Биосинтез и биохимические превращения аминокислот

УГЛЕВОДЫ СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА И ФУНКЦИИ

Углеводы или сахариды - одна из основных групп органических соединений организма. Они представляют собой  первичные продукты фотосинтеза  и исходные продукты биосинтеза других веществ в растениях ( органические кислоты, аминокислоты), а также содержатся в клетках всех других живых организмов. В животной клетке содержание углеводов колеблется в пределах 1-2%, в растительной оно может достигать в некоторых случаях 85-90% массы сухого вещества.  
Углеводы состоят из углерода, водорода и кислорода, причем у большинства углеводов водород и кислород содержатся в том же соотношении, что и в воде ( отсюда их название - углеводы). Таковы, например, глюкоза С6Н12О6 или сахароза С12Н22О11. В состав производных углеводов могут входить и другие элементы. Все углеводы делятся на простые (моносахариды) и сложные (полисахариды).  
Среди моносахаридов по числу углеродных атомов различают триозы (3С), тетрозы (4С), пентозы (5С), гексозы (6С) и гептозы (7С). Моносахариды с пятью и более атомами углерода, растворяясь в воде, могут приобретать кольцевую структуру. В природе наиболее часто встречаются пентозы ( рибоза, дезоксирибоза, рибулоза) и гексозы ( глюкоза, фруктоза, галактоза). Рибоза и дезоксирибоза играют важную роль в качестве составных частей нуклеиновых кислот и АТФ. Глюкоза в клетке служит универсальным источником энергии. С превращением моносахаридов связаны не только обеспечение клетки энергией, но и биосинтез многих других органических веществ, а также обезвреживание и выведение из организма ядовитых веществ, проникающих извне или образующихся в процессе обмена веществ, например, при распаде белков.  
Ди- и полисахариды образуются путем соединения двух и более моносахаридов, таких, как глюкоза галактоза маноза, арабиноза или ксилоза. Так, соединяясь между собой с выделением молекулы воды, две молекулы моносахаридов образуют молекулу дисахарида. Типичными представителями этой группы веществ являются сахароза ( тростниковый сахар), мальтаза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар). Дисахариды по своим свойствам близки к моносахаридам. Например, и те, и другие хорошо растворимы в воде и имеют сладкий вкус. К числу полисахаридов принадлежит крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин, каллоза и др.  
Основная роль углеводов связана с их энергетической функцией. При их ферментативном расщеплении и окислении выделяется энергия, которая используется клеткой. Полисахариды играют главным образом роль запасных продуктов и легко мобилизуемых источников энергии ( например, крахмал и гликоген), а также используются в качестве строительного материала ( целлюлоза, хитин). Полисахариды удобны в качестве запасных веществ по ряду причин: будучи нерастворимы в воде, они не оказывают на клетку ни осмотического, ни химического влияния, что весьма важно при длительном хранении их в живой клетке: твердое, обезвоженное состояние полисахаридов увеличивает полезную массу продуктов запаса за счет экономии их объема. При этом существенно уменьшается вероятность потребления этих продуктов болезнетворными бактериями и другими микроорганизмами, которые, как известно, не могут заглатывать пищу, а всасывают вещества всей поверхностью тела. И наконец, при необходимости запасные полисахариды легко могут быть превращены в простые сахара путем гидролиза.

