljudi i drugih sisavaca sadrži miješane masti.
Fizička svojstva triglicerida ovise o prirodi viših masnih kiselina koje čine njihove molekule. Ova ovisnost postaje posebno jasna kada se uzmu u obzir temperature taljenja triglicerida: ako u sastavu triglicerida dominira bogati(čvrste) masne kiseline, zatim trigliceride čvrsta; ako prevladaju nezasićen kiselina, talište triglicerida je nisko i pod normalnim uvjetima tekućina. Stoga se talište triacilglicerola povećava s povećanjem broja i duljine ostataka zasićenih masnih kiselina.
Ova se ovisnost može naći u prirodnim mastima (vidi tablicu 2): u prisutnosti pretežno zasićenih triglicerida u masti, talište potonjih je visoko, a talište nezasićenih triglicerida je nisko. Janjeća mast, na primjer, ima oko 10°C višu točku topljenja od svinjske jer sadrži nekoliko posto manje palmitodioleina (46 odnosno 53%) i više oleodipalmitina (13 odnosno 5%).
tablica 2
Sastav masnih kiselina i talište nekih prehrambenih masti
Bilješke: jeli - kiseline prisutne u manjim količinama (u tragovima). U ribljem ulju, osim navedenih kiselina, postoje 22:5 masne kiseline (klupanodonska kiselina) - do 10% i 22:6 (cervonska kiselina) - do 10%, koje su neophodne za stvaranje fosfolipidnih struktura. u ljudskom živčanom sustavu. Oni su praktički odsutni u drugim vrstama prirodnih masti; * - masne kiseline s brojem ugljikovih atoma od 4 do 10 nalaze se uglavnom u lipidima mlijeka.
Nisko talište mnogih biljnih ulja u potpunosti je u skladu s vrlo značajnim sadržajem nezasićenih kiselina u sastavu njihovih triglicerida. Na primjer, trigliceridi suncokretovog ulja, tekućeg u normalnim uvjetima (T pl -20°C) sadrže 34% oleinske i 51% linoleinske kiseline, dok čvrsto biljno ulje kakaovca (T pl +30 - 34°C) sadrži 35% palmitinske kiseline. i 40% stearinske kiseline.
Životinjske i biljne masti razlikuju se na neki način. Životinjske masti su raznovrsnije u skupu viših masnih kiselina koje čine njihov sastav. Konkretno, među potonjima su češće više masne kiseline s brojem ugljikovih atoma od 20 do 24.
Životinjske masti(svinjska mast) obično sadrže značajnu količinu zasićenih masnih kiselina (palmitinske, stearinske i dr.), zbog čega su na sobnoj temperaturi u čvrstom stanju.
Biljne masti sadrže vrlo visok udio nezasićene više masne kiseline(do 90%), a od limitirajućih samo je palmitinska kiselina sadržana u njima u količini od 10 - 15%. Masti, koje sadrže mnogo nezasićenih masnih kiselina, na običnoj su temperaturi tekuće i zovu se ulja. Tako u ulju konoplje 95% svih masnih kiselina su oleinska, linolna, linolenska kiselina, a samo 5% su stearinska i palmitinska kiselina. Čvrste biljne masti uključuju kokosovo ulje i maslac od zrna kakaovca, koji se nalaze u čokoladi.
Tekuća biljna ulja pretvaraju se u čvrste masti hidrogenacijom, koja uključuje dodavanje vodika na dvostrukim vezama nezasićenih masnih kiselina. Hidrogenirana biljna ulja naširoko se koriste za izradu margarina. Imajte na umu da ljudska mast, koja se topi na temperaturi od 15°C (tekuća je na temperaturi tijela), sadrži 70% oleinske kiseline.
Trigliceridi su sposobni sudjelovati u svim kemijskim reakcijama karakterističnim za estere. Najvažnija reakcija je reakcija saponifikacije, koja rezultira stvaranjem glicerola i masnih kiselina iz triglicerida. Saponifikacija masti može se dogoditi ili enzimskom hidrolizom ili djelovanjem kiselina ili lužina.
Neutralne masti nalaze se u tijelu ili u obliku protoplazmatske masti, koja je strukturna komponenta stanica, ili u obliku rezervne masti za skladištenje. Protoplazmatska mast ima stalan kemijski i kvantitativni sastav i sadržana je u tkivima u određenoj količini, koja se ne mijenja ni kod morbidne pretilosti, dok je količina rezervne masti podložna velikim fluktuacijama. Masti su nepolarne i zbog toga su praktički netopljive u vodi. Gustoća im je manja od gustoće vode, pa plutaju u vodi.
Glavna funkcija masti- služe kao skladište energije.
Osim toga, masti se talože oko vitalnih organa u debelom sloju i štite ih od mehaničkih oštećenja (bubrezi, crijeva, srce itd.). Akumulira se u tijelu životinja koje spavaju zimski san prije hibernacije. višak masnoće. Kod kralješnjaka se mast taloži ispod kože u tzv potkožno tkivo, gdje služi za toplinsku izolaciju. Potkožni masni sloj posebno je izražen kod vodenih sisavaca koji žive u hladnim klimatskim uvjetima, primjerice kod kitova (dosežu do 70-80 cm), kod kojih ima i drugu ulogu - potiče plovnost.
