8. Ферменты, витамины.

Ферменты - это белковые молекулы, синтезируемые живыми клетками. В каждой клетке имеются сотни различных ферментов. С их помощью осуществляются многочисленные химические реакции, которые могут с большой скоростью идти при температурах, подходящих для данного организма, т. е. в пределах от 5 до 40 °С. Чтобы эти реакции с той же скоростью протекали вне организма, потребовались бы высокие температуры и резкие изменения некоторых других условий. Для клетки это означало бы гибель, ибо вся работа клетки строится таким образом, чтобы избежать любых сколько-нибудь заметных изменений в нормальных условиях ее существования.

Ферменты, следовательно, можно определить как биологические катализаторы, т.е. как вещества, ускоряющие реакции. Они абсолютно необходимы, потому что без них реакции в клетке протекали бы слишком медленно и не могли поддерживать жизнь.

Ферментативные реакции подразделяются на анаболические (реакции синтеза) и катаболические (реакции распада). Совокупность всех этих реакций в живой клетке или в живом организме составляет то, что мы называем метаболизмом. Метаболизм, таким образом, слагается из анаболизма и катаболизма.

Обычно для того чтобы превратить данное исходное вещество через ряд промежуточных соединений в продукт (или продукты), несколько ферментов действуют последовательно один за другим. Такая последовательность реакций составляет так называемый метаболический путь.

В клетке работает одновременно много метаболических путей. Реакции протекают согласованно, подчиняясь строгой регуляции, что объясняется специфической природой ферментов. Один фермент обычно катализирует только одну реакцию. Таким образом, ферменты служат для регулирования происходящих в клетке реакций и обеспечивают надлежащую их скорость.

Биологические катализаторы (т. е. ферменты) характеризуются следующими основными свойствами:

1. все ферменты представляют собой глобулярные белки;

2. они увеличивают скорость реакции, но сами в этой реакции не расходуются; их присутствие не влияет ни на природу, ни на свойства конечного продукта (или продуктов) реакции;

3. очень малое количество фермента вызывает превращение больших количеств субстрата;

4. активность ферментов меняется в зависимости от рН, температуры, давления и от концентраций как субстрата, так и самого фермента;

5. катализируемая реакция обратима;

6. ферменты обладают специфичностью, т. е. один фермент катализирует обычно только одну реакцию.

В 1961 г. специальной комиссией Международного биохимического союза была предложена систематическая номенклатура ферментов. Ферменты были подразделены на шесть групп в соответствии с общим типом реакции, которую они катализируют. Каждый фермент получил систематическое наименование, точно описывающее катализируемую им реакцию. Однако, поскольку многие из этих систематических названий оказались очень длинными и сложными, каждому ферменту было присвоено также и «тривиальное», рабочее название, предназначенное для повседневного употребления. Рабочее название состоит из названия субстрата, на который действует данный фермент, указания на тип катализируемой реакции и окончания «-аза». (Пример: рибулозобисфосфаткарбоксилаза; здесь субстрат - рибулозобисфосфат (+ С02), а тип реакции - карбо-ксилирование (добавление С02).

Витамины

Особое значение в жизни человека приобрели витаминосодержащие растения. Слово витамины в переводе с латинского языка означает жизненные амины (вита – жизнь, амины – содержащие NH – группу).

Вместе с гормонами, ферментами и другими веществами витамины принимают участие в обменных процессах организма в качестве катализаторов, поэтому необходимы в регуляции функций всех органов. Энергетических веществ организму требуется довольно много, витамины же необходимы в небольших количествах – в мг и даже сотые доли мг. Несмотря на столь мизерную потребность, недостаток их в организме приводит к ряду расстройств, неяркие проявления которых называются гиповитаминозами, резко выраженный дефицит – авитаминозами.

Таким образом, поступление витаминов в организм должно быть регулярным, бесперебойным и количественно достаточным. Недостаток витаминов в организме человека обусловлен рядом факторов:

1) современные пищевые продукты, представляют собой рафинированную пищу и практически не содержат весь комплекс необходимых витаминов;

2) в поступлении витаминов наблюдается также и сезонность, обусловленная различным составом пищи в разные периоды года;

3) потребность в витаминах находится в зависимости от состояния организма, так, тяжелая работа, голодание, беременность, болезни – требуют увеличения потребления витаминов.

