А.Д. Микитюк, с.ш. No 589, г. Москва
Вземной коре встречается около 100 химических элементов, но для жизни необходимытолько 16 из них (табл. 1). Наиболее распространены в живых организмах четыреэлемента: водород, углерод, кислород и азот. На их долю приходится более 99%как массы, так и числа атомов, входящих в состав всех живых организмов.
Какиевещества растений образованы этими элементами? Больше всего в растенияхсодержится воды H2O – от 60 до 95% общей массы организма. Кроме того, врастениях имеются «строительные блоки» – простые органические соединения, изкоторых строятся биомакромолекулы (табл. 2).
Такимобразом, из сравнительно небольшого числа видов молекул получаются всемакромолекулы и структуры живых клеток.
Макромолекулыпредставляют собой полимеры, построенные из многих повторяющихся единиц. Звенья,из которых состоят макромолекулы, называют мономерами. Существует три типамакромолекул: полисахариды, белки и нуклеиновые кислоты (рис. 1). Мономерамидля них служат соответственно моносахариды, аминокислоты и нуклеотиды (табл.3).
/>
/>
/>
Рис.1. Полимерные макромолекулы:
а— полисахарид (разветвленный); б — фрагмент двойной спирали ДНК(полинуклеотид);
в— полипептид (фрагмент молекулы миоглобина)
Углеводы
Углеводыявляются основным питательным и опорным материалом растительных клеток итканей. В молекулах большинства углеводов водород и кислород присутствуют в томже соотношении, что и в молекуле воды (например, глюкоза С6Н12О6 или С6(Н2О)6).Все углеводы – полифункциональные соединения. К ним относятся моносахариды –полигидроксиальдегиды (альдозы), полигидроксикетоны (кетозы) и полисахариды(крахмал, целлюлоза и др.) (см. табл.4).
Углеводы– один из важнейших классов природных веществ, содержащихся в растениях. На ихдолю приходится до 90% сухого вещества растений.
Углеводыявляются главными продуктами фотосинтеза в зеленых растениях:
/>
Умногих растений углеводы в большом количестве накапливаются в виде сахара икрахмала в корнях, клубнях и семенах и используются затем в качестве запасныхпитательных веществ.
Растения,из которых получают сахар в промышленности:
а— сахарная свекла; б — сахарный тростник
Полисахаридыудобны в качестве запасных питательных веществ по ряду причин. Во-первых, большиеразмеры молекул делают их практически нерастворимыми в воде. Поэтомуполисахариды не оказывают на клетку ни осмотического, ни химического влияния.Во-вторых, цепи полисахаридов могут компактно свертываться и при необходимостилегко превращаться в сахара путем гидролиза:
/>
Стенкиклеток растений и растительные волокна состоят главным образом из целлюлозы. Вплодах и ягодах также преобладают углеводы. Углеводы – это крахмал, клетчатка(целлюлоза), сахара, пектиновые вещества и многие другие соединениярастительного происхождения (рис. 3). В процессе распада углеводов организмыполучают основную часть энергии, которая необходима для поддержания жизни ибиосинтеза других сложных соединений.
Растительныепродукты – поставщики крахмала и целлюлозы:
а— картофель; б — кукуруза; в — зерно; г — хлопчатник; д — древесина
/>
Вопросы
1.В чем различие между молекулярной и структурной формулами соединений?
2.Напишите структурные формулы линейного и циклического изомеров глюкозы С6Н12О6.
3.Каковы молекулярные формулы моносахаридов, различающихся числом атомов углеродав молекуле: триозы (3С), тетрозы (4С), пентозы (5С), гексозы (6С) и гептозы(7С)?
4.Какова валентность элементов С, Н и О в их соединениях?
5.Сколько гидроксильных групп имеется в линейной и циклической формах углеводов:а) рибозы; б) глюкозы?
6.Укажите, какие из следующих сахаров представляют собой пентозы, а какие –гексозы.
/>
7.Из каких остатков глюкозы (a- или b-формы) построены молекулы: а) крахмала, б)целлюлозы?