Biljke akumuliraju uglavnom ulja, a ne masti. Sjemenke, plodovi i kloroplasti često su vrlo bogati uljima, a neke sjemenke, primjerice ricinusa, soje i suncokreta, služe kao sirovina za industrijsku proizvodnju ulja. Masti se nalaze u sjemenkama 88% obitelji viših biljaka, au mnogima od njih služe kao rezervna tvar umjesto škroba.
Jedan od proizvoda oksidacije masti je voda. Ova metabolička voda vrlo je važna za neke stanovnike pustinje. Masnoća pohranjena u njihovom tijelu koristi se upravo u tu svrhu. Masnoća koja ispunjava devinu grbu ne služi prvenstveno kao izvor energije, već kao izvor vode.
4.2. Voskovi
Voskovi- to su esteri viših masnih kiselina i viših monohidričnih ili dihidričnih alkohola. Njihove opće formule mogu se prikazati na sljedeći način:
U ovim formulama, R, R" i R" su mogući radikali. Dakle, opća formula voska je:
gdje su n i m najmanje 8.
Voskovi su otporniji na svjetlost, oksidirajuća sredstva, toplinu i druge fizičke utjecaje, a manje su hidrolizirani od masti. Postoje slučajevi u kojima se pčelinji vosak čuvao tisućama godina. Zato se voskovi uglavnom izvode u tijelu zaštitne funkcije.
Voskovi se nalaze kod životinja; mogu biti dio masti koja prekriva kožu, vunu i perje. Ima ih i u lišću nekih zimzelenih biljaka. Lišće mnogih biljaka prekriveno je zaštitnim slojem voska. Sjaj lišća mnogih tropskih biljaka posljedica je refleksije svjetlosti od voštanog premaza. Općenito, kod biljaka, 80% svih lipida koji stvaraju film na površini lišća i debla su voskovi. Također je poznato da su normalni metaboliti određenih mikroorganizama.
Prirodni voskovi (npr. pčelinji vosak, spermaceti, lanolin) obično sadrže, osim estera, nešto slobodnih masnih kiselina, alkohola i ugljikovodika s brojem atoma ugljika od 21-35. Voskovi koji tvore prevlaku na cvjetnim laticama, korama voća, lišću, sastoje se od estera viših masnih kiselina s lancem duljine od 24 do 35 atoma ugljika (na primjer, karnauba C 23 H 47 COOH, citron C 25 H 51 COOH, montanic C 27 H 55 COOH) i dugolančanih primarnih i sekundarnih alkohola.
Prirodni voskovi životinjskog podrijetla:
1) pčelinji vosak (proizvode ga posebne žlijezde pčela radilica) sastoji se od mješavine estera palmitinske kiseline C 15 H 31 COOH i miricilnog alkohola C 31 H 63 OH te estera palmitinske kiseline i cetilnog alkohola C 16 H 33 OH;
2) spermaceti - vosak, također životinjskog podrijetla, ekstrahiran iz spermaceti ulja iz lubanjskih šupljina kitova sjemena, koji se sastoji od 90% palmitinocetil etera: CH 3 -(CH 2) 14 -CO-O-(CH 2) 15 -CH 3;
3) lanolin (mazivo koje oblaže ovčju vunu) je mješavina složenih policikličkih alkohola sa specifičnim razgranatim višim masnim kiselinama. Sadrži miristinsku, arahidonsku i cerotinsku kiselinu, kao i specifične više masne kiseline s razgranatim ugljikovim lancem - lanopalmitsku, lanostearinsku i dr.
Kod kralješnjaka, voskovi koje luče kožne žlijezde djeluju kao zaštitni omotač, podmazuju i omekšavaju kožu te je štite od vode. Dlaka i krzno također su prekriveni voštanim izlučevinama. Kod ptica, posebno ptica močvarica, voskovi koje luči kokcigealna žlijezda daju perju vodoodbojna svojstva. Voskove proizvode i koriste u vrlo velikim količinama morski organizmi, posebice planktonski organizmi, u kojima služe kao glavni oblik skladištenja visokokaloričnog staničnog goriva. Budući da se kitovi, haringe, losos i mnoge druge morske vrste prvenstveno hrane planktonom, voskovi koje sadrže igraju važnu ulogu u morskim prehrambenim lancima kao glavni izvor lipida.
4.3.Steroidi
Steroidi- esteri policikličkih alkohola - steroli(zastarjeli naziv – steroli) i viših masnih kiselina.
Steroidi tvore saponificiranu frakciju lipida. U prirodi je frakcija neosapunjivih, slobodnih sterola i srodnih spojeva mnogo šire zastupljena od sterida. Tako je u ljudskom tijelu samo 10% sterola esterificirano i u obliku su sterida, a 90% je slobodno i čini neosapunjivu frakciju. Omjer sterola i steroida u različitim tkivima i tjelesnim tekućinama je različit: jetra ih sadrži podjednako, a žuč samo slobodne sterole.
Molekula sterola temelji se na cikličkoj skupini atoma koja se sastoji od reduciranog fenantrena (potpuno reducirani fenantren naziva se perhidrofenantren) i ciklopentana.
