Углеводы Классификация моносахариды альдозы кетозы олигосахариды

Углеводы Классификация: • моносахариды (альдозы, кетозы); • олигосахариды (дисахариды, трисахариды и т. д. ); • полисахариды (гомополисахариды, гетерополисахариды).

Физико-химические свойства углеводов • Моносахариды хорошо растворимы в воде и нерастворимы в неполярных органических растворителях. • Полисахариды гидрофильные полимеры, образуют высоковязкие растворы, прочные гели (агар, пектиновые вещества) или высокоупорядоченные надмолекулярные структуры, нерастворимые в воде (целлюлоза, хитин). • Способность к таутомерным превращениям затрудняет кристаллизацию моносахаридов. Олигосахариды типа сахарозы, кристаллизуются легко. • Некоторые гликозиды (например, сапонины) могут проявлять свойства поверхностно активных соединений.

Биологическая роль углеводов • Энергетическая функция. • • Метаболическая. Запасные вещества. • Гликозиды транспортная форма продуктов обмена веществ. • Полисахариды или более сложные углеводсодержащие полимеры выполняют в живых организмах опорные функции. • Поддержание водного баланса и избирательной катионной проницаемости клеток сульфатированные галактаны (красные водоросли) или более сложные сульфатированные гетерополисахариды (бурые и зелёные водоросли); в растущих и сочных тканях высших растений пектиновые вещества. • Образование специфических клеточных поверхностей и мембран. • Межклеточное взаимодействие.

Структурная классификация липидов • Простые. Неполярные: Омыляемые: – жиры (триаглицерины); – воска (эфиры); Неомыляемые: – стероиды (холестерин). • Сложные. Полярные. Омыляемые: – фосфолипиды; – гликолипиды. Функциональная классификация липидов: резервные; структурные; транспортные.

Функции липидов • Структурная. Фосфолипиды и гликолипиды. • Энергетическая. При окислении жиров высвобождается большое количество энергии, которая идет на образование АТФ. Высокое содержание липидов в семенах растений обеспечивает развитие зародыша и проростка до их перехода к самостоятельному питанию. • Защитная (водоотталкивающая). • Регуляторная и сигнальная (фитогормоны, терпены). • Липиды являются также источником образования метаболической воды.

Структурная организация белков: • Первичная структура определяется последовательностью аминокислот в пептидной цепочке, стабилизируется ковалентными пептидными связями. • Вторичная структура пространственная структура белка. Это либо спираль, либо складчатость. Создаются водородные связи. • Третичная структура глобулярные и фибриллярные белки. Стабилизируют водородные связи, электростатические силы (СОО , NН 3+), гидрофобные силы, сульфидные мостики, определяются первичной структурой. • Четвертичная структура имеется только у некоторых белков. Такие белки построены из нескольких пептидов (протомеров). Несколько протомеров соединяются вместе в одну молекулу. Один протомер не функционирует как белок, а только в соединении с другими.

Сложные белки построены из двух компонентов простой белок и небелковое вещество. Классификация сложных белков зависит от строения небелковой части: • • Гликопротеины (содержат углеводы). Липопротеины (содержат липиды). Фосфопротеины (содержат фосфорную кислоту). Хромопротеины (содержат окрашенную простетическую группу). • Металлопротеины (содержат ионы различных металлов). • Нуклеопротеины (содержат нуклеиновые кислоты).

Функции белков • Каталитическая (ферментативная). Все ферменты белки. Ни одна реакция в организме не проходит самопроизвольно, каждая при участии своего фермента. • Транспортная. • Запасная (резервная). • Энергетическая. • Рецепторная. • Сократительная и двигательная. • Структурная. • Защитная. • Регуляторная. • Когенетическая. Совместно с нуклеиновыми кислотами участвуют в хранении и передаче наследственной информации.