Фрагментмолекулы амилопектина (крахмала)
/>
Фрагментмолекулы целлюлозы
/>
8.Какие химические связи в молекулах ди- и полисахаридов называют гликозиднымисвязями?
Липиды
Липиды– это нерастворимые в воде органические вещества, которые можно извлечь изклеток органическими растворителями – эфиром, хлороформом и бензолом.Классические липиды – это сложные эфиры жирных кислот и трехатомного спиртаглицерина. Их называют триацилглицерины или триглицериды.
Связь/>междукарбонильным углеродом и кислородом при алкильной группе жирной кислотыназывают сложноэфирной связью:
/>
/>
Триолеат
Триацилглицериныпринято делить на жиры и масла в зависимости от того, остаются ли они твердымипри 20 °C (жиры) или имеют при этой температуре жидкую консистенцию (масла).Температура плавления липида тем ниже, чем больше в нем доля ненасыщенных жирныхкислот.
Большаячасть жирных кислот RCOOH содержит четное число атомов углерода, от 14 до 22(чаще всего R=C15 и С17). В составе растительных жиров обычно встречаютсяненасыщенные (имеющие одну или несколько двойных связей С=С) кислоты –олеиновая, линолевая и линоленовая кислоты и насыщенные жирные кислоты, укоторых все связи С—С одинарные. В некоторых маслах в больших количествахсодержатся редкие жирные кислоты. Например, в касторовом масле, получаемом изсемян клещевины, накапливается много рицинолевой кислоты (см. табл.).
/>
Липиды,содержащиеся в растениях, могут находиться в них в форме запасного жира илиявляться структурным компонентом протопласта клеток. Запасные и «структурные»жиры выполняют различные биохимические функции. Запасной жир откладывается вопределенных органах растений, чаще всего в семенах, и используется при иххранении и прорастании в качестве питательного вещества. Липиды протопластаявляются необходимой составной частью клеток и содержатся в них в постоянныхколичествах. Из липидов и соединений липидной природы (комбинаций с белками –липопротеинов, углеводами – гликолипидов) построены цитоплазматическая мембранана поверхности клеток и мембраны клеточных структур – митохондрий, пластид, ядра.Благодаря мембранам регулируется проницаемость клеток для различных веществ.Количество мембранных липидов в листьях, стеблях, плодах, корнях растенийобычно достигает 0, 1—0, 5% от веса сырой ткани. Содержание запасного жира всеменах разных растений различно и характеризуется следующими величинами: у ржи,ячменя, пшеницы – 2—3%, хлопчатника, сои – 20—30% (рис. 4).
Масличныекультуры: а — лен; б — подсолнечник; в — конопля; г — олива; д — соя
Интересно,что примерно у 90% всех видов растений в качестве основного запасного веществав семенах откладывается не крахмал (как у зерновых культур), а жиры (как уподсолнечника). Объясняется это тем, что в качестве источника энергии припрорастании семян используются главным образом запасные жиры. Отложение жиров взапас выгодно для растений, так как при их окислении выделяется примерно в двараза больше энергии, чем при окислении углеводов или белков.
Основнымиконстантами, характеризующими свойства жира, являются его температура плавления,кислотное число, число омыления и йодное число. Ниже приведены температурыплавления некоторых растительных масел:
хлопковоемасло —1… —6 °C;
оливковоемасло —2… —6 °C;
подсолнечноемасло —16… —18 °C;
льняноемасло —16… —27 °C.
Кислотноечисло жира – количество миллиграммов щелочи КОН, необходимой для нейтрализациисвободных жирных кислот, содержащихся в 1 г жира. По кислотному числу контролируют качество жиров.
Числоомыления – количество миллиграммов щелочи КОН, необходимой для нейтрализациисвободных и связанных в виде глицеридов кислот, содержащихся в 1 г жира. Число омыления характеризует среднюю величину молекулярной массы жира.
Йодноечисло – количество граммов галогена I2, которое способно присоединиться к 100 г жира. Йодное число характеризует степень ненасыщенности жирных кислот в составе жира. Йодныечисла большинства растительных жиров находятся в пределах 100—160.
Список литературы
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта bio.1september.ru