Ova ciklička skupina naziva se ciklopentanoperhidrofenantren ili steranij :
Steran koji nosi bočni lanac ugljikovih atoma i dvije CH3 skupine (na 10. i 13. ugljikovom atomu prstena) naziva se Kolestan:
Ugljikovi atomi u ovim ugljikovodicima označeni su na temelju numeriranja usvojenog za fenantren (1 - 14. ugljikovi atomi); zatim se četvrti ciklus numerira i tek nakon toga prelazi se na numeriranje ugljikovih atoma u bočnim lancima. Ciklusi se obično označavaju velikim slovima latinične abecede.
Oksidirajući se na poziciji 3 (prsten A), kolestan prelazi u policiklički alkohol - kolestanol, što dovodi do klase sterola:
Međutim, ne treba misliti da u prirodi steroli nastaju redukcijom fenantrena. Utvrđeno je da se njihova biosinteza odvija ciklizacijom poliizoprenoida , koji su u biti prekursori sterola.
Karakteristična kolestanolna jezgra ponavlja se u svim sterolima s manjim varijacijama. Oni se svode ili na pojavu između 5. - 6. i 7. - 8. atoma ugljika prstena B, ili 22. - 23. atoma ugljika bočnog lanca dvostrukih veza, ili na pojavu na poziciji 24 (u bočnom lancu) radikala koji može imati strukturu - CH 3; = CH2; - C2H5; = CH - CH 3, itd. Ispod su formule najvažnijih prirodnih sterola:
Kolesterol(C 27 H 45 OH) je glavni sterol životinja i ljudi, odnosno spada u kategoriju zoosterola. Ergosterol karakterističan za gljive. Sitosterol I stigmasterol tipični za biljke (fitosteroli): prvi se nalazi npr. u sojinom ulju, a drugi u ulju pšeničnih klica. Fukosterol nalazi se u smeđim algama. Prisutnost određenog sterola često je specifična za određenu klasu ili obitelj životinja ili biljaka. Od sterola kod ljudi samo kolesterol :
Najvažnija biokemijska funkcija kod viših kralježnjaka je njegova pretvorba u hormon progesteron u posteljici, testisima, žutom tijelu i nadbubrežnim žlijezdama, čime se otvara lanac biosinteze steroidnih spolnih hormona i kortikosteroida. Androgeni(muški spolni hormoni) sintetiziraju se ne samo u testisima, već također (iako u manjim količinama) u kori nadbubrežne žlijezde i jajnicima. Također estrogeni(ženski spolni hormoni) stvaraju se ne samo u jajnicima, već i u testisima. U principu, spolna obilježja određena su odnosom izlučenih androgena i estrogena. Dakle, svi steroidni hormoni u konačnici nastaju iz zajedničkog prekursora - kolesterola, koji se pak sintetizira iz acetil-CoA.
Androgeni potiču rast i sazrijevanje, podupiru funkcioniranje reproduktivnog sustava i formiranje sekundarnih spolnih obilježja muškog tijela; Estrogeni reguliraju ženski reproduktivni sustav. Međutim, i androgeni i estrogeni imaju različite učinke na većinu tkiva koja nisu povezana s reprodukcijom. Na primjer, androgeni potiču rast skeletnih mišića. Androgeni i neki njihovi derivati nazivaju se i anabolički steroidi. Mnogi dizači utega, nogometaši i hrvači uzimaju ih za povećanje mišićne mase i snage. Ali moramo imati na umu da nekontrolirana upotreba ovih hormona može dovesti do katastrofalnih rezultata.
Drugi smjer metabolizma kolesterola je stvaranje žučnih (količnih) kiselina. Kolne kiseline- najvažniji sastojci žuči, koji osiguravaju normalnu apsorpciju masnih kiselina u crijevima ljudi i životinja.
Treći važan smjer metabolizma kolesterola je sinteza vitamina D 3 iz produkta oksidacije kolesterola - 7-dehidrokolesterola kao rezultat izlaganja kože ultraljubičastim zrakama.
Ljudsko tijelo sadrži značajne količine kolesterola. Dakle, osoba teška 65 kg normalno ima oko 250 g kolesterola. Koncentracija kolesterola u krvi obično nije niža od 120-150 mg% na 100 ml krvi. Načini na koje se kolesterol koristi u tijelu prikazani su na sl. 3.
Steroli su kristalne tvari, visoko topljive u kloroformu, sumpornom eteru i vrućem alkoholu, praktički netopljive u vodi; otporan na sredstva za hidrolizu.
sl.3. Fond kolesterola u tijelu, načini njegove upotrebe i eliminacije (prema T.T. Berezovu)
U tijelu životinja steroli se oksidiraju i daju čitavu skupinu derivata koji nose zajednički naziv steroidi. To uključuje mnoge spojeve, od kojih su najtipičniji sljedeći:
Esteri zoo- i fitosterola s višim masnim kiselinama čine skupinu saponificiranih tvari - steroidi:
Od viših masnih kiselina pronađenih u steridima, uglavnom su pronađene palmitinska, stearinska i oleinska kiselina.
