Органічні речовини в живій природі. Рівні структурної організації органічних речовин

Мета уроку:розглянути органічні сполуки як складові компоненти живих організмів та складність їхньої взаємодії й організації, використовуючи знання, набуті учнями на уроках біології; підкреслити єдність живої й неживої природи і формувати в учнів єдину картину світу.

План

1. Основні органічні речовини, що містяться у складі живих організмів: білки, жири, вуглеводи, нуклеїнові кислоти (оглядово).

2. Функції цих органічних речовин у живих організмах (оглядово).

3. Структурна організація білків (первинна, вторинна, третинна й четвертинна структури).

4. Гідроліз і денатурація білків.

5. Структурна організація вуглеводів (моно-, оліго- і полісахариди).

6. Жири й жироподібні речовини, їхні хімічні особливості.

7. Нуклеїнові кислоти: склад і будова ДНК і РНК. АТФ (оглядово, акцент на хімічній будові).

8. Перехід від молекулярного рівня організації до рівня органел, клітини й організму в цілому.

n Домашнє завдання

Підручник__§5 А.А.Лашевська, Хімія 11 клас, рівень стандарту

«Склади формулу»

За поданими частинами складіть максимальну кількість формул органічних сполук.

а) CH₃—

б) OH—

в) CH₃—CH₂—

г) NH₂—

д) —COOH

е) CH₃—CH(CH₃) —CH—

«Знайди відповідність»

Необхідно встановити відповідність між назвою речовини, та її функцією або будовою.

Назва органічної речовини	Функції в організмі, будова
1Білки	АМолекула, що запасає енергію у своїх хімічних зв’язках
2Жири	БЕстери (складні ефіри) багатоатомних спиртів та вищих карбонових кислот
3Амінокислоти	ВНосій спадкоємної інформації
4ДНК	Г Будівельний матеріал для білків
5АТФ	Д Полімери, мономерами яких є амінокислоти

n Етап засвоєння нових знань

1. Основні органічні речовини, що містяться у складі живих організмів

Білки

За елементним складом білки відрізняються від жирів і вуглеводів тим, що, крім Карбону, Гідрогену й Оксигену, їх молекули містять Нітроген. Крім того, усі рослинні та більшість тваринних білків містять у своєму складі Сульфур (0,3–2,5 %). Деякі фізіологічно важливі білки містять Фосфор (0,5–0,6 %).

Білки — високомолекулярні сполуки. Визначена різними методами молекулярна маса може коливатися від кількох тисяч до 10 і більше мільйонів (наприклад, у вірусів сказу, віспи).

За формулою молекул розрізняють білки фібрилярні (нитчасті) і глобулярні (кулясті). До першої групи належать білки волосся, вовни, мускульної тканини, до другої — більшість білків рослинних і тваринних організмів.

Деякі білки розчиняються у воді, інші в слабких розчинах нейтральних солей або
в 70 %-му спирті, деякі — у розбавлених розчинах кислот або лугів. Є й такі білки, що в названих рідинах на розчиняються.

Жири

Жири — органічні речовини, що є сполукою естерів (складних ефірів) трьохатомного спирту (гліцеролу) і жирних кислот.

У рослинному й тваринному світі налічується близько 1300 видів жирів, але їхній елементний склад відносно мало коливається й дорівнює в середньому, (%):

Карбон: 76–79; Гідроген: 11–13 і Оксиген: 10–12.

Жири тваринного походження мають при кімнатній температурі, зазвичай, тверду консистенцію. Риб’ячий жир та більшість рослинних жирів — рідку. З рослинних жирів твердими є какаова олія та пальмоваолія.

Шляхом гідролізу (омилення) жири легко розщеплюються на гліцерол і жирні кислоти, причому різні кислоти виявляють неоднакову стійкість до дії високих температур і мікроорганізмів.

Вуглеводи

Вуглеводи — складова частина клітин усіх живих організмів. Вуглеводи є найпоширенішими органічними сполуками. Це підтверджується тим, що більше половини органічного вуглецю на Землі існує у формі вуглеводів.

Здебільшого вуглеводи є сполуками рослинного походження — це продукти фотосинтезу і тому вони є базовою ланкою у трансформації сонячної енергії у хімічну для забезпечення життя на Землі.

Поряд із білками і жирами, вуглеводи — важлива складова частина харчування людини і тварин, багато з них використовується як технічна продукція.

Із хімічної точки зору вуглеводи є полігідроксикарбонільними сполуками та їхніми похідними із загальною формулою C_n(H₂O)_m.

Вуглеводи поділяють на моносахариди, дисахариди, олігосахариди і полісахариди.

Низькомолекулярні вуглеводи відомі також як цукри.

У вищих рослинах вуглеводів міститься більше, ніж інших речовин. Деревина, наприклад, містить понад 50 % найскладніших вуглеводів, до яких належить целюлоза, причому її «супроводжують» менш складні прості вуглеводи, пектинові речовини й геміцелюлози.

Харчова енергетична цінність вуглеводів становить приблизно 4 ккал/г. Особлива група органічних сполук — це біологічно-активні речовини. Вони впливають на процеси обміну речовин і перетворення енергії в живих організмах.

Вуглеводи у великій кількості містяться в рослинних і тваринних організмах. У природі переважно поширені пентози і гексози.

