Функции липидов в организме человека. Основные группы запасных питательных в-в, места их отложения. Их хоз использование Нерастворимые запасные питательные вещества растительной клетки

Вследствие фотосинтеза в клетках зеленых растений образуются органические вещества, часть которых откладывается про запас. В качестве запасных питательных веществ встречаются основные группы органических соединений - углеводы, липиды и белки. Они накапливаются в плодах и семенах, в корнях, стеблях, клубнях и корневищах. При ростовых процессов эти вещества включаются в обмен веществ как источник энергии и метаболитов.

Различные формы запасных питательных веществ относятся к категории включений - временных компонентов клеток, способных образовываться и ферментативно разлагаться в разные периоды их жизнедеятельности.

Углеводы. К основным запасных углеводов принадлежит крахмал. Это один из самых распространенных полисахаридов, который откладывается во всех растениях, кроме грибов и цианобактерий. По физиологическим назначению и местонахождению, крахмал различают три типа: ассимилирующий, транзиторный и запасной.

Белковые кристаллы содержатся в клетках многих растений и имеют форму правильных кристаллических образований. В клетках картофеля кристаллоиды лежат в поверхностных слоях, где имеют форму правильного кубика. Белковые кристаллы локализуются непосредственно в цитоплазме, в клеточном соке, а иногда в ядре

Чаще запасные белки содержатся в клетках в виде специфических образований - белковых тел или их называют Алейрон зерна. Они распространены в семенах, что содержит много белков, липидов и крахмала. Алейрон зерна состоят из оболочки и аморфной белковой массы, в которой встречаются три типа включений: глобоиды, кристаллоиды и кристаллы оксалата кальция. Глобоиды преимущественно сферические и в одной алейроновом зерне бывает один или несколько глобоидив. Включение в алейроновом зернах являются специфическими и по их форме можно определить видовую принадлежность растений. Глобоиды является источником ионов магния, кальция и фосфора, способствующие растворению белковых веществ. Они содержат богатые энергию запасные вещества и наиболее дефицитные элементы, используемые зародышем при развитии и образовании новых тканей. В зерновках злаков Алейрон зерна находятся во внешнем слое эндосперма под плодовой оболочкой, образуя специализированный алейроновый слой клеток, а в семенах бобовых они расположены в клетках семядолей среди крахмальных зерен.

Липиды - триацилглицеролов - относятся к группе органических соединений, откладываются про запас. Они содержатся в цитоплазме растительных клеток в виде бесцветных или желтых шариков. Как протоплазматических включения липиды играют роль наиболее эффективной формы запасных питательных веществ в семенах, спорах, зародышах, меристематических клетках и в дифференцированных клетках, особенно в зимующих органах растений. Откладываются липиды преимущественно в жидком состоянии и называются маслами. Зависимости от количества и соотношения насыщенных и ненасыщенных жирных кислот их делят на высыхающие, образующих прочную эластичную пленку и поэтому используются для изготовления лаков и красок и невысыхающего. У растений умеренных широт накапливаются жидкие масла, а у растений тропиков - твердые.

Масла откладываются не только в плодах и семенах, но и в стебле, корнях, клубнях, луковицах и других органах.

В жизни растений запасные липиды являются основными продуктами, которые используются в процессах энергетического обмена, особенно при прорастании семян. Количество липидов в семенах некоторых растений доходит до 70%, много их в семенах подсолнечника, ореха, льна, конопли, рапса, рыжика...

Дубильные вещества.

В клеточном соке растений являются разнообразные дубильные вещества. Это группа соединений, способных дубиты кожу, то есть образовывать нерастворимые в воде осадки с коллагеном кожи, и проявлять вяжущий привкус. Дубильные вещества имеющиеся почти во всех растениях. Они найдены в грибах, водорослях, лишайниках, но больше всего в двудольных. Находятся эти вещества в вакуолях клеток коры, листьев, корней, плодов. Количество их уменьшается по мере созревания плодов.

47. Обмен углеводов при прорастании семян.

Обмен углеводов при прорастании семян

В семени различают три основные части:

) покровные ткани, функция которых заключается в защите внутренних частей от механических повреждений, в предотвращении неблагоприятных внешних влияний на зародыш, в регуляции газообмена и водообмена;

) эмбриональные ткани (зачаточные стебелек, корешки, листочки);

) вместилище запасных веществ.

У большинства двудольных растений вместилищем запасных веществ служат семядоли, а у однодольных - эндосперм, который образуется из вторичного ядра зародышевого мешка после слияния его со спермием пыльцевой трубки.

По химическому составу зрелые семена сельскохозяйственных растений можно разделить на три группы:

) семена, богатые крахмалом;

) семена, богатые белком;

) семена, богатые жирами.

Семена всех растений содержат фитин. Главная функция фитина - снабжать зародыш соединениями фосфора. Одновременно фитин содержит некоторое количество К, Mg, Са. В семенах содержатся также ферменты и гормоны, однако в неактивном состоянии. Распределение веществ в семенах неравномерно. Ткани зародыша обогащены минеральными элементами.

Процесс прорастания семян включает в себя и те процессы, которые происходят в семени до того, как появляются признаки видимого роста.

Для прорастания необходимы определенные условия. Прежде всего нужна вода. Воздушно-сухие семена содержат до 20% воды и находятся в состоянии вынужденного покоя. Сухие семена быстро поглощают воду, набухают, происходит разрастание эмбриональной части и разрыв наружной семенной оболочки.

Поступление воды в семена можно разделить на три этапа.

Первый этап осуществляется в основном за счет матричного потенциала, или сил гидратации. Гидратация - спонтанный процесс. Находящиеся в семени запасные питательные вещества содержат большое количество гидрофильных группировок, таких, как - ОН, - СООН, - NH2. Молекулы воды вокруг гидратированных веществ принимают льдоподобную структуру. Притягивая молекулы воды, гидрофильные группировки уменьшают ее активность. Водный потенциал становится более отрицательным, вода устремляется в семена.

На втором этапе поглощения воды силы набухания, или матричный потенциал, также являются основными. Однако начинают играть роль осмотические силы - осмотический потенциал, поскольку в этот период происходит интенсивный гидролиз сложных соединений на более простые.

На третьем этапе, который наступает в период наклевывания семян, когда клетки растягиваются и появляются вакуоли, главной силой, вызывающей поступление воды, становятся осмотические силы - осмотический потенциал.

Уже в процессе набухания семян начинается мобилизация питательных веществ - жиров, белков и полисахаридов. Это все нерастворимые, плохо передвигающиеся сложные органические вещества. В процессе прорастания происходит перевод их в растворимые соединения, легко используемые для питания зародыша, поэтому необходимы соответствующие ферменты. Частично ферменты находятся в эндосперме или зародыше в связанном, неактивном состоянии и под влиянием набухания переходят в активное состояние.

При прорастании под влиянием ферментов начинается усиленная мобилизация, происходит распад сложных нерастворимых соединений на простые растворимые: крахмал распадается на сахара, белков - до аминокислот (а последние до органических кислот и аммиака), полисахаридов - до моносахаридов, жиров - до жирных кислот, оксикислот, альдегидов, которые потребляются зародышем. Эндосперм опустошается, отчего он обычно сморщивается и затем отсыхает, а семядоли, выполняющие функцию первых листьев, выносятся на поверхность, зеленеют и разрастаются.

Позже, когда зародыш становится проростком, взрослым растением, функция семядолей как первых листьев отпадает. Рост зародыша семени заключается в новообразовании, в увеличении размеров зачаточных органов - корешков, листочков - в результате деления клеток и разрастания тканей меристемы.

1) Основные группы запасных питательных в-в, места их отложения. Их хоз использование.

В клетках различают три группы запасных веществ – углеводы, белки,жиры.

Распространенным запасным углеводом является крахмал. Он откладывается в запас в виде крахмальных зерен в незрелых органах растений (семенах).

1) ассимиляционный – в хлоропластах из глюкозы в процессы фотосинтеза.

2) тронзиторный – образуется на пути от фотосинтеза органов или листьев к органам запаса.

3) запасный – в запасных тканях, лейкопластах.

Жиры встречаются в семенах. Они пропитывают цитоплазму, придавая им характерный стекловидный тип или встречаются в виде отдельных капель. Образуются в олеопластах.

Запасные белки чаще накапливаются в клеточном соке формирующихся семян. При созревании семян количество воды в вакуолях их клеток постепенно уменьшается, а концентрация белка увеличивается за счет поступления его из других органов. После высыхания вакуоли на их месте остаются зернистые образования – айлероновые или протеиновые зерна. Окраска их беловатая или почти бесцветная, форма округлая или угловатая.

2) Сине-зеленые водоросли . Окраска талломов может быть различной (сине-зеленой, оливково-зеленой, желто-зеленой, розовой или фиолетовой), но никогда не бывает чисто-зеленой.

В состав пигментов входят: зеленый хлорофилл, синий фикоциан, красный фикоэритрин и желтый каротин.

Для этих водорослей характерно отсутствие в клетке оформленного ядра, нет также настоящих хроматофоров. Протоплазма, заполняющая клетку, разделена на два слоя: наружный, прилегающий к оболочке, в котором растворены пигменты, и внутренний, в котором локализовано ядерное вещество. Клеточные оболочки часто ослизняются. У многих нитчатых сине-зеленых водорослей кроме вегетативных клеток имеются также гетероцисты (могут перезимовывать) и споры. Продукт запаса в клетке - главным образом гликоген. Размножение у нитчатых форм происходит путем распада нити на отдельные фрагменты, у одноклеточных - делением клетки пополам, т.е. не половое.

Основные представители Сине-Зеленых водорослей, это глеотрихия, анабена, носток и циллятория. Многие водоросли образуют крупные колонии и довольно часто встречаются в пресных водоемах.
Значение: В сельском хозяйстве водоросли используются как органические удобрения, цианобактерии производят кислород (фотосинтез) и состоят в пищевой цепи.

3) Губоцветные или яснотковые.

Формы однолетние и многолет травы, редко деревья, кусты

Корень: стержневой

Стебель: прямосточий с железистыми эфирными волосками. Лист простой, супротивный

Цветок обоеполый Ca 5 Co 2+3 A 2+2 (длин и коротк) G (2) околоцветник над завязью.

Соцветие: различные виды тирса. Плод цекобий, распадается на 4 орешка.

Предстаивтели: лаванда, чебрец, базелик, мята, розмарин, шалфей, тимьян, душица.

Знач: лек(мята,шалфей),пища

Это временно выведенные из обмена веществ клетки соединения. Они накапливаются в клетках растений в течение вегетационного периода и используются частично зимой, а главное, весной, в период бурного роста и цветения.

Перед листопадом или завяданием надземных частей многолетних трав резервные вещества оттягиваются в зимующие органы. У однолетников они концентрируются в семенах или плодах. Запасные вещества могут откладываться в клетках растений, прежде всего в семенах, в очень больших количествах, поэтому семена некоторых растений являются основой питания человека и домашних животных.

Широко распространено у растений отложение запасных жиров в виде липидных капель в цитоплазме. Наиболее богаты ими семена и плоды. Во время прорастания семян они гидролизуются с образованием растворимых углеводов.

Около 90 % семян покрытосеменных содержат жиры в виде основного запасного вещества. В семенах подсолнечника их накапливается более 50 % сухой массы, в семенах клещевины – 60, в плодах маслины – 50%. Жиры – наиболее калорийное запасное вещество.

Основную массу растительных жиров добывают из семян. Многие из них используют в пищу: подсолнечное, льняное, конопляное, хлопковое, кукурузное, горчичное, масло грецкого ореха, лещины. Жирные масла применяют для изготовления высококачественного мыла, в производстве олифы и лаков. Масло клещевины (касторовое) используют в медицине.

Запасные белки (протеины) наиболее часто встречаются в виде алейроновых зерен в клетках семян бобовых, гречишных, злаков и других растений.

Алейроновые зерна образуются при созревании семян из высыхающих вакуолей. Они имеют различную форму, размеры от 0,2 до 20 мкм. Алейроновое зерно окружено тонопластом и содержит белковый матрикс, в который погружены белковый кристалл (реже их два-три) ромбоэдрической формы и глобоид фитина (содержит запасной фосфор). Это сложное алейроновое зерно (у льна, тыквы, подсолнечника и др.). Алейроновые зерна, содержащие только аморфный белок, называют простыми (у бобовых, риса, кукурузы, гречихи).

При прорастании семян алейроновые зерна набухают, белки и фитин подвергаются ферментативному расщеплению, продукты которого используются растущим зародышем. При этом алейроновые зерна постепенно превращаются в типичные вакуоли, лишенные белка. Они сливаются друг с другом, формируя центральную вакуоль.

Крахмал – наиболее распространенное запасное вещество растений. Его молекула состоит из огромного числа молекул глюкозы. В клетках крахмал легко переходит в сахар и сахар – в крахмал, что позволяет растению быстро накопить этот ценный полисахарид или использовать его для создания других органических веществ в процессах дыхания и роста клеток.

Громадное значение имеет крахмал как источник пищи для людей: крахмал зерновок хлебных злаков (рис, пшеница, кукуруза, рожь), клубней картофеля, плодов банана. Пшеничная мука, например, почти на 74 состоит из зерен крахмала, в клубнях картофеля он составляет 20...30 %. Крахмал – самое важное соединение, используемое в пищу травоядными животными.

Следует различать крахмал ассимиляционный (или первичный), запасной (или вторичный) и транзиторный. Ассимиляционный крахмал образуется в процессе фотосинтеза в хлоропластах из глюкозы. Запасной крахмал откладывается в лейкопластах (амилопластах) в виде крахмальных зерен (Рис. 8).

Рис. 8 Крахмальные зерна:

а – в клетке клубня картофеля (сканирующий электронный микроскоп); б– они же (световой микроскоп); 1 – простые эксцентрические; 2– простые концентрические; 3– сложные; 4 – полусложные; в – простые зерна из клеток эндосперма: 5– кукурузы; 6– пшеницы; 7–ржи; 8 – фасоли; г – сложные зерна из клеток эндосперма: 9 – овса; 10 – риса; 11 – гречихи

Крахмальные зерна бывают простые, сложные и полусложные. Простые зерна имеют один центр крахмалообразования, вокруг которого формируются слои крахмала.

У сложных зерен в одном лейкопласте несколько центров, имеющих свои собственные слои. В полусложных зернах также несколько центров (два и больше), но кроме слоев крахмала, возникших возле каждого центра, по периферии зерна имеются общие слои.

Число центров крахмалообразования зависит от числа инвагинаций (складок) внутренней мембраны лейкопласта. Крахмальное зерно в живой клетке всегда окружено двумембранной пластидной оболочкой, даже если строма пластиды практически вся вытеснена крахмалом.

К запасным питательным веществам относятся углеводы, белки и жиры.

Углеводы (глюкоза, сахароза, инулин, крахмал) (рис. 181, 182). Глюкоза С 6 Н 12 О 6 - продукт фотосинтеза Крахмал - продукт полимеризации глюкозы. Молекулы крахмала (С 6 Н 12 О 6)n мы гистохимически обнаруживаем в хлоропластах зеленого ассимилирующего растения. Это первичный крахмал. В клубнях и других вегетативных органах мы обнаруживаем уже крахмал в виде сформированных включений - крахмальных зерен (вторичный крахмал). Превращение растворимых углеводов в крахмал происходит не сразу. При движении по ситовидным трубкам в подземные клубни он успевает несколько раз по пути превращаться в крахмал и обратно. Крахмал образуется у всех растений, имеющих пластиды. Лишь бурые водоросли крахмала не образуют. Бесхлорофильные организмы бактерии, грибы вместо крахмала образуют гликоген - полисахарид с такой же формулой, но в клетке он находится в состоянии жидкого коллоида. Из крахмала в цитоплазме клетки образуются крахмальные зерна.

Из крахмала в цитоплазме образуются крахмальные зерна.

Крахмальные зерна различают по форме: простые, сложные и полусложные (рис. 182). Чаще всего встречаются простые зерна, возникающие и формирующиеся по одному в строме пластиды - в лейкопластах, называемых в связи с накоплением крахмала амилопластами. Форма крахмального зерна зависит от типа слоистости. Последняя может быть концентрической и эксцентрической. Труднее всего различать сложные зерна (например, зерна овса), так как границы между слагающими их простыми зернами не всегда четко выражены. Наличие слоев вызывается ритмическими изменениями условий нарастания крахмального зерна. Она представляет собой чередование слоев, более или менее богатых водой. Темные слои крахмального зерна богаче водой. Слоистость обуславливается также чередованием дня и ночи.

Возможны случаи внепластидного образования крахмала, когда крахмал в виде мелких зерен возникает непосредственно в цитоплазме. Откладываются чаще всего в подземных органах и семенах. Величина крахмальных зерен сильно варьирует. У картофеля 5-145 мк чаще всего 70-100 мк. Наиболее мелкие у злаков - у кукурузы 10-18 мк, у риса 4,5-6 мк). Их форма и размеры - хороший диагностический признак.

Крахмальное зерно неоднородно. Оно состоит из амилозы (М=3200-160000; 200-98 глюкозных молекул, обладает микрокристаллической структурой - это прозрачный белый порошок, хорошо растворимый в воде) и амилопектина, который в горячей воде набухает и образует клейстер. Эти составные части крахмального зерна можно хорошо видеть под воздействием раствора Люголя на крахмальные зерна. В растворе щелочи ядро крахмального зерна (амилоза) окрасится интенсивно синий цвет, а амилопектиновая часть, освобожденная от ядра - в красно-фиолетовый цвет. Амилопектина в крахмальном зерне 75-85%, амилозы 15-25%. В крахмальных зернах обнаруживаются и минеральные вещества: калий, натрий, кальций, кремний, сера и фосфор. Фосфора особенно много в амилопектине.

Крахмал не растворяется в воде, в спирте и других органических растворителях. В горячей воде набухает и образует клейстер, а при продолжительном кипячении с разведенными кислотами гидролизуется с образованием глюкозы. Гидролиз крахмала впервые осуществил русский ученый Кирхгоф К.С. в 1811 г. Искусственный синтез амилозы впервые осуществлен в 1939г, амилопектина в 1945г.

Белки - биополимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Они подразделяются на конституционные белки, протеиды, сложные белки - белки цитоплазмы, ядра, и запасные белки - протеины или простые белки.

Запасные белки могут быть аморфными и кристаллическими. Последние именуются кристаллоидами из-за способности набухать в воде. Запасные белки в клетках представлены в виде простых и сложных алейроновых зерен (рис. 182 - 184) и образуются на месте мелких вакуолей в цитоплазме, при их высыхании. Обогащаясь растворенными веществами и теряя воду, содержимое вакуоли затвердевает, превращаясь в алейроновое зерно. Если зерно не имеет выраженной структуры, его называют простым алейроновым зерном. Алейроновые зерна, содержащие среди аморфного белка кристаллоиды и глобоиды (алейроновые зерна в семенах клещевины) называются сложными.

Кристаллоиды в отличие от истинных кристаллов способны набухать в воде. Глобоиды - бесцветные блестящие округлые тельца аморфны, состоят и кальциевой и магниевой соли инозитгексафосфорной кислоты. Эта двойная соль носит название фитина. Наиболее часто алейроновые зерна локализуются в семенах злаковых, бобовых растений, используемых в пищу и в качестве кормовых.

Жиры (липиды) - это сложные эфиры глицерина и высших жирных одноосновных предельных и непредельных кислот. Предельные насыщенные жирные кислоты, стеариновая, пальмитиновая с глицерином дают твердые жиры, а непредельные ненасыщенные (олеиновая, линоленовая, линолевая) - жидкие жиры. Чаще всего они запасаются в семенах. Входят в состав той сложной смеси, которую представляет собой цитоплазма. Имеются они и в пластидах. Распределяются в цитоплазме в форме мелких капель разнообразной величины. С цитоплазмой образуют тонкую эмульсию (рис. 185). Кроме семян, жиры иногда запасаются и в подземных органах, например - в корневищах (черный папоротник, чуфа и др.).