Svi steridi, kao i steroli, čvrste su, bezbojne tvari. U prirodi, osobito u životinjskim organizmima, nalaze se u obliku kompleksa s proteinima, čije se funkcionalno značenje svodi na transport sterola, steroida i steroida, kao i na sudjelovanje u stvaranju bioloških membrana. S povećanjem sadržaja sterola i sterida u lipidnom dijelu membrane, propusnost potonjih se smanjuje, povećava se njihova viskoznost, ograničava se njihova pokretljivost, a aktivnost niza enzima ugrađenih u membranu je inhibirana. Steroidi i steroli reguliraju druge procese u tijelu. Neki od derivata sterola su kancerogeni, dok se drugi (kao što je testosteron propionat) koriste za liječenje određenih vrsta raka. Steroidi i steroli nalaze se u velikim količinama u živčanom tkivu ljudi i životinja, čije se značenje i funkcije aktivno proučavaju.
5. Složeni lipidi
Uz jednostavne nepolarne lipide (masti, voskovi, steride) postoje polarni složeni lipidi. Oni čine glavne komponente staničnih membrana, tj. one posude u kojima se odvijaju osnovni metabolički procesi. Ovi složeni lipidi se dijele na osnovu prisutnosti treće komponente fosfolipida i glikolipida(vidi sliku 1).
5.1. Fosfolipidi
Fosfolipidi su esteri polihidričnih alkohola glicerola ili sfingozina s višim masnim kiselinama i fosfornom kiselinom. Fosfolipidi također uključuju spojeve koji sadrže dušik: kolin, etanolamin ili serin.
Molekule fosfolipida sadrže palmitinsku, stearinsku, linolnu, linolensku i arahidonsku kiselinu kao više masne kiseline, te lignocerinsku, nervonsku i dr. Ovisno o vrsti fosfolipida, u izgradnji njegove molekule sudjeluju jedan ili dva ostatka viših masnih kiselina. Fosforna kiselina je obično uključena u sastav fosfolipida u količini od jedne molekule. Samo neke vrste inozitol fosfolipida sadrže dva ili više ostataka fosforne kiseline.
Ugljikovodični radikal ostatka (ili ostataka) viših masnih kiselina čini liofobni dio, a ostaci fosforne kiseline i dušične baze, sposobni za ionizaciju, čine liofilni dio. Zbog ove značajke, fosfolipidi očito sudjeluju u osiguravanju jednosmjerne propusnosti membrana subcelularnih struktura.
Fosfolipidi su čvrste tvari slične mastima; Bezbojni su, ali brzo potamne na zraku zbog oksidacije na dvostrukim vezama nezasićenih kiselina koje ulaze u njihov sastav. Dobro se otapaju u benzenu, petrol eteru, kloroformu itd. Topivost u alkoholu, acetonu i sumpornom eteru varira među različitim skupinama fosfolipida. Netopljivi su u vodi, ali mogu tvoriti stabilne emulzije, au nekim slučajevima i koloidne otopine.
Fosfolipidi se nalaze u životinjskim i biljnim organizmima, ali živčano tkivo ljudi i kralješnjaka sadrži ih posebno mnogo. U beskralješnjaka je sadržaj fosfolipida u živčanom sustavu 2-3 puta manji. Mnogo fosfolipida ima u sjemenkama biljaka, srcima i jetrima životinja, ptičjim jajima itd. Mikroorganizmi imaju specifične fosfolipide.
Fosfolipidi lako stvaraju komplekse s proteinima i prisutni su u obliku fosfolipoproteina u svim stanicama živih bića, sudjelujući uglavnom u formiranju stanične membrane i unutarstaničnih membrana.
PAKAO. Mikityuk, s.sh. Broj 589, Moskva
Oko 100 kemijskih elemenata nalazi se u zemljinoj kori, ali samo 16 od njih je neophodno za život (tablica 1). Četiri najčešća elementa u živim organizmima su vodik, ugljik, kisik i dušik. Oni čine više od 99% i mase i broja atoma koji čine sve žive organizme.
Koje biljne tvari tvore ovi elementi? Biljke najviše sadrže H2O vodu - od 60 do 95% ukupne mase tijela. Osim toga, biljke sadrže “građevne blokove” – jednostavne organske spojeve od kojih se grade biomakromolekule (Tablica 2).
Tako se iz relativno malog broja vrsta molekula dobivaju sve makromolekule i strukture živih stanica.
Makromolekule su polimeri izgrađeni od mnogih jedinica koje se ponavljaju. Jedinice koje čine makromolekule nazivaju se monomeri. Postoje tri vrste makromolekula: polisaharidi, proteini i nukleinske kiseline (slika 1). Monomeri za njih su monosaharidi, aminokiseline odnosno nukleotidi (tablica 3).
Riža. 1. Polimerne makromolekule:
a - polisaharid (razgranati); b - fragment dvostruke spirale DNA (polinukleotid);
c - polipeptid (fragment molekule mioglobina)
Ugljikohidrati
Ugljikohidrati su glavni hranjivi i potporni materijal biljnih stanica i tkiva. U molekulama većine ugljikohidrata vodik i kisik prisutni su u istom omjeru kao u molekuli vode (npr. glukoza C6H12O6 ili C6(H2O)6). Svi ugljikohidrati su višenamjenski spojevi. To uključuje monosaharide - polihidroksialdehide (aldoze), polihidroksiketone (ketoze) i polisaharide (škrob, celuloza i dr.) (vidi tablicu 4).