ФЕРМЕНТЫ Ферменты (энзимы) - это высокоспецифичные белки, выполняющие функции биологических катализаторов. Катализатор - это вещество, которое ускоряет химическую реакцию, но само в ходе этой реакции не расходуется. Особенности ферментов как биологических катализаторов: • • • Высокая эффективность действия. Ферменты могут ускорять реакцию в 108 -1012 раз. Высокая избирательность ферментов к субстратам (субстратная специфичность) и к типу катализируемой реакции (специфичность действия). Высокая чувствительность ферментов к неспецифическим физикохимическим факторам среды - температуре, р. Н, ионной силе раствора и т. д. Высокая чувствительность к химическим реагентам. Высокая и избирательная чувствительность к физико-химическим воздействиям тех или иных химических веществ, которые благодаря этому могут взаимодействовать с ферментом, улучшая или затрудняя его работу.

Строение ферментов • • Апофермент – белковая часть фермента. Кофермент – небелковая часть фермента. Кофермент: простетическая группа (прочная связана) и кофактор (легко гидролизуется). • Активный центр это участок поверхности молекулы фермента, который непосредственно взаимодействует с молекулой субстрата. Образуется на уровне третичной структуры белка фермента из остатков аминокислот, находящихся в составе различных участков полипептидной цепи или различных полипептидных цепей, пространственно сближенных. • Аллостерическими центрами называют такие участки молекулы фермента вне его активного центра, которые способны связываться слабыми типами связей (обратимо) с тем или иным веществом.

Специфичность ферментов Различают два главных вида специфичности ферментов: • Субстратная специфичность, это способность фермента катализировать превращения только одного определенного субстрата или же группы сходных по строению субстратов. Определяется структурой активного центра фермента. Типы субстратной специфичности: • абсолютная субстратная специфичность это способность фермента катализировать превращение только одного, строго определенного субстрата; • относительная субстратная специфичность способность фермента катализировать превращения нескольких, сходных по строению, субстратов; • стереоспецифичность способность фермента катализировать превращения определенных стереоизомеров. • Специфичность действия это способность фермента катализировать только определенный тип химической реакции. В соответствии со специфичностью действия все ферменты делятся на 6 классов.

Классификация ферментов • I класс - оксидоредуктазы К данному классу относятся ферменты, катализирующие окислительно восстановительные реакции. При окислении может происходить либо отнятие водорода от окисляемого вещества, либо присоединение кислорода к окисляемому веществу. В зависимости от способа окисления различают следующие подклассы оксидоредуктаз: • дегидрогеназы. Катализируют реакции, при которых происходит отнятие водорода от окисляемого вещества; оксигеназы. Ферменты этого подкласса катализируют включение кислорода в окисляемое вещество. • • II класс - трансферазы Катализируют реакции переноса химических групп с молекулы одного вещества на молекулу другого вещества. • III класс - гидролазы Катализируют реакции разрушения химических связей с участием воды. • IV класс - лиазы Катализируют реакции разрушения химических связей без участия воды. • V класс - изомеразы Катализируют реакции изомерных превращений. • VI класс - лигазы (сингазы, синтетазы)

Регуляция активности ферментов • влияние факторов среды; • изостерическая регуляция (взаимодействие веществ с активным центром); • аллостерическая регуляция (взаимодействие веществ с аллостерическим центром); • модификация структуры фермента (фосфорелирование).

Вторичный метаболизм Основные классы вторичных метаболитов (биогенетический принцип): • Органические кислоты алифатического ряда. • Фенольные соединения. • Гликозиды. • Терпены и терпеноиды. • Алкалоиды.

Особенности вторичных метаболитов • Не имеют собственных путей синтеза, используются основные метаболические пути растений. Их биосинтез происходит на ответвлениях метаболических путей белков, углеводов, липидов. • Среди веществ вторичного происхождения есть очень важные физиологически активные соединения (гликозиды, терпены и терпеноиды и т. д. ). • Характерна таксономическая специфичность.

