§ 9-1. Биологически активные вещества: витамины, алкалоиды, антибиотики
| Сайт: | Профильное обучение |
| Курс: | Биология. 11 класс |
| Книга: | § 9-1. Биологически активные вещества: витамины, алкалоиды, антибиотики |
| Напечатано:: | Гость |
| Дата: | Пятница, 19 Апрель 2024, 08:17 |
Витамины — низкомолекулярные органические вещества, обеспечивающие нормальное протекание процессов жизнедеятельности. Необходимость витаминов для организма связана с их участием в различных биохимических и физиологических процессах — обмене минеральных и органических веществ, образовании эритроцитов, развитии костей, свертывании крови и т. д. Многие витамины входят в состав сложных ферментов, обеспечивая их функционирование.
Суточная потребность организма в витаминах невелика, но при их недостатке нарушается обмен веществ и развиваются характерные заболевания. Избыточное поступление витаминов также может стать причиной патологических изменений в организме.
*Болезни, связанные с недостатком или полным отсутствием определенных витаминов в пище, были известны человечеству задолго до открытия самих витаминов. Одним из таких заболеваний является цинга, первые достоверные упоминания о которой относятся к эпохе крестовых походов. Вплоть до конца XIX в. эта болезнь имела широкое распространение, унося тысячи жизней. Еще одной печально известной болезнью была бéри-бéри, от которой страдало до 30 % населения Юго-Восточной Азии и Японии. Это тяжелое заболевание поражало нервную и сердечно-сосудистую системы человека.
В конце XIX в. на о. Ява, где основным продуктом питания был шлифованный рис, работал нидерландский врач К. Эйкман. Он заметил, что у кур, которых кормили этим рисом, развивалась болезнь, аналогичная бери-бери человека. Если кур начинали кормить неочищенным рисом, наступало выздоровление. Эйкман сделал вывод, что в оболочках зерен риса содержится неизвестное вещество, препятствующее развитию бери-бери. И действительно, экстракт из рисовых отрубей оказывал целебное воздействие на людей, страдающих этим заболеванием. Дальнейшие исследования в этой области принесли Эйкману в 1929 г. Нобелевскую премию.
Однако в чистом виде вещество, которое излечивало бери-бери, впервые выделил польский биохимик К. Функ в 1912 г. Оказалось, что это органическое соединение содержит группу —NH2, т. е. представляет собой амин. Это был первый витамин, выделенный в кристаллическом виде. Сейчас он известен под названием тиамин (витамин В1). Тогда же Функ предложил термин «витамины» (от лат. vita — жизнь), т. е. «амины жизни». Впоследствии выяснилось, что многие витамины не содержат аминогруппу, однако название, введенное Функом, прочно укоренилось в медицине и биологии.*
Основным источником витаминов для гетеротрофных организмов является пища. При этом одни витамины содержатся преимущественно в растительных продуктах, а другие — в продуктах животного происхождения. Поставщиками витаминов для животных и человека также могут быть симбиотические микроорганизмы. Например, бактерии, обитающие в толстом кишечнике человека, синтезируют витамины В6, В12 и др.
Некоторые витамины организм способен вырабатывать самостоятельно. Однако для этого необходимо поступление с пищей их предшественников — провитаминов. Так, в печени человека из каротинов, содержащихся в растительных продуктах, образуется витамин А. Под действием ультрафиолетового излучения в коже происходит синтез витамина D из провитамина (производного холестерина).
Витамины имеют разную химическую структуру и свойства, их молекулы могут быть гидрофобными или гидрофильными. По отношению к растворителям выделяют две группы витаминов — жирорастворимые (например, А, D) и водорастворимые (C, витамины группы В и др.). *Более подробная информация о витаминах содержится в таблице 9-1.1.*
*Таблица 9-1.1. Характеристика важнейших витаминов, необходимых человеку
|
Витамин(-ы) |
Основные источники |
Биологическая роль |
Последствия недостатка (гиповитаминоз) или полного отсутствия (авитаминоз) |
|
Жирорастворимые витамины |
|||
|
А (ретинол) |
Печень, яичный желток, молоко и молочные продукты. Провитаминами (каротинами) богаты: морковь, томаты, сладкий перец, шпинат и др. |
Необходим для роста, развития эпителиальных и других тканей, синтеза зрительного пигмента родопсина |
Задержка роста у детей. Сухость кожи и роговицы глаз. Нарушение сумеречного зрения (куриная слепота) |
|
Группы D (кальциферолы) |
Рыбий жир, печень, яичный желток. Синтезируются в коже под действием УФ-излучения |
Усиливают усвоение кальция и фосфора. Необходимы для формирования костей и зубов |
Рахит у детей (деформация костей, замедление роста зубов). Размягчение и ломкость костей у взрослых |
|
Водорастворимые витамины |
|||
|
В1 (тиамин) |
Зерна злаков, мука грубого помола, бобовые, дрожжи, печень |
Входит в состав ферментов, регулирующих обмен органических веществ |
Бéри-бéри (воспаление нервов, параличи, атрофия мышц, нарушения работы сердца и сосудов) |
|
В6 (пиридоксин) |
Мясо, рыба, молоко, печень, дрожжи, зеленые органы растений. Синтезируется симбиотическими микроорганизмами толстого кишечника |
Регулирует обмен белков и аминокислот. Участвует в образовании гемоглобина |
Повышенная утомляемость, депрессия, воспаление кожи, диарея, нарушение образования эритроцитов |
|
В12 (кобаламин) |
Мясо, рыба и другие морепродукты, яйца, молоко и молочные продукты. Синтезируется симбиотическими микроорганизмами толстого кишечника |
Входит в состав ферментов, участвующих в синтезе РНК. Стимулирует кроветворение |
Нарушение кроветворения и работы нервной системы |
|
С (аскорбиновая кислота) |
Цитрусовые, черная смородина, яблоки, сладкий перец, капуста, шиповник и др. |
Участвует в окислительно-восстановительных реакциях. Необходим для синтеза белков соединительной ткани (коллагена), антител (иммуноглобулинов) |
Снижение иммунитета. Поражение стенок кровеносных сосудов. Цинга (кровоточивость десен, выпадение зубов, незаживающие кровоточащие язвы и т. п.)* |
Алкалоиды — природные азотсодержащие органические соединения, обладающие выраженной физиологической активностью. Алкалоиды имеют преимущественно растительное происхождение, но также установлено, что они синтезируются некоторыми грибами и животными. Большинство алкалоидов ядовиты для животных и человека и имеют горький вкус. Считается, что основная функция этих веществ в живых организмах — защитная. Так, высокое содержание алкалоидов в ряде растений защищает их от поедания животными, препятствует развитию болезнетворных бактерий и паразитических грибов.