ОБМЕН УГЛЕВОДОВ

Углеводы, как уже говорилось выше, играют очень важную роль в организме, являясь основным источником энергии. Углеводы поступают к нам в  организм в виде сложных полисахаридов - крахмала, дисахаридов и моносахаридов. Основное количество углеводов поступает  в виде крахмала. Расщепившись до глюкозы, углеводы всасываются и через  ряд промежуточных реакций распадаются  на углекислый газ и воду. Эти  превращения углеводов и окончательное  окисление сопровождаются освобождением  энергии, которая и используется организмом.  
Расщепление сложных углеводов - крахмала и солодового сахара, начинается уже в полости рта, где под влиянием птиалина и мальтазы крахмал расщепляется до глюкозы. В тонких кишках все углеводы расщепляются до моносахаридов.  
Угле воды всасываются преимущественно в виде глюкозы и только отчасти в виде других моносахаридов ( галактозы, фруктозы). Их всасывание начинается уже в верхних отделах кишечника. В нижних отделах тонких кишок в пищевой кашице углеводов почти не содержится. Углеводы через ворсинки слизистой оболочки, к которым подходят капилляры, всасываются в кровь, и с кровью, оттекающей от тонкого кишечника, попадают в воротную вену. Кровь воротной вены проходит через печень. Если концентрация сахара в крови человека равна 0,1%, то углеводы проходят печень и поступают в общий кровоток.  
Количество сахара в крови все время поддерживается на определенном уровне. В плазме содержание сахара составляет в среднем 0,1%. В сохранении постоянного уровня сахара в крови большую роль играет печень. При обильном поступлении сахара в организм его излишек откладывается в печени и вновь поступает в кровь, когда содержание сахара в крови падает. В печени углеводы содержатся в виде гликогена.  
При употреблении в пищу крахмала уровень сахара в крови заметным изменениям не подвергается, так как расщепление крахмала в пищеварительном тракте длятся продолжительное время и образовавшиеся при этом моносахариды всасываются медленно. При поступлении значительного количества (150-200г) обычного сахара или глюкозы уровень сахара в крови резко повышается.  
Такое повышение сахара в крови называется пищевой или алиментарной гипергликемией. Избыток сахара выводится почками, и в моче появляется глюкоза.  
Выведение сахара почками начинается в том случае, когда уровень сахара в крови составляет 0,15-0,18%. Такая алиментарная гипергликемия наступает обычно после употребления большого количества сахара и вскоре проходит, не вызывая каких-либо нарушений в деятельности организма.  
Однако при нарушении внутрисекреторной деятельности поджелудочной железы наступает заболевание, известное под названием сахарной болезни или сахарного диабета. При этом заболевании уровень сахара в крови повышается, печень теряет способность заметно удерживать сахар, и начинается усиленное выделение сахара с мочой.  
Гликоген откладывается не только в печени. Значительное его количество содержатся также в мышцах, где он потребляется в цепи химических реакций, протекающих в мышцах при сокращении.  
При физической работе потребление углеводов усиливается, и их количество в крови увеличивается. Повышенная потребность в глюкозе удовлетворяется как расщеплением гликогена печени на глюкозу и поступлением последней в кровь, так и гликогеном, содержащимся в мышцах.  
Значение глюкозы для организма не исчерпывается ее ролью как источника энергии. Этот моносахарид входит в состав протоплазмы клеток и, следовательно, необходим при образовании новых клеток, особенно в период роста. Большое значение имеет глюкоза в деятельности центральной нервной системы. Достаточно, чтобы концентрация сахара в крови понизилась до 0,04%, как начинаются судороги, теряется сознание и т.д.; иначе говоря, при понижении сахара в крови в первую очередь нарушается деятельность центральной нервной системы. Достаточно такому больному ввести в кровь глюкозу или дать поесть обычного сахара, как все нарушения исчезают. Более резкое и длительное понижение уровня сахара в крови - гипогликемия, может повлечь за собой резкие нарушения деятельности организма и привести к смерти.  
При небольшом поступлении углеводов с пищей они образуются из белков и жиров. Таким образом, полностью лишить организм углеводов не удается, так как они образуются и из других пищевых веществ.