Ugljikohidrati su jedna od najvažnijih klasa prirodnih tvari koje se nalaze u biljkama. Oni čine do 90% suhe tvari biljke.
Ugljikohidrati su glavni produkti fotosinteze u zelenim biljkama:
U mnogim biljkama ugljikohidrati se nakupljaju u velikim količinama u obliku šećera i škroba u korijenju, gomoljima i sjemenkama te se zatim koriste kao rezervna hranjiva.
Biljke od kojih se industrijski proizvodi šećer:
a - šećerna repa; b - šećerna trska
Polisaharidi su korisni kao hranjive tvari za skladištenje iz više razloga. Prvo, velika veličina molekula čini ih praktički netopivim u vodi. Stoga polisaharidi nemaju ni osmotski ni kemijski učinak na stanicu. Drugo, polisaharidni lanci mogu se kompaktno savijati i, ako je potrebno, lako se hidrolizom pretvaraju u šećere:
Stjenke biljnih stanica i biljna vlakna uglavnom se sastoje od celuloze. Ugljikohidrati također prevladavaju u voću i bobicama. Ugljikohidrati su škrob, vlakna (celuloza), šećeri, pektinske tvari i mnogi drugi spojevi biljnog podrijetla (slika 3). Tijekom razgradnje ugljikohidrata organizmi dobivaju najveći dio energije potrebne za održavanje života i biosintezu drugih složenih spojeva.
Biljni proizvodi - dobavljači škroba i celuloze:
a - krumpir; b - kukuruz; c - zrno; g - pamuk; d - drvo
1. Koja je razlika između molekulske i strukturne formule spojeva?
2. Napišite strukturne formule linearnih i cikličkih izomera glukoze C6H12O6.
3. Koje su molekularne formule monosaharida koji se razlikuju po broju ugljikovih atoma u molekuli: trioza (3C), tetroza (4C), pentoza (5C), heksoza (6C) i heptoza (7C)?
4. Kolika je valencija elemenata C, H i O u njihovim spojevima?
5. Koliko hidroksilnih skupina ima linearni i ciklički oblik ugljikohidrata: a) riboza; b) glukoza?
6. Označite koji su od navedenih šećera pentoze, a koji heksoze.
7. Od kojih su ostataka glukoze (a- ili b-forma) građene molekule: a) škroba, b) celuloze?
Fragment molekule amilopektina (škroba).
Fragment molekule celuloze
8. Koje se kemijske veze u molekulama di- i polisaharida nazivaju glikozidnim vezama?
Lipidi su u vodi netopljive organske tvari koje se iz stanica mogu ekstrahirati organskim otapalima – eterom, kloroformom i benzenom. Klasični lipidi su esteri masnih kiselina i trohidričnog alkohola glicerola. Zovu se triacilgliceroli ili trigliceridi.
Veza između karbonilnog ugljika i kisika na alkilnoj skupini masne kiseline naziva se esterska veza:
Trioleat
Triacilgliceroli se obično dijele na masti i ulja ovisno o tome ostaju li čvrsti na 20 °C (masti) ili imaju tekuću konzistenciju na ovoj temperaturi (ulja). Što je talište lipida niže, to je udio nezasićenih masnih kiselina u njemu veći.
Većina RCOOH masnih kiselina sadrži paran broj ugljikovih atoma, od 14 do 22 (najčešće R = C15 i C17). Biljne masti obično sadrže nezasićene (s jednom ili više dvostrukih C=C veza) kiseline - oleinsku, linolnu i linolensku kiselinu te zasićene masne kiseline, u kojima su sve C-C veze jednostruke. Neka ulja sadrže velike količine rijetkih masnih kiselina. Na primjer, ricinusovo ulje, dobiveno iz sjemenki ricinusovog zrna, nakuplja puno ricinolne kiseline (vidi tablicu).
Lipidi sadržani u biljkama mogu biti u obliku rezervne masti ili biti strukturna komponenta protoplasta stanice. Skladišne i "strukturne" masti obavljaju različite biokemijske funkcije. Rezervna mast taloži se u pojedinim biljnim organima, najčešće u sjemenkama, a koristi se kao hranjivo tijekom njihovog skladištenja i klijanja. Lipidi protoplasta nužna su komponenta stanica i nalaze se u njima u stalnim količinama. Lipidi i spojevi lipidne prirode (spojevi s proteinima - lipoproteini, ugljikohidrati - glikolipidi) služe za izgradnju citoplazmatske membrane na površini stanica i membrana staničnih struktura - mitohondrija, plastida, jezgre. Zahvaljujući membranama, regulirana je propusnost stanica za različite tvari. Količina membranskih lipida u listovima, stabljikama, plodovima i korijenju biljaka obično doseže 0,1-0,5% težine vlažnog tkiva. Sadržaj rezervne masti u sjemenu različitih biljaka je različit i karakterizira ga sljedeće vrijednosti: za raž, ječam, pšenicu - 2-3%, pamuk, soju - 20-30% (slika 4).
