Биологически активные вещества

К биологически активным веществам относятся ферменты, гормоны, антибиотики, витамины.

Ферменты (энзимы) – специфические белки, выполняющие в организме функции биологических катализаторов. Известно около 1000 ферментов, катализирующих соответствующее число индивидуальных реакций. Ферменты имеют высокую специфичность действия, интенсивность, действуют в «мягких» условиях (температура 30-35ºС, нормальное давление, рН~7). Процесс катализа строго ограничен в пространстве и времени. Часто, вещества, образующиеся под действием одного фермента, являются субстратом для другого фермента. Ферменты имеют все уровни белковой структуры (первичная, вторичная, третичная; четвертичная – особенно для регуляторных ферментов). Структурная часть молекулы, принимающая непосредственное участие в катализе наз. Каталитическим участком. Контактная площадка – место на поверхности фермента, к которому прикрепляется вещество. Каталитический центр и контактная площадка образуют активный центр (в молекуле их обычно несколько). Группы ферментов:

1. Не имеющие небелковых компонентов;

2. Имеющие белковый компонент – апофермент и требующие для проявления активности определенные органические вещества – коферменты.

Иногда в состав фермента входят различные ионы, в том числе и ионы металлов. Ионный компонент называется ионным кофактором. Ингибиторы – вещества угнетающие активность ферментов, образуют с ними инертные соединения. Такими веществами иногда являются сами субстраты или продукты реакции (в зависимости от концентрации). Изоферменты – генетически детерминированные формы фермента в одном и том же организме, характеризующиеся сходной субстратной спецификой.

Классификация ферментов

Ферменты классифицируются по типу реакции, которую они катализируют. Классы:

1. Оксидоредутазы – катализируют реакции окисления.

2. Трансферазы – перенос функциональных групп.

3. Гидролазы – гидролитический распад.

4. Лиазы – негидролитическое отщепление определенных групп атомовс образованием двойной связи.

5. Изомеразы – пространственная перестройка в пределах одной молекулы.

6. Лигазы – реакции синтеза, сопряженные с распадом догатых энергией связей.

Гормоны – химические вещества, обладающие чрезвычайно высокой биологической активностью, образованы специфической тканью (железами внутренней секреции). Гормоны контролируют обмен веществ, клеточную активность, проницаемость клеточных мембран, обеспечивают гомеостаз, др. специфические функции. Обладают дистантным действием (разносятся кровью во все ткани). Образование гормонов контролируется по принципу обратной связи: не только регулятор влияет на процесс, но и состояние процесса влияет на интенсивность образования регулятора.

Классификация гормонов

Есть несколько классификаций гормонов: связанная с происхождением гормона, с его химическим составом и др. По химической природе гормоны делятся на (химическая классификация):

1. Стероидные – производные стеролов с укороченными боковыми цепями.

Эстрон, эстрадиол, эстриол – яичники; вызывают образование женских вторичных половых признаков.

Кетоны и оксикетоны:

Тестостерон (XVI) – семенники; вызывает образование мужских вторичных половых признаков.

Кортизон, кортизол, кортикостерон (XVII), 11-дегидрокортикостерон,17-оксикортикостерон – кора надпочечников; регулируют обмен углеводов и белков.

11-дезоксикортикостерон, альдостерон – кора надпочечников; регулируют обмен электролитов воды.

2. Пептидные.

Циклические октапептиды.

Окситоцин, вазопрессин – гормоны задней доли гипофиза.

Полипептиды.

Интермедин, хроматотропин – гормоны промежуточной доли гипофиза; вызывает расширение меланофор в хроматофорах кожи.

Адренокортикотропный гормон – гормон передней доли гипофиза; стимулирует функцию коры надпочечников.

Инсулин – гормон поджелудочной железы; регулирует обмен углеводов.

Секретин – гормон слизистых желез кишечника; стимулирует выделение панкреатического сока.

Глюкагон – гормон островков Лангеранса поджелудочной железы; повышает концентрацию сахара в крови.

Белковые вещества

Лютеотропин – передняя доля гипофиза; поддерживает функцию желтого тела и лактацию.

Паратиреокрин – околощитовидная железа; поддерживает концентацию кальция и фосфора в крови.

Соматотропин – передняя доля гипофиза; стимулирует рост, регулирует анаболизм белков.

Ваготонин – поджелудочная железа; стимулирует парасимпатическую нервную систему.

Центропнеин – поджелудочная железа; стимулирует дыхание.

Гликопротеины

Фолликулостимулирующий (гонадотропный) гормон – передняя доля гипофиза; стимулирует рост фолликул, яичников и сперматогенез.

Лютеинизирующий гормон – передняя доля гипофиза; стимулирует образование эстрогенов и андрогенов.

Тиреотропин – передняя доля гипофиза; стимулирует деятельность щтовиной железы.

3. Родственные тирозину.

Фенилалкиламины

Адреналин (XVIII), норадреналин (медиатор нервного возбуждения) – гормоны мозгового слоя надпочечников; повышают кровяное давление, вызывают гликогенолиз, гипергликемию.

Иодированые тиронины.

Тироксин, 3,5,3-трииодотиронин – гормоны щитовидной железы; стимулируют основной обмен.

Антибиотики – вещества, образованные микроорганизмами или получаемые из других источников, обладающие антибактериальным, антивирусным, противоопухолевым действием. Выделено и описано св. 400 антибиотиков, которые принадлежат к различным классам химических соединений. Среди них есть пептиды, полиеновые соединения, полициклические вещества.

Для них характерно избирательное действие на определенные виды микроорганизмов; характеризуются специфическим антимикробным спектром действия. Подавляют некоторые болезнетворные микроорганизмы, не повреждая при этом растительных и животных тканей. Антибиотики действуют встраиваясь в обмен веществ.

Классификация антибиотиков

Есть несколько классификаций антибиотиков. По происхождению:

1. Грибкового происхождения

2. Бактериального происхождения

3. Животного происхождения

По спектру действия:

1. С узким спектром действия – действующие на грамположительные микробы(различные кокки). Это: пенициллин, стрептомицин.

2. С широким спектром действия – действующие как на грамположительные так и на грамотрицательные микроорганизмы(различные палочки). Это: тетракциклины, неомицин.

(Грамположительные и грамотрицательные антибиотики отличаются по отношению к определенным красителям. Грамположительные образуют с крастелем окрашенный комплекс, который не обесцвечивается с спирте; грамотрицательные не окрашиваются).

3. Действующие на грибки – группа полиеновых антибиотиков. Это: нистатин, кандицидин

4. Действующие как на микроорганизмы так и на опухолевые клетки животных. Это: актиномицины, митомицин…

По типу противомикробной активности:

1. Бактерицидные.

2. Бактериостатические.

Витамины – группа дополнительных веществ еды, которые не синтезируются в организме человека. Витамины являются биологическими катализаторами химических реакций или реагентами фотохимических процессов в организме. Участвуют в обмене веществ в составе ферментных систем. В организмы человека и животных попадают из внешней среды. Некоторые производные витаминов с замещенными функциональными группировками оказывают противоположное по сравнению с витаминами действие, и называются антивитаминами. Становятся витаминами. Провитамины – вещества, которые после ряда превращений в организме

Классификация витаминов

Классификация по отношению к человеческому организму:

1. Повышающие общую активность организма – регулируют функциональное состояние центральной нервной системы (B1, B2, PP, A, C).

2. Антигеморрагические – обеспечивающие нормальную проницаемость и эластичность кровеносных сосудов (C, P, K).

3. Антианемические – регулируют кроветворение (B12, Bc, C).

4. Антиинфекционные – повышающие устойчивость организма к инфекциям (C, A).

5. Регулирующие зрение – усиливающие остроту зрения.(A, B2, C).

Также различают:

1. Водорастворимые (витамины С, В1, В2, В6, В12, РР, пантотеновая кислота, биотин, мезоинозит, холин, п-аминбензойная кислота, фолиевая кислота).

2. Жирорастворимые (витамины А, А2, D2, D3, Е, К1, К2).

Витамин А (ретинол) – влияет на зрение, рост (V).

Витамин В1 (тиамин) – участвует в обмене углеводов (VI).

Витамин В2 (рибофлавин) – участвует в обмене углеродов, жиров, белков; влияет на рост, зрение, центральную нервную систему (VII).

Витамин РР (никотиновая кислота) –участвует в клеточном дыхании (VIII).

Витамин В6 (пиридоксин)– участвует в усвоении белков, жиров; азотистый обмен (IX).

