Биологическая химия один из разделов биологии, изучающий состав разнообразных живых систем и их изменение в процессе жизнедеятельности. Одной из центральных
|
|
Скачать 0.86 Mb.
|
|
ВВЕДЕНИЕ Биологическая химия – один из разделов биологии, изучающий состав разнообразных живых систем и их изменение в процессе жизнедеятельности. Одной из центральных задач современной биохимии является выявление функционального значения веществ, составляющих живой организм. Данные биохимии широко используют в разнообразных областях биологии, сельского хозяйства и промышленности. Пищевая промышленность является своеобразным посредником между сельским хозяйством, производящим все виды пищевого сырья, и потребителем. В процессе производственной обработки пищевых материалов, помимо хорошего внешнего вида, вкуса, аромата, должна быть повышена пищевая ценность продукта. Это может быть достигнуто лишь при углубленном изучении теоретических основ производства, среди которых ведущая роль принадлежит биохимии. Несмотря на большое разнообразие предприятий пищевой промышленности, производственный процесс основывается на сходных биохимических реакциях. Пищевое сырье после длительного или кратковременного хранения в хозяйствах, на складах и производстве подвергается либо механическому, либо термическому воздействию, а чаще тому и другому. В результате жизненно важные процессы в клетках и тканях грубо нарушаются, и возникают новые, которые и приводят к превращению сырья в готовый продукт, обладающий характерным для него качеством. Задача технолога состоит в том, чтобы направить биохимические процессы в нужную сторону с целью получения высокачественного продукта. Эта задача может быть решена только при условии углубленного изучения биохимических процессов, совершающихся в производственных смесях или в сырье, подвергаемом обработке, и умения этими процессами управлять. Биохимия – основа науки о питании. Теория «сбалансированного» пищевого рациона исходит из представлений о рекомендуемых дозах основных пищевых веществ, витаминов и микроэлементов на основе современных знаний о роли отдельных веществ в обмене. ^ В глубокой древности при изготовлении различных пищевых продуктов (молочных, хлебобулочных), в пивоварении, виноделии и т.п. стихийно использовались биохимические процессы. В средние века биохимия развивалась в недрах химии и физиологии. Предпосылкой к выделению ее в самостоятельную науку явились исследования Ю. Либиха и представителей его школы, уделявших большое значение многим проблемам биохимии, в особенности вопросам питания растений. Интересны работы русского ученого К.С. Кирхгофа (1764–1833), установившего ферментативный характер распада и синтеза крахмала в растениях, и немецкого химика Ф. Вёлера (1800–1882), получившего в 1828 году искусственно мочевину. Единство органической и неорганической материи было окончательно подтверждено исследованиями А.М. Бутлерова (1828–1886), осуществившего синтез углеводов, М. Бертло (1827–1907), открывшего синтез жиров, А.Я. Данилевского (1838–1923), синтезировавшего вне организма с помощью ферментов белковоподобные вещества из продуктов их расщепления. Биологическая химия отделилась от органической химии в середине прошлого столетия. К концу 19-го века расшифровывается строение большинства веществ, входящих в состав животных организмов. Благодаря изучению Л. Пастером процессов брожения и их отношения к дыханию, выявилась особая роль ферментов в жизнедеятельности организмов. В 1871 году М. Манасеина показала, что сбраживание сахарозы может происходить под влиянием не только живых, но и мертвых дрожжей, а в 1897 году К. Бухнер получил не содержащий клетки и клеточные элементы дрожжевой сок, сбраживающий сахарозу. Этим была доказана возможность выделения ферментов из живой клетки. Термин «биохимия» был введен К. Нейбергом в 1903 году. С исследованиями начала 20-го столетия связан пик развития биохимии. К этому периоду относятся работы Э. Фишера по аминокислотам и углеводам, И.П. Павлова – по ферментативным и гормональным механизмам пищеварения. В это же время были открыты витамины. За последние несколько десятилетий наиболее выдающимися считаются работы О. Варбурга, А. Сент-Дьердьи, В.И. Палладина, А.Н. Баха, В.А. Энгельгардта, обосновавших современную теорию биологического окисления и энергетику этого процесса. В 1932 году советский ученый А.