Нуклеїнові кислоти

Нуклеїнові кислоти — складні високомолекулярні біополімери, мономерами яких є нуклеотиди. Природні нуклеїнові кислоти виконують у всіх живих організмах роль передачі й експресії генетичної інформації. Залежно від виду пентози, що входить до складу нуклеотиду, їх поділяють на дезоксирибонуклеїнову (ДНК) та рибонуклеїнову (РНК).

Нуклеїнові кислоти є біополімерами, мономерами яких є нуклеотиди. Нуклеотиди є естерами (складними ефірами) нуклеозиду й ортофосфатної кислоти і з’єднуються через залишок ортофосфатної кислоти. Нуклеозид складається з моносахариду — пентози (рибози або дезоксирибози залежно від типу нуклеїнової кислоти) і нітратної основи (пуринового або піримідинового).

Уперше нуклеїнові кислоти були виділені з ядра. Звідси й походить назва цих сполук (від латин. нуклеус — ядро). Це найбільш високомолекулярні речовини у клітині.

Порівняльна характеристика ДНК і РНК

• ДНК — дезоксирибонуклеїнова кислота. Моносахарид — дезоксирибоза, нітрогеновмісні основи: пуринові — гуанін (Г), аденін (A), піримідинові — тимін (T) і цитозин (Ц). ДНК складається з двох полінуклеотидних ланцюжків.

• РНК — рибонуклеїнова кислота. Моносахарид — рибоза, нітрогеновмісні основи: пуринові — гуанін (Г), аденін (A), піримідинові — урацил (У) і цитозин (Ц). РНК складається з одного полінуклеотидного ланцюга.

2. Функції органічних речовин у живих організмах

Функції білків

1. Будівельна — входять до складу всіх клітин.

2. Регуляторна — беруть участь у регуляції функцій організму.

3. Каталітична — прискорюють хімічні реакції.

4. Захисна — захищають клітини й організм від хвороботворних організмів і чужорідних тіл.

5. Транспортна — переносять гази та інші речовини.

Функції жирів

1. Енергетична (у разі повного окислення 1 г жирів до вуглекислого газу і води виділяється 38,9 кДж енергії).

2. Будівельна (структурна) — основна складова клітинних мембран.

3. Захисна — механічний захист від ударів, тепло- і гідроізоляція.

4. Запасаюча — підшкірний жир у ссавців, «жирове тіло» у комах.

5. Джерело ендогенної води.

Функції вуглеводів

1. Енергетична — при розщепленні 1 г вивільняється 17,2 кДж енергії.

2. Будівельна (структурна) — компонент клітинних мембран.

3. Опорна (пластична) — хітин є компонентом зовнішнього скелета членистоногих та клітинних стінок деяких грибів і водоростей, а також целюлоза є компонентом клітинних стінок у рослин.

4. Запасаюча — крохмаль у рослин, глікоген у тварин.

5. Захисна — в’язкі секрети (слизи), багаті на вуглеводи та їхні похідні — глікопротеїди, оберігають стінки органів (шлунок, кишечник, бронхи) від механічних і хімічних впливів.

6. Рецепторна — більшість клітинних рецепторів є глікопротеїнами. Зв’язуючись з інтегральними мембранними білками, вуглеводи у складі рецепторів беруть участь у розпізнаванні сигнальних молекул (гормонів, нейромедіаторів).

3. Структурна організація білків

Істотнапричинарізноманітностібілківупорівнянні, наприклад, зполісахаридамиполягаєвтім, щоускладімакромолекулбілкаможеміститисяблизько 20 різнихамінокислот, утойчасякзвичайніполісахариди (целюлоза, крохмаль) побудованізодногомономера — глюкози.

Уяву про різноманітність білків дає підрахування числа різних декапептидів (тобто ізомерних поліпептидів із 10 залишками амінокислот), які можна побудувати з 20 відомих білкових амінокислот. Це число розміщень 20 елементів у групи по 10 елементів. Обчислення за формулою:

,

де в нашому випадку m=20, n=10, дає число близько 600 млрд. Але ж цей розрахунок стосується порівняно простого поліпептиду з молекулярною масою 3000!

Розрізняють чотири рівні структурної організації білків.

Первинна структура — це послідовність амінокислотних залишків у поліпептидному ланцюзі.

Вторинна структура — це первинна структура, яка упакована в спіраль завдяки утворенню водневих зв’язків між групами —CO та —NH.

Третинна структура — це упакування спіралі у просторову глобулу завдяки додатковим водневим і дисульфідним зв’язкам та гідрофільно-гідрофобним взаємодіям.

Четвертинна структура — це спільне упакування декількох поліпептидних ланцюгів.

Ú Цікавийфакт

• Окреміпредставники білків (пептидів)

В організмі пептиди виконують роль регуляторів різних біохімічних процесів. Наприклад, пептидні антибіотики є лікарськими препаратами. Їх використовують для лікування захворювань, що викликані мікроорганізмами. Навпаки, пептидні токсини — найбільш отруйні речовини із всіх відомих. Наприклад, з колонії Clostridum botulinum був виділений пептид ботулін, смертельна доза якого становить 1^.10^-11м2 на 1 кг маси тварини. Пептиди дифтерійної палички, блідої поганки, зміїної отрути також належать до дуже токсичних речовин. Токсичність цих пептидів пояснюється тим, що вони блокують («вимикають») біохімічні реакції, без протікання яких організм існувати не може.

Ученими виділені пептиди, що мають цінні смакові якості. Наприклад, із деяких африканських рослин добуті пептиди тауматин і монелин, які в 22 000 разів солодші за цукор. «Пептиди сну», уведені в організм викликають глибокий і міцний сон.