Uljarice: a - lan; b - suncokret; c - konoplja; ići uživo; d - soja
Zanimljivo je da u otprilike 90% svih biljnih vrsta glavna rezervna tvar u sjemenkama nije škrob (kao kod žitarica), već masti (kao kod suncokreta). To se objašnjava činjenicom da se uglavnom rezervne masti koriste kao izvor energije tijekom klijanja sjemena. Skladištenje masti je korisno za biljke, jer se njihovom oksidacijom oslobađa otprilike dvostruko više energije nego oksidacijom ugljikohidrata ili bjelančevina.
Glavne konstante koje karakteriziraju svojstva masti su njezino talište, kiselinski broj, broj saponifikacije i jodni broj. Ispod su točke topljenja nekih biljnih ulja:
ulje sjemenki pamuka -1... -6 °C;
maslinovo ulje -2... -6 °C;
suncokretovo ulje -16... -18 °C;
laneno ulje -16... -27 °C.
Kiselinski broj masti je broj miligrama KOH lužine potreban za neutralizaciju slobodnih masnih kiselina sadržanih u 1 g masti. Kvaliteta masti kontrolira se kiselinskim brojem.
Saponifikacijski broj je broj miligrama KOH lužine potreban za neutralizaciju slobodnih i vezanih kiselina u obliku glicerida sadržanih u 1 g masti. Saponifikacijski broj karakterizira prosječnu molekularnu težinu masti.
Jodni broj je broj grama halogena I2 koji može dodati 100 g masti. Jodni broj karakterizira stupanj nezasićenosti masnih kiselina u masti. Jodni broj većine biljnih masti je u rasponu od 100-160.
1. Ugljikohidrati topivi u vodi(mono, disaharidi). Funkcije topivih ugljikohidrata:
a, b) Prijenos opskrbe energijom u stanicu c) U. dio su sluzi koju proizvode bronhi, a koja štiti pluća; dio su heparina - sustava protiv zgrušavanja krvi. G) U. dio su membranskih signalnih kompleksa.
1.1. Monosaharidi: glukoza– glavni izvor energije za stanično disanje; fruktoza– sastavni dio cvjetnih nektara i voćnih sokova; riboza i deoksiriboza– strukturni elementi nukleotida, koji su monomeri RNA i DNA.
1.2. Disaharidi: saharoza(glukoza + fruktoza) – glavni produkt fotosinteze koji se prenosi u biljkama; laktoza(glukoza + galaktoza) – dio mlijeka sisavaca; maltoza(glukoza + glukoza) je izvor energije u klijajućem sjemenu.
2. Netopivi ugljikohidrati(polimer): škrob, glikogen, celuloza, hitin.
Funkcije polimernih ugljikohidrata:
Glukoza postoji u obliku dva izomera - α i β.
Škrob se sastoji od α-izomera, a celuloza od β-izomera.
Škrob- sastoji se od razgranatih spiralnih molekula koje tvore rezervne hranjive tvari u biljnim tkivima.
Celuloza– polimer formiran od ostataka glukoze koji se sastoji od nekoliko ravnih paralelnih lanaca povezanih vodikovim vezama. Ova struktura sprječava prodor vode i osigurava stabilnost celuloznih membrana biljnih stanica.
hitin sastoji se od amino derivata glukoze. Glavni strukturni element integumenta člankonožaca i staničnih stijenki gljiva.
Glikogen- rezervni hranjivi sastojak životinjske stanice.
Lipidi
Lipidi– esteri masnih kiselina i glicerola. Netopljiv u vodi, ali topiv u nepolarnim otapalima (aceton, benzin). Prisutan u svim stanicama. Lipidi se sastoje od atoma vodika, kisika i ugljika.
Funkcije lipida:
Strukturalni– fosfolipidi su dio staničnih membrana.
Skladištenje– masti se skladište kao rezerve u tkivima kralješnjaka.
energija– učinak od razgradnje 1 g masti je 39 kJ, što je dvostruko više od energetskog učinka od razgradnje 1 g glukoze ili proteina. Masti se koriste i kao izvor vode, jer... Prilikom razgradnje masti oslobađa se voda (deva).
Zaštitni– potkožni masni sloj štiti tijelo od mehaničkih oštećenja (svojstva amortizacije udaraca).
Toplinska izolacija– potkožno masno tkivo pomaže u zadržavanju topline jer ima nisku toplinsku vodljivost.
Električno izolacijski– mijelin, kojeg luče Schwannove stanice, koje tvore ovojnice živčanih vlakana, izolira neurone, što uvelike ubrzava prijenos živčanih impulsa.
Hranjivo– mnoge tvari slične mastima pomažu u izgradnji mišićne mase i održavanju tonusa tijela.
Podmazivanje– voskovi prekrivaju kožu, vunu, perje i štite ih od vode. Listovi mnogih biljaka prekriveni su voštanim premazom; vosak se koristi u izgradnji saća.
Hormonska– hormon nadbubrežne žlijezde – kortizon i spolni hormoni su lipidne prirode.