Витамин В9 (фолиевая кислота) – участвует в обмене веществ, синтезе нуклеиновых кислот, кроветворении (X).

Витамин В12 (цианокобаламин) – участвует в кроветворении (XI).

Витамин С (аскорбиновая кислота) – участвует в усвоении белков, восстановлении тканей (XII).

Витамин D (кальциферол) – участвует в обмене минеральных веществ (XIII).

Витамин Е (токоферол) – мышцы (XIV).

Витамин К (филлохиноны) – влияет на сворачиваемость крови (XV).

Слово «бады» в последнее время становится у некоторых врачей чуть ли не ругательным. Между тем биологически активные добавки вовсе не являются бесполезными и могут приносить ощутимую пользу. Пренебрежительное же отношение к ним и потеря доверия у людей связаны с тем, что на гребне увлечения биологически активными веществами появилось много фальсификаций. Так как наш сайт часто рассказывает о профилактических мерах, помогающих сохранить здоровье, стоит коснуться этого вопроса подробнее - что же относится к биологически активным веществам и где их искать.

Что такое биологически активные вещества?

Под биологически активными веществами подразумевают вещества, которые обладают высокой физиологической активностью и воздействуют на организм в самых малых дозах. Они могут ускорять обменные процессы, улучшать метаболизм, участвовать в синтезе витаминов, способствовать регулировке правильной работы систем организма.

БАВы могут играть различные роли. Ряд подобных веществ при детальном изучении показал свою способность подавлять рост раковых опухолей. Другие вещества, такие как аскорбиновая кислота, участвуют в огромном количестве процессов, протекающих в организме, и способствуют укреплению иммунитета.

БАДы, или биологически активные добавки, представляют собой препараты на основе повышенной концентрации определенных биологически активных веществ. Они не считаются лекарством, но при этом могут успешно лечить заболевания, связанные с нарушением баланса веществ в организме.

Как правило, БАВы содержатся в растениях и животных продуктах, поэтому многие препараты сделаны на их основе.

Виды биологически активных веществ

Лечебное действие фитотерапии и различных биологически активных добавок объясняется комбинацией содержащихся активных веществ. Какие же вещества относятся современной медициной к биологически активным? Это всем известные витамины, жирные кислоты, микро- и макроэлементы, органические кислоты, гликозиды, алкалоиды, фитонциды, ферменты, аминокислоты и ряд других. О роли микроэлементов мы уже писали в статье , теперь более конкретно поговорим о других биологически активных веществах.

Аминокислоты

Из курса школьной биологии мы знаем, что аминокислоты входят в состав белков, ферментов, многих витаминов и других органических соединений. В человеческом организме синтезируется 12 из 20 необходимых аминокислот, то есть существует ряд незаменимых аминокислот, которые мы можем получить лишь с пищей.

Аминокислоты служат для синтеза белков, из которых в свою очередь формируются железы, мышцы, сухожилия, волосы - словом, все части организма. Без определенных аминокислот невозможно нормальное функционирование головного мозга, так как именно аминокислота позволяет передавать нервные импульсы от одной нервной клетки к другой. Кроме того, аминокислоты регулируют энергетический обмен и способствуют тому, чтобы витамины и микроэлементы усваивались и работали в полной мере.

К наиболее важным аминокислотам относятся триптофан, метионин и лизин, которые как раз не синтезируются человеком и должны поступать с пищей. Если их не хватает, то нужно принимать их в составе БАД.

Триптофан содержится в мясе, бананах, овсе, финиках, кунжуте, арахисе; метионин - в рыбе, молочных продуктах, яйцах; лизин - в мясе, рыбе, молочных продуктах, пшенице.

Если не хватает аминокислот, организм пытается извлечь их сначала из собственных тканей. А это ведет к их повреждению. В первую очередь организм извлекает аминокислоты из мышц - для него важнее прокормить мозг, чем бицепсы. Отсюда первым симптомом нехватки незаменимых аминокислот являются слабость, быстрая утомляемость, истощение, затем к этому присоединяются анемия, потеря аппетита и ухудшение состояния кожи.

Очень опасна нехватка незаменимых аминокислот в детстве - это может привести к задержке роста и психического развития.

Углеводы

Про углеводы все наслышаны из глянцевых журналов - худеющие дамы считают их своим врагом номер один. Между тем углеводы играют важнейшую роль в построении тканей тела и их нехватка ведет к печальным последствиям - низкоуглеводные диеты это демонстрируют постоянно.

К углеводам относятся моносахариды (глюкоза, фруктоза), олигосахариды (сахароза, мальтоза, стахиоза), полисахариды (крахмал, клетчатка, инулин, пектин и пр.).

Клетчатка выполняет роль естественного очистительного средства от токсинов. Инулин снижает в крови уровень холестерина и сахара, способствует повышению плотности костной массы, укрепляет иммунную систему. Пектин обладает антитоксическим действием, снижает уровень холестерина, благотворно действует на сердечно-сосудистую систему и укрепляет иммунитет. Пектин содержится в яблоках, ягодах, многих фруктах. Инулина много в цикории и топинамбуре. Клетчаткой богаты овощи, злаки. В качестве эффективной БАД, содержащей клетчатку, чаще всего используются отруби.

Глюкоза обязательно нужна для правильной работы мозга. Содержится она во фруктах и овощах.

Органические кислоты

Органические кислоты поддерживают в организме кислотно-щелочное равновесие и участвуют во многих обменных процессах. Каждая кислота имеет свой спектр действия. Аскорбиновая и янтарная кислоты обладают мощным антиоксидантным действием, за что их еще называют эликсиром молодости. Бензойная кислота обладает антисептическим действием и помогает бороться с воспалительными процессами. Олеиновая кислота улучшает работу сердечной мышцы, препятствует атрофии мышц. Ряд кислот входит в состав гормонов.

Много органических кислот входит в состав овощей и фруктов. Следует знать, что употребление слишком большого количества БАДов, содержащих органические кислоты, может привести к тому, что организму будет оказана медвежья услуга - произойдет излишне ощелачивание организма, что приведет к нарушению работы печени, ухудшению вывода токсинов.

Жирные кислоты

Многие жирные кислоты организм может синтезировать самостоятельно. Не может он производить только полиненасыщенные кислоты, которые названы омега-3 и 6. О пользе ненасыщенных жирных кислот омега-3 и омега-6 не слышал только ленивый.

Хотя открыли их в начале XX века, но их роль стали изучать только в 70-х годах прошедшего столетия. Диетологи выяснили, что питающиеся рыбой народы редко страдают гипертонией и атеросклерозом. Так как рыба богата кислотами омега-3, ими быстро заинтересовались. Выяснилось, что омега-3 благотворно воздействует на суставы, сосуды, состав крови, состояние кожи. Выяснено, что эта кислота восстанавливает гормональный баланс, а также позволяет регулировать уровень кальция - сегодня ее с успехом применяют для лечения и профилактики раннего старения, болезни Альцгеймера, мигреней, остеопроза, сахарного диабета, гипертонии, атеросклероза.

Омега-6 помогает регулировать работу гормональной системы, улучшить состояние кожи, суставов, особенно при заболеваниях артритом. Омега-9 является прекрасным профилактическим средством раковых заболеваний.

Много омеги-6 и 9 содержится в свином сале, орехах, семечках. Омега-3 содержится, кроме рыбы и морепродуктов, в растительных маслах, рыбьем жире, яйцах, бобовых.

Смолы

Как ни удивительно, они тоже являются биологически активными веществами. Они содержатся во многих растениях и обладают ценными лечебными свойствами. Так, смолы, содержащиеся в березовых почках, имеют антисептическое действие, а смолы хвойных деревьев обладают противовоспалительным, антисклеротическим, ранозаживляющим действием. Особенно много полезных свойств у живицы, используемой для приготовления пихтовых и кедровых бальзамов.

Фитонциды

Фитонциды обладают способностью уничтожать или тормозить размножение бактерий, микроорганизмов, грибков. Известно, что они убивают вирус гриппа, дизентерийную и туберкулезную палочку, обладают ранозаживляющим действием, регулируют секреторную функцию желудочно-кишечного тракта, улучшают сердечную деятельность. Особенно ценятся фитонцидные свойства чеснока, лука, сосны, ели, эвкалипта.

Ферменты

Ферменты являются биологическими катализаторами многих процессов, протекающих в организме. Иногда их называют энзимами. Они помогают улучшить пищеварение, выводят токсины из организма, стимулируют мозговую деятельность, укрепляют иммунитет, участвуют в обновлении организма. Могут быть растительного или животного происхождения.

