Целлюлоза (клетчатка) С6Н10О5 широко распространена в растительном мире. Они является основной структурой стенок клеток, обусловливая их прочность и эластичность. При частичном гидролизе целлюлозы выделяется дисахарид целлобиоза, а при полном гидролизе образуется глюкоза. Клетчатка не переваривается в желудочно-кишечном тракте человека из-за отсутствия в ней глюкозидазы. Однако он необходима для нормального пищеварения, так как стимулирует двигательную активность кишечника и желчного пузыря, улучшает продвижение пищевой кашицы по пищеварительному каналу, усиливает выделение желчи из желчного пузыря, способствует формированию каловых масс и выделению их из кишечника. При недостаточном содержании клетчатки в пищевом рационе у человека развиваются запоры, возникают условия, способствующие раздражению слизистой оболочки кишечника и ее воспалению. При взаимодействии клетчатки с кислотами и спиртами образуются различные эфиры. С помощью этих реакций получают целлофан, целлулоид, фотопленку, взрывчатые вещества. К полисахаридам относится и хитин. Он входит в состав низших растений, в частности грибов, и беспозвоночных животных. Является их структурным элементом.
Пектиновые вещества - полисахариды растительного происхождения. Они представляют собой высокомолекулярные соединения, находящиеся в большом количестве в ягодах, фруктах и овощах. В качестве мономерных остатков содержат галактуроновую кислоту. Пектиновые вещества неоднородны и встречаются в виде протопектина, пектина и пектиновой кислоты. Пектиновая кислота представляет собой полигалактуроновую кислоту. Пектин - это сложный эфир метилового спирта и пектиновой кислоты. Пектин в чистом виде - это белый порошок без вкуса и запаха, хорошо растворимый в воде. В растительных тканях ј часть пектиновых веществ находится в виде растворимого пектина, который входит в состав клеточного сока, а ѕ - представлены нерастворимым в воде протопектином. Протопектин образует межклеточную прослойку в растительной ткани и обусловливает твердость последней. Характерным свойством многих полисахаридов является их способность к гелеобразованию в водных растворах. Высокой желирующей способностью отличается пектин ряда сортов яблок, апельсинов, айвы, черной смородины. Пектин овощей характеризуется низкой способностью образовывать гели. Получение пектиновых гелей в присутствии сахарозы является основой кондитерских производств, таких, как изготовление варенья, конфитюров, мармеладов, пастилы, желе. Желирующая способность пектина в присутствии сахара увеличивается в кислых растворах. Так, для желатирования 750 г кислого раствора сахара достаточно 1 г пектина. Процесс созревания плодов, овощей и ягод, а также их размягчение при тепловой кулинарной обработке связаны с превращениями пектиновых веществ. Во время развития растительных тканей в них накапливается нерастворимый протопектин. При созревании и хранении плодов и овощей содержание протопектина постепенно уменьшается и одновременно накапливается растворимый пектин. Этот процесс катализируется ферментом протопектиназой. При этом ткани растительного материала становятся мягче и нежнее. Тепловая обработка продуктов растительного происхождения ослабляет сцепление между клетками, так как протопектин превращается в пектин и консистенция ткани размягчается. Пектиновые вещества играют большую роль в питании: они способствуют нормальному пищеварению, так как стимулируют двигательную активность кишечника, выводят из организма соли тяжелых металлов, связывают избыток холестерина, выполняют роль противорадиационных соединений.
Гетерополисахариды, глюкозамины и мукополисахариды состоят из различного вида моносахаридов (глюкозы, галактозы) и их производных (аминосахаров, гексуроновых кислот), В их составе обнаружены и другие вещества: азотистые основания (в составе глюкозаминов), органические кислоты.
Мукополисахариды представляют собой желеподобные липкие вещества. Они выполняют различные функции, в том числе структурную, защитную, регуляторную. Мукополисахариды составляют основную массу межклеточного вещества тканей, входят в состав кожи, хрящей. В организме мукополисахариды встречаются в комплексе с белками (гликопротеины) и жирами (гликолипиды). Самые распространенные гетерополисахариды - гиалуроновая кислота, хондроитинсерная кислота, гепарин, сиаловые кислоты.