Е. Браунштейн открыл одну из важнейших реакций азотистого обмена – реакцию переаминирования. Исследование взаимосвязи между физическими и химическими свойствами макромолекул привело к открытию того, каким образом химическая структура нуклеиновой кислоты определяет структуру белка. Установлен процесс локализации биохимических реакций в митохондриях, микросомах, мембранах, и сделан вывод о том, что при нарушении первоначальной организации этих субклеточных структур отдельные биохимические процессы сохраняются, но утрачивается их взаимосвязь. Таким образом, в настоящее время биохимия глубоко изучает процессы, происходящие в растениях, организме человека и животных, микроорганизмах. Соответственно появились различные отрасли биохимии: биохимия животных, биохимия растений, биохимия микроорганизмов и техническая биохимия, целью которой является изучение биохимических процессов, происходящих в сырье при его хранении и переработке. ^ 1.1 Морфология клеток живых организмов Известные живые системы состоят из разнообразных веществ, представляющих собой различное сочетание атомов каких-либо элементов. Тело человека (весом в 70 кг) состоит из следующих элементов: кислород – 45, углерод – 12,6; водород – 7,0; азот – 2,1; кальций – 1,4; фосфор – 0,7 кг. Калий, сера, натрий, хлор, магний, железо, фтор, кремний в сумме составляют 0,7 кг. Такие элементы, как кобальт, молибден, барий, цинк, марганец, медь, олово, содержатся в теле человека в ничтожном количестве и получили название микроэлементов. Изучение разнообразных живых систем показало, что в них встречаются одни и те же элементы в сходных количествах (таблица 1). При более детальном исследовании живых систем было выявлено, что важнейшие молекулы, из которых построены живые организмы, практически одни и те же у самых разнообразных организмов. Это дало основание для утверждения общего принципа единства биохимического строения живых систем. Таблица 1 Элементарный состав живых систем
^ Живые системы, даже самые простые, характеризуются высокой упорядоченностью. Структурной единицей каждой ткани всех живых организмов является клетка (рисунок 1). Клетка – внешне простая система, состоящая из цитоплазмы и ядра, но в ней сосредоточены важнейшие проявления жизни – синтез белка, нуклеиновых кислот, жиров, углеводов и других веществ. Цитоплазма клеток дифференцирована и содержит следующие компоненты: митохондрии, в которых происходят окислительные реакции, снабжающие клетку энергией; эндоплазматический ретикулум – систему канальцев, пронизывающих цитоплазму, связывающую ее с ядром; ядро, содержащее хромосомы, в молекулярных структурах которых записана генетическая информация; ядрышко – место скопления рибонуклеиновых кислот; центросому – орган, определяющий плоскость деления клетки; рибосомы, в которых синтезируется белок; аппарат Гольджи. Клетка покрыта оболочкой, состоящей из плазматического и наружного защитного слоев. Рисунок 1. Строение клетки: 1 – цитоплазма, 2 – аппарат Гольджи, 3 – центросомы, 4 – эндоплазматический ретикулум, 5 – митохондрии, 6 – оболочка клетки, 7 – оболочка ядра, 8 – ядро, 9 – ядрышко. ^ – сравнительно просто организованная структура, имеющая оболочку, ядрышко и хромосомы. Число хромосом и форма внутренней организации каждой хромосомы строго закономерны для каждого вида организмов. Молекулярные элементы хромосом уникальны, в них записана видовая и индивидуальная информация. Исследования с помощью электронного и ультрафиолетового микроскопа показали, что в хромосомах сконцентрирована дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Ядрышко от остальной массы ядра отличается меньшей плотностью, в нем преобладают рибонуклеиновые кислоты (РНК). При химическом исследовании ядра было выявлено, что на его долю приходится около 15% общего азота клетки. В сухом остатке ядра содержание нуклеиновых кислот достигает 30%, остальное приходится на долю белка. В покоящемся ядре соотношение ДНК и РНК примерно 9:1. Белки ядра представлены различными группами, так, у высших позвоночных преобладают гистоны – белки, характеризующиеся основными свойствами. Помимо нуклеиновых кислот и белков, в составе ядра обнаружены липиды, среди которых преобладают фосфатиды. Цитоплазмой принято называть все составные части клетки, кроме ядра. При фракционировании она делится на