Основные жизненно необходимые соединения белки углеводы жиры витамины химия

Жизненно-необходимые химические соединения

Все вещества в зависимости от воздействия на организм живых систем делятся на:

–стимуляторы обменных процессов (инсулин)

–терапевтические агенты (лекарства)

– инертные вещ-ва, кот.не воздействуют на организм

К жизненно необходимым соединениям относятся :вода, жиры, белки, углеводы, витамины, минеральные соединения, которые необходимы организму для нормального протекания всех жизненно важных процессов.

Белкиявляются одними из четырех основных органических веществ живой материи ,но по своему значению и биологическим функциям они занимают в ней особое место. Около 30% всех белков человеческого тела находится в мышцах, около 20% — в костях и сухожилиях и около 10% — в коже. Но наиболее важными белками всех организмов являются ферменты, которые, хотя и присутствуют в их теле и в каждой клетке тела в малом количестве, тем не менее управляют рядом существенно важных для жизни химических реакций. Все процессы, происходящие в организме: переваривание пищи, окислительные реакции, активность желез внутренней секреции, мышечная деятельность и работа мозга регулируется ферментами.

Углеводыили сахариды — одна из основных групп органических соединений организма. Они представляют собой первичные продукты фотосинтеза и исходные продукты биосинтеза других веществ в растениях, а также содержатся в клетках всех других живых организмов. 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 ,а также используются в качестве строительного материала ( целлюлоза, хитин). 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

Жиры.В состав жиров входят углерод, водород и кислород. Жир имеет сложное строение; его составными частями является глицерин и жирные кислоты, при соединении которых и образуются молекулы жира. Наиболее распространенными являются три жирных кислоты: олеиновая , пальмитиновая и стеариновая. Жиры являются составной частью протоплазмы и входят в состав всех органов, тканей и клеток организма человека. Кроме того, жиры представляют собой богатый источник энергии.

Витамины — «незаменимые органические вещества, необходимые для поддержания жизненно важных функций организма, участвующие в регуляции биохимических и физиологических процессов». В отличие от других незаменимых пищевых веществ, витамины не являются пластическим материалом или источником энергии. Их основные функции сводятся к участию в работе биокатализаторов (в качестве коферментов), участию в регуляции (в качестве гормоноподобных соединений), подавлению образования свободных радикалов. Каждый витамин выполняет присущую только ему специфическую функцию и не может быть заменен другим веществом. Если в организме не хватает какого-либо витамина, всегда возникают сбои или более серьезные нарушения в обмене веществ, что приводит к заболеваниям, причина которых обусловлена витаминной недостаточностью.

Минеральные соединения. К ним относятся вода и различные соли, к-рые, находясь в растворенном состоянии, диссоциируют (распадаются) с образованием ионов: катионов (положительно заряженных) п анионов (отрицательно заряженных). Мин соед.играют большую роль в пластических процессах, в формировании и построении тканей организма, особенно костей скелета. Мин. Соед.. очень важны для поддержания кислотно-щелочного равновесия в организме, создания физиологич. концентрации водородных ионов в тканях и клетках

Источник

Биологически важные вещества: белки, жиры, углеводы

К белкам относят полипептиды, содержащие в своём составе больше 100 аминокислотных остатков. Их молекулярная масса лежит в пределах от 10 000 до нескольких миллионов.

В соответствии с числом аминокислотных остатков пептиды делят на олигопептиды и полипептиды. В состав олигопептидов (низкомолекулярных пептидов) входит не более 10 аминокислотных остатков. В состав цепи полипептидов входит от 10 до 100 аминокислотных остатков.

По химическому составу белки делят на протеины, т. е. белки, при гидролизе которых образуются только аминокислоты (простые белки), и протеиды, т. е. соединения, при гидролизе которых, кроме аминокислот, выделяются и другие компоненты. Эта неаминокислотная часть сложного белка называется простетической группой.

По форме молекул различают глобулярные (шаровидные) и фибриллярные (нитевидные) белки.

К глобулярным белкам относят альбумины и глобулины (широко распространённые в органах и тканях организма), а к фибриллярным — коллаген (основной белок соединительной ткани).

Последовательность аминокислотных звеньев в линейной полипептидной цепи называют первичной структурой белка.

Вторичной структурой белка называют форму полипептидной цепи в пространстве. Вторичная структура определяется тем, что из-за образования внутримолекулярных водородных связей макромолекулы принимают определённую конформацию. Часто вторичная структура представляет собой спираль.

Третичная структура определяется пространственным расположением макромолекулы как целого и зависит, например, от взаимодействия полярных и неполярных заместителей в разных местах цепи, от образования S–S-связей между противоположными цистеиновыми остатками.

Четвертичной структурой белка называют сложные образования из отдельных молекул белка.

Денатурацией белка называют процесс потери им его естественных свойств. Денатурация происходит под действием высоких температур или активных химических веществ, при этом происходит нарушение всех структур белковой молекулы, за исключением первичной.

Жирами называют смесь сложных эфиров глицерина и высших карбоновых кислот. При этом в состав жиров могут входить самые разнообразные высшие жирные кислоты, но только один спирт — глицерин. Поэтому эти эфиры называют глицеридами. Общая формула жиров:

где R, R 1 , R 2 — углеводородные остатки.

В состав твёрдых жиров входят предельные кислоты: C₁₅H₃₁COOH — пальмитиновая кислота; C₁₇H₃₅COOH — стеариновая кислота.

Жиры, триглицериды которых состоят одновременно из насыщенных и ненасыщенных кислот, широко встречаются в природе.

Жидкие жиры часто называют маслами. Глицериды насыщенных кислот — твёрдые соединения, а ненасыщенных — жидкие. Растительные масла, в состав которых входят непредельные кислоты, чаще всего — жидкие продукты.

Наиболее важными химическими свойствами жиров является их способность к гидролизу и гидрогенизации. Гидролиз жиров происходит в кислой или щелочной среде при повышенной температуре. При гидролизе щёлочью образуются глицерин и соли высших кислот — мыла, отсюда и происходит название этого процесса — омыление:

В присутствии мелкораздробленного никеля происходит присоединение водорода по двойным связям ненасыщенных кислот. При этом жидкие растительные масла переходят в твёрдые.

Углеводами называют класс соединений, отвечающих общей формуле C_n(H₂O)_m. Известны также некоторые вещества, проявляющие свойства углеводов, но формально не отвечающие общей формуле.

Углеводы широко распространены в природе и играют важную роль в жизни человека, животных и растений. Они являются одним из основных продуктов питания.

Название «углеводы» — историческое. Первые из изученных представителей этого класса соединений соответствовали формуле C_n(H₂O)_m и формально рассматривались как гидраты углерода. Хотя данная формула справедлива для многих представителей углеводов, их строение не соответствует «гидратам углерода».

Углеводы делят на две группы: моносахариды и полисахариды. Моносахариды при гидролизе не способны распадаться на более простые углеводы. Полисахаридами называют углеводы, способные подвергаться гидролизу с образованием моносахаридов.

Наиболее распространёнными среди моносахаридов являются глюкоза и фруктоза. Эти вещества являются изомерами и имеют формулу C₆H₁₂O₆.

Глюкоза широко распространена в природе, в свободном состоянии встречается во фруктах, меде и т. д. Используется в пищевой промышленности, медицине. В промышленности глюкозу получают из крахмала кипячением с разбавленной серной кислотой.

Фруктоза хорошо растворима в воде, встречается в свободном виде во многих фруктах и плодах. Является ценным питательным продуктом. Она в три раза слаще глюкозы.

Сахароза C₁₂H₂₂O₁₁ относится к дисахаридам.

При гидролизе сахарозы образуются глюкоза и фруктоза:

Смесь равных количеств глюкозы и фруктозы, образующаяся при гидролизе сахарозы, называют инвертным сахаром. Сахароза содержится в сахарном тростнике, сахарной свёкле и кукурузе. Она является важным пищевым продуктом.

Источник

Биологически важные вещества: жиры, белки, углеводы (моносахариды, дисахариды, полисахариды)

Содержание:

Жиры представляют собой органические соединения, образующиеся в результате взаимодействия глицерина с высшими карбоновыми кислотами. Соединения могут быть природного или синтетического происхождения.

Жиры еще называют глицеридами, так как в реакциях этерификации, продуктами которых они являются, принимают участие карбоновые кислоты и единственный спирт – глицерин.

Общая формула жиров выглядит так:

R₁, R₂, R₃ — углеводородные остатки карбоновых кислот.

В состав жиров могут входить насыщенные и ненасыщенные карбоновые кислоты. Жиры имеют твердую консистенцию, если в состав входят углеводородные части предельных кислот. В случае этерификации глицерина с ненасыщенными кислотами образуются жидкие соединения. Природные глицериды содержат оба вида кислот, поэтому животные жиры твердые (кроме рыбьего жира). Глицериды растительного происхождения соответственно имеют жидкую форму, поэтому их называют маслами (кроме пальмового масла, имеющего твердую консистенцию).

Химические свойства жиров

По аналогии можно предположить, что гидрирование двойных связей обеспечит переход в твердую форму. Данное свойство подтверждено опытным путем. Так получают твердый жир маргарин. Реакция гидрирования (гидрогенизация) проходит в присутствии никелевого катализатора:

Жиры – это сложные эфиры, поэтому для них характерны реакции гидролиза.

Гидролиз с водными растворами кислот и щелочей протекает по следующей схеме:

В результате реакций щелочного гидролиза образуются соли высших карбоновых кислот – мыла (реакции омыления):

Жиры, в составе которых содержаться углеводородные остатки непредельных кислот обесцвечивают раствор калия перманганата и бромной воды. Присутствие двойных связей в предельных кислотах лишает глицериды этого свойства.

