держащаяся в гене, переносится молекулой и-РНК из ядра в цитоплазму.
В цитоплазме молекула и-РНК укладывается на поверхность рибосом. Одновременно и независимо в цитоплазме происходит другой процесс, также имеющий важное значение для синтеза белка: молекулы т-РНК присоединяют свободные аминокисло ты, активируют их и переносят к рибосомам. Каждой из 20 аминокислот, входящих в состав белков, соответствует своя т-РНК, со всей специфической последовательностью чередова ния нуклеотидов. Нужные для данного белка аминокислоты, доставленные в рибосому молекулами т-РНК, устанавливаются в нужной последовательности при помощи молекулы и-РНК, играющей роль шаблона, после чего под действием специаль ного фермента между ними образуются пептидные связи.
Выполнив свою функцию шаблона и отштамповав нужное число белковых молекул, молекула и-РНК распадается на сво бодные нуклеотиды, которые поступают в общий фонд клетки. Взамен их появляются новые молекулы и-РНК, которые ис пользуются в качестве шаблонов для «сборки» других белков. Этот постоянно протекающий в клетках процесс обеспечивает наработку необходимых для организма белков в соответствии с содержащейся в молекулах ДНК информацией, полученной ими по наследству от материнских клеток.
Нетрудно представить себе всю важность детального иссле дования описанных процессов, протекающих в живых организ мах. Уже теперь в ряде случаев удается путем изменения структуры ДНК изменять наследственную иформацию в про стейших организмах. Этот путь направленного изменения на следственных признаков растений и животных является основ ной задачей современной науки о наследственности — генетики.
Успехи в изучении функций нуклеиновых кислот имеют большое значение для медицины. Еще совсем недавно мы мало знали, например, о таких возбудителях болезней, как вирусы. В настоящее время установлено, что они представляют собой нечто среднее между химическим соединением и живыми орга низмами. Каждая вирусная частица не содержит ничего, кроме нуклеиновой кислоты, соединенной с белком. Вирус обладает способностью освобождаться от молекулы белка, после чего его нуклеиновая кислота проникает внутрь животной или рас тительной клетки. Эта нуклеиновая кислота начинает активно синтезировать вирусный белок, подавляя синтез белков, необ ходимых клетке. В результате происходит резкое нарушение нормальной деятельности клеток — болезнь организма. Труд ность борьбы с вирусными заболеваниями заключается в том, что чрезвычайно сложно прекратить деятельность нуклеиновой кислоты вируса внутри клетки, не нарушив деятельность нук
Синтез белка в организме
381
леиновых кислот самой клетки. Подробное изучение всех ста дий синтеза белка поможет найти радикальные средства борь бы со многими тяжелыми заболеваниями, вызываемыми ви русной инфекцией.
Теперь перейдем к вопросу об источнике сырья, необходи мого живому организму для построения белков, нуклеиновых кислот, углеводов и жиров. Таким источником является, как из вестно, пища. Большая часть пищевых продуктов, потребляемых человеком и другими млекопитающими, содержит (наряду с во дой, минеральными солями и витаминами) белки, нуклеиновые кислоты, углеводы и жиры. Однако все они не могут быть не посредственно использованы организмом, так как по своему строению сильно отличаются от белков, нуклеиновых кислот, углеводов и жиров, необходимых клеткам. Поэтому в организ ме все эти вещества разлагаются под действием ферментов на составные части, из которых организм затем строит нужные ему
•соединения. Белки, например, разрушаются в желудке человека до аминокислот, из которых затем создаются новые, нужные организму белки.
Следует указать, что если в пище человека мало жиров, то организм может легко превратить углеводы в жиры. Если в пище отсутствуют и углеводы, то организм все же может выйти из положения, синтезировав жиры и углеводы из содержа щихся в пище белков. Отсутствие же белков в пище ничем не может быть восполнено, так как аминокислоты не синтези руются организмом человека *.
Некоторые из аминокислот, входящих в состав белков, могут быть образованы из других близких по строению аминокислот, но имеется 8 так называемых незаменимых аминокислот, кото рые не могут быть получены в организме из других аминокис лот и обязательно должны содержаться в белках пищи. Белки, не содержащие достаточного количества незаменимых амино кислот, являются неполноценными. К незаменимым относятся следующие аминокислоты: триптофан, фенилаланин, треонин, метионин, лизин, валин, лейцин и изолейцин (стр. 195—196).