Uz normaliziranu hranidbu hrana sadrži preko sedamdeset pojedinačnih „biogenih“ tvari, spojeva ili elemenata koji imaju izravnu ili neizravnu ulogu u prehrani životinja. Hranjive tvari koje čine stočnu hranu vrlo su raznolike po svojim svojstvima i ulozi u hranidbi, a dijele se u kombinirane skupine prema sličnosti kemijskih svojstava i biološke uloge. U te skupine spadaju: ugljikohidrati, lipidi, bjelančevine, mineralni elementi, vitamini, antibiotici i drugi. Od navedenih hranjivih tvari u organizmu domaćih životinja pohranjeni su: lipidi, ugljikohidrati u obliku glikogena, vitamini A i D.
Lipidi, koji se nazivaju sirovom masnoćom, skupina su tvari koje su različite prirode i imaju jedno zajedničko fizikalno svojstvo - netopljivi su u vodi, ali topljivi u organskim otapalima (eter, benzen, kloroform). Tvari uključene u sirovu mast mogu se podijeliti u skupine slojeva: lipidi, stearini, tvari za bojenje. Detaljnija podjela data je na dijagramu br. 1:
Shema br. 1
Sirova mast Lipidi stearini Bojila Složeni lipidi Jednostavni lipidi Fosfolipidi Glikolipidi
Od svih hranjivih tvari, masti su najkaloričnije: 1 g masti, kada potpuno sagori, oslobađa tijelo u prosjeku 38,0 kJ, dok 1 g ugljikohidrata samo 17,2 kJ.
Životinje mogu konzumirati sirovu mast u obliku loja i ulja. Imaju istu strukturu i kemijski sastav, ali različit skup masnih kiselina i stoga imaju različita fizikalna svojstva.
Fosfolipidi pripadaju skupini složenih lipida. Nalaze se u stanicama svih živih organizama, gdje su uključeni u stvaranje proteinsko-lipidnih membranskih kompleksa. Također, zajedno s drugim lipidima, fosfolipidi čine periferni sloj stanice i njezinu lipidnu membranu. Neki od najboljih izvora fosfolipida su sjemenke soje i suncokreta.
Glikolipidi uključuju glukozu i galaktozu. Energetska vrijednost fosfolipida i glikolipida ista je kao i masti, ali im je biološka vrijednost veća.
Također, sastavni dio svake masti su i tzv. neutralne neosapunjive tvari, otopljene u etil i petroleterima. Sastav ovih tvari uključuje aromatične alkohole složene strukture - stearine. Stearini koji se nalaze u životinjskim mastima dio su živčanog tkiva, žuči, ali su najčešći u obliku kolesterola (zoosteroli).
Navedene skupine lipida imaju najvažniju ulogu u metabolizmu masti životinja. A važnost sirove masti za tijelo je ogromna.
Mast je sastavni dio protoplazme svih stanica potrebnih za normalan rad probavnih žlijezda i ima ulogu glavne skladišne tvari. Glavna funkcija krmne masti je da je mast glavni akumulator energije u tijelu i služi kao važan izvor topline.
Masti u tijelu životinja čine osnovu mnogih enzima, hormona, vitamina - bioloških katalizatora metabolizma. Sudjeluju u sintezi muških i ženskih spolnih hormona. A nezasićene masne kiseline - linolna, linolenska i aralidonska, koje ulaze u sastav masti u hrani, neophodne su za rast mladih životinja, za normalno funkcioniranje kože i za prevenciju poremećaja metabolizma kolesterola u organizmu životinja. . Krmna mast izravno sudjeluje u sintezi mliječne masti kod životinja u laktaciji.
Krmna mast ima izuzetnu ulogu u hranidbi peradi. Na primjer, maksimalna živa težina tovnih pilića (2-2,5 kg) u dobi od 42 dana može se postići samo ako prehrana sadrži najmanje 5 grama masti na 100 grama suhe hrane. U strukturi obroka za kokoši nesilice optimalni udio masti je prosječno 4-5% suhe tvari krmiva.
Vanjski znakovi nedostatka masti u hrani su pojava kod životinja hipovitaminoze A, D, E, K, poremećaja jetre, kožnih bolesti (dermatitis i dr.) i poremećaja reproduktivne funkcije.
Ugljikohidrati u organskoj tvari krmiva čine do 80% suhe tvari. Oni zauzimaju prvo mjesto, iako tijelo životinje praktički ne sadrži ugljikohidrate, s izuzetkom male količine glukoze i glikogena u jetri i mišićima.
Škrob, saharoza, glukoza, maltoza, fruktoza i drugi ugljikohidrati sadržani u hrani potrebni su životinjama kao izvor energije; oni određuju razinu energetske prehrane u tijelu. Pri oksidaciji 1 grama ugljikohidrata u tijelu životinje oslobađa se 17,0 kJ energije. Ugljikohidrati utječu na intenzitet metabolizma masti i bjelančevina. Energetski ugljikohidrati u tijelu se oksidiraju u CO H O uz oslobađanje energije koja je neophodna za održavanje normalne tjelesne temperature, rad mišića i unutarnjih organa. Višak ugljikohidrata u tijelu životinja pohranjuje se kao mast. Dakle, ugljikohidrati u obliku glikogena i masti rezervne su tvari u tijelu životinja. Masne naslage, primjerice kod svinja, genetska su osobina, a kod tova ovaca i goveda potrebno je da hrana sadrži višak ugljikohidrata. Ugljikohidrati su također neophodni za rad mišića i tkivno disanje stanica uz oksidaciju u ugljični dioksid i vodu. Tijekom mišićnog rada smanjuje se razina glukoze u krvi i glikogena u mišićima. Smanjenje razine glukoze u krvi uzrokuje razgradnju glikogena u jetri.