ЖИРЫ СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА И ФУНКЦИИ

В состав жиров входят углерод, водород  и кислород. Жир имеет сложное  строение; его составными частями  является глицерин (С3Н8О3) и жирные кислоты, при соединении которых и образуются молекулы жира. Наиболее распространенными  являются три жирных кислоты: олеиновая (С18Н34О2), пальмитиновая (С16Н32О2) и стеариновая (С18Н36О2). От сочетания этих жирных кислот при их соединении с глицерином зависит  образование того или другого  жира. При соединении глицерина с  олеиновой кислотой образуется жидкий жир, например, растительное масло. Пальмитиновая  кислота образует более твердый  жир, входит в состав сливочного масла  и является главной составляющей частью человеческого жира. Стеариновая  кислота входит в состав еще более  твердых жиров, например, сала. Для  того, чтобы человеческий организм мог синтезировать специфический жир, необходимо поступление всех трех жирных кислот.  
В процессе пищеварения жир расщепляется на составные части - глицерин и жирные кислоты. Жирные кислоты нейтрализуются щелочами, в результате чего образуются их соли - мыла. Мыла растворяются в воде и легко всасываются.  
Жиры являются составной частью протоплазмы и входят в состав всех органов, тканей и клеток организма человека. Кроме того, жиры представляют собой богатый источник энергии.  
Расщепление жиров начинается в желудке. В желудочном соке содержится такое вещество как липаза. Липаза расщепляет жиры на жирные кислоты и глицерин. Глицерин растворяется в воде и легко всасывается, а жирные кислоты не растворяются в воде. Желчь способствует их растворению и всасыванию. Однако в желудке расщепляется только жир, раздробленный на мелкие частицы, например жир молока. Под влиянием желчи действие липазы усиливается в 15-20 раз. Желчь способствует тому, чтобы жир распался на мельчайшие частицы.  
Из желудка пища попадает в двенадцатиперстную кишку. Здесь на нее изливается сок кишечных желез, а также сок поджелудочной железы и желчь. Под влиянием этих соков жиры подвергаются дальнейшему расщеплению и доводятся до такого состояния, когда могут всосаться в кровь и лимфу. Затем, по пищеварительному тракту пищевая кашица попадает в тонкий кишечник. Там, под влиянием кишечного сока происходит окончательное расщепление и всасывание.  
Жир под влиянием фермента липазы расщепляется на глицерин и жирные кислоты. Глицерин растворяется и легко всасывается, а жирные кислоты нерастворимы в кишечном содержимом и не могут всосаться.  
Жирные кислоты входят в соединение со щелочами и желчными кислотами и образуют мыла, которые легко растворяются и поэтому без затруднений проходят через кишечную стенку. В отличие от продуктов расщепления углеводов и белков продукты расщепления жиров всасываются не в кровь, а в лимфу, причем глицерин и мыла, проходя через клетки слизистой оболочки кишечника, вновь соединяются и образуют жир; поэтому уже в лимфатическом сосуде ворсинки находятся капельки вновь образованного жира, а не глицерин и жирные кислоты.

ОБМЕН ЖИРОВ.

Жиры, как и углеводы, являются в  первую очередь энергетическим материалом и используются организмом как источник энергии.  
При окислении 1г жира количество освобождающейся энергии в два с лишним раза больше, чем при окислении такого же количества углеродов или белков.  
В органах пищеварения жиры расщепляются на глицерин и жирные кислоты. Глицерин всасывается легко, а жирные кислоты только после омыления.  
При прохождении через клетки слизистой оболочки кишечника из глицерина и жирных кислот вновь синтезируется жир, который поступает в лимфу. Образовавшийся при этом жир отличается от потребленного. Организм синтезирует жир, свойственный данному организму. Так, если человек потребляет разные жиры, содержащие олеиновую, пальмитиновую стеариновую жирные кислоты, то его организм синтезирует специфический для человека жир. Однако если в пище человека будет содержаться только какая-то одна жирная кислота, например олеиновая, если она будет преобладать, то образовавшийся при этом жир будет отличаться от человеческого и приближаться к более жидким жирам. При употреблении же в пищу преимущественно бараньего сала жир будет более твердый. Жир по своему характеру отличается не только у различных животных, но и в разных органах одного и того же животного.  
Жир используется организмом не только как богатый источник энергии, он входит в состав клеток. Жир является обязательной составной частью протоплазмы, ядра и оболочки. Остаток поступившего в организм жира после покрытия его потребности откладывается в запас в виде жировых капель.  
Жир откладывается преимущественно в подкожной клетчатке, сальнике, вокруг почек, образуя почечную капсулу, а также в других внутренних органах и в некоторых других участках тела. Значительное количество запасного жира содержится в печени и мышцах. Запасной жир является в первую очередь источником энергии, который мобилизуется, когда расход энергии превышает его поступление. В таких случаях жир окисляется до конечных продуктов распада.  
Кроме энергетического значения, запасной жир играет и другую роль в организме; например, подкожный жир препятствует усиленной отдаче тепла, околопочечный - предохраняет почку от ушибов и т. д. Жира в организме может откладываться в запас довольно значительное количество. У человека он составляет в среднем 10-20% веса. При ожирении, когда нарушаются обменные процессы в организме, количество отложенного жира доходит до 50% веса человека.  
Количество отложившегося жира зависит от ряда условий: от пола, возраста, условий работы, состояния здоровья и т.д. При сидячем характере работы отложение жира происходит более энергично, поэтому вопрос о составе и количестве пищи людей, ведущих сидячий образ жизни, имеет очень важное значение.  
Жир синтезируется организмом не только из поступившего жира, но и из белков и углеводов. При полном исключении жира из пищи он все же образуется и в довольно значительном количестве может откладываться в организме. Основным источником образования жира в организме служат преимущественно углеводы.