Изложенные здесь самые общие представления о важней ших химических процессах, протекающих в живых организмах, способствуют пониманию роли и механизма действия некоторых физиологически активных веществ.
* Следует указать, что аминокислоты и нуклеотиды синтезируются из ■глюкозы и минеральных солей большинством бактерий, а также многими простейшими организмами и растениями.
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА
Под понятием «физиологически активные вещества» подразу мевают обычно вещества, активно влияющие на различные про цессы жизнедеятельности живых организмов.
Химия органических физиологически активных веществ воз никла в результате всестороннего изучения и синтеза таких соединений с целью применения их в практической медицине. Начав с выделения и изучения физиологически активных ве ществ, встречающихся в природе, химики в дальнейшем научи лись получать такие вещества путем синтеза. Постепенно были синтезированы соединения, значительно более простые и до ступные, чем природные, и в то же время в ряде случаев не только не уступающие, а превосходящие их по своему физио логическому действию.
Среди громадного числа природных органических веществ, обладающих физиологической активностью, наибольшую роль играют витамины, гормоны и антибиотики, представители ко торых относятся к самым различным классам органических со единений.
43. ВИТАМИНЫ
Название витамины произошло от слов «вита» — жизнь и «амины» — вещества, содержащие аминогруппу (в настоящее время известны также витамины, не содержащие аминогрупп). Витамины играют чрезвычайно большую роль в процессах жиз недеятельности организма, так как являются поставщиками хи мических группировок, необходимых для построения молекул ферментов, о значении которых мы уже знаем (стр. 373). Вита мины особенно важны потому, что поставляемые ими химиче ские группировки организм не может синтезировать самостоя тельно, а должен обязательно получать их с пищей.
Рассмотрим наиболее важные группы витаминов.
Витамины группы В
К важнейшим витаминам этой группы относятся: витамин Ві (тиамин), витамин Вг (рибофлавин),
Витамины группы В
383
витамин В6 (пиридоксин),
витамин Ві2 (кобаламин).
производным
Витамин В[ (тиамин).
Витамин Ві является
двух
гетероциклических
систем — тиазола и
пиримидина
(стр.
293):
Витамин Ві содержится в дрожжах, в зернах различных культурных злаков, в моркови, капусте, апельсинах, яблоках, яйцах, печени животных и др.
Отсутствие в пище витамина Ві приводит к потере аппетита, появлению чувства усталости и поражению нервной системы. Характерной болезнью, вызываемой недостатком в пище вита мина Ві, является заболевание, называемое «бери-бери», кото рое проявляется нервными расстройствами и нарушением сер дечной деятельности.
Витамин В2 (рибофлавин) имеет следующую структуру;
ОН ОН ОН н,с—С—с—с—сн,он
Значительные количества витамина В2 содержатся в дрож
жах, в печени
животных, а также в шпинате, капусте, яйцах
и молоке.
или недостаток в пище витамина В2 приводит
Отсутствие
к заболеваниям кожи лица, поражению глазного яблока и др.
Витамин В6 (пиридоксин)
сн,он но. ХНоОН
СНз N
384
43. Витамины
содержится
в тех же пищевых продуктах, что и витамины Ві
и В2. Недостаток в пище витамина В6 приводит к заболеванию нервной системы.
Витамин Ві2 (кобаламин). Структура витамина В1 2 значи тельно сложнее структуры остальных витаминов этой группы. В составе молекулы витамина В12 имеется один атом металла кобальта.
Недостаток витамина Ві2 в организме приводит к тяжелой болезни — злокачественной анемии, при которой уменьшается количество гемоглобина в крови, что вызывает тяжелое рас стройство всех функций организма и смерть. Потребность ор ганизма человека в витамине В]2 ничтожна — около 0,001 мг в сутки. Такое количество этого витамина человек всегда по лучает с пищей при нормальном рационе. Однако анемия раз вивается вследствие того, что по каким-то неизвестным причи нам в некоторых случаях не происходит всасывания витамина Ві2. Поэтому для лечения больных анемией производят иньекции витамина Ві2 в организм.
Витамины РР. К витаминам РР относятся никотиновая кис лота и ее амид:
N N
Витамин РР также относится к витаминам группы В и содер жится в тех же продуктах: дрожжах, печени животных, молоке,, овощах и др.