Биологические функции жиров

Жиры играют важную роль в живых организмах. Основными функциями являются:

• строительная;
• энергетическая;
• защитная;
• секреторная;
• регулирующая.

Жиры регулируют обмен веществ, участвуют в теплорегуляции, обеспечивают механическую защиту органов, повышают сопротивляемость организма, секретируют гормоны.

Белки

Белки – высокомолекулярные соединения органической природы. Представляют собой цепочку из частей альфа-аминокислот, соединенных пептидными связями.

Двадцать видов аминокислот образуют структуру большинства белков. При этом отдельные виды белков отличаются между собой аминокислотными наборами по наименованию и последовательности соединения.

Структура белков определяет их растворимость. Так, четвертичные соединения в виде глобул образуют коллоидный водный раствор, а четвертичные белки из нитей (фибрилл) имеют твердую структуру и не растворяются в водной среде.

Химические свойства белков

Белковые соединения вступают в реакции гидролитического разложения по схеме:

В результате гидролиза образуется смесь альфа-аминокислот.

При определенных условиях происходит распад сложных белковых структур до первичной линейной формы. Это называется денатурацией.

Денатурация белка может быть обратимой и не обратимой. Ход процесса зависит от условий протекания.

Обратимая денатурация протекает в присутствии щелочей или ионов аммония по схеме:

Необратимая денатурация белка происходит в присутствии кислот, щелочей, солей тяжелых металлов при условии повышенной температуры либо воздействия иного излечения. В таких условиях восстановление структуры белка невозможно.

Реакция взаимодействия белкового раствора с 10% раствором натрия гидроксида и капли 1% раствора сульфата меди называется биуретовой реакцией. В результате образуется биуретовый комплекс фиолетового цвета:

Это качественная реакция для белковых соединений.

Ксантопротеиновой реакцией называют взаимодействие раствора белка с концентрированной азотной кислотой в условиях повышенной температуры. Образуется соединение, придающее раствору желтое окрашивание.

Схема реакции на примере тирозина (альфа-аминокислоты):

Биологические функции белков

Белковые соединения в организме выполняют такие функции, как:

• строительная;
• защитная;
• регуляторная;
• транспортная;
• энергетическая;
• двигательная.

Белки – строительный материал клеток. Белковые соединения защищают от инфекционных агентов, доставляют важнейшие вещества в органы, насыщают организм энергией.

Углеводы

Углеводами называют органические соединения, состоящие из углерода, водорода, кислорода. Содержат карбонильную группу и множество карбоксильных групп. Служат источником энергии для клеток.

Классификация углеводов

Класс углеводов

Особенности / Представители

Простая форма сахаров. Не подвергается гидролизу.

Сложные сахара. При гидролизе распадаются на две молекулы моносахаров.

• Сахароза (состоит из фрагментов альфа-глюкозы и бета-фруктозы)

Высокомолекулярные соединения сложной структуры, образованные из остатков моносахаров, соединенных гликозидными связями.

Химические свойства углеводов

Химические свойства углеводов обусловлены строением. Соединения вступают в реакции по карбоксильной группе, по спиртовому гидроксилу или кетонной группе в зависимости от природы сахаров в составе.

Реакции гидролитического разложения сложных сахаров идут по схеме:

Реакции гидрирования характерны для сахаров, содержащих карбонильную группу (например, глюкоза), которая в результате восстанавливается до спиртового гидроксила при повышенной температуре в присутствии никелевого катализатора:

Альдегидная группа в составе вступает в характерную реакцию с гидроксидом меди. Образуется оксид меди II кирпично-красного цвета:

По альдегидной группе проходит и реакция «серебряного зеркала» с серебра нитратом в аммиачной среде. Образуется осадок серебра, глюконат аммония, аммиак и вода:

Спиртовой гидроксил в составе определяет взаимодействие с гидроксидом двухвалентной меди. Осадок голубого цвета переходит в насыщенный синий раствор медного комплекса:

Процессы брожения

Процесс ферментативного разложения глюкозы на этиловый спирт и углекислый газ называют спиртовым брожением:

Продуктом молочнокислого брожения становится молочная кислота. Возможны процессы масляно-кислого, лимонно-кислого брожения:

Растворы моносахаров

В растворе моносахара соединяются между собой через альдегидные группы. Раствор глюкозы содержит две модификации: альфа-форму и бета-форму:

Полисахара сгорают до углекислого газа и воды:

Характерная реакция крахмала с раствором йода:

Образуется ярко синее окрашивание. При повышении температуры цвет исчезает, при охлаждении снова проявляется.

Биологические функции углеводов

Углеводы выполняют функции в организме такие, как:

• энергетическая;
• защитная (иммунная);
• структурная;
• запасающая;
• рецепторная.

Углеводы образуют стенки клеток, обеспечивают распознавание клеток, присоединение к ним биологически активных веществ, участвуют в фотосинтезе.

Источник