Краткая история изучения витаминов и витаминосодержащих растений.

Слово витамины в переводе с латинского языка означает жизненные амины (вита – жизнь, амины – содержащие NH – группу).

Еще задолго до возникновения науки о витаминах были известны заболевания, определяемые теперь как авитаминозы. Первые достоверные сведения об этих заболеваниях относятся к XII веку, периоду крестовых походов. В период XI-XVII вв. в длительных морских плаваниях болезни, нередко, уничтожали весь экипаж. Однако причины этих заболеваний оставались загадкой. Лишь в 1882 году русский врач Лунин опубликовал результаты опытов, доказывающих, что заболевания возникают в результате отсутствия незначительного количества каких-то веществ. В 1911 г. польским ученым Казимиром Функом было выделено вещество, получившее название витамина (vita – жизнь и амин – так как первый витамин содержал аминокислоту). Дальнейшее развитие этих исследований доказало наличие целого ряда витаминов, которые по мере их открытия получали буквенные обозначения латинского алфавита: А, В, С и так далее. Было установлено, что одни витамины растворяются в воде, а другие – только в жирах, что привело к разделению их на два класса: жирорастворимые и водорастворимые.

Сейчас известно около 30 витаминов, причем около 20 из них человек получает с растительной и животной пищей. Вещества растительного и животного происхождения, называемые витаминами, не имеют между собой структурно-химической близости. Их выделение в особую группу основано исключительно на близком физиологическом эффекте.

Важнейшие витамины и их номенклатура.

Номенклатура			Суточная потребность человека в мг
Буквенная	Химическая (официальная, международная)	Физиологическая по отношению к человеку
1	2	3	4
Жирорастворимые
А D Е К Q F	Ретинол Кальциферол Токоферол Филлохинон Убихинон Комплекс ненасыщенных жирных кислот (линолевая, линоленовая, арахидоновая)	Антиксерофтальмический Антирахитический Антистерильный Антигеморрагический — —	2,5 0,025 5,0 0,015 – 1000
Водорастворимые
В1 В2 В3 В5 (РР) В6 В12 В15 Вс Вт С Н Р	Тиамин Рибофлавин Пантетеновая кислота Никотиновая кислота и никотинамид Пиридоксин Цианкобаламин Глюконодиметиламиноацетат (пангановая кислота) Птероилглютаминовая кислота (фолиевая кислота) Карнитин Аскорбиновая кислота Биотин Рутин	Антиневритный Витамин роста Антидерматитный Антипеллагрический Антидерматитный Антианемический Антианоксический – – Антискорбутный Антисеборрейный Капилляроукрепляющий	3,0 3,0 12 25 2,0 0,001 2,0 2,0 – 100 0,01 50

Витамин С (аскорбиновая кислота) — участвует в окислительных процессах организма, регулируя обмен веществ, в том числе липидный, влияя на состояние крови, активизируя защитные силы, стимулирует рост, улучшает аппетит, поднимает общий тонус организма. При недостаточном поступлении витамина С с пищей у человека развивается специфическое заболевание цинга или скорбут. Болезнь выражается в повышении проницаемости и хрупкости сосудов, вследствие чего, возникают спонтанные кровоизлияния и характерные изменения костей и зубов: зубы быстро расшатываются, разрушаются и выпадают. В основе этих явлений лежат нарушения синтеза склеивающего межклеточного белка – коллагена, что вызывает патологические изменения сосудистых стенок и опорных тканей.

Источником витамина С для человека служат: черная смородина, плоды шиповника, лимоны, капуста, помидоры, клубника, кольраби, щавель, вишня, малина, огурцы, облепиха, рябина, черемуха, крапива и др. Однако, витамин С обладает двояким действием на генетический аппарат клетки: при малых дозах – как антимутаген, а при больших – как мутаген, поэтому при приеме синтетических препаратов витамина С необходимо помнить, что перердозировка его нежелательна. Применение чрезмерных доз витамина С (10 г) создает предрасположение к тромбообразованию. Витамин С, понижает концентрацию йода в крови.