Недостаток витамина РР в пище приводит к тяжелому за болеванию— пеллагре, при которой происходит припухание, пигментация и шелушение кожи, ослабление памяти, расстрой ство нервной системы и др. Пеллагра вызывается также недо статком в пище витамина В6.
К витаминам группы В относятся еще пантотеновая кис лота, биотин и фолевая кислота.
При рассмотрении структурных формул витаминов группы В нетрудно заметить, что в их молекулах содержатся пиридино вый или пиримидиновый циклы. Самостоятельно синтезировать такие циклы организм не может. Поэтому для нормальной жиз недеятельности организм должен получать с пищей такие хими ческие соединения, которые содержали бы пиридиновый и пи римидиновый циклы уже готовыми.
Витамин С (аскорбиновая кислота)
385
Витамин А
По своему строению витамин А относится к полиеновым спиртам:
или, сокращенно
Витамин А содержится в рыбьем жире, яичном желтке, мо локе и других продуктах. Он может поступать в организм с пищей либо в готовом виде, либо в виде каротина — вещества, содержащегося в значительном количестве в моркови, помидо рах, масле и обусловливающего их окраску. Каротин в орга низме расщепляется на две молекулы витамина А:
каротин
Недостаток в пище витамина А приводит к «куриной сле поте»— болезни, выражающейся в падении способности глаза человека видеть в сумерках.
Витамин С (аскорбиновая кислота)
Витамин С имеет следующее строение:
н онн
но— с— с— с— с = с — с=о
н н
он он
Аскорбиновая кислота содержится в свежих овощах и фрук тах. Особенно богаты ею шиповник, лимоны и апельсины.
386
43. Витамины
Все растения и все животные (за исключением обезьян и морских свинок) могут сами синтезировать витамин С. Чело веческий организм такой способностью не обладает и может получать аскорбиновую кислоту только с растительной пищей При недостатке витамина С в пище человека развивается цинга (хрупкость кровеносных сосудов, повреждение хрящей и костей, разрушение зубов и др.).
Витамины группы D
Известно около десяти витаминов D, незначительно разли чающихся между собой по строению. Все они относятся к груп пе стероидов — сложных органических соединений с конденси рованными кольцами. Все витамины группы D участвуют в управлении процессом отложения кальция и фосфора в расту щих костях человека. При отсутствии витаминов D этот про цесс нарушается, в результате чего кости становятся мягкими и деформируются. Такое явление называется рахитом и свой ственно только детскому возрасту.
Витамины D содержатся в некоторых продуктах питания, но в количестве, недостаточном для роста человека. Недостаю щее количество витаминов D организм восполняет за счет имею
щегося
в организме 7-дегидрохолестерина — соединения
из
группы
стероидов, близкого по строению к витаминам D.
Со
держащийся непосредственно под кожей человека 7-дегидрохо
лестерин под действием солнечных лучей превращается в ви тамин D3:
солнечный свет
-------------------->_
НО
7-дегидрохолестерин
витамин D3
Витамин Ö2 (кальциферол) очень близок по строению к ви тамину D3 и образуется из стероидного спирта — эргосгерина, содержащегося в дрожжах, плесени и др., также под действием облучения:
Гормоны
387
44. ГОРМОНЫ
Гормонами называются органические соединения, вырабаты ваемые железами внутренней секреции. Наиболее важной же лезой внутренней секреции является гипофиз (мозговой прида ток), расположенный непосредственно под центральной частью мозга. Гипофиз выделяет около 25 различных гормонов, кото рые, проникая с током крови к другим железам внутренней се креции, регулируют выделение ими своих собственных гор монов.
Роль гормонов в организме человека очень велика, так как они управляют работой различных ферментов.
По химическому строению гормоны представляют собой или белки с небольшой молекулой (порядка десяти остатков ами нокислот), или соединения группы стероидов. Имеются гормо ны, не принадлежащие ни к одному из этих классов соединений.
Все гормоны, вырабатываемые гипофизом, являются бел ками. Один из них — адренокортикотропный гормон (сокращен но АКТГ) — регулирует деятельность надпочечников, которые выделяют собственные гормоны, в частности адреналин — один из наиболее просто построенных гормонов:
ОН
НО_./ \ СН(ОН)—СН2—NHCH3
адреналин
Адреналин, вызывая расширение мелких кровеносных сосу дов, пронизывающих мышцы, играет большую роль в передаче нервных импульсов.
