Биология для тех, кто ищет ответы в природе - Андрей Левонович Шляхов

состоит из двух остатков глюкозы. А в молоке и молочных продуктах содержится дисахарид лактоза или молочный сахар, молекула которого образована остатками глюкозы и галактозы. Галактоза – это еще один изомер глюкозы, которая отличается от глюкозы пространственным расположением водородной и гидроксильной групп у 4-го углеродного атома. Подобно фруктозе, галактоза может существовать не только в циклических, но и в цепной форме.

Галактоза

Все олигосахариды растворяются в воде, и чем меньше «кирпичиков» содержит молекула олигосахарида, тем выше его растворимость. А вот полисахариды плохо растворяются в воде или вообще не обладают такой способностью.

Известный всем крахмал (С6Н10О5)n представляет собой полисахарид, мономером которого является α-глюкоза. Крахмал – основной углевод нашей пищи и основной резервный углевод растений, который накапливается в семенах, клубнях, корневищах, луковицах. Растения образуют крахмал в результате фотосинтеза – так процесс образования органических веществ из неорганических с помощью солнечной энергии. Фотосинтез свойственен не только растениям и некоторым бактериям, клетки которых содержат пигмент хлорофилл, обладающий способностью поглощения солнечная энергии.

Содержание крахмала в зернах риса достигает до 86 %, пшеницы – до 75 %, кукурузы – до 72 %, в клубнях картофеля – до 25 %. В том, что молекула крахмала состоит из глюкозы, можно убедиться путем простого опыта. Если в течение нескольких минут методично и целеустремленно жевать какой-либо крахмалосодержащий продукт, например – кусочек хлеба или картофеля, то во рту появится сладкий вкус. Содержащийся в слюне пищеварительный фермент амилаза расщепляет несладкую молекулу крахмала на составные части – сладкие молекулы глюкозы. Полимерные цепочки крахмала ветвятся, но не сильно.

Полисахарид, мономером которого является β-глюкоза, называется целлюлозой (С6Н10О5)n. В отличие от крахмала полимерные цепочки целлюлозы не ветвятся. Целлюлоза – это основной структурный полисахарид клеточных стенок растений, защита и опора растительных клеток. Содержание целлюлозы в древесине доходит до 50 %, а в волокнах семян хлопчатника – аж до 98 %. Хлопок – это «чистая» целлюлоза.

Если крахмалом мы можем питаться, то целлюлозой – нет. Вроде бы и разница между двумя этими полимерами небольшая (и там глюкоза, и здесь глюкоза), но в организме человека отсутствует фермент целлюлаза, разрывающий связи между молекулами β-глюкозы.

Основным резервным углеводом, образующимся в организмах грибов и животных (в том числе и человека), является третий «глюкозный» полисахарид, который называется гликогеном (С6Н10О5)n. Мономером гликогена является α-глюкоза, но полимерные цепочки гликогена ветвятся гораздо сильнее, чем цепочки крахмала. Гликоген накапливается в печени, где его содержание доходит до 20 %, а также в мышцах (до 4 %). Клетки печени – главные производители гликогена в организме животных. Но и другие клетки могут вырабатывать и накапливать гликоген. Печень далеко, долго ждать, когда оттуда поступит глюкоза, нужно иметь небольшой запас под рукой.

При расщеплении 1 грамма углеводов выделяется 17,6 кДж энергии, что соответствует 4,2 килокалориям. Столько же энергии выделяется при расщеплении 1 грамма белка. Но вот «парадокс» – углеводные овощи, в том числе и суперкалорийный картофель, считаются менее калорийными продуктами, чем белковое мясо, даже нежирное. Для сравнения – в 100 граммах сырого картофеля в среднем содержится 77 килокалорий, а калорийность сырой телятины составляет 105 килокалорий. Про калорийность огурцов вообще говорить нечего – 15 килокалорий на 100 грамм продукта.

В чем причина такой разницы в калорийности?

В различном содержании воды в растительных и животных продуктах!

Никакого парадокса на самом деле нет (потому и слово это взято в кавычки). Просто в сырых растительных продуктах содержится больше воды, чем в мясе, а у воды калорийность нулевая. Живые организмы не могут получать энергию, разлагая молекулу воды на кислород и водород. В пересчете же на сухой остаток калорийность телятины, картофеля и огурцов будет одинаковой.

С углеводами мы разобрались. На очереди – белки.

Белки или протеины – это сложные высокомолекулярные вещества, состоящие из мономерных остатков аминокислот. Белки обладают большой молекулярной массой: у яичного альбумина (это то, что в быту называют «яичным белком») она равна 36 000,4 у гемоглобина – 152 000, у мышечного белка миозина – 500 000. Для сравнения – молекулярная масса уксусной кислоты составляет всего 60.

По содержанию в клетке белки стоят на втором месте после воды. Примерно 50 % от сухого остатка клеточных веществ приходится на долю белков.

Общая структура молекулы аминокислоты

Давайте вспомним из курса химии, что аминокислотами называются органические вещества, которые содержат карбоксильную группу (—СООН), аминогруппу (—NH2) и радикал или R-группу (это остальная часть молекулы). Особенности физических и химических свойств аминокислот обусловлены присутствием в их молекулах двух противоположных по свойствам функциональных групп: кислотной карбоксильной группы и основной аминогруппы.

В зависимости от того, могут ли аминокислоты вырабатываться в организме человека или животных, их разделяют на заменимые аминокислоты, которые могут вырабатываться, и незаменимые аминокислоты, которые вырабатываться не могут. Условием нормальной жизнедеятельности организма является поступление незаменимых аминокислот вместе с пищей. А вот растения вырабатывают все виды аминокислот.

Не надо путать незаменимые аминокислоты с витаминами – веществами, которые ускоряют или делают возможными определенные обменные реакции. Витамины – это катализаторы, а аминокислоты – строительный материал и источник энергии.

Аминокислот известно с полтысячи, но в образовании большинства белков задействовано только 20.

Белки, состоящие только из аминокислот, называются простыми белками. Если белок помимо аминокислот содержит еще и какой-то не аминокислотный компонент – металл, углевод, липид, нуклеиновую кислоту, – то такой белок называют сложным. Примерами сложных белков являются металлопротеины, гликопротеины, липопротеины, нуклеопротеины. Обратите внимание на то, что название неаминокислотного компонента всегда ставится первым. «Протеинолипид» – неграмотное название.

Химики называют белки «пептидами» или «полипептидами».

Пептиды – это вещества, молекулы которых построены из двух и более остатков аминокислот, соединенных в цепь пептидными связями – C(O)NH—.

Пептид, молекула которого содержит до 20 остатков аминокислот, называется олигопептидом, а от 21 остатка начинаются полипептиды. Для того чтобы полипептид считался белком, в составе его молекулы должно присутствовать более 50 аминокислотных остатков.

Клетке энергетически невыгодно (можно сказать – неудобно) держать белки в развернутой форме, в виде длинной-предлинной полипептидной цепочки. Поэтому полипептидные цепи подвергаются пространственной организации – укладке с приобретением определенной трехмерной структуры.

Различают четыре уровня пространственной организации белков.

Первичная структура белка – полипептидная цепь.

Первичная структура белка

Первичная структура белковой молекулы – самая «главная». Именно первичная структура – расположение атомов в молекуле белка – определяет свойства молекулы и ее пространственную конфигурацию.

Вторичная структура белка представляет собой упорядоченное