У растений аскорбиновая кислота участвует в окислительной системе. Она исполняет роль промежуточного катализатора окислительно-восстановительных реакций, являясь передатчиком водорода в процессе тканевого дыхания, участвует в синтезе углеводов.

Бесхлорофилльные растения характеризуются отсутствием или край ней бедностью витамина С. Так грибы, растения-паразиты из цветковых витамина С не содержат.

В сравнительно малых количествах витамин С содержится в представителях семейств:

• Juncaginaceae – Ситниковые,

• Alismataceae – Частуховые,

• Butomaceae – Сусаковые,

• Empetracea – Водянниковые.

И, наоборот, в следующих семействах обнаружены прекрасные витаминоносы:

• Rosaceae – Розоцветные,

• Primulaceae – Первоцветные,

• Leguminosae – Бобовые,

• Iridaceae – Касатиковые,

• Pinaceae – Сосновые.

Витамин А (Ретинол) — необходим человеку для того, чтобы кожа, слизистые оболочки были всегда в нормальном состоянии. При отсутствии в пище витамина А в организме человека развивается ряд специфических патологических изменений (А – авитаминоз); ослабление зрения (сумеречная или «куриная слепота»); поражение эпителиальных тканей (сухость, слущивание эпителия), в том числе роговицы глаза (сухость ее и воспаление называется ксерофтальмия, отсюда и название витамина А – антиксерофтальмический). Кроме того, при А – авитаминозе торможение роста, падение в весе и общее истощение организма.

Сухость кожи и слизистых оболочек, способствующая проникновению в организм болезнетворных микробов ведет к возникновению дерматитов, бронхитов и катаров дыхательных путей. Поэтому витамин А, предохраняющий от этих инфекционных заболеваний, относят к группе антиинфекционных витаминов.

К группе витамина А относятся многочисленные природные и синтетические вещества, принадлежащие к группе каротиноидов, сходные по своему физиологическому действию, но различные по химической структуре. В растениях витамин А не встречается, но есть провитамин А, или b-каротин. Молекула b-каротина распадается в кишечнике человека с образованием двух молекул витамина А.

В настоящее время известны 9 различных провитаминов А – изомеры каротина. По химической природе каротиноиды относятся к группе терпенов.

В тканях зеленых растений каротин преимущественно заключен в особых протоплазматических образованьях – пластидах (хлоропластах и хромопластах). Т. о., наибольшее количество его содержится в ассимиляционных органах растений, главным образом в листьях. В стеблях каротина значительно меньше.

Методы извлечения каротина из растений сводятся к экстракции его измельчения свежего сырого сырья. Растворителем является бинарная смесь: петролейный эфир + этиловый спирт. Каротин извлекается эфирной фракцией, а остальные вещества поступают в спиртовую фракцию.

Из травянистых растений промышленное значение для получения витамина А имеют люцерна, тростник, пырей и др. злаки. В качестве отходов овощеводства – ботва свеклы, моркови. Отходы лесного хозяйства – листья и хвоя древесных пород.

b-каротин также содержится в таких растениях как шиповник, рябина, облепиха, крапива, тысячелистник, календула, зверобой, щавель, зеленый лук, шпинат, салат, зеленый горошек. Кроме того, много провитамина А в красно мякотных овощах (моркови, перце, томате, тыкве и др.).

Источником для получения витамина А может служить жир печени морских животных (кит, морж, тюлень) и некоторых рыб (треска, морской окунь и др.). Много витамина А в телячьей и свиной печени, в яичном желтке, сливочном масле, сыре, икре.

Витамин К (филлохинон) — способствует синтезу компонентов участвующих в свертываемости крови и положительно влияет на состояние эндотелиальной оболочки кровеносных сосудов.

При недостатке его в пище человека могут возникать самопроизвольные кровотечения (носовые кровотечения, кровавая рвота, внутренние кровоизлияния). Полагают, что витамин К, является активной группой фермента, который участвует в ряде синтетических процессов и в конечном итоге образует фибрин, который непосредственно обеспечивает свертывание крови.

Известно несколько веществ, обозначаемых как витамин К. Так К₁ образуется в зеленых частях растений в хлоропластах, К₂ – в бактериях, обитающих в толстом кишечнике человека.