Другая часть надпочечников, называемая «корой», выде ляет кортикальные гормоны, в частности дезоксикортикостерон
и кортизон, относящиеся к группе стероидов:
сн 2он
СН2ОН
Дезоксикортикостерон регулирует содержание минеральных веществ в крови, кортизон контролирует запасы гликогена в печени, т. е. обеспечивает снабжение организма этим крахмало подобным веществом, имеющим большой запас энергии.
388 45. Антибиотики
Кортикальные гормоны с успехом используются при аддисо новой болезни — расстройстве деятельности надпочечников. Кор тизон применяется при артрите (заболевании суставов) и дру гих болезнях.
Щитовидная железа человека выделяет гормон тиреоглобулин, представляющий собой белок с относительно высоким мо лекулярным весом. В состав молекулы этого гормона входят остатки аминокислот, содержащих атомы иода. Тиреоглобулин регулирует обмен веществ в организме, т. е. химическую ра боту организма. Если щитовидная железа ребенка не выделяет тиреоглобулина, ребенок перестает расти и остается неполно ценным в умственном отношении.
Поджелудочная железа вырабатывает инсулин. Это — гор мон, регулирующий процесс сгорания углеводов, при которомпроисходит освобождение энергии. Если вырабатываемого ор ганизмом инсулина не хватает, человек заболевает диабетом. При диабете происходит накопление несгоревшего сахара в ор ганизме, что приводит к потере веса, необычайно сильному чув ству голода, жажды и др.
Половые железы человека вырабатывают так называе мые андрогенные и эстрогенные гормоны, относящиеся по хи мическому строению к стероидам. В мужском организме обра зуется больше андрогенных, а в женском — больше эстрогенных гормонов. Примером андрогенных гормонов может служить те стостерон, примером эстрогенных — эстрон:
о н О
т е с т о с т е р о н
э с т р о н
Андрогенные гормоны создают конституцию, свойственную мужскому организму, а эстрогенные — женскому организму. Эти гормоны применяются для лечения многих болезней.
До настоящего времени основным способом получения гор монов, небольшое число которых мы описали выше, является извлечение их из желез внутренней секреции и других органов животных. Некоторые гормоны получаются синтетическим путем.
45. АНТИБИОТИКИ
Антибиотиками (антибиотическими веществами) называются органические соединения, образуемые живыми организмами (бактериями, грибами, высшими растениями и т. д.) и способ
Антибиотики
389
ные убивать микроорганизмы
(вирусы, бактерии и др.) или
подавлять их развитие.
в медицинской практике произ
Применение антибиотиков
вело переворот в лечении многих очень опасных болезней, вы зываемых различными бактериями и другими болезнетворными микроорганизмами. Поэтому, несмотря на то, что широкое изу чение антибиотиков началось лишь в 40-х годах этого столетия, к настоящему времени изучено (и частично синтезировано) большое число этих ценных лекарственных соединений. Быстро развивается и промышленность, которая вырабатывает сейчас антибиотики во все увеличивающемся количестве.
Антибиотики находят также применение в сельском хозяй стве (для стимулирования роста животных, борьбы с заболева ниями растений), в пищевой промышленности (для консервиро вания мяса) и в других отраслях народного хозяйства.
Рассмотрим некоторые из наиболее важных антибиотиков. Пенициллины. По химическому строению пенициллины пред ставляют собой своеобразную бициклическую систему, образо ванную двумя конденсированными гетероциклическими коль
цами:
S
/С Н з
R—СО—NH—НС—Н С / \ С
I
I
| Ч СН3
ОС
N
CH—СООН
В настоящее время известно около 10 разновидностей пенициллинов, различающихся между собой характером радика ла R.
В свободном состоянии пенициллины очень неустойчивы (за исключением феноксиметилпенициллина), поэтому их получают в виде солей металлов или органических оснований. Пеницил лины образуются плесенью различных видов. В настоящее вре мя осуществлен полный синтез пенициллина, однако в промыш ленности пенициллин получается значительно более простым и экономически выгодным биохимическим путем из плесени.
Пенициллины применяются при лечении опасных болезней, вызываемых различными стафилококками, стрептококками, а также пневмококками, менингококками, возбудителями газовой гангрены и некоторыми другими болезнетворными микроорга низмами. Исключительно высокая и широкая антибактериаль ная активность, значительно превышающая эффективность сульфамидных препаратов (см. стр. 228), в сочетании с почти полной безвредностью для человеческого организма сделали