Жиры, или триглицериды — природные органические соединения, полные сложные эфиры глицерина и одноосновных жирных кислот; входят в класс липидов. В живых организмах выполняют структурную, энергетическую и др. функции.

Наряду с углеводами и белками, жиры — один из главных компонентов клеток животных, растений и микроорганизмов.

Жидкие жиры растительного происхождения  обычно называют маслами — так же, как и сливочное масло.

См. также: масла, воски и липиды.

Состав, структура  жиров

Состав жиров отвечает общей формуле: CH₂-O-C(O)-R¹ | CH-О-C(O)-R² | CH₂-O-C(O)-R³, где R¹, R² и R³ — радикалы (иногда — различных) жирных кислот.

Природные жиры содержат в  своём составе три кислотных  радикала, имеющих неразветвлённую  структуру и, как правило, чётное число атомов углерода (содержание «нечетных» кислотных радикалов  в жирах обычно менее 0,1 %).

Жиры гидрофобны, практически нерастворимы в воде, хорошо растворимы в органических растворителях и частично растворимы в этаноле (5-10%).^[1]

 
Природные жиры содержат следующие  жирные кислоты:

Насыщенные:

• стеариновая (C₁₇H₃₅COOH)
• пальмитиновая (C₁₅H₃₁COOH)

Ненасыщенные:

• пальмитолеиновая (C₁₅H₂₉COOH, 1 двойная связь)
• олеиновая (C₁₇H₃₃COOH, 1 двойная связь)
• линолевая (C₁₇H₃₁COOH, 2 двойные связи)
• линоленовая (C₁₇H₂₉COOH, 3 двойные связи)
• арахидоновая (C₁₉H₃₁COOH, 4 двойные связи, реже встречается)

Животные жиры

Чаще всего в животных жирах встречаются стеариновая  и пальмитиновая кислоты, ненасыщенные жирные кислоты представлены в основном олеиновой, линолевой и линоленовой кислотами. Физико-химические и химические свойства жиров в значительной мере определяются соотношением входящих в их состав насыщенных и ненасыщенных жирных кислот.

Растительные масла

В растениях жиры содержатся в сравнительно небольших количествах, за исключением семян масличных  растений, в которых содержание жиров  может быть более 50 %.

Гидролиз жиров

Расщепление жиров на глицерин и жирные кислоты проводится обработкой их щёлочью — (едким натрием), перегретым паром, иногда — минеральными кислотами. Этот процесс называется омылением (см. Мыло).

Свойства жиров

Энергетическая ценность жира приблизительно равна 9,1 ккал на грамм, что соответствует 38 кДж/г. Таким образом, энергия, выделяемая при расходовании 1 грамма жира, приблизительно соответствует, с учетом ускорения свободного падения, поднятию груза массой 3900 кг на высоту 1 метр.