Гиалуроновая кислота входит в состав соединительной ткани в качестве основного «цементирующего» компонента клеток и межклеточного вещества. В связи с этим ей принадлежит важная роль в формировании барьерных функций организма, что способствует защите его от инфекций, ионизирующей радиации, она также участвует в обмене воды в организме. Гиалуроновая кислота распадается под действием специфического фермента гиалуронидазы, которая содержится в тканях. Это приводит к нарушению структуры межклеточного вещества, в его составе обнаруживаются «трещины» и увеличивается проницаемость для воды и других веществ. Этот фермент находится в пчелином и змеином ядах. Гиалуронидазу содержат также и некоторые бактерии, что облегчает их проникновение в клетку. При ряде заболеваний, особенно при лучевой болезни, усиливается расщепление этой кислоты, что ослабляет функцию соединительной ткани и повышает проницаемость клеточных мембран. Это увеличивает вероятность попадания микрофлоры в организм. Хондроитинсерная кислота - высокомолекулярное соединение. Она входит в состав хрящевой и костной тканей в виде комплексов с белком коллагеном и выполняет опорные функции. Кроме того, данная кислота участвует в регуляции процессов проницаемости клеточных мембран, способствует отложению кальция в костях. Гепарин содержится в печени, легких, стенках крупных сосудов. В крови он связывается с белками и препятствует свертыванию крови, выполняя функцию антикоагулянта. Кроме того, гепарин обладает противовоспалительным действием, влияет на обмен калия и натрия, выполняет антитоксическую функцию. Сиаловые кислоты обнаружены в слюне и других пищеварительных соках, слизистых секретах носовой полости. При воспалительных заболеваниях уровень сиаловых кислот повышается.
Углеводы - главный источник энергии для организма, необходимой для жизнедеятельности всех клеток, тканей и органов, особенно мозга, сердца, мышц. В результате биологического окисления углеводов (а также жиров и, в меньшей степени, белков) в организме освобождается энергия, которая аккумулируется в виде богатого энергией соединения - АТФ. При окислении 1 г углеводов в организме образуется 16,7 кДж (4 ккал) энергии. Эта группа веществ и их производные входят в состав разнообразных тканей и жидкостей, являясь пластическими материалами. Так, соединительная ткань содержит мукополисахариды, в состав которых входят углеводы и их производные. Регуляторная функция углеводов разнообразна. Они противодействуют накоплению кетоновых тел при окислении жиров. Так, при нарушении обмена углеводов, например, при сахарном диабете, развивается ацидоз. Следует отметить важную роль углеводов в защитных реакциях организма, особенно протекающих в печени. Так, глюкуроновая кислота соединяется с некоторыми токсическими веществами, образуя нетоксические сложные эфиры, которые, благодаря растворимости в воде, удаляются из организма с мочой.
Углеводные запасы человека очень ограничены, содержание их не превышает 1% массы тела. При интенсивной работе они быстро истощаются, поэтому углеводы должны поступать с пищей ежедневно. Суточная потребность человека в углеводах составляет 400-500 г, при этом примерно 80% приходится на крахмал.
2. Эндоплазматический ретикулум, особенности строения и функции. Рибосомы
Эндоплазматимческий ретимкулум (ЭПР) (лат. reticulum -- сеточка) или эндоплазматическая сеть (ЭПС) -- внутриклеточный органоид эукариотической клетки, представляющий собой разветвлённую систему из окружённых мембраной уплощённых полостей, пузырьков и канальцев.
Строение.
Эндоплазматический ретикулум состоит из разветвлённой сети трубочек и карманов, окружённыхмембраной. Площадь мембран эндоплазматического ретикулума составляет более половины общейплощади всех мембран клетки.
Мембрана ЭПР морфологически идентична оболочке клеточного ядра и составляет с ней одно целое. Такимобразом, полости эндоплазматического ретикулума открываются в межмембранную полость ядернойоболочки. Мембраны ЭПС обеспечивают активный транспорт ряда элементов против градиента концентрации. Нити, образующие эндоплазматический ретикулум, имеют в поперечнике 0,05 -
0,1 мкм (иногда до 0,3 мкм), толщина двухслойных мембран, образующих стенку канальцев, составляет около 50ангстрем (5 нм, 0,005 мкм). Эти структуры содержат ненасыщенные фосфолипиды, а также некотороеколичество холестерина и сфинголипидов. В их состав также входят белки.
Трубочки, диаметр которых колеблется в пределах 0,1--0,3 мкм, заполнены гомогенным содержимым.
Их функция --осуществление коммуникации между содержмым пузырьков ЭПС, внешней средой и ядроклетками.
Эндоплазматический ретикулум не является стабильной структурой и подвержен частым изменениям.
Выделяют два вида Эндоплазматического ретикулума:
- гранулярный эндоплазматический ретикулум;
- агранулярный (гладкий) эндоплазматический ретикулум.
На поверхности гранулярного эндоплазматического ретикулума находится большое количество рибосом, которые отсутствуют на поверхности агранулярного Эндоплазматического Ретикулума.
Гранулярный и агранулярный эндоплазматический ретикулум выполняют различные функции в клетке.