следующие компоненты: митохондрии, лизосомы, микросомы, гиалоплазму. Митохондрии. Основные окислительно-восстановительные процессы в клетке происходят в митохондриях. Доказана связь митохондрий с наиболее важными стадиями клеточного дыхания (окисления). Митохондрии найдены в клетках почти всех живых систем, за исключением бактерий и зрелых эритроцитов. Размер их варьирует в значительных пределах, от 0,5 до 2,0 мкм. Схематически каждую митохондрию можно представить как систему, окруженную двойной оболочкой (мембранами). Оболочки митохондрий характеризуются высокой прочностью, гибкостью и устойчивостью. В химическом отношении они состоят на 4/5 из структурного белка и на 1/5 из фосфатида. Внутренняя мембрана образует выступы (гребни). Пространство между мембранами заполнено жидкостью, которая обеспечивает связь между ними и снабжает кофакторами (витаминами, металлами и др.) ферменты мембран. На поверхности наружной мембраны имеется большое число частиц. Они участвуют в различных окислительных реакциях, в процессе которых освобождаются электроны, поступающие внутрь митохондрий. На внутренней поверхности внешней мембраны также имеются частицы, отличающиеся от первых короткой ножкой. Эти частицы передают электроны вдоль цепи комплексов, участвующих в синтезе АТФ (рисунок 2). Известно, что каждое звено цепи комплексов, за исключением Q-энзима, представляет собой вещества белковой природы. По-видимому, каждый комплекс содержит от четырех до шести молекул белка. В центре комплекса содержится фосфатид. Структуру мембран и частиц пронизывают липиды, создавая среду для передачи электронов. Во внешней мембране предполагают существование, помимо белка и фосфатидов, каких-то невыявленных компонентов. При разобщении этого комплекса утрачивается способность к переносу электронов. 
При разрушении митохондрий образуются растворимая фракция и нерастворимый осадок. В растворимой фракции выделены белки, среди которых много ферментов, в нерастворимом осадке – фосфатиды, ферменты дыхательной цепи, липаза и протеаза. В митохондриях также имеется система ферментов для расщепления концов углеродного скелета из различных субстратов клеточного обмена веществ. Поэтому митохондрии считают энергетическим механизмом клетки. Лизосомы представляют собой крошечные мешочки, содержащие каплю активного сока клетки, способного расщеплять большинство компонентов живой материи аналогично тому, как это происходит в желудочно-кишечном тракте человека. В составе сока находятся ферменты из класса гидролаз. Лизосомы, вероятно, играют важную роль в процессе оплодотворения яйцеклетки. Мембрана лизосомы в неповрежденном состоянии обладает особой прочностью и устойчивостью к действию ферментов. При освобождении ферментов из лизосом наступает полное переваривание клетки и ее гибель. Микросомы представляют собой фракции клеток, состоящие из двух морфологически и функционально различных структур цитоплазмы: рибосом и мембран эндоплазматического ретикулума. Выявлены два вида рибосом: монорибосомы с молекулярным весом 4*106 и полирибосомы. В каждой полирибосоме чаще всего встречается по 5 монорибосом. Установлено, что биосинтез белка происходит в полирибосомах. Рибосомы обнаружены и в цитоплазме, и в ядрышке клеток. Мембраны эндоплазматического ретикулума образуют в клетке многообразную систему. На внешней стороне этих мембран расположены мембранные мешочки, которые вместе с рибосомами образуют ретикулум. Эндоплазматические мембраны содержат много фосфатидов, окислительные ферменты и коферменты, в частности НАД*Н2. Гиалоплазма – основное жидкое вещество клетки. Для нее характерно отсутствие видимых структур, в основном, это смесь растворенных белков, РНК, ферментов, катализирующих процессы гликолиза и дыхания. ^ Клетка окружена плазматической и наружной оболочками. В состав более прочной и грубой наружной мембраны многих клеток входят углеводы. Наружные мембраны влияют на проницаемость плазматических мембран и защищают поверхность клеток от вредных воздействий. Плазматическая мембрана принимает участие в регуляции клеточной проницаемости. Она представляет собой многослойную структуру, состоящую из белков и липидов (рисунок 3). Внешний слой оболочки представлен одномолекулярным слоем белка, за ним следует слой, богатый липидами, затем вновь следует слой, состоящий из белковых веществ. 
