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

Вуглеводи (цукри) – органічні сполуки, до складу яких входять Карбон, Гідроген та Оксиген. Вміст у тваринних клітинах – близько 1-5%, у рослинних – 70-90%, що пов'язано з фотосинтезом. Вуглеводи є найпоширенішими (за масою) органічними сполуками клітин. Розчинність вуглеводів зменшується зі зростанням молекулярної маси. Вуглеводи поділяють на три класи: моносахариди, олігосахариди та полісахариди.

Олігосахариди – полімерні вуглеводи, у яких залишки моносахаридів з'єднані глікозидним зв'язком. Серед них виділяють ди-, три- і тетрасахариди. Найбільше значення в живій природі мають дисахариди, які утворюються завдяки сполученню двох молекул моносахаридів. Наприклад, буряковий цукор – сахароза, молочний цукор – лактоза, солодовий цукор – мальтоза, грибний цукор – трегалоза. Дисахариди, як і моносахариди, мають приємний солодкий смак, добре розчиняються у воді та кристалізуються.

Полісахариди – полімерні вуглеводи, які побудовані з багатьох залишків моносахаридів Молекулярна маса деяких із них може досягати кількох мільйонів Да. Можуть утворювати лінійні (наприклад, целюлоза) та розгалужені (наприклад, глікоген) ланцюги. Полісахариди не кристалізуються, несолодкі на смак, серед них є нерозчинні у воді (наприклад, целюлоза), деякі здатні утворювати гелі (наприклад, агар, пектини), а деякі є гідрофільними речовинами (наприклад, глікоген). Утворюються полісахариди шляхом полімеризації з моносахаридів, які поєднуються глікозидними зв'язками. Розщеплюються з утворенням моносахаридів завдяки реакціям гідролізу, які здійснюються під дією ферментів-амілаз. Можуть утворювати полімерні комплекси: з білками – глюкопротеїди, з ліпідами – гліколіпіди. Це сигнальні молекули та рецептори, завдяки яким клітини можуть впізнавати одна одну.

Целюлоза

Залежно від виду моносахаридних ланок виділяють полімери пентоз (наприклад, інулін) та полімери гексоз (наприклад, крохмаль, целюлоза). Залежно від складу мономерних ланок розрізняють гомополісахариди (складаються з моносахаридних ланок одного виду, наприклад, крохмаль, глікоген, целюлоза) та гетерополісахариди (побудовані з різних моносахаридів та їх похідних, наприклад, геміцелюлози, мукополісахариди, камеді). Залежно від функцій полісахариди поділяють на структурні, резервні, захисні та специфічні. Структурними полісахаридами є вуглеводи в складі покривів комах, клітинної стінки грибів (хітин) клітинних стінок у рослин (целюлоза), клітинних стінок у бактерій (муреїн), глікокаліксу у тваринних клітин (гліколіпіди і глікопротеїди). Резервні полісахариди відкладаються про запас і поступово споживаються в процесі обміну: у бактерій, дріжджів (декстрини), у тварин і грибів (глікоген), у рослин (крохмаль, ламінарин, інулін), у лишайників і мохів (ліхенін). Захисні полісахариди використовуються для загоювання і захисту ран у рослин (камеді і слиз), для склеювання частинок їжі в грудочки в складі слини (муцин), як інгібітори зсідання крові (гепарин). Специфічні полісахариди слугужать для забезпечення тканинної сумісності та імунологічних показників груп крові (глікопротеїди). Отже, оліго- та полісахариди виконують у біосистемах такі важливі функції, як:

1) запасаюча, або резервна (накопичуються як запасні речовини, наприклад, крохмаль, глікоген);

2) структурна, або будівельна (входять до складу опорних елементів, наприклад, целюлоза в клітинних стінках рослин, хітин – у клітинних стінках грибів);

3) захисна (захищають від несприятливих впливів, наприклад, камеді, гепарин).

Пептиди та їх значення для організмів

Пептиди – органічні сполуки, які утворюються внаслідок поєднання амінокислот, кількість яких не перевищує 50. Побудовані, як і білки, із залишків амінокислот, поєднаних пептидним зв'язком, але кількість амінокислот у їхніх ланцюгах є меншою. На відміну від білків, у пептидів практично відсутня третинна структура, тому вони не підлягають денатурації. Молекули пептидів (особливо олігопептиди) міцні й дуже стійкі. Вони витримують, не втрачаючи своєї біологічної активності, тривале кип'ятіння, крайні значення pH середовища, високий тиск, розчинення в органічних розчинниках, що є згубними для більшості просторовоорганізованих білків. Багато пептидів містять незвичні амінокислоти, які рідко зустрічаються в живій природі і не входять до складу білків. Особливо багато таких амінокислот є в складі олігопептидних антибіотиків, які синтезуються бактеріями й нижчими грибами. В організмі утворюються як продукти реакцій конденсації амінокислот або завдяки реакціям гідролізу білків. Молекули пептидів можуть бути лінійні (наприклад, аневрин) та циклічні (наприклад, аманітин). Лінійні пептиди на одному з кінців містять вільну аміногрупу (N-кінцева група), а на другому – вільну карбоксильну групу (С-кінцева група). Наприклад, дипептид гліцил-аланін можна записати таким чином: NH2 – Глі – Ала – СООН.

Залежно від коефіцієнта поліконденсації розрізняють: 1) олігопептиди (ди-, три- і тетра-) – містять до 20 амінокислотних залишків (наприклад, карнозин, глутатіон);

2) поліпептиди – містять від від 20 до 50 амінокислотних залишків (наприклад, кініни).

Залежно від біологічних функцій виділяють:

• пептиди-гормони (наприклад, інсулін, глюкагон, вазопресин, окситоцин);

• пептиди-анальгетики (наприклад, ендорфіни, енкефаліни);

• пептиди-антибіотики (наприклад, пеніциліни, цефалоспорини, актиноміцини);

• пептиди-токсини (наприклад, ботулін, аманітин, мускарин, фалоїдин).

Штучний синтез пептидів з амінокислот дозволив отримати за останні десятиріччя

багато відомостей про структуру білків. На сьогодні існує можливість хімічного синтезу пептидів, які мають біологічну активність (наприклад, окситоцин, вазопресин). Ученими виділені пептиди, які мають цінні смакові якості (наприклад, тауматин і монелін, які в 22 000 разів солодші за цукор). Синтез пептидів набув величезного значення в генній інженерії та біотехнології.