Функции эндоплазматического ретикулума
Схема, показывающая цитоплазму, вместе сеё компонентами (или органеллами), в типичной животной клетке. Органеллы:
(1) Ядрышко
(2) Ядро
(3) Рибосома (маленькие точки)
(4) Везикула
(5) Шероховатый эндоплазматический ретикулум (ER)
(6) Аппарат Гольджи
(7) Цитоскелет
(8) Гладкий эндоплазматический ретикулум
(9) Митохондрия
(10) Вакуоль
(11) Цитоплазма
(12) Лизосома
(13) Центриоль и Центросома
При участии эндоплазматического ретикулума происходит трансляция и транспорт белков, синтез и транспорт липидов и стероидов. Для ЭПС характерно также накопление продуктов синтеза. Эндоплазматический ретикулум принимает участие в том числе и в создании новой ядерной оболочки(например после митоза). Эндоплазматический ретикулум содержит внутриклеточный запас кальция, который является, в частности, медиатором сокращения мышечной клетки. В клетках мышечных волокон расположена особая форма эндоплазматического ретикулума -- саркоплазматическая сеть.
Агранулярный ЭПР.
Агранулярный эндоплазматический ретикулум участвует во многих процессах обмена веществ. Также агранулярный эндоплазматический ретикулум играет важную роль в углеводном обмене, нейтрализации ядов и запасании кальция. Ферменты агранулярного эндоплазматического ретикулума участвуют в синтезе различных жиров и сложных жиров, жирных кислот и стероидов.
1) Синтез гормонов
К гормонам, которые образуются в агранулярном ЭПС, принадлежат, например, половые гормоны позвоночных животных и стероидные гормоны надпочечников. Клетки яичек и яичников, ответственные за синтез гормонов, содержат большое количество агранулярного эндоплазматического ретикулума.
2) Накопление и преобразование углеводов
Углеводы в организме накапливаются в печени в виде гликогена.
Гликоген - основной запас углеводов человека и животных. Посредством гликолиза (расщепление глюкозы в клетках) гликоген в печени трансформируется в глюкозу, что является важнейшим процессом в поддержании уровня глюкозы в крови. Один из ферментов агранулярного ЭПС отщепляет от первого продукта гликолиза, глюкоза-6-фосфата, фосфогруппу, позволяя таким образом глюкозе покинуть клетку и повысить уровень сахаров в крови.
3) Нейтрализация ядов
Гладкий эндоплазматический ретикулум клеток печени принимает активное участие в нейтрализации всевозможных ядов. Ферменты гладкого ЭПР присоединяют к молекулам токсичных веществ водопритягивающие радикалы, в результате чего повышается растворимость токсичных веществ в крови и моче, и они быстрее выводятся из организма. В случае непрерывного поступления ядов, медикаментов или алкоголя образуется большее количество агранулярного ЭПР, что повышает дозу действующего вещества, необходимую для достижения прежнего эффекта.
4) Роль ЭПС как депо кальция
Концентрация ионов кальция в эндоплазматической сети может достигать 10?3 моль, в то время как в цитоплазме составляет порядка 10?7 моль (в состоянии покоя). Под действием инозитолтрифосфата (участвует в передаче сигнала в клетке ) и некоторых других стимулов кальций высвобождается из ЭПС путем облегченной диффузии. Возврат кальция в ЭПС обеспечивается активным транспортом ( подробнее тут ) . При этом мембрана ЭПС обеспечивает активный перенос ионов кальция против градиентов концентрации больших порядков. И приём, и освобождение ионов кальция в ЭПС находится в тонкой взаимосвязи с физиологическими условиями.
5) Саркоплазматический ретикулум
Особую форму агранулярного эндоплазматического ретикулума, саркоплазматический ретикулум, представляет собой ЭПС в мышечных клетках, в которых ионы кальция активно закачиваются из цитоплазмы в полости ЭПР против градиента концентрации в невозбуждённом состоянии клетки и освобождаются в цитоплазму для инициации сокращения.
Гранулярный ЭПР.
Гранулярный эндоплазматический ретикулум имеет две функции: синтез белков и производство мембран.
1) Синтез белков
Белки, производимые клеткой, синтезируются на поверхности рибосом, которые могут быть присоединены к поверхности ЭПС. Полученные полипептидные цепочки помещаются в полости гранулярного эндоплазматического ретикулума (куда попадают и полипептидные цепочки, синтезированные в цитоплазме), где впоследствии правильным образом обрезаются и сворачиваются. Таким образом, линейные последовательности аминокислот получают после переноса в эндоплазматический ретикулум необходимую трёхмерную структуру, после чего повторно перемещаются в цитоплазму.