В поверхностном слое клетки имеются многочисленные специализированные структуры, такие как микроворсинки эпителиальных клеток, которые можно рассматривать как приспособления, увеличивающие эффективную поверхность для всасывания веществ. В некоторых случаях контакт между клетками обеспечивается за счет десмосом (плазмодесм), местных утолщений соседних оболочек, от которых в цитоплазму отходят тонкие нити. Десмосомы найдены во многих эпителиальных клетках. Известны также иные структуры клетки, например, аппарат Гольджи, представляющий собой систему, богатую липидами. Но состав этих липидных компонентов и их функция не выявлены. ^ В количественном отношении углеводы представляют наиболее значительную группу среди природных органических веществ. В живых организмах они выполняют четыре вида функций:
В химическом отношении углеводы имеют сравнительно простую организацию и представляют собой многоатомные альдегидоспирты или кетоноспирты. Все встречающиеся в природе углеводы делятся на три группы: моносахариды, олигосахариды, состоящие из нескольких простых сахаров (от 2 до 10), и полисахариды, образующие цепи из большого числа моносахаридных единиц. Моносахариды классифицируются по числу углеродных атомов в цепи. Сахар, состоящий из двух, трех, четырех, пяти, шести, семи углеродных атомов, соответственно называют биозой, триозой, тетрозой, пентозой, гексозой, гептозой. Окончание «оза» имеют и все моносахариды, включающие альдегидную группу, которые называются альдозами. Моносахариды, содержащие кетонную группу, имеют окончание «улоза». Наибольшее биологическое значение из пентоз имеют рибоза и дезоксирибоза – неотъемлемые составные части ДНК и РНК. 
Из гексоз наиболее важны глюкоза, фруктоза, галактоза. При замещении гидроксильной группы у второго углеродного атома на аминогруппу образуются аминосахара. Важнейшие и наиболее распространенные аминосахара – глюкозамин и галактозамин. 
При восстановлении соответствующих моносахаридов образуются сахароспирты. Наиболее широко распространены сорбит, маннит, дульцит.
При окислении моносахаридов образуются сахарокислоты. Особенно важное значение имеют три типа кислот: альдоновые, у которых окислена карбонильная группа; уроновые, у которых окислена первичная спиртовая группа; и сахарные кислоты, у которых окислены первичная спиртовая и карбонильная группы.
В биохимическом отношении наиболее важны фосфоглюконовая кислота (эфир альдоновой кислоты), являющаяся промежуточным продуктом в процессе дыхания, и уроновые кислоты.