Источниками витамина К для человека являются зеленые части растений (листья люцерны, шпината, крапивы, салата, капусты и др.), морковь, томат, зеленый горошек, бобовые, злаки, ягоды и др. Также витамин К содержится в печени животных.

Получают витамин К из листьев люцерны, а также синтетическим путем.

Витамин Е (токоферол) — при отсутствии витамина Е в пище человека выражается в нарушении нормального функционирования и структуры многих тканей, развивается мышечная дистрофия, дегенерация спинного мозга и паралич конечностей. Недостаток или отсутствие витамина Е в рационе у беременных женщин вызывает нарушение эмбриогенеза (развитие плода в организме матери) и наблюдаются дегенеративные изменения репродуктивных органов.

Лучшими растительными источниками токоферола являются зеленые бобы, зеленый горох, салат, овес, капуста, пшеница (пшеничные зародыши), кукуруза. Очень много его в растительных маслах: подсолнечном, облепиховом, соевом, кукурузном, хлопковом, конопляном.

Витамин Е является антиаксидантом и синергистом с витамином А. При лечении витамином Е противопоказано назначение железа (нарушает действие витамина Е).

Витамин F (комплекс ненасыщенных жирных кислот) — представляет собой ненасыщенные жирные кислоты – линолевую, линоленовую, арахидоновую, которые содержатся в растительных пищевых маслах.

Витамин F участвует в регуляции обмена липидов. Особенно важно, что непредельные высшие жирные кислоты способствуют выведению из организма человека холестерина, а это препятствует развитию атеросклероза. Отмечено также положительное влияние на состояние кожного и волосяного покровов.

Источником витамина F являются льняное, конопляное, подсолнечное, ореховое, оливковое, кунжутовое, соевое, кукурузное, хлопковое и другие растительные масла.

Витамин Q (убихинон) — недостаток его в организме приводит к нарушению функции переноса фосфора в окислительно-востановительных реакциях, сопровождающихся запасанием энергии. Источником витамина Q является растительные и животные ткани, в которых протекают интенсивные окислительно-востановительные реакции.

Витамин Р (рутин) — при отсутствии витамина Р в пище у человека повышается проницаемость капилляров, что сопровождается внезапным кровоизлиянием после сдавливания ткани, болью в конечностях, общей слабостью и быстрой утомляемостью. Установлено, что действие витаминов Р и С взаимосвязано: каждый из них в присутствии другого обладает гораздо более высоким терапевтическим эффектом, чем в одиночку. Источником витамина Р для человека являются те же продукты, в которых содержится витамин С, например, черная смородина. Также витамина Р много в бруснике, чернике, клюкве, сливе, вишне, землянике, шиповнике, красном болгарском перце, лимонах, апельсинах, винограде и др.

Витамин Р получают для медицинской практики из кожуры цитрусовых плодов, из листьев гречихи, из зеленых листьев чайного куста.

Витамин В₁ (тиамин) — при В₁- авитаминозе развивается заболевание, получившее название полиневрита (болезнь «бе;´ри-бе;´ри»). Оно состоит в прогрессирующей дегенерации нервных окончаний и проводящих пучков, следствием чего является потеря кожной чувствительности, нарушение нормальной моторики желудочно-кишечного тракта, сердечные боли и т.п.; в конце концов, наступает паралич и смерть.

Большинство высших растений синтезируют тиамин в своих тканях (листья). Любопытно отметить, что высшие растения не только синтезируют витамин, но и выделяют его в почву, создавая благоприятные возможности для развития разнообразной микрофлоры.

Источником витамина В₁ являются: дрожжи, зародыши и оболочки зерновок у злаковых (главным образом ячменя, затем – ржи), отруби, а также хлеб, приготовленный из муки простого помола, неполированный рис, чечевица, фасоль, грецкий и лесной орех, каштаны, арахис, виноград, салат, шпинат, морковь, лук-порей.

Витамин В₂ (рибофлавин) — В₂- авитаминоз у человека выражается в остановке роста, выпадении волос, поражении слизистых оболочек (особенно в уголках рта), быстрой утомляемости зрения, понижением работоспособности, нарушением нормального синтеза гемоглобина, патологические изменения возникают и в нервной системе.

