• Биологически активные вещества - это органические соединения разной химической природы, способные влиять на обмен веществ и превращения энергии в живых существах. Одни из них регулируют процессы метаболизма, роста и развития организмов, другие служат средством влияния на особей своего или других видов. К биологически активным веществам относят ферменты, витамины, гормоны, нейрогормоны, факторы роста, фитогормоны, антибиотики и т. п. (рис. 13.1).

• Витамины - биологически активные низкомолекулярные органические соединения различной химической природы. Они необходимы для обеспечения процессов жизнедеятельности всех живых организмов. Витамины участвуют в обмене веществ и превращении энергии в основном в качестве компонентов сложных ферментов. Суточная потребность человека в витаминах составляет миллиграммы, а иногда и микрограммы.

Этот класс органических соединений открыл в 1880 г. русский врач М.И. Лунин (1853-1937), а сам термин, который означает «необходимый для жизни амин», предложил в 1912 г. польский биохимик К. Функ (1884-1967), поскольку исследованный им витамин (В1) имел в своем составе аминогруппу. Теперь известно приблизительно 20 разных витаминов и витаминоподобных соединений, которые по-разному влияют на организмы. Следует отметить, что не все они имеют в своем составе аминогруппу.

Рис. 13.1. Биологически активные вещества, которые вырабатывают бактерии (V, VI, VII), грибы (III, V, VI, VII), растения (III, V, VI, VIII, IX) и животные (I, II, IV, V, VI)

Витамины являются жизненно необходимыми компонентами сбалансированного питания человека и животных. Их основной источник - продукты питания, в первую очередь растительного происхождения. Но некоторые витамины содержатся лишь в продуктах животного происхождения (например, витамины А и D). Некоторые витамины в незначительном количестве синтезируются в организмах человека и животных из веществ-предшественников - провитаминов (так, витамин D образуется в коже человека под воздействием ультрафиолетового облучения) или симбиотическими микроорганизмами (в частности, в кишечнике человека бактерии синтезируют витамины К, В6, В12).

Когда еще не были известны химическое строение и механизм действия витаминов, их помечали буквами латинского алфавита - А, В, С, D и др. Теперь применяют и химические названия (например, витамин С также называют аскорбиновой кислотой).

Витамины, в зависимости от того, растворяются они в воде или жирах, делят на две группы: водорастворимые и жирорастворимые. К водорастворимым относятся витамины групп В, С и др., а к жирорастворимым - групп A, D, К, витамин Е.

При недостатке определенных витаминов, их полном отсутствии, а также избытке развиваются опасные для здоровья человека и животных заболевания. Например, при недостатке определенных витаминов в организме возникает гиповитаминоз, при их полном отсутствии - авитаминоз, а при избытке - гипервитаминоз (например, избыточное содержание витамина А в организме человека, превышающее норму в 20-30 раз, вызывает отравление). Явления гипо- и авитаминоза могут проявляться и в результате нарушения обмена веществ. Это так называемая вторичная витаминная недостаточность, связанная с невосприятием организмом определенных витаминов.

К другой группе биологически активных веществ, которые играют важную роль в обеспечении нормальной жизнедеятельности организмов человека и животных, относятся гормоны и нейрогормоны.

• Гормоны - органические вещества, способные включаться в циклы биохимических реакций и регулировать процессы обмена веществ и превращений энергии. Их производят железы внутренней и смешанной секреции человека и животных. Как вы помните из прошлогоднего курса биологии, такие железы еще называют эндокринными.

В особенных нервных (нейросекреторных) клетках синтезируются гормоноподобные вещества - нейромедиаторы (адреналин, норадреналин) и нейрогормоны (окситоцин, вазопрессин) и др. Нейрогормоны синтезируются в некоторых нервных клетках, они влияют на организм так же, как и гормоны. И гормоны, и нейрогормоны поступают в кровь или другие жидкости тела (например, полостную жидкость беспозвоночных животных), которые транспортируют их к разным тканям и органам. Эти биологически активные вещества участвуют в регуляции обмена веществ, деятельности эндокринных желез, поддержании тонуса гладких мышц, гомеостаза внутренней среды организма и т. п.

По химической природе гормоны и нейрогормоны подразделяют на три основные группы:

• белковой природы (гормон роста - соматотропин, инсулин, глюкагон);
• производные аминокислот (адреналин, норадреналин, тироксин);
• липидной природы (половые гормоны, кортикостероиды).

Под контролем гормонов и нейрогормонов происходят все этапы индивидуального развития человека и животных и все процессы их жизнедеятельности. Эти соединения обеспечивают приспособления к изменениям условий внешней и внутренней среды, поддержание постоянства внутренней среды организма, регуляцию активности ферментов. Если определенные гормоны производятся в недостаточном количестве или не производятся вообще, наблюдают нарушения развития и обмена веществ разной степени тяжести. Избыточная выработка определенных гормонов также негативно влияет на организм. Вы помните, что при недостаточном образовании в организме ребенка гормона роста развивается карликовость, а при избыточном - гигантизм.