Последние исследования недвусмысленно утверждают, что для того, чтобы растительные энзимы работали, растение не должно быть подвергнуто перед едой термической обработке. Готовка убивает энзимы и делает их бесполезными.

Особенно важен для организма коэнзим Q10 - витаминоподобное соединение, которое в норме вырабатывается в печени. Оно является мощным катализатором ряда жизненно важных процессов, особенно образования молекулы АТФ–о источника энергии. С годами процесс выработки коэнзима замедляется, и в пожилом возрасте его содержится совсем мало. Считается, что недостаток коэнзима повинен в старении.

Сегодня предлагается вводить в рацион коэнзим Q10 искусственно с БАДами. Такие препараты широко используются для улучшения деятельности сердца, улучшения внешнего вида кожи, улучшения работы иммунной системы, в целях борьбы с лишним весом. Мы как-то писали про , здесь добавим, что, принимая коэнзим, стоит учитывать эти рекомендации тоже.

Гликозиды

Гликозиды представляют собой соединения глюкозы и других сахаров с несахаристой частью. Сердечные гликозиды, содержащиеся в растениях, полезны при заболеваниях сердца и нормализуют его работу. Такие гликозиды содержатся в наперстянке, ландыше, желтушнике.

Антрагликозиды обладают слабительным действием, а также способны растворять камни в почках. Антрагликозиды содержатся в коре крушины, корнях ревеня, конского щавеля, в марене красильной.

Сапонины имеют различное действие. Так, сапонины хвоща отличаются мочегонным действием, солодки - отхаркивающим, женьшеня и аралии - тонизирующим.

Есть еще горечи, которые стимулируют выделение желудочного сока и нормализуют пищеварение. Интересно, что их химическое строение до сих пор не изучено. Горечи содержатся в полыни.

Флавоноиды

Флавоноиды являются фенольными соединениями и содержатся во многих растениях. По лечебному действию флавоноиды похожи на витамин Р - рутин. Флавоноиды имеют сосудорасширяющие, противовоспалительные, желчегонные, сосудоукрепляющие свойства.

Дубильные вещества тоже относят к фенольным соединениям. Эти биологически активные вещества имеют кровоостанавливающее, вяжущее и антимикробное действие. Эти вещества содержат кора дуба, кровохлебка, листья брусники, корень бадана, ольховые шишки.

Алкалоиды

Алкалоиды - это биологически активные азотсодержащие вещества, содержащиеся в растениях. Они очень активны, большинство алкалоидов в большой дозе ядовиты. В небольшой же это ценнейшее лечебное средство. Как правило алкалоиды обладают избирательным воздействием. К алкалоидам относятся такие вещества, как кофеин, атропин, хинин, кодеин, теобромин. Кофеин оказывает возбуждающее воздействие на нервную систему, а кодеин, к примеру, подавляет кашель.

Зная, какими бывают биологически активные вещества и как они действуют, можно более осмысленно выбирать биологически активные добавки. Это в свою очередь позволит подбирать именно тот препарат, который действительно поможет справиться с проблемами со здоровьем и улучшить качество жизни.

Для того, чтобы после напряженных тренировок и соревнований организм атлета мог поддерживать работоспособность и нормальную жизнедеятельность, ему необходим сбалансированный рацион питания в зависимости от индивидуальных потребностей организма, которые должны соответствовать возрасту атлета, его полу и виду спорта. Для восстановления нормальной работы систем организма вместе с пищей спортсмен должен получать достаточное количество белков, жиров и углеводов, а также биологически активных веществ – витаминов и минеральных солей.

Как известно, физиологические потребности организма зависят от постоянно изменяющихся условий жизни спортсмена, что не позволяет качественно сбалансировать рацион.

Тем не менее, организм человека обладает регулирующими свойствами и может усваивать из пищи необходимые питательные вещества в том количестве, которое ему требуется в данный момент. Однако эти способы приспособления организма имеют определенные пределы.

Дело в том, что некоторые ценные витамины и незаменимые аминокислоты организм не может синтезировать в процессе обмена, и они могут поступать только с пищей. Если организм их не получает, питание будет несбалансированным, в результате чего и падает работоспособность, возникает угроза возникновения различных заболеваний.

Белки

Эти вещества просто необходимы для атлетов, занимающихся с отягощениями, поскольку они способствуют наращиванию мышечной массы. Белки образуются в организме за счет поглощения их из пищи. По пищевой ценности их невозможно заменить углеводами и жирами. Источниками белков являются продукты животного и растительного происхождения.

Белки , которые подразделяются на заменимые (около 80%) и незаменимые (20%). Заменимые аминокислоты синтезируются в организме, а незаменимые организм синтезировать не может, поэтому они должны поступать вместе с пищей или с помощью спортивного питания.

Белок – основной пластический материал. В составе скелетных мышц содержится приблизительно 20% белка. Белок входит в состав ферментов, ускоряющих разнообразные реакции и обеспечивающих интенсивность обмена веществ. Также белок содержится в гормонах, которые участвуют в регуляции физиологических процессов. Белок участвует в сократительной деятельности мышц.

Кроме этого, белок является составной частью гемоглобина и обеспечивает транспортировку кислорода. Белок крови (фибриноген) участвует в процессе ее свертывания. Сложные белки (нуклеопротеиды) способствуют передаче по наследству качеств организма. Также белок является источником энергии, необходимой для выполнения упражнений: 1 г белка содержит 4,1 ккал.

Мышечная ткань состоит из белка, поэтому бодибилдеры для максимального увеличения размеров мышц вводят в рацион много белка, в 2-3 раза больше рекомендуемой нормы. Следует отметить, что мнение о том, что потребление большого количества белка увеличивает силу и выносливость, ошибочно. Единственным способом увеличения размеров мышц без вреда для здоровья является регулярная тренировка.

Если атлет употребляет большое количество белковой пищи, это приводит к увеличению массы тела. Поскольку регулярные тренировки способствуют увеличению потребности организма в белке, большинство атлетов употребляет насыщенную белками пищу с учетом нормы, рассчитанной диетологами.

К продуктам, обогащенным белком, относятся мясо, мясопродукты, рыба, молоко и яйца.

Мясо – источник полноценных белков, жиров, витаминов (В 1, В2, В6) и минеральных веществ (калия, натрия, фосфора, железа, магния, цинка, йода). Также в состав мясных продуктов входят азотистые вещества, стимулирующие выделение желудочного сока, и безазотистые экстрактивные вещества, извлекающиеся при варке.

Почки, печень, мозги, легкие также содержат белок и имеют высокую биологическую ценность. Помимо белка, печень содержит много витамина А и жирорастворимых соединений железа, меди и фосфора. Она особенно полезна спортсменам, перенесшим тяжелую травму или операцию.

Ценным источником белка является морская и речная рыба. По наличию полезных веществ она не уступает мясу. По сравнению с мясом химический состав рыбы несколько разнообразнее. Она содержит до 20% белков, 20-30% жиров, 1,2% минеральных солей (соли калия, фосфора и железа). В морской рыбе содержится много фтора и йода.

В питании спортсменов преимущество отдают куриным и перепелиным яйцам. Использование яиц водоплавающих птиц нежелательно, так как они могут быть заражены возбудителями кишечных инфекций.

Кроме белков животного происхождения, существуют белки растительного происхождения, содержащиеся преимущественно в орехах и бобовых культурах, а также в сое.

Бобовые

Бобовые являются питательным и сытным источником обезжиренного белка, содержат нерастворимую клетчатку, сложные углеводы, железо, витамины С и группы В. Бобовые являются лучшим заменителем животного белка, снижают уровень холестерина, стабилизируют содержание сахара в крови.

Включение их в рацион атлетов обязательно не только из-за того, что в бобовых содержится большое количество белка. Такая пища позволяет контролировать массу тела. Бобовые лучше не употреблять в период соревнований, так как они являются довольно трудно усваиваемой пищей.

Соя содержит высококачественный белок, растворимую клетчатку, ингибиторы протеазы. Соевые продукты являются хорошими заменителями мяса, молока, незаменимы в рационе спортсменов-тяжелоатлетов и культуристов.

Орехи , помимо растительного белка, содержат витамины группы В, витамин Е, калий, селен. Различные виды орехов включаются в рацион спортсменов в качестве питательного продукта, малый объем которого может заменить большое количество пищи. Орехи обогащают организм витаминами, белками и жирами, снижают риск онкологических заболеваний, предотвращают многие болезни сердца.

Жиры (липиды)

Жиры играют важную роль в регулировании обмена веществ и способствуют нормальному функционированию организма. Недостаток жиров в рационе приводит к заболеваниям кожи, авитаминозам и другим болезням. Излишек жиров в организме ведет к ожирению и некоторым другим заболеваниям, что не допустимо для людей, занимающихся спортом.

Когда жиры попадают в кишечник, начинается процесс их расщепления до глицерина и жирных кислот. Потом эти вещества проникают сквозь стенку кишечника и вновь преобразуются в жиры, которые всасываются в кровь. Она транспортирует жиры в ткани, и там они используются в качестве энергетического и строительного материала.

Липиды входят в состав клеточных структур, поэтому они необходимы для образования новых клеток. Избыточное количество жира откладывается в виде запасов жировой ткани. Следует отметить, что нормальное количество жира у спортсмена в среднем составляет 10-12% от массы тела. В процессе окисления из 1 г жира высвобождается 9,3 ккал энергии.

Самыми полезными являются молочные жиры, которые содержатся в сливочном и топленом масле, молоке, сливках и сметане. Они содержат много витамина А и других полезных для организма веществ: холина, токоферола, фосфатидов.

Растительные жиры (подсолнечное, кукурузное, хлопковое и оливковое масла) являются источником витаминов и способствуют нормальному развитию и росту молодого организма.

Растительное масло содержит полиненасыщенные жирные кислоты и витамин Е. Растительное масло, предназначенное для тепловой обработки, должно быть рафинированным. Если растительное масло используется в свежем виде в качестве заправки для продуктов и блюд, лучше использовать нерафинированное, богатое витаминами и питательными веществами.

Жиры богаты фосфоросодержащими веществами и витаминами и являются ценным энергетическим источником.
Полиненасыщенные жирные кислоты способствуют повышению иммунитета, укреплению стенок кровеносных сосудов и активизации метаболизма.

В одной из недавних телевизионных передач приводились сведения о том, что россияне занимают одно из последних мест по уровню информированности о составе продуктов питания. Оказывается, что только 5% российских покупателей интересуются химическим составом продуктов, который указывается на этикетке. Причем их интересует количество калорий, белков, жиров и углеводов, но о каких-то там (омега)-жирных кислотах не слышал

Углеводы

В диетологии углеводы разделяются на простые (сахарные) и сложные, более важные с точки зрения рационального питания. Простые углеводы называются моносахаридами (это фруктоза и глюкоза). Моносахариды быстро растворяются в воде, это способствует их поступлению из кишечника в кровь.

Сложные углеводы построены из нескольких молекул моносахаридов и называются полисахаридами. К полисахаридам относятся все разновидности сахаров: молочный, свекловичный, солодовый и другие, а также клетчатка, крахмал и гликоген.

Гликоген является важнейшим элементом для развития выносливости у спортсменов, относится к полисахаридам, вырабатывается в организме животными. Хранится в печени и мышечной ткани, в мясе гликоген почти не содержится, так как после смерти живых организмов он распадается.

Организм усваивает углеводы за достаточно короткое время. Глюкоза, попадая в кровь, сразу становится источником энергии, воспринимаемым всеми тканями организма. Глюкоза необходима для нормального функционирования мозга и нервной системы.

Часть углеводов содержится в организме в виде гликогена, который в большом количестве способен превращаться в жир. Во избежание этого следует рассчитывать калорийность потребляемой пищи и поддерживать баланс расходуемых и получаемых калорий.

Углеводами богаты ржаной и пшеничный хлеб, сухари, крупы (пшеничная, гречневая, перловая, манная, овсяная, ячневая, кукурузная, рисовая), отруби и мед.

Кукурузная крупа – ценный источник сложных углеводов, клетчатки и тиамина. Это высококалорийный, но не жирный продукт. Спортсменам следует его употреблять с целью профилактики ишемической болезни сердца, некоторых видов рака, а также ожирения.

Высококачественные углеводы, содержащиеся в зерновых, являются лучшей заменой углеводам, находящимся в макаронных и хлебобулочных изделиях. В рацион спортсменов рекомендуется вводить немолотое зерно некоторых видов злаковых культур.

• Ячмень широко используется для приготовления соусов, приправ, первых блюд;
• Просо подается в качестве гарнира к мясным и рыбным блюдам. Зерна растения богаты фосфором и витаминами группы В;
• Дикий рис содержит высококачественные углеводы, значительное количество белка и витаминов группы В;
• Киноа – южноамериканский злак, используется для приготовления пудингов, супов и вторых блюд. Содержит не только углеводы, но и большое количество кальция, белка и железа;
• Пшеница часто используются в спортивном питании в качестве заменителя риса.

Немолотое зерно или зерно грубого помола полезнее, чем измельченное в крупу или переработанное в хлопья. Не прошедшее специальную технологическую обработку зерно богато клетчаткой, витаминами и микроэлементами. Темные сорта зерна (например, коричневый рис) не вызывают развитие остеопороза в отличие от обработанных зерновых культур – таких, как манная крупа или белый рис.

Читайте также:

Минеральные вещества

Эти вещества входят в состав тканей и участвуют в их нормальном функционировании, поддерживают необходимое осмотическое давление в биологических жидкостях и постоянство кислотно-щелочного баланса в организме. Рассмотрим основные минеральные вещества.

Калий входит в состав клеток, а натрий содержится в межклеточной жидкости. Для нормальной жизнедеятельности организма необходимо строго определенное соотношение натрия и калия. Оно обеспечивает нормальную возбудимость мышечной и нервной тканей. Натрий участвует в поддержании постоянного осмотического давления, а калий влияет на сократительную функцию сердца.

Как избыток, так и недостаток калия в организме может привести к нарушениям в работе сердечно-сосудистой системы.

Калий присутствует в разной концентрации во всех жидкостях тела, помогает поддерживать водно-солевой баланс. Богатыми натуральными источниками калия являются бананы, абрикосы, авокадо, картофель, молочные продукты, цитрусовые.

Кальций входит в состав костей. Его ионы участвуют в нормальной деятельности скелетных мышц и мозга. Наличие кальция в организме способствует свертыванию крови. Избыточное количество кальция повышает частоту сокращений сердечной мышцы, а в очень больших концентрациях может вызвать остановку сердца. Лучшим источником кальция являются молочные продукты, кальцием также богата капуста брокколи и лососевые виды рыбы.

Фосфор входит в состав клеток и межклеточных тканей. Он участвует в процессе обмене жиров, белков, углеводов и витаминов. Соли фосфора играют важную роль в поддержании кислотно-щелочного баланса крови, укреплении мышц, костей и зубов. Фосфором богаты бобовые культуры, миндаль, птица и в особенности рыба.

Хлор входит в состав соляной кислоты желудочного сока и находится в организме в соединении с натрием. Хлор необходим для жизнедеятельности всех клеток организма.

Железо является составной частью некоторых ферментов и гемоглобина. Оно участвует в распределении кислорода и способствует окислительным процессам. Достаточное количество железа в организме предотвращает развитие анемии и снижение иммунитета, ухудшение работоспособности головного мозга. Натуральным источником железа являются зеленые яблоки, жирная рыба, абрикосы, горох, чечевица, инжир, морепродукты, мясо, птица.

Бром содержится в крови и других жидких сферах организма. Он усиливает процессы торможения в коре головного мозга и этим способствует нормальному соотношению между тормозными и возбудительными процессами.

Йод входит в состав гормонов, вырабатываемых щитовидной железой. Недостаток йода может вызывать нарушение многих функций организма. Источником йода являются йодированная соль, морская рыба, водоросли и другие морепродукты.

Сера входит в состав белков. Она содержится в гормонах, ферментах, витаминах и других соединениях, которые участвуют в обменных процессах. Серная кислота нейтрализует вредные вещества в печени. Достаточное присутствие серы в организме понижает уровень холестерина, предотвращает развитие опухолевых клеток. Серой богаты луковые культуры, зеленый чай, гранаты, яблоки, различные виды ягод.

Для нормального функционирования организма важны цинк, магний, алюминий, кобальт и марганец. Они входят в состав клеток в незначительных количествах, поэтому их называют микроэлементами.

Магний – металл, участвующий в биохимических реакциях. Он необходим для сокращения мышц и работы ферментов. Этот микроэлемент укрепляет костную ткань, регулирует сердечный ритм. Источником магния являются авокадо, коричневый рис, пророщенная пшеница, семена подсолнечника, амарант.

Марганец – микроэлемент, необходимый для образования костных и соединительных тканей, работы ферментов, участвующих в углеводном обмене. Марганцем богаты ананасы, ежевика, малина.

Витамины

Витамины – это биологически активные органические вещества, играющие важную роль в обмене веществ. Одни витамины содержатся в составе ферментов, обеспечивающих протекание биологических реакций, другие находятся в тесной связи с железами внутренней секреции.

Витамины поддерживают иммунитет и обеспечивают высокую работоспособность организма. Недостаток витаминов вызывает нарушения в нормальном функционировании организма, которые называют авитаминозами. Потребность организма в витаминах значительно увеличивается при повышении атмосферного давления и температуры окружающей среды, а также при физических нагрузках и некоторых заболеваниях.

В настоящее время известно около 30 разновидностей витаминов. Витамины делятся на две категории: жирорастворимые и водорастворимые . Жирорастворимыми витаминами являются витамины A, D, Е, К. Они имеются в жировых отложениях организма и не всегда требуют регулярного поступления извне, при недостатке организм берет их из своих ресурсов. Излишнее количество этих витаминов может быть токсичным для организма.

Водорастворимыми витаминами являются витамины группы В, фолиевая кислота, биотин, пантотеновая кислота. В связи с малой растворимостью в жирах эти витамины с трудом проникают в жировые ткани и не накапливаются в организме, кроме витамина В12, накапливающегося в печени. Избыток водорастворимых витаминов выводится с мочой, поэтому они малотоксичны и их можно принимать в довольно большом количестве. Передозировка иногда приводит к аллергическим реакциям.

Для спортсменов витамины являются особенно важными веществами по целому ряду причин.

• Во-первых, витамины напрямую участвуют в процессах развития, работы и роста мышечной ткани, синтезе белка и обеспечении целостности клеток.
• Во-вторых, при активных физических нагрузках многие полезные вещества затрачиваются в большом количестве, поэтому возникает повышенная потребность в витаминах во время тренировок и соревнований.
• В-третьих, специальные витаминные добавки и натуральные витамины усиливают рост и увеличивают работоспособность мышц.

Наиболее важные витамины для спорта

Витамин Е (токоферол). Способствует нормальной репродуктивной деятельности организма. Недостаток витамина Е может привести к необратимым изменениям в мускулатуре, что недопустимо для спортсменов. Этот витамин является антиоксидантом, защищающим поврежденные клеточные мембраны и снижающим количество свободных радикалов в организме, накопление которых ведет к изменениям состава клеток.

Витамином Е богаты растительные масла, зародыши злаковых растений (ржи, пшеницы), зеленые овощи. Следует отметить, что витамин Е повышает усваиваемость и устойчивость витамина А. Токсичность витамина Е достаточно низка, однако при передозировке могут возникнуть побочные эффекты – кожные заболевания, неблагоприятные изменения в половой сфере. Витамин Е следует принимать вместе с небольшим количеством жиросодержащей пищи.

Витамин Н (биотин). Участвует в репродуктивных процессах организма и влияет на жировой обмен и нормальное функционирование кожного покрова. Биотин принимает важнейшее участие в синтезе аминокислот. Следует знать, что биотин нейтрализуется авидином, содержащимся в сыром яичном белке. При чрезмерном употреблении сырых или недоваренных яиц спортсмены могут испытывать проблемы с ростом костной и мышечной ткани. Источником биотина являются дрожжи, яичный желток, печень, зерновые и бобовые культуры.

Витамин С (аскорбиновая кислота). Содержится в ферментах, катализаторах. Участвует в окислительно-восстановительных реакциях, обменных процессах углеводов и белков. При недостатке витамина С в пище человек может заболеть цингой. Следует отметить, что в большинстве случаев это заболевание приводит спортсменов к профнепригодности. Его характерные симптомы – быстрая утомляемость, кровоточивость и разрыхление десен, выпадение зубов, кровоизлияния в мышцы, суставы и кожу.

Витамин С повышает иммунитет. Он является отличным антиокислителем, защищающим клетки от свободных радикалов, ускоряет процесс регенерации клеток. Кроме того, аскорбиновая кислота принимает участие в образовании коллагена, являющегося основным материалом соединительных тканей, поэтому достаточное содержание в организме этого витамина снижает травматизм при повышенных силовых нагрузках.

Витамин С способствует лучшему усвоению железа, необходимого для синтеза гемоглобина, а также участвует в процессе синтеза тестостерона. Витамин С имеет самую большую растворимость в воде, поэтому быстро распределяется по жидкостям в организме, вследствие чего его концентрация снижается. Чем больше масса тела, тем ниже содержание витамина в организме при той же норме потребления.

У спортсменов, наращивающих или участвующих в силовых видах спорта, потребность в аскорбиновой кислоте повышена и увеличивается при интенсивных тренировках. Организм не способен синтезировать этот витамин и получает его с растительной пищей.

Ежедневное употребление аскорбиновой кислоты необходимо для поддержания естественного баланса веществ в организме, при этом в стрессовых ситуациях норма витамина С увеличивается в 2, а во время беременности – в 3 раза.

Аскорбиновой кислотой богаты ягоды черной смородины и шиповника, цитрусовые, болгарский перец, брокколи, дыни, томаты и многие другие овощи и фрукты.

Передозировка витамина С может привести к аллергическим реакциям, зуду и раздражению кожи, огромные дозы способны стимулировать развитие опухолей.

Витамин А . Обеспечивает нормальное состояние эпителиальных покровов тела и необходим для роста и размножения клеток. Этот витамин синтезируется из каротина. При недостатке в организме витамина А резко снижается иммунитет, слизистые оболочки и кожные покровы становятся сухими. Витамин А имеет большое значение для зрения и нормальной половой функции.

При отсутствии этого витамина у девушек задерживается половое развитие, а у мужчин прекращается выработка семени. Для спортсменов особое значение имеет то, что витамин А активно участвует в синтезе белков, являющимся основополагающим для роста мышц. Кроме того, этот витамин участвует в накоплении организмом гликогена – главного хранилища энергии.

В для спортсменов обычно включается достаточно небольшое количество витамина А. Однако высокие физические нагрузки не способствуют накоплению витамина А. Поэтому перед ответственными соревнованиями следует употреблять больше продуктов, содержащих этот витамин.

Основным его источником являются овощи и некоторые фрукты, окрашенные в красный и оранжевый цвета: морковь, абрикосы, тыква, а также сладкий картофель, молочные продукты, печень, рыбий жир, желтки яиц.

Следует соблюдать большую осторожность при повышении доз витамина А, так как их превышение опасно и приводит к тяжелым заболеваниям – желтухе, общей слабости, отслаиванию кожи. Этот витамин растворим в жирах и поэтому усваивается организмом только вместе с приемом жирной пищи. При употреблении сырой моркови рекомендуется заправлять ее растительным маслом.

Витамины группы В . К ним относятся витамины В1 (тиамин), В2 (рибофлавин), В6, В12, ВЗ (никотиновая кислота), пантотеновая кислота и другие.

Витамин В1 (тиамин) участвует в обмене белков, жиров и углеводов. Нервная ткань наиболее чувствительна к недостатку тиамина. При его нехватке в ней резко нарушаются обменные процессы. При отсутствии в пище тиамина может развиться тяжелое заболевание бери-бери. Оно проявляется в нарушениях обмена веществ и нарушении нормального
функционирования организма.

Недостаток витамина В1 вызывает слабость, нарушение пищеварения и расстройства нервной системы и сердечной деятельности. Тиамин участвует в процессе синтеза белка и росте клеток. Эффективен при наращивании мышц.

Витамин В1 участвует в образовании гемоглобина, важного для обогащения мышц кислородом в период активных тренировок. Кроме того, этот витамин в целом повышает производительность, регулирует затраты энергии. Чем интенсивнее тренировки, тем большее количество тиамина требуется.

Тиамин не синтезируется в организме, а поступает с растительной пищей. Им особенно богаты дрожжи и отруби, мясные субпродукты, бобовые и зерновые культуры.

Витамин В2 (рибофлавин). Содержится во всех клетках организма и является катализатором окислительно-восстановительных реакций. При нехватке рибофлавина наблюдается понижение температуры, слабость, нарушение функций желудочно-кишечного тракта и поражение слизистых оболочек. Рибофлавин участвует в важнейших процессах выделения энергии: метаболизме глюкозы, окислении жирных кислот, усвоении водорода, метаболизме белков.

Между массой тела без жира и количеством рибофлавина в пище существует прямая зависимость. Для женщин потребность в витамине В2 выше, чем у мужчин. Этот витамин увеличивает возбудимость мышечной ткани. Натуральным источником рибофлавина являются печень, дрожжи, зерновые культуры, мясо и молочные продукты.

Дефицит пантотеновой кислоты может вызвать дисфункцию печени, а недостаточное количество фолиевой кислоты – малокровие.

Витамин B3 (никотиновая кислота). Играет важную роль в синтезе жиров и белков и влияет на рост организма, состояние кожных покровов и работу нервной системы. Содержится в ферментах, катализирующих окислительно-восстановительные процессы в тканях. Обеспечение организма достаточным количеством этого витамина улучшает питание мышц в ходе тренировки.

Никотиновая кислота вызывает сжатие сосудов, что помогает культуристам выглядеть на соревнованиях более мускулистыми, однако надо учитывать, что большие дозы этой кислоты снижают работоспособность и замедляют сжигание жира.

Витамин ВЗ поступает в организм вместе с пищей. Он особенно требуется организму при заболеваниях печени, сердца, легких формах диабета и язвенной болезни. Недостаток витамина может привести к заболеванию пеллагрой, которая характеризуется поражением кожного покрова и расстройствами деятельности желудочно-кишечного тракта.

Большое количество никотиновой кислоты содержат дрожжи и отруби, мясо тунца, печень, молоко, яйца, грибы.

Витамин В4 (холин). Входит в состав лецитина, который участвует в построении клеточных мембран и образовании плазмы крови. Обладает липотропным действием. Источниками витамина В4 являются мясо, рыба, соя, яичные желтки.

Витамин В6 (пиридоксин). Содержится в ферментах, участвующих в расщеплении аминокислот. Этот витамин участвует в белковом обмене и влияет на уровень гемоглобина в крови. Пиридоксин необходим спортсменам в повышенных дозах, так как способствует росту мышечной ткани и увеличению работоспособности. Источником витамина В6 являются мясо молодой птицы, рыба, мясные субпродукты, свинина, яйца, недробленый рис.

Витамин В9 (фолиевая кислота). Стимулирует и регулирует процесс кроветворения, предотвращает малокровие. Участвует в синтезе генетического состава клеток, синтезе аминокислот, кроветворении. Витамин должен присутствовать в рационе при беременности и интенсивных физических нагрузках. Естественным источником фолиевой кислоты являются листовые овощи (салат, шпинат, пекинская капуста), фрукты, бобовые культуры.

Витамин В12 . Повышает аппетит и устраняет желудочно-кишечные расстройства. При его недостатке снижается уровень гемоглобина в крови. Витамин В12 участвует в обмене веществ, в процессах кроветворения и нормальной деятельности нервной системы. Не синтезируется, в организм поступает с пищей.

Витамином В12 богаты печень и почки. Содержится только в пище животного происхождения, поэтому спортсменам, придерживающимся безжировой или вегетарианской диеты, следует обратиться к врачу по поводу включения в рацион этого витамина в виде различных препаратов. Недостаток витамина В12 приводит к пернициозной анемии, сопровоодающейся нарушением кроветворения.

Витамин В13 (оротовая кислота). Обладает повышенными анаболическими свойствами, стимулирует обмен белков. Принимает участие в синтезе нуклеиновых кислот. Входит в состав поливитаминных препаратов, естественным источником являются дрожжи.

Витамин D очень важен для усвоения организмом кальция и фосфора. Этот витамин содержит большое количество жира, поэтому многие спортсмены избегают его применения, что приводит к нарушениям в костной ткани. Витамином D богаты молочные продукты, масло, яйца, он образуется в кожном покрове при облучении солнечным светом. Данное вещество стимулирует рост организма, участвует в углеводном обмене.

Недостаток витамина D приводит к нарушению функций двигательного аппарата, деформации костей и работы органов дыхания. Регулярное включение в рацион продуктов и препаратов, содержащих этот витамин, способствует быстрому восстановлению организма после многодневных соревнований и повышенных физических нагрузок, лучшему заживлению травм, увеличению выносливости, а также хорошему самочувствию спортсменов. При передозировке витамина D наступает токсическая реакция, а также увеличивается вероятность развития опухолей.

Фрукты и овощи не содержат этого витамина, но в них содержатся стеролы провитамина D, которые под действием солнечных лучей превращаются в витамин D.

Витамин К . Регулирует свертываемость крови. Его рекомендуется принимать при тяжелых нагрузках, опасностях микротравм. Снижает кровопотери при менструациях, кровоизлияниях, травмах. Витамин К синтезируется в тканях и при избыточном содержании может вызвать образование тромбов. Источником этого витамина являются зеленные культуры.

Витамин В15 . Стимулирует окислительные процессы в клетках.

Витамин Р . При его недостатке нарушается прочность капилляров, увеличивается их проницаемость. Это приводит к усиленному кровотечению.

Пантотеновая кислота . Способствует нормальному протеканию в организме многих химических реакций. При ее недостатке уменьшается вес, развивается малокровие, нарушаются функции некоторых желез, происходит задержка в росте.

Так как потребности спортсменов в витаминах весьма различны, а в естественном виде потребление их не всегда возможно, хорошим выходом является употребление препаратов, в которые в дозированной форме входит большое количество витаминов, микро- и макроэлементов.

Разрушение биологически активных веществ

Все биологически активные вещества способны разрушаться. Разрушению способствуют не только естественные процессы, но и неправильное употребление, хранение и применение продуктов, содержащих биологически активные вещества.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Пермский государственный технический университет» Кафедра химии и биотехнологии

Химия биологически активных соединений

Конспект лекций для студентов очной формы обучения

по специальности 070100 «Биотехнология»

Издательство

Пермского государственного технического университета

Составитель: канд. Биол. Наук л.В. Аникина

Рецензент

канд. хим. наук, доц. И.А.Толмачева

(Пермский государственный университет)

Химия биологически активных веществ /сост. Л.В. Аникина – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2009. – 109 с.

Представлен конспект лекций по программе курса «Химия биологически активных веществ».

Предназначено для студентов очной формы обучения по направлению 550800 «Химическая технология и биотехнология», специальности 070100 «Биотехнология».

© ГОУ ВПО

«Пермский государственный

технический университет», 2009

Введение…………………………………………………………………………..4

Лекция 1. Химические компоненты живого…………………………………….7

Лекция 2. Углеводы…………………………………………………………… .12

Лекция 3. Липиды………………………………………………………………..20

Лекция 4. Аминокислоты……………………………………………………..…35

Лекция 5. Белки……………………………………………………………….….43

Лекция 6. Свойства белков……………………………………………………...57

Лекция 7. Простые и сложные белки…………………………………………...61

Лекция 8. Нуклеиновые кислоты и нуклеопротеиды………………………….72

Лекция 9. Ферменты………………………………………………………….….85

Лекция 10. Классификация ферментов………………………………………... 94

Введение

При подготовке специалистов по биотехнологии важнейшими базовыми дисциплинами являются биохимия, органическая химия и химия биологически активных веществ. Эти дисциплины составляют фундаментальную основу биотехнологии, с развитием которой связывают решение таких важнейших социальных проблем современности, как обеспечение энергией, кормовыми и пищевыми ресурсами, охрана окружающей среды и здоровья человека.

Согласно требованиям Государственного Стандарта высшего профессионального образования к обязательному минимуму содержания основных образовательных программ по направлению 550800 «Химическая технология и биотехнология», специальности 070100 «Биотехнология» дисциплина «Химия биологически активных веществ» включает в себя следующие дидактические единицы: структура и пространственная организация белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов, низкомолекулярных биорегуляторов и антибиотиков; понятие о ферментах, антителах, структурных белках; ферментативный катализ.

Цель преподавания дисциплины «Химия биологически активных веществ» заключается в формировании у студентов представлений о струк-туре и основах функционирования биологически активных веществ, о фер-ментативном катализе.

Лекции по дисциплине «Химия биологически активных веществ» базируется на знании студентами курсов «Общая химия», «Неорганическая химия», «Физическая химия», «Аналитическая химия» и «Химия координационных соединений». Положения данной дисциплины используются для дальнейшего изучения курсов «Биохимия», «Микробиология», «Биотехнология».

Предлагаемый конспект лекций раскрывает следующие темы, читаемые в курсе «Химия биологически активных веществ»:

Углеводы, классификация, химическое строение и биологическая роль, химические реакции, свойственные углеводам. Моносахариды, дисахариды, полисахариды.

Липиды. Классификация по химическому строению, биологические функции липидов и их производных – витаминов, гормонов, биорегуляторов.

Аминокислоты, общая формула, классификация и бологическая роль. Физико-химические свойства аминокислот. Протеиногенные аминокислоты, аминокислоты как предшественники биологически активных молекул – коферментов, желчных кислот, нейромедиаторов, гормонов, гистогормонов, алкалоидов, и некоторых антибиотиков.

Белки, элементный состав и функции белков. Первичная структура белка. Характеристика пептидной связи. Вторичная структура белка: α-спираль и β-складчатость. Надвторичная структура белка, доменный принцип эволюции белков. Третичная структура белка и связи, ее стабили-зирующие. Понятие о фибриллярных и глобулярных белках. Четвертичная структура белка.

Физико-химические и биологические свойства белков. Денатурация. Шапероны.

Простые белки: гистоны, протамины, проламины, глютеины, альбумины, глобулины, склеропротеиды, токсины.

Сложные белки: хромопротеиды, металлопротеиды, липопротеиды, гликопротеиды, протеогликаны, нуклеопротеиды.

Нуклеиновые кислоты, биологическая роль в клетке. Азотистые основания, нуклеозиды, нуклеотиды, полинуклеотиды ДНК и РНК. Виды РНК. Пространственная структура ДНК, уровни компактизации ДНК в хроматине.

Ферменты как биологические катализаторы, их отличие от катализаторов небелковой природы. Простые и сложные ферменты. Активный центр фермента. Механизм действия ферментов, снижение энергии активации, образование фермент-субстратного комплекса, теория деформации связей, кислотно-основной и ковалентный катализ. Изоформы ферментов. Полиферментные системы.

Регуляция активности ферментов на клеточном уровне: ограниченный протеолиз, агрегация молекул, химическая модификация, аллостерическое ингибирование. Типы ингибирования: обратимое и необратимое, конкурентное и неконкурентное. Активаторы и ингибиторы ферментов.

Номенклатура ферментов. Международная классификация ферментов.

Оксидоредуктазы: НАД-зависимые дегидрогеназы, флавинзависимые дегидрогеназы, хиноны, система цитохромов, оксидазы.

Трансферазы: фосфотрансферазы, ацилтрансферазы и коэнзим-А, аминотрансферазы, использующие пиридоксальфосфат, С 1 -трансферазы, содержащие в качестве коферментов активные формы фолиевой кислоты и цианокобаламина, гликозилтрансферазы.

Гидролазы: эстеразы, фосфатазы, гликозидазы, пептидазы, амидазы.

Лиазы: декарбоксилазы, использующие в качестве кофермента тиаминпирофосфат, альдолаза, гидратазы, дезаминазы, синтазы.

Изомеразы: перенос водорода, фосфатных и ацильных групп, перемещение двойных связей, стереоизомеразы.

Лигазы: сопряженность синтеза с распадом АТФ, карбоксилазы и роль карбоксибиотина, ацил-коэнзим А-синтетазы.

В конце конспекта лекций приведен список литературы, которой необходимо пользоваться для успешного освоения курса «Химия биологически активных веществ».

Биологически активные вещества лекарственных растений

1. Классификация биологически активных веществ

Биологически активные вещества – это такие вещества, которые оказывают влияние на биологические процессы в организме человека и животных.

Они могут быть продуктами первичного (витамины, жиры, углеводы, белки) и вторичного биосинтеза (алкалоиды, гликозиды, дубильные вещества).

В растениях всегда содержится комплекс биологически активных веществ, но терапевтическим и профилактическим действием обладает одно или несколько. Их называют Действующими веществами и используют при производстве лекарственных препаратов.

В растениях также содержаться так называемые Сопутствующие вещества . Это условное название продуктов первичного и вторичного синтеза в растениях (ментол, папаверин, танин). Некоторые сопутствующие вещества позитивно влияют на организм человека, так как дополняют действие основного действующего вещества. Например, витамины, минеральные вещества, флаваноиды усиливают всасываемость действующих веществ, усиливают полезное действие или ослабляют вредное действие сильнодействующих соединений. Наряду с полезными сопутствующими веществами в растениях содержаться и вредные, которые необходимо удалять. Например, в семенах клещевины, кроме касторового масла содержится и вещество ядовитое вещество рицин, которое можно разрушить при термической обработке. В коре крушины содержатся окисленные гликозиды, которые оказывают лечебное действие, и неокисленные, которые вызывают боль в желудке и рвоту. Удалить эти вещества можно при термической обработке или при хранении в течение одного года.

Наряду с сопутствующими веществами выделяют группу Балластных веществ (фармакологически индифферентные). К ним в основном относятся продукты первичного синтеза. Понятие балластные – условное, так как и эти вещества влияют на организм человека и животного. Например, клетчатка стимулирует перистальтику кишечника, нормализует холестериновый обмен, усиливает выделение желудочного сока. Если эти вещества используют в медицине и фармации, то их относят к основным.

Все биохимические процессы в растении происходят в водной среде. Содержание воды в лекарственных растениях составляет 50-90%. Большая часть ее – в свободном состоянии, примерно 5% - в связанном. Поэтому растения сравнительно легко высыхают.

Все вещества растений можно разделить на две группы: минеральные и органические. Минеральные делятся на микроэлементы и макроэлементы.

2. Алкалоиды

Это сложные азотсодержащие соединения щелочного характера, которые вырабатываются в организме растений. Они могут быть кислородсодержащие (твердые) и безкислородные (жидкие). В растениях содержатся в форме солей блочной, щавелевой, лимонной, винной и других кислот. Алкалоиды есть во всех частях растения, но распределены неравномерно: у одних растений – в плодах, у других – в коре и корнях. Содержание алкалоидов зависит от экологических условий, биологических особенностей растения и стадии его развития.

Алкалоиды добывают из растений методом экстракции, одновременно с этим из сырья поступают дубильные вещества, слизи, смолы. Алкалоиды относятся к сильнодействующим веществам широкого спектра действия. Некоторые из них отличаются малой токсичностью и избирательным действием, так как в организме животных разлагаются на производные, сходные с присущими для их биосинтеза. Например, алкалоиды группы кофеина (производные пурина) распадаются в организме на гипоксантин, ксантин и мочевинную кислоту. В организме животных подобный распад есть в белковом обмене. Поэтому токсичность низкая.

Сами алкалоиды в воде не растворяются, но их соли растворяются хорошо. Содержание их в растениях от следовых количеств до 2-3% в сухом продукте (в хинной коре до 16%). Большинство растений содержит несоколько разных алкалоидов, например в маке снотворном и чистотеле их по 26. Образование алкалоидов присуще для растений из семейств маковых, лютиковых, пасленовых, бобовых.

Самые известные алкалоиды: морфин – в головках мака снотворного, атропин – белладонна обыкновенная, никотин – в листьях табака. К этой группе относят и некоторые стимуляторы нервной системы – производные ксантина – кофеин – в семенах кофейного дерева, колы и какао, листьях чайного куста; теобромин – в семенах какао, теофилин – в чайных листьях.

Лекарства, сделанные на основе алкалоидов, оказывают сложное и многостороннее действие на организм. Они активизируют деление клеток, повышают артериальное давление, усиливают общий обмен веществ, улучшают секрецию пищеварительных желез.

Из алкалоидных растений чаще всего используют мак снотворный, чистотел большой, барбарис обыкновенный, головатень круглоголовый, головня ржи, листья чая, корень раувольфии обыкновенной, семена ореха рвотного.

3. Гликозиды

Состоят из соединений глюкозы или других сахаров с разными веществами. Гликозиды легко распадаются на углеродную часть – гликон и одну или несколько несахаристых соединений – агликоны или генины. Агликоны гликозидов по химическому строению бывают алифатическими, ароматическими, гетероциклическими соединениями.

Лекарственными свойствами обладают агликоны. Но в чистом виде они плохо растворяются в воде и из-за этого плохо всасываются желудочным трактом и усваиваются. В то же время, гликозиды легко растворяются и всасываются и поэтому более активны.

К алкалоидам относятся: альдегиды, алкалоиды, спирты, терпены, флавоны, органические кислоты. Распад гликозидов происходит при кипячении в воде, нагревании с разведенными кислотами или основаниями, а также под действием ферментов – гликозидаз. Гликозиды – преимущественно кристаллические, реже – аморфные вещества, хорошо растворяющиеся в воде, спирте, горькие на вкус. Из растений их экстрагируют водой или этанолом низкой концентрации.

В зависимости от химической природы гликозиды подразделяют на три группы:

1. О-гикозиды, агликоны которых не содержат азота (гликозиды группы наперстянки), наиболее часто встречающиеся в природе

2. N-гликозиды, в составе агликонов которых есть азот (нитрилгликозиды, циангликозиды - амигдалин)

Амигдалин образуется в семенах косточковых фруктовых пород (абрикос, вишня, миндаль, слива, персик, терн и другие), а также при экстремальных условиях (вытаптывание, градобой, ливень) в сорго обыкновенном, суданской траве, клевере полевом и ползучем, льне полевом. Амигдалин, расщепляясь образует синильную кислоту (сильный яд).

3. S-гликозиды, агликоны которых содержат азот и серу (тиогликозиды, горчичные гликозиды)

В медицине используют такие основные группы этих соединений:

А) фенилгликозиды, которые в агликоне содержат фенильный радикал (одноатомные и многоатомные фенолы);

Б) антрагликозиды, в составе которых есть проиводное антрахинона (выделены из крушины, ревеня, алоэ)

В) флавоновые гликозиды, агликон которых – производное флавона (рутин, катехин)

Г) стероидные гликозиды или сердечные (О-гликозиды), в агликоне содержат стероидную группу и действуют на сердечную мышцу (гликозиды ландыша майского, горицвета весеннего, наперстянки).

Д) тиогликозиды – наименее распространенная группа среди растений. Они содержат серу, обнаружены в семенах растений семейства капустные.

По действию на организм выделяют такие гликозиды: сердечные, антрагликозиды, тиогликозиды, сапонины, горькие (несердечные) гликозиды.

1. Сердечные или стероидные гликозиды.

Химические соединения, действующие на сердечную мышцу, усиливая ее сокращение (кардиотоническое влияние). Некоторые из них успокаивающе действуют на центральную нервную систему. При передозировке могут вызвать летальный исход.

Химический состав их однотипный. Их агликоны являются производными циклопентано-пергидрофенантрена и принадлежат к классу стероидов.

Сердечные гликозиды уменьшают содержание ионов калия в клетках и повышают содержание ионов натрия и кальция, улучшают процесс проникновения сахаров через клеточную мембрану, активизируют клеточное дыхание, увеличивают общее содержание белков или увеличивают количество небелкового азота. Эта группа гликозидов нормализует ферментативные процессы углеводно-фосфорного обмена в сердечной мышце и облегчает усвоение ими АТФ.

Сердечные гликозиды содержат горицвет весенний, наперстянка, ландыш майский, строфант.

2. Антрагликозиды

Агликоны этой группы гликозидов представляют собой мономеры: антранолы, антроны, антрахиноны и их димеры. Они содержатся в алоэ, коре и плодах крушины ломкой, листьях и корнях ревеня. Содержание действующих веществ в алоэ древовидном не менее 18%, в листьях сены 2,5-3%, в коре крушины ломкой – до 7%, в корнях ревеня 2,6%. Экстракты и отвары смеси антрагликозидов проявляют более сильный эффект, чем выделенные в чистом виде. Оказывают синергическое действие по отношению к другим препаратам, и антагонистическое по отношению к дубильным веществам.

3. Триогликозиды.

Соединения, в состав агликонов которых входит сера, принимающая участие в освобождении сахаристого компонента. Эти соединения горькие, острые на вкус. Они возбуждают аппетит, способны раздражать слизистые оболочки и кожу, благодаря чему усиливают кровеоборот при внешнем применении, проявляют активное бактерицидное и бактериостатическое действие на патогенные группы микроорганизмов, вызывающих воспаление кожи, подкожной основы и мышц. В небольшом количестве возбуждают аппетит, усиливают кровеоборот.

4. Сапонины

Это гетерозидные соединения стероловых или тритерпеновых агликонов с разными сахарами (глюкоза, рамноза, арабиноза, галактоза), а также с глюкуроновой кислотой. Они содержаться в многих растениях, особенно из семейств первоцветных и гвоздичных, а в некоторых (мыльнянка аптечная, первоцвет весенний, остудник голый) накапливаются в значительном количестве. Сапонины хорошо растворяются в воде, образуя коллоидные растворы, а при вибрации – густую пену. Даже в очень концентрированных растворах они находятся в молекулярном или ионном состоянии. Характерная особенность сапонинов – их способность образовывать сложные соединения с определенными алкоголями и фенолами, особенно с холестерином. Такого типа соединения дают возможность сапонинам находиться в инертном состоянии, и лишь при разложении под действием высокой температуры их действие активизируется.

– стероидные сапонины принадлежат к группе природных гликозидов, которым свойственная высокая гемолитическая активность. Они обнаружены в растениях разных семейств, но главным образом, в растениях семейств диоскорейные, бобовые, лютиковые, лилейные. Стероидные сапонины обладают фунгицидным, противоопухолевым, цитостатическим действием. Они понижают артериальное давление, нормализируют сердечный ритм, делают дыхание более ровным и глубоким. Эти сапонины используются как производное сырье для синтеза стероидных гормонов.

– тритерпеновые сапонины в большинстве обладают гемолитическим действием. Они разрушают оболочку эритроцитов и освобождают гемоглобин. Сапонины имеют едкий горький вкус, раздражают слизистую оболочку глотки, желудка и кишечника, вызывают рвоту и усиливают бронхиальную секрецию. Их назначают при тяжелом легочном кашле для откашливания.

Сапонины разных растений обладают разным действием. Так сапонины солодки голой имеют эстрогенную активность, элеутерококка – повышают иммунитет, женьшеня – дают адаптогенный эффект.

Сапонины способствуют выделению желчи и ее разреженности, активизируют выделение желудочного и кишечного сока, сока поджелудочной железы.

Растительные препараты с содержанием сапонинов, принимаемые перорально, даже в небольших дозах раздражают нервные окончания слизистой желудка и вызывают тошноту. Одновременно вызывается раздражение дыхательного центра, углубляется и учащается дыхание. Образующаяся водянистая слизь облегчает кашель, а усиленное дыхание способствует удалению слизи из дыхательных путей.

Сапонины увеличивают проницаемость стенок слизистой оболочки пищеварительного канала и улучшают всасываемость солей кальция, железа, сердечных гликозидов. Эта их особенность имеет большое значение для усвоения витаминов или минеральных солей, содержащихся в томатах, фасоли и других плодах и овощах, в которых есть сапониновые гликозиды.

Сапонины, введенные парентерально (внутримышечно или подкожно) раздражают ткани, вызывают их воспаление, нагноение, некроз. Действуют как сильнейший протоплазматический яд. В первую очередь действие сапонинов проявляется на паренхиматозных органах. Значительно поражается капиллярная система печени, почек, сердечной мышцы, возникают кровеизлияния и деструктивные изменения в альвеолярной системе легких и тонкого кишечника.

Образуя комплексные соединения с холестерином и стероидными веществами, сапонины приводят к гемолизу, гемолитической анемии, тяжелых повреждений гемопоетической функции и костного мозга. Некоторые из них (токсические) чрезмерно усиливают гемолиз эритроцитов, а другие (малотоксичные), наоборот, замедляют этот процесс: соединяются с альбуминами крови в достаточно устойчивые комплексы.

Введенные внутримышечно в большом количестве, они сначала возбуждают, а потом поражают важные отделы головного и спинного мозга, дыхательный центр, сердечную мышцу.

Сапонинсодержащие растения используются в медицине как отхаркивающие средства при заболеваниях дыхательных путей, как мочегонные, общеукрепляющие, стимулирующие, тонизирующие лекарства. Значительную их часть применяется при лечении болезней сердечно-сосудистой системы, как седативные и противосклеротичные средства. Эффективны при лечении атеросклероза сосудов головного мозга, атеросклерозе совместно с гипертонической болезнью и злокачественными новообразованиями.

5. Горькие (несердечные) гликозиды

Очень горькие на вкус. В отличие от горьких алкалоидов и горьких сердечных гликозидов не опасны и применяются в медицинской практике для усиления секреторной функции желудка, лучшего усвоения пищи. К горьким гликозидам относятся абсинтин (из полыни горькой), аукубин (из вероники лекарственной), эритаурин (из золототысячника малого). Горькие гликозиды относят также к группе горечей.

6. Гликоалколоиды

В растениях образуются как «гибриды» между алкалоидами и гликозидами. Впервые был выделен гликоалкалоид из ягод паслена черного, который долгое время не находил применения в медицине. Долгое время для синтеза гормонов, и в частности кортизона, использовали кору надпочечников, что было экономически невыгодно. В 1935 году из них добывали 20 гормонов для медицины. Эти вещества применяют как мощный регулятор обмена веществ в организме.

Необходимо было найти растительный аналог для получения гормонов. Таким растением оказался паслен дольчатый, произрастающий в Австралии. В этом растении содержатся наиболее сложно синтезируемые молекулы соласодина для фармацевтической промышленности по производству гормональных препаратов.