Глюкуроновая и галактуроновая кислоты широко распространены в растениях как компоненты слизей. D-глюкуроновая кислота в сочетании с фенолами или спиртами встречается в организмах животных и выполняет функцию противоядия против некоторых веществ, которые, соединяясь с глюкуроновой кислотой, выводятся из организма. Кроме того, уроновые кислоты принимают участие в образовании важных в биохимическом отношении полисахаридов. Олигосахариды состоят из относительно небольшого числа остатков моносахаридов, соединенных гликозидными связями, которые могут быть образованы в следствие замещения полуацетального гидроксила кетозы или альдозы с любым органическим радикалом. Если в реакции участвуют полуацетальные гидроксилы обоих моносахаридов, то образуется продукт, не обладающий восстанавливающими свойствами. Невосстанавливающие дисахариды: 
Восстанавливающие дисахариды: 
Высшие олигосахариды: 
Сахароза распространена в растениях (свекла, сахарный тростник), в больших количествах содержится в вакуолях клеток. Мальтоза является продуктом гидролиза крахмала и основной структурной единицей крахмала. Лактоза найдена в составе молока млекопитающих и в пыльце цветков некоторых растений. Рафиноза широко распространена в растениях в свободном виде, часто сопутствует сахарозе. В организме животного из дисахаридов имеет физиологическое значение только лактоза, которая образуется в молочных железах из УДФ – глюкозы и фосфорного эфира галактозы. Остальные олигосахариды в организме животного не встречаются и, поступая с пищей, распадаются в желудочно-кишечном тракте до моносахаридов. Полисахариды – сложные углеводы, представляющие собой полимеры моносахаридов. Степень полимеризации иногда достигает нескольких тысяч. Они могут быть построены из остатков одного и того же моносахарида или остатков разных моносахаридов. От простых сахаров они отличаются многими свойствами: в большинстве случаев они нерастворимы в воде, не обладают сладким вкусом. При растворении в химических реактивах полисахариды образуют коллоидные растворы, так как молекулы их очень велики. Существуют полисахариды, построенные из пентоз или гексоз. Наибольшее значение имеют полисахариды, построенные из гексоз. В основу классификации полисахаридов положены их химические свойства. Полисахариды делятся также на гомогликаны и гетерогликаны. В зависимости от мономера выделяют глюканы, фруктаны и другие. Глюканы. Крахмал – наиболее важный по пищевой ценности полисахарид. Он представляет собой запасное вещество растений, откладываемое в клетках корней, клубней и семян в виде характерных зерен, которые могут быть легко выделены после разрушения клеток. Зерна крахмала нерастворимы в холодной воде и в присутствии йода окрашиваются в синий цвет. В большинстве случаев крахмал состоит из двух компонентов – амилозы и амилопектина, каждый из которых является полимером a-D-глюкозы. Зерна крахмала покрыты амилопектином, который обычно разрушается в процессе приготовления пищи, после чего крахмал способен образовывать коллоидные растворы и становится доступным действию пищеварительных ферментов (амилаз). При кислотном и щелочном гидролизе крахмал расщепляется на ряд промежуточных продуктов – декстринов. Продукт полного гидролиза крахмала – глюкоза. По современным данным, молекула амилозы имеет слабо разветвленную структуру, в основном ее рассматривают как прямую цепь, состоящую только из глюкозных остатков, связанных глюкозитными связями между первым и четвертым углеродными атомами. Благодаря 1-4-a-глюкозидным связям цепь амилозы стремится к закручиванию в спираль. Амилопектин имеет большие молекулярный вес и степень полимеризации молекулы. Молекула с разветвленной структурой, каждая ее цепь значительно короче отдельных цепей амилозы. Для главной цепи характерны a-1,4-связи, боковые цепи присоединяются a-1,6-глюкозидными связями. Соотношение амилозы и амилопектина в крахмале зависит от сорта растений и от того, из какого органа получен крахмал. Гликоген в тканях животных выполняет роль депо глюкозы, так же как и крахмал в растениях, являясь запасным полисахаридом. Он откладывается в основном в печени и мышцах, хотя в малых количествах встречается и в других клетках. Накапливаемый гликоген откладывается в виде специфических зерен, хорошо растворимых в воде, но ввиду его большого молекулярного веса растворы носят коллоидный характер. С йодом дает окрашивание от фиолетово-бурого до винно-красного. Более яркое окрашивание свидетельствует о высшей степени разветвления и коротких линейных отрезках. По своему строению гликоген близок к амилопектину, но еще более разветвлен. Для гликогена характерна высокая ветвистость, более быстрый распад до глюкозы под влиянием ферментов. Поскольку действию разрушающего фермента подвергаются концы молекулы, то чем больше концов, тем интенсивнее идет разрушение, так же как и обратный процесс ресинтеза молекулы. Фруктаны широко распространены в растительном мире. Это низкомолекулярные полимеры b-D-фруктофуранозы, являющиеся запасными питательными веществами растений. Их делят на две группы, образованные связями b-1,2 и b-2,6. Из них более всего изучен инулин:  Полиурониды. Пектиновые вещества можно охарактеризовать как полимеры, состоящие, главным образом, из остатков галактуроновой кислоты, соединенных a-1,4-гликозидными связями. Различают три основных класса пектиновых веществ: пектовые кислоты, пектиновые кислоты, протопектин. Пектовая кислота – наиболее простой представитель веществ этого класса – состоит из остатков галактуроновой кислоты, связанной a-1,4-связями в неразветвленную цепь:  ...Пектиновые кислоты можно рассматривать как производные пектовых кислот, у которых ряд свободных карбоксильных групп образуют эфиры с метиловым спиртом. Пектиновые кислоты образуют гели с сахаром и кислотами, их называют пектинами. Протопектин представляет собой группу нерастворимых пектиновых веществ. Эти вещества легко расщепляются, поэтому состав их неизвестен. Пектиновые вещества входят в состав клеточных стенок. Содержание их невелико, обычно менее 5%. Богатым их источником служат фрукты. Одно из интересных свойств пектиновых веществ – их способность образовывать гели, поэтому они широко используются в пищевой промышленности в качестве желирующих агентов. ^ Липидами принято называть разнородные в химическом отношении вещества с общими физико-химическими свойствами. В частности, все липиды нерастворимы в воде и хорошо растворимы в органических растворителях. Липиды состоят из пяти основных элементов: углерода, водорода, кислорода и, в некоторых случаях, фосфора и азота. В настоящее время еще нет общепринятой классификации липидов. Наиболее удобно деление, основанное на химическом составе этих веществ. ^
Липиды широко распространены в природе и являются обязательной составной частью каждой клетки любой биологической системы. Кроме того, существуют специализированные клетки, которые образуют жировые депо как в организме животного, так и растения. У человека и животных такие клетки находятся в подкожной клетчатке и в оболочке внутренних органов, называемой сальником. Липиды выполняют многообразные функции в организме. Они используются как энергетический материал, играют важную роль в процессах теплорегуляции. С этим связано наличие больших запасов жира у полярных животных. Жиры выполняют и механическую функцию: жировая прокладка защищает внутренние органы от повреждений. Воски предохраняют поверхностную ткань растений от гнилостного повреждения, а также от испарения воды. Во всех клетках и особенно в нервных в большом количестве содержатся сложные липиды, принимающие активное участие в формировании структур, в частности мембранных. Их роль в создании границ поверхностного раздела сред в настоящее время доказана. Жиры. Молекулу жира в общем виде можно представить следующим образом: О  СН2О–С–R1О НСО–––С–R2О СН2О–С–R3
Следовательно, их можно рассматривать как эфиры жирных кислот и трехатомного спирта – глицерина. Природные жиры, как правило, представляют смесь триглицеридов. Моно- и диглицериды встречаются только в составе промежуточных продуктов обмена веществ. Жирные кислоты, найденные в жирах как животного, так и растительного происхождения, содержат большей частью четное число углеродных атомов. Эта особенность обусловлена механизмом их синтеза и распада в организме. В жирах животного происхождения из насыщенных кислот преобладают стеариновая и пальмитиновая кислоты. В фосфатидах и гликолипидах – жирные кислоты с большим числом углеродных атомов. В качестве представителей ненасыщенных жирных кислот, имеющихся в организме человека, следует назвать олеиновую, линолевую и линоленовую кислоты. Две последние кислоты – главные кислоты льняного масла. Олеиновая кислота найдена почти во всех животных и растительных жирах. В сложных липидах встречаются и более ненасыщенные жирные кислоты. В последнее время из плазмы крови были изолированы жирные кислоты с конъюгированными двойными связями (отделены друг от друга одной простой связью). Для таких кислот характерно сильное взаимодействие (резонанс электронов). В природных жирах жирные кислоты встречаются преимущественно в цис-конфигурации. ^ жиров определяются составом жирных кислот, образующих эфирную связь с глицерином. Жиры, содержащие много двойных связей, при комнатной температуре имеют жидкую консистенцию и носят название масел. Жиры, в составе которых преобладают насыщенные жирные кислоты с большим числом углеродных атомов, имеют твердую консистенцию, и их часто называют салом. Большинство жиров животного происхождения представляют собой твердые вещества с различной температурой плавления в зависимости от их жирно-кислого состава. Развитие современных методов анализа жиров позволило выявить большое многообразие в их строении. Были найдены не только кислоты с разветвленной углеродной цепью и нечетным числом углеродных атомов, но и с конъюгированными двойными связями, а также жирные кислоты в транс-форме (вакценовая). Например, в коровьем масле на их долю приходится до 20% от общего содержания ненасыщенных кислот. Состав и точка плавления животных жиров зависят также от их местонахождения в организме и от питания. Жир подкожной соединительной ткани имеет наиболее низкую температуру плавления. По-видимому, существует связь между составом жира и температурой тела. Помимо той роли, которую выполняют жиры в организме как пищевые вещества, используемые для энергетических и пластических целей, они имеют значение и для многих производственных процессов изготовления мыла, красок, лаков, клеенки, линолеума, типографских красок и различных косметических средств. Воски представляют собой простые липиды, которые можно рассматривать как сложные эфиры жирных кислот (миристиновой, пальмитиновой, карнаутовой) и спиртов, имеющих от 12 до 30 углеродных атомов. Наиболее распространенный в природе воск – это пчелиный воск, спермацет, ланолин и карнаутский воск. Пчелиный воск в своем составе содержит миристиновую и пальмитиновую кислоты, связанные эфирной связью с мирициловым спиртом – С30Н6ОН. Помимо мирицилового спирта, в нем содержатся и другие спирты, имеющие в своем составе от 24 до 34 углеродных атомов, находящихся как в свободном виде, так и связанных эфирной связью с кислотами. Аналогичный состав имеет и карнаутский воск. Это воск пальмовых листьев, в котором был обнаружен мирициловый эфир церотиновой кислоты. Растительные воски очень распространены, но мало исследованы. Они содержатся в защитном слое листьев, стеблей, плодов и семян, и только некоторые растения, например семена Simmondsia california, содержат воск в качестве запасного питательного вещества. Фосфатиды. В отличие от простых липидов фосфатиды содержат полярные группы. Это частично влияет на их растворимость. Наиболее известные в настоящее время фосфатиды по составу можно разделить на следующие группы. Фосфатиды можно рассматривать как производные фосфатидной кислоты, встречающейся в растениях в довольно значительных количествах. В тканях и клетках животного происхождения найдены лишь ее следы. Однако фосфатидной кислоте в организме животного принадлежит важная роль в биосинтезе фосфатидов, которые образуются при замещении группы ОН фосфорной кислоты. Природные фосфатиды обычно содержат одну насыщенную жирную кислоту и одну ненасыщенную. Присутствие этих углеводородных цепей в фосфатидах и обуславливает их гидрофобные свойства. Гидрофильные свойства связаны с фосфатной группой. Однако в растворителях (масло, вода) они могут существовать в очень небольших количествах в виде изолированных молекул, так как в этом случае их растворимость очень мала. Но на поверхности раздела двух фаз фосфатиды, как и другие полярные липиды, оказываются в энергетически наиболее выгодном состоянии. По мере растворения полярных липидов в воде или масле наблюдается самопроизвольное образование мицелл, которые концентрируются на поверхностях раздела. В некоторых интервалах концентрации образуются биомолекулярные слои, регулярно чередующиеся в воде. По такому же типу построены мембраны. По-видимому, главным элементом мембранной структуры клеток является биомолекулярный слой липидов. Такое строение удовлетворительно объясняет проницаемость клеточных мембран. Этот слой препятствует диффузии ионов и растворимых в воде веществ и сравнительно проницаем для веществ, растворимых в липидах. Фосфатиды, подобно детергентам (вещества, имеющие большой углеродный скелет, несущий на одном из своих концов полярную группу), способны образовывать достаточно стойкую эмульсию при смешивании с водой благодаря снижению поверхностного натяжения на границе раздела двух фаз, но полярная часть у фосфатидов значительно больше, чем у детергентов. Фосфатиды – оптически активные вещества, так как фосфорная кислота связана через крайнюю ОН-группу молекулы. Все природные фосфатиды имеют одинаковую конфигурацию – все они относятся к L-ряду. Наиболее изученные и часто встречающиеся фосфатиды – это лецитины, кефалины и фосфатидилинозиты. Все они, как правило, находятся в смеси друг с другом и в больших количествах входят в состав нервной ткани и внутриклеточных структур – ядра, митохондрий, микросом и других образований. Лецитин в значительном количестве содержится в желтке яиц, из которого он может быть легко выделен. В физиологическом отношении фосфатиды, и в частности лецитин, играют важную роль в процессе переноса жира из одной ткани в другую. Лецитин обладает щелочными свойствами благодаря холину, связанному с фосфатидной кислотой: Н2С–О–жирная кислота (1) Н–С–О–жирная кислота (2) Н2С–О–Р–О–СН2 –СН2–N О ОН Н3С СН3 СН3 Лецитин – это бесцветное вещество, быстро окисляющееся на воздухе, хорошо растворимое в спирте и других органических растворителях, кроме ацетона. Абсолютно нерастворим в воде, но образует с ней стойкую эмульсию. В промышленности лецитин получают из соевых бобов. Он находит широкое применение как эмульгатор в пищевой промышленности, в производстве шоколадных конфет, маргарина, а также в общественном питании при изготовлении различных кремов. Лецитин используют также в парфюмерной и фармацевтической промышленности, в производстве авиационного бензина. Кефалины – родственные лецитинам вещества – обладают наиболее кислыми свойствами, т.к. этаноламин, входящий в их состав, – менее сильное основание, чем холин. Имеют важное значение в процессах свертывания крови. Вместе с лецитином образуют стойкую эмульсию с водой, выполняя функцию смачивающегося вещества – посредника в растворении гидрофобных веществ. Н2С–О–жирная кислота (1) НС–О–жирная кислота (2) Н2С–О–Р–О–СН2 –СН2 О ОН NН3
Фосфатидилинозиты не содержат в своем составе азотистых веществ. В их составе найден инозитол – циклический многоатомный спирт, связанный эфирной связью с фосфатидной кислотой. О С СН2–О R1 О С ОН ОН СН–О R2 О–Ф–СН2 и  нозит R1, R2 – жирные кислотыфосфатидилинозит Известны фосфатидилинозиты с одним и двумя остатками фосфорной кислоты. В небольших количествах они найдены в тканях головного мозга. Предполагают, что это соединение имеет большое физиологическое значение, так как в процессе обновления фосфатных групп наибольшая скорость отмечена у фосфатидилинозитов. Сфингомиелины, в отличие от предыдущей группы фосфатидов, не содержат в своем составе глицерина. Для них характерно наличие двухатомного ненасыщенного аминоспирта сфингозина, жирной кислоты, связанной с аминогруппой по типу кислотных амидов, фосфорной кислоты и холина. Отношение азота к фосфору 2:1. Сфингомиелины в большом количестве содержатся в нервной ткани и цитоплазме клеток. Они отличаются друг от друга составом жирных кислот. О СН3–(СН2)12–СН==СН–СН–СН–СН2–О–Р– (сфингозин) ОН NН ОН О=С–R (жирная кислота) СН3 –О–СН2–СН2–NСН3 (холин) СН3 сфингомиелин |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
отлично
1
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям