Углеводы

Углеводы – это органические соединения общей формулой, которых является С_m(H₂O)_n. Их химические свойства зависят от гидроксильной группы ОН^-. Эти соединения выступают первичными продуктами фотосинтеза и исходными в процессе биосинтеза в ходе жизнедеятельности гетеротрофов. Простейшими составляющими углеводов являются глюкоза и фруктоза, называемые также простыми сахарами. Простые сахара в живых клетках расщепляются до диоксида углерода СО₂ и воды, при этом выделяется энергия, используемая живыми организмами на поддержание обменных процессов. Таким образом, роль простейших углеводов состоит в том, что они выступают, энергетическим топливом химии жизни. Поскольку источником гетеротрофной жизни выступает энергия, высвобождаемая при разрыве химических связей, в ходе эволюции сложилось соединение, выполняющее роль своеобразной «энергетической валюты», - АТФ (аденозин три фосфат). В его структуру входят остаток сахара рибозы, остаток азотистого основания аденина и три форсфатные группы,

связи между которыми богаты энергией. Организмы расходуют энергию, запасенную в связях АТФ, отщепляя по одной фосфатной группе, таким образом, что организуется цепочка: АТФ → АДФ (аденозин ди фосфат) + энергия.

Из простых сахаров образуются сложные сахара, называемые полисахаридами. Они не растворимы в воде и не сладкие. Одни полисахариды (крахмал) могут служить пищей для других организмов, другие (целлюлоза) могут служить питанием лишь некоторым видам организмов, для других же они выступают строительным материалом, придающим прочность конструкции.

Липиды

К липидам относится обширный класс веществ разнообразного состава. Общим свойствам липидов выступает их нерастворимость в воде, поэтому они являются компонентами клеточных мембран. Другой функцией липидов выступает энергетическая. Липиды могут резервировать энергию химических связей в средах, где нет воды. Третьей функцией липидов выступает передача биологических сигналов. Первые две функции обеспечивают липиды в форме жирных кислот – соединений, содержащих длинную цепочку атомов углерода и водорода с карбоксильной группой (-СООН) на конце. Различают насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты. У атомов углерода первых нет ненасыщенных связей, у вторых – они присутствуют. Уникальные свойства жирных кислот состоят в том, что их карбоксильный конец растворим в воде, а углеводородная цепочка – нет. Благодаря этой особенности молекулы жирных кислот располагаются ориентированно в средах, где присутствует вода: их углеводородный конец располагается в сторону противоположную воде. Это свойство делает их уникальными компонентами клеточных и других мембран. Свойства насыщенности и ненасыщенности проявляется в различии жиров и масел. Для масел характерны ненасыщенные жирные кислоты, а для жиров – насыщенные. Жиры выступают долгосрочной кладовой энергетических запасов организмов и обеспечивают механическую защиту тканей и органов. В молекулах жирных кислот несколько атомов углерода могут заменяться на атомы фосфора с образованием фосфолипидов. Присоединение к атомам углерода жирных кислот различных боковых групп организует класс веществ, получивших название стероидов. К стероидам относятся гормоны, важнейшей функцией которых выступает передача в тканях химических сигналов, благодаря чему организм реагирует на внешние раздражители как единое целое.

Вода

Один из важнейших элементов биохимии жизни – вода, из которой в основном состоят живые организмы. Роль воды в живом определяется ее уникальными физико-химическими свойствами. Молекулы воды имеют полярные электрические заряды, что позволяет ей быть хорошим растворителем. В веществах в форме растворов гораздо быстрее и активнее протекают химические реакции. По отношению к воде все вещества делятся на гидрофильные (растворимые) и гидрофобные (нерастворимые). Нерастворимые создают в живом веществе разделы (мембраны), на поверхности которых создаются условия для протекания важнейших химических реакций. Молекулы воды могут «слипаться» между собой и с другими веществами, что обеспечивает сильное поверхностное натяжение. Вода обладает высокой теплоемкостью и теплопроводностью. Эти свойства воды позволяют теплу равномерно распределяться по организму, препятствуя локальным перегревам, которые могут привести к денатурации белков. Высокая теплоемкость воды обозначает, что даже на незначительное повышение температуры организма, требуется значительное количество энергии. Жизнь неслучайно зародилась в воде, поскольку первые организмы не могли иметь развитых механизмов терморегуляции, роль которых заменяла сама водная среда. Замерзая и превращаясь в лед, вода выделяет значительное количество энергии, что препятствует образованию кристаллов воды в живых организмах. Свойства воды еще не полностью исследованы, так недавно была открыта возможность организации водой кристаллоподобных структур, которые до известной степени меняют свойства этой жидкости.