Розділ «Тема 6. МАКРОМОЛЕКУЛИ. ЛІПІДИ. ВУГЛЕВОДИ. ПЕПТИДИ»

Макромолекули та їх особливості

Макромолекули – це високомолекулярні органічні сполуки, молекули яких, зазвичай, складаються з великої кількості ланок-мономерів. Вони мають відносно велику молекулярну масу – від 10 000 до 1 млн а.о.м. і на їх частку припадає близько 25% від загальної маси клітини. Вони можуть постійно або тимчасово поєднуватися з іншими макромолекулами або малими молекулами й утворювати молекулярні ансамблі та складні біополімери, тому розташовуються в цитоплазмі у фіксованому стані і дифундують відносно повільно. Поєднання макромолекул та їх взаємодія відбуваються на основі принципу структурної комплементарності, який є основою багатьох важливих комплексів (наприклад, антиген/антитіло, фермент/субстрат, спіраль ДНК та ін). Утворюються макромолекули завдяки реакціям полімеризації та матричного синтезу з малих молекул, які поєднуються ковалентними зв'язками: амінокислоти білків – пептидними зв'язками, моносахариди полісахаридів – глікозидними, нуклеотиди нуклеїнових кислот – фосфодиефірними, спирти поєднуються з вищими жирними кислотами в складі ліпідів складноефірними зв'язки. Розпад макромолекул здійснюється за рахунок руйнування зв'язків між мономерами в разі приєднання молекул води під час реакцій гідролізу. Специфічна взаємодія і просторове розташування цих великих молекул залежить від слабких нековалентних взаємодій, якими є водневі, йонні, вандерваальсові та гідрофобні зв'язки. Макромолекули можуть певним чином "укладатися" в просторі й набувати певної конформації, яка залежить від взаємодії малих молекул і властивостей середовища, де знаходяться ці молекули. Спільним структурним елементом просторової структури макромолекул є право- або лівозакручена спіраль.

Основними типами макромолекул є ліпіди, оліго- і полісахариди, пептиди і білки, нуклеїнові кислоти. Біологічне значення цих макромолекул у складі живих систем визначається такими функціями як:

1) інформаційна – містять інформацію про ознаки організму (напр., ДНК);

2) будівельна – є структурною основою клітин (наприклад, білки);

3) енергетична – при їх розпаді вивільняється енергія (наприклад, жири);

4) регуляторна – мають високу активність з регуляторною дією (наприклад, білки-ферменти);

5) запасаюча – відкладаються про запас (наприклад, такі полісахариди як крохмаль і глікоген);

6) захисна – запобігають ушкодженням клітин та організму (наприклад, полісахарид целюлоза).

ОСНОВНІ ТЕРМІНИ. Реакції утворення полімерів із мономерів, які можуть супроводжуватися виділенням молекул води і витратами енергії, – реакції полімеризації.

Реакції розпаду полімерів до мономерів, які супроводжуються зв'язуванням води і виділенням енергії, – реакції гідролізу.

Реакції синтезу нових молекул точній відповідності до плану, закладеного в структурі молекул, що вже існують, – реакції матричного синтезу.

Певне розташування макромолекули в просторі внаслідок взаємодій між її окремими ділянками – конформація.

Регулярна просторова структура багатьох макромолекул, яка нагадує гвинтову драбину та існує завдяки водневим зв'язкам, – спіраль.

Просторова відповідність структур двох молекул, яка забезпечує стабілізацію їх за допомогою нековалентних взаємодій, – структурна комплементарність.

Ліпіди, їх особливості, різноманітність та біологічне значення

Ліпіди – органічні сполуки, які є нерозчинними у воді через свою неполярність. їх вміст у клітині – 5-15% від сухої маси, у деяких клітинах може досягати майже 90% (клітини жирової тканини).

Особливості. Ліпіди – це неполімерні, неполярні, гідрофобні сполуки, які легко утворюють емульсії, завдяки чому й відбувається їх надходження в організм гетеротрофів. Розчиняються ліпіди в органічних розчинниках: ефірі, ацетоні, хлороформі та ін. Молекули ліпідів мають різну хімічну будову, але спільним у них є наявність у складі вищих жирних кислот (насичених та ненасичених) та одно-, дво-, і триатомних спиртів. Ліпіди здатні утворювати складні комплекси з білками, вуглеводами, фосфорною кислотою та ін. Справжні ліпіди – це складні ефіри жирних кислот і спирту, які утворюються в результаті реакцій етерифікації (кислота + спирт – складний ефір + вода). При поєднанні вищих жирних кислот і спиртів виникають складноефірні зв'язки. Властивості залежать від хімічного складу, тобто наявності певних жирних кислот та спиртів.

Різноманітність. Класифікувати ліпіди дуже важко через їх величезну хімічну різноманітність.