Известно, что некоторые алкалоиды в малых дозах могут оказывать лечебное действие. Одни из них влияют на работу нервной системы, другие — на тонус кровеносных сосудов и т. д. Например, кодеин и морфин используются в медицине в качестве мощных обезболивающих средств (однако их прием вызывает наркотическую зависимость). Атропин применяется для снятия спазмов гладких мышц, кофеин — для стимуляции работы нервной и сердечно-сосудистой систем при некоторых болезнях и отравлениях ядами, угнетающими центральную нервную систему (ЦНС).
Антибиотики — биологически активные вещества природного или синтетического происхождения, которые угнетают рост и развитие живых клеток либо вызывают их гибель. Большинство известных природных антибиотиков продуцируется микроорганизмами — бактериями, микроскопическими грибами (например, пенициллин). Эти вещества подавляют или прекращают жизнедеятельность других микроорганизмов.
*Механизмы действия антибиотиков на клетки-мишени различны. Одни из них нарушают проницаемость клеточных мембран, другие подавляют синтез муреина — основного компонента клеточной стенки бактерий, третьи нарушают структуру молекул ДНК таким образом, что становится невозможным их удвоение и (или) считывание наследственной информации. Действие некоторых антибиотиков выражается в подавлении синтеза белков, РНК или АТФ, либо в ингибировании других ферментативных процессов.*
Антибиотики находят широкое применение в медицине для лечения заболеваний, вызванных болезнетворными бактериями, паразитическими протистами и грибами. Некоторые антибиотики угнетают рост и размножение злокачественных клеток организма и в связи с этим используются в противоопухолевой терапии. Важно помнить, что антибиотики следует принимать только по назначению врача, причем строго соблюдая рекомендации по их приему. Самолечение и злоупотребление антибиотиками нередко приводит к ослаблению собственной защиты организма, гибели симбиотических микроорганизмов кишечника, заболеваниям печени и почек.
Витамины — это низкомолекулярные органические соединения, которые участвуют в обмене веществ и необходимы для нормальной жизнедеятельности организмов. Алкалоиды защищают живые организмы от болезнетворных микроорганизмов и поедания. Антибиотики угнетают рост и размножение микроорганизмов, злокачественных клеток или вызывают их гибель.
 |
1. Назовите важнейшие группы биологически активных веществ. 2. Какова биологическая роль витаминов? Что может служить источником витаминов для человека и животных? 3. Что представляют собой алкалоиды? Какое значение имеют эти соединения в природе и жизни человека? 4. Что такое антибиотики? Опишите механизмы их воздействия на клетки-мишени. 5*. С чем связано применение антибиотиков в медицине? Используя знания, полученные при изучении организма человека в 9-м классе, объясните, почему злоупотребление антибиотиками нередко приводит к расстройствам пищеварения, ослаблению защитных сил организма, болезням печени и почек? |
Качественная реакция на аскорбиновую кислоту (витамин С)
Задание рекомендуется выполнять в школе. Будьте осторожны при работе с реактивами, соблюдайте правила техники безопасности!
Аскорбиновая кислота легко окисляется. Продукт ее окисления — дегидроаскорбиновая кислота, присоединяя два атома водорода, снова восстанавливается до аскорбиновой кислоты.
Качественная реакция на витамин С основана на том, что он, окисляясь, восстанавливает гексацианоферрат (III) калия K3[Fe(CN)6], известный под названием «красная кровяная соль», до гексацианоферрата (II) калия — K4[Fe(CN)6]. Последний, взаимодействуя с ионом Fe3+, образует гексацианоферрат (II) железа — берлинскую лазурь Fe4[Fe(CN)6]3.
- Подготовьте образцы для исследования. Это могут быть различные фруктовые соки (яблочный, апельсиновый, грейпфрутовый, лимонный и др.), соки, полученные из капусты, картофеля или других овощей, вытяжка из плодов шиповника и т. д.
- Перед анализом разбавьте соки водой.
- Также в качестве образцов подготовьте питьевую или дистиллированную воду и раствор аскорбиновой кислоты (ее можно приобрести в аптеке).
- К исследуемым образцам прилейте немного раствора красной кровяной соли.
- Перемешайте содержимое, а затем добавьте к каждому образцу несколько капель раствора FeCl3. В растворах, содержащих витамин С, развивается сине-зеленое окрашивание с последующим выпадением синего (или сине-зеленого) осадка берлинской лазури.
● В каких исследованных вами образцах была обнаружена аскорбиновая кислота?
● Как вы думаете, на чем основано участие витамина С в окислительно-восстановительных процессах в организме?