Синтез витамина В₂ очень сложен и нерентабелен. Его выделяют из молочной сыворотки и яичного белка, печени млекопитающих.

Чаще всего рибофлавин встречается в пивных и в пекарских дрожжах, в особенности высушенных. Также В₂ содержится в пшеничных зародышах, в овсе, желтой кукурузе, шелухе риса, овсяной муке, люцерне, шпинате, помидорах и др.

Витамин В₃ (пантотеновая кислота) — при недостатке пантотеновой кислоты в организме человека развиваются следующие патологические явления: поражение кожных покровов и слизистых оболочек внутренних органов, дегенеративные изменения ряда органов и тканей, потеря волосяного покрова и депигментация волос и т.п. Богатым источником пантетеновой кислоты являются зеленые части растений. Кроме того, она содержится в печени и дрожжах, а также синтезируется микрофлорой кишечника человека.

Витамин В₅ или РР (никотиновая кислота или никотинамид) — недостаток витамина В₅ вызывает у человека развитие болезни пеллагра, нарушение функций пищеварительного тракта и центральной нервной системы (поражения кожи, поносы, психические расстройства). Никотиновая кислота широко распространена в растениях. Больше всего ее содержится в земляном орехе (арахисе), дрожжах (пивных и пекарских), кроме растений ее много в печени. Меньше витамина РР в сушеных персиках, миндале, еще меньше – в пшеничном хлебе, рисе, чечевице, проростках злаковых и картофеле.

Витамин В₆ (пиридоксин) — отсутствие его в пище сопровождается резким нарушением обмена белков. Основным В₆ – авитаминозом является нарушение кроветворения и развитие различного рода дерматитов, которые не поддаются лечению никотиновой кислотой.

Встречается чаще всего в дрожжах (пивных и пекарских), шелухе риса, в пшеничных и кукурузных зародыша, сое, горохе, рисе, кукурузе, капусте, шпинате и в зеленых частях растений. Кроме растений витамин В₆ встречается в печени, мясе рыб и в мышцах рогатого скота, яичном желтке.

Витамин В₁₂ (цианкобаламин) — при недостатке в пище витамина В₁₂ наступает нарушение нормального кроветворения в костном мозге, приводящее к заболеванию, именуемому анемией. Витамин В₁₂ участвует в образовании красных кровяных телец. Растительные объекты содержат очень мало витамина В₁₂. В основном содержится в печени животных и, в особенности у некоторых бактерий и грибов (например, Streptomyces griseus). В человеческом организме витамин В₁₂ синтезируется микрофлорой кишечника.

Витамин В₁₅ (пангамовая кислота) — оказывает положительное влияние на переносимость кислородного голодания (аноксия) и может быть охарактеризован как антианоксический витамин. Кроме того, витамин В₁₅ предохраняет от жирового перерождения печени. Этот витамин очень широко распространен в природе, особенно хорошо представлен в семенах растений, откуда и произошло само название его (пан – всюду и гами – семя).

Витамин В_С или витамин М (фолиевая кислота) — принимает участие в биосинтезе тимина, влияет на кроветворение. Человек редко страдает от В_С – авитаминоза, так как фолиевая кислота синтезируется микрофлорой желудочно-кишечного тракта и всегда поступает в организм в достаточном количестве. Но в случае развития этого авитаминоза у человека наступает анемия, а также развиваются множественные нарушения деятельности органов пищеварения. Источником фолиевой кислоты для человека являются многие растения шпинат, свекла, пшеница, амарант, картофель, зеленый горошек, морковь, цветная капуста. Кроме растений этот витамин содержится в пивных дрожжах, яйцах и печени.

Витамин D (кальциферол) — при его отсутствии в рационе детей развивается – рахит. Предполагают, что при D – авитаминозе происходит нарушение всасывания кальция и фосфора в желудочно-кишечном тракте и образование фосфорных эфиров ряда органических соединений, вероятно, что оба эти процесса взаимосвязаны. Источником витамина D для человека являются продукты только животного происхождения: рыбий жир, сливочное масло, желток яйца, печень животных, молоко. А также прямое облучение кожных покровов ультрафиолетовыми лучами способствует образованию витамина D в организме.