Ugljikohidrati kao što su laktoza, manoza, galaktoza, rafinoza, riboza i drugi u životinjskom su tijelu strukturni materijali koji čine stanice, organe i tkiva.
Strukturni ugljikohidrati sudjeluju u sintezi aminokiselina u tijelu, udvostručuju apsorpciju kalcija sadržanog u hrani i ubrzavaju proces okoštavanja koštanog tkiva.
Hranidba stočnom hranom koja sadrži strukturne ugljikohidrate posebno je korisna za mlade životinje, gravidne životinje i životinje u laktaciji, kod kojih je mineralizacija kostiju i stvaranje spojeva kalcija u mlijeku od najveće važnosti.
Dugotrajno hranjenje životinja na dijetama s nedovoljnom količinom hrane koja sadrži strukturne ugljikohidrate popraćeno je zastojem u rastu, smanjenom produktivnošću i povećanjem bolesti kostiju. Preživačima su ugljikohidrati također potrebni za normalno funkcioniranje mikroflore buraga čija aktivnost ovisi o ugljikohidratnom sastavu krmnog obroka. Stoga se pri racioniranju ugljikohidratne prehrane preživača posebna pozornost posvećuje sadržaju šećera i vlakana u hrani.
Kod životinja s jednokomornim želucem (svinje, konji), kao i kod peradi i mesojeda, vlakna osiguravaju pokretljivost probavnog trakta. Nedostatak vlakana u prehrani mesoždera dovodi do diskinezije crijeva i raznih vrsta gastrointestinalnih bolesti. A nedostatak vlakana, primjerice, u prehrani gravidnih krmača dovodi do agalaktije kod njih nakon prašenja.
Vitamin A– retinol – neophodan je za normalan rast i reprodukciju, kao i za povećanje otpornosti organizma na uzročnike raznih bolesti. Glavna biološka uloga vitamina A u tijelu životinja je da sudjeluje u sintezi vidnog pigmenta (rodopsin), kombinacija je proteina i vitamina A, održava sluznice u normalnom stanju i potiče rast mladih životinja.
S nedostatkom vitamina u tijelu životinja A kod mladih životinja, rast prestaje, pojavljuju se očne bolesti: u ranim fazama nedostatka vitamina - noćna sljepoća, a s razvojem bolesti može doći do zamućenja, omekšavanja rožnice, pretvarajući se u ulceroznu nekrozu. Nedostatak vitamina A dovodi do degenerativnih promjena u živčanom tkivu, što dovodi do poremećaja koordinata pokreta, konvulzija, paraliza, slabosti mišića itd. Kao i do disfunkcije reproduktivnih organa, budući da vitamin A Sudjeluje u sintezi gonadotropina, stoga se s nedostatkom retinola kod životinja opaža sterilitet, slaba plodnost, resorpcija fetusa, pobačaji i rađanje slabih, nesposobnih potomaka.
Biljna hrana sadrži provitamin A– karotenoidi iz kojih nastaje vitamin u tijelu životinja A. Mjesto gdje se karoten pretvara u vitamin je stijenka tankog crijeva. Kada postoji preveliki unos karotenoida u organizam, karoten se skladišti u masnom tkivu, a vitamin A– u jetri, ali su te rezerve vrlo male. Na primjer, kod krava koje su dugo dobivale hranu bogatu karotenom, u organizmu se našlo samo 3-6 grama karotena, od čega 70-90% u jetri, a 30-10% u depou masti. . Tijekom vitaminskog gladovanja, životinje vrlo štedljivo koriste te rezerve.
Vitamin D(kalciferol) je antirahitični vitamin, koji zajedno s paratireoidnim hormonima sudjeluje u regulaciji metabolizma fosfora i kalcija u životinja, te rastu i mineralizaciji koštanog tkiva.
Za nedostatak vitamina D U hrani za životinje, kosti životinja se ne razvijaju pravilno, rahitis se razvija kod mladih životinja, a patologija kostiju se razvija kod odraslih.
Za nedostatak vitamina D U prehrani ptica javlja se rahitis, grudna kost se savija, a zglobovi udova zadebljaju. Jaja takvih ptica imaju tanku ljusku, pilići iz takvih jaja su oslabljeni i osjetljivi na razne bolesti.
Antirahitične tvari stvaraju se u koži životinja pri osvjetljavanju suncem ili umjetnim izvorima ultraljubičastog svjetla. Od neaktivnih sterola kao rezultat fotokemijskih reakcija. Ove tvari ulaze u krv i pokazuju učinak sličan vitaminu D od hrane. Ljeti, kada su životinje na suncu, mogu stvoriti male rezerve vitamina. D u jetri.
I nedostatak i višak vitamina štetni su za životinje. D. Kada ga ima u višku, povećava se mobilizacija Ca iz hrane, Ca se taloži u bubrezima, na stijenkama krvnih žila iu drugim organima. Hipervitaminoza D obično praćen probavnim smetnjama.