По сравнению с работой нервной системы, которая обеспечивает передачу сигналов на значительные расстояния за короткое время, действие гормонов отличается меньшей скоростью, но производит более длительный эффект.

Характерные особенности действия гормонов и нейрогормонов - дистанционность, высокие биологическая активность и специфичность действия, короткое время существования.

Дистанционность действия: гормоны и нейрогормоны с током крови или других жидкостей могут перемещаться на значительные расстояния от мест своего биосинтеза к клеткам-мишеням, на деятельность которых они влияют.

Высокая биологическая активность состоит в том, что эти соединения влияют на клетки, ткани и органы в незначительных концентрациях.

Высокая специфичность действия заключается в том, что гормоны и нейрогормоны влияют лишь на определенные биохимические процессы, происходящие в тех или иных тканях и органах. Гормоны «узнают» клетки-мишени, которые имеют особенные молекулы-рецепторы. Гормоны разной химической природы по-разному взаимодействуют с клетками-мишенями. Стероидные гормоны могут достаточно легко проникать через мембраны внутрь клетки. В цитоплазме они образуют комплексные соединения с белками-рецепторами. Дальше этот комплекс проникает в ядро клетки, связывается с молекулой ДНК и активизирует один или несколько генов, что вызывает синтез необходимых соединений (ферментов и др.).

Гормоны белковой природы или производные аминокислот связываются с рецепторами, расположенными на поверхности мембран клеток-мишеней. Образованный комплекс активирует особый фермент, связанный с внутренней поверхностью клеточной мембраны. Под воздействием этого фермента в цитоплазме клетки запускается цепь биохимических реакций. Как следствие могут изменяться интенсивность обмена веществ, частота сокращений сердечной мышцы, напряжение неисчерченных мышечных волокон и т. п. Некоторые клетки одновременно обладают рецепторами к различным гормонам, то есть находятся под множественным гормональным контролем. Кроме того, у клеток разных типов есть рецепторы к одному и тому же гормону, что обеспечивает его множественное действие.

Для гормонов характерно относительно короткое время существования в организме: несколько минут или часов, после чего вещество теряет свою активность под воздействием специфического фермента.

В отличие от нервной системы, которая обеспечивает передачу сигнала на значительные расстояния за короткое время, работа гормональной системы характеризуется меньшей скоростью, однако вызванные ею эффекты более продолжительны.

• Медиаторы - биологически активные вещества, которые обеспечивают межклеточные взаимодействия в нервной системе. В частности, они участвуют в передаче нервного импульса между двумя нейронами или между нейроном и мышечной клеткой. Их производят нервные и рецепторные клетки. Молекулы медиатора выделяются в пространство синаптической щели. Интенсивность их выделения регулируют разные концентрации катиона Са2+. Разные медиаторы могут осуществлять различные синаптические эффекты, например, ускорять или замедлять прохождение нервного импульса через синапс. Роль медиаторов могут исполнять различные вещества: ацетилхолин, норадреналин, адреналин, серотонин и др.

• Факторы роста клетки представляют собой полипептиды с молекулярной массой 5 • 103 - 104 дальтон. Подобно гормонам, они стимулируют или подавляют деление, дифференциацию, подвижность, метаболизм, другие проявления жизнедеятельности и гибель клеток. В отличие от гормонов, факторы роста продуцируют неспециализированные клетки, которые можно встретить во всех тканях. Эти факторы поступают в кровь и попадают в другие клетки. Факторы роста взаимодействуют с рецепторными молекулами в составе клеточных мембран.

Если нервно-гуморальный контроль над развитием и ростом клеток утерян или нарушено взаимодействие между разными клетками, то это может повлечь развитие злокачественных опухолей.

Один фактор роста может влиять на разные клетки, а различные - на одну. Фактор роста, синтезированный в клетке, может не выделяться наружу и влиять на ее функции. Один и тот же фактор роста может по-разному влиять на клетки разных типов: например, стимулировать дифференциацию одних и тормозить деление других.

На уровень синтеза факторов роста влияют гормон роста, инсулин, половые гормоны и др. В частности, инсулин и половые гормоны повышают уровень выработки факторов роста клетками печени, а глюкокортикоиды (гормоны коры надпочечников), напротив, его снижают.

Ключевые термины и понятия. Биологически активные вещества, витамины, гормоны, нейрогормоны, медиаторы, факторы роста.

Кратко о главном

• Биологически активные вещества - это органические соединения разной химической природы, способные влиять на обмен веществ и превращение энергии в живых существах.
• Витамины - биологически активные низкомолекулярные органические соединения, которые участвуют в обмене веществ и превращении энергии в основном как компоненты сложных ферментов.
• Гормоны - органические вещества, способные включаться в циклы биохимических реакций и регулировать процессы обмена веществ и превращения энергии