Жиры очень калорийны, 1 г жира при сжигании дает 9,3 ккал, a 1 г крахмала - 2 ккал. Таким образом, при меньшем объеме и весе достигается большая энергообеспеченность клеток семян запасающих жиры. Растительные жиры - ценный лечебный продукт. Терапевтический эффект обусловлен наличием ненасыщенных олеиновой, линолевой и линоленовой кислотами. Они предупреждают развитие атеросклероза - предвестника таких сердечно-сосудистых патологий, как стенокардия, ишемия, инфаркт и инсульт. Лучшими для медицинских целей являются масла полученные холодным прессованием с наибольшим содержанием ненасыщенных кислот - оливковое, кукурузное и подсолнечное, содержащие вышеназванных кислот 80, 50 и 40% соответственно.

1. Растворимые в воде углеводы (моно, дисахариды). Функции растворимых углеводов :

а,б ) Транспортировка энергопитания в клетку в ) У . входят в состав слизи, вырабатываемой бронхами, которая защищает легкие; входят в состав гепарина – антисвертывающей системы крови. г ) У . входят в состав сигнальных комплексов мембран.

1.1. Моносахариды : глюкоза – основной источник энергии для клеточного дыхания; фруктоза – составная часть нектара цветов и фруктовых соков; рибоза и дезоксирибоза – структурные элементы нуклеотидов, являющихся мономерами РНК и ДНК.

1.2. Дисахариды : сахароза (глюкоза + фруктоза) – основной продукт фотосинтеза, транспортируемый в растениях; лактоза (глюкоза + галактоза) – входит в состав молока млекопитающих; мальтоза (глюкоза + глюкоза) – источник энергии в прорастающих семенах.

2. Нерастворимые углеводы (полимерные) : крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин.
Функции полимерных углеводов:

Глюкоза существует в форме двух изомеров – α и β .
Из α -изомеров состоит крахмал, из β -изомеров состоит целлюлоза.

Крахмал - состоит из разветвленных спирализованных молекул, образующих запасные питательные вещества в тканях растений.

Целлюлоза – полимер, образованный остатками глюкозы, состоящими из нескольких прямых параллельных цепей, соединенных водородными связями. Такая структура препятствует проникновению воды и обеспечивает устойчивость целлюлозных оболочек растительных клеток.

Хитин состоит из аминопроизводных глюкозы. Основной структурный элемент покровов членистоногих и клеточных стенок грибов.

Гликоген – запасное питательное вещество животной клетки.

Липиды

Липиды – сложные эфиры жирных кислот и глицерина. Нерастворимы в воде, но растворимы в неполярных растворителях (ацетон, бензин). Присутствуют во всех клетках. Липиды состоят из атомов водорода, кислорода и углерода.

Функции липидов:

Структурная – фосфолипиды входят в состав клеточных мембран.

Запасающая – жиры откладываются про запас в тканях позвоночных животных.

Энергетическая – эффект от расщепления 1 г жира – 39 кДж, что в два раза больше энергетического эффекта от расщепления 1 г глюкозы или белка. Жиры используются и как источник воды, т.к. при расщеплении жира высвобождается вода (верблюд).

Защитная – подкожный жировой слой защищает организм от механических повреждений (амортизирующие свойства).

Теплоизоляционная – подкожный жир помогает сохранить тепло, так как имеет низкую теплопроводность.

Электроизоляционная – миелин, выделяемый клетками Шванна, которые образуют оболочки нервных волокон, изолирует нейроны, что во много раз ускоряет передачу нервных импульсов.

Питательная – многие жироподобные вещества способствуют наращиванию мышечной массы, поддержанию тонуса организма.

Смазывающая – воски покрывают кожу, шерсть, перья и предохраняют их от воды. Восковым налетом покрыты листья многих растений, воск используется в строительстве пчелиных сот.

Гормональная – гормон надпочечников – кортизон и половые гормоны имеют липидную природу.