Липиды, углеводы и устройство клетки

Урок про оставшиеся два класса биомолекул и про то, как из них и белков собрана сама клетка.

Клетка — наименьшая единица живого, отделённая от среды мембраной из липидов и способная к обмену веществ и размножению.

Липиды и мембраны

Липиды — это жиры, масла, фосфолипиды и стероиды. Их объединяет не общий мономер, а свойство: они гидрофобны (плохо растворимы в воде). Главная роль — строить мембраны. Фосфолипид имеет «голову», любящую воду, и два «хвоста», её избегающих. В воде такие молекулы сами выстраиваются в двойной слой — основу всех биологических мембран.

Энергетическая ёмкость липидов выше, чем у углеводов: при окислении 1 грамма жира выделяется около 38 кДж, а 1 грамма углеводов — около 17 кДж. Сравним запас энергии.

fat_g = 10
carb_g = 10
E_fat = fat_g * 38
E_carb = carb_g * 17
print("Энергия из 10 г жира, кДж:", E_fat)
print("Энергия из 10 г углеводов, кДж:", E_carb)
print("Жир выгоднее в раз:", round(E_fat / E_carb, 2))

Вывод:

Энергия из 10 г жира, кДж: 380
Энергия из 10 г углеводов, кДж: 170
Жир выгоднее в раз: 2.24

Поэтому организм запасает энергию «надолго» именно в жире.

Углеводы

Углеводы — это сахара. Простые (глюкоза, фруктоза) дают быструю энергию; сложные (крахмал, гликоген) её запасают; структурные (целлюлоза в растениях, хитин у грибов) держат форму. Все они построены из моносахаридов.

Прокариоты и эукариоты

Главные органеллы эукариот

• Ядро — хранит ДНК.
• Митохондрии — «энергостанции», синтезируют АТФ.
• Рибосомы — собирают белки.
• Эндоплазматическая сеть и аппарат Гольджи — сборка и сортировка молекул.

Как работает под капотом

Самосборка мембраны — пример того, как порядок возникает «сам» из свойств молекул. Никакая внешняя сила не строит мембрану по чертежу: гидрофобные хвосты просто стремятся уйти от воды, и наиболее устойчивой конфигурацией оказывается двойной слой. Тот же принцип минимизации энергии управляет и свёртыванием белков, и спариванием цепей ДНК.

Частые ошибки

• Считают липиды «вредными жирами». На деле без них не было бы ни одной клетки.
• Путают прокариот и эукариот: у бактерий ДНК есть, но не упакована в ядро.
• Думают, что митохондрии «производят энергию из ничего». Они преобразуют энергию питательных веществ в АТФ.

Итог

• Липиды гидрофобны и строят мембраны; жир — самый ёмкий запас энергии.
• Углеводы дают и запасают энергию, а также служат структурой.
• Прокариоты не имеют ядра, эукариоты имеют ядро и органеллы.
• Самосборка мембраны — следствие стремления молекул к минимуму энергии.