Алкалоиды — это гетероциклические соединения, содержащие в гетероцикле азот или кислород. Функции алкалоидов в растении • запасная и транспортная форма азота, т. к. часто алкалоиды синтезируются в корнях, а затем транспортируются в листья; • синтез алкалоидов в корнях может быть одним из механизмов обезвреживания аммиака; • алкалоиды могут служить резервом аминокислот; • регулируют р. Н клеточного сока, т. к. связывают органические кислоты с образованием солей; • хелатообразователи поддержании ионного баланса в растении; • устойчивость растений к патогенным грибам; • влияют на реакции и процессы метаболизма: ингибируют синтез белка, хлорофилла, ферменты гликолиза, глиоксилатного цикла; и процессы дифференцировки и органогенеза.

Терпены и Терпеноиды Функции терпенов и терпеноидов • Терпеноиды, обладающие фитогормональной активностью: гиббереллины, абсцизовая кислота и цитокинины. В молекулах последних содержится боковая цепы изопреноидной природы. К терпеноидам принадлежит ксантоксин — ингибитор роста растений. • Стероиды, каротиноиды являются терпеноидами, хлорофилл содержит фитол, пластохинон и убихинон имеют боковые цепи терпеноидной природы. • Производные полипренолов участвуют в биосинтезе целлюлозы. • Эфирные масла выполняют защитную функцию. Они защищают растения от болезней, вредителей, поедания животными, предохраняют их от колебания температур, регулируют транспирацию, способствуют привлечению насекомых опылителей. Многие компоненты эфирных масел выполняют роль аллелопатических агентов. • Считают, что, изменяя поверхностное натяже ние, масла ускоряют движение воды по растению. Кроме того, они влияют на отдельные ферментативные процессы. • Каучук, гутта и смолы выполняют защитную функцию, затягивая раны в коре и древесине растений, защищают их от вредителей. • Многие терпены и терпеноиды выполняют роль аллелопатических веществ.

ГЛИКОЗИДЫ Это соединения, которые образуются при замещении гликозидного гидроксила сахара какой нибудь молекулой или группой. Часть молекулы гликозида, соединенную с сахаром, называют агликоном, что означает «не сахар» . Агликонами могут быть самые различные соединения (спирты, кислоты, фенольные соединения, амины и др. ). Роль гликозидов в растении • метаболически активные соединения; • пигментация (антоцианы, халконы); • защитная роль (цианогенные гликозиды, сапонины, гликоалкалоиды). Среди гликозидов много токсичных веществ (сапонины, гликоалкалоиды). Многие гликозиды используются как лекарственные средства (сердечные гликозиды, С гликозиды), витамины (эскулетин). Некоторые определяют вкусовые качества пищевых продуктов, т. к. часто обладают горьким вкусом и специфическим запахом (горчица, хрен, горький миндаль, ванилин и др. ).

Функции фенолов в растении • Участвуют в окислительно восстановительных процессах. • Переносчики электронов и протонов в ЭТЦ фотосинтеза и дыхания (пластохинон, убихинон). • Влияют на ростовые процессы растений (активаторы и ингибиторы). • Установлено, что при стрессе растения накапливают большое количество фенолов повышение устойчивости к неблагоприятным условиям. • Защитная функция. Устойчивость к заболеваниям. При поражении патогенными грибами образуют фитоалексины, многие из которых имеют фенольную природу. • При механических повреждениях растительных тканей в клетках накапливаются фенолы и, конденсируясь, образуют защитный слой. • Многие фенолы являются антиоксидантами и защищают липиды мембран от окислительного разрушения. • В процессе размножения растений участвуют в оплодотворении. • Могут выступать в качестве аллелопатических веществ. • Некоторые фенолы действуют как активаторы или ингибиторы на отдельные процессы и ферменты (деление клеток, синтез белка, окислительное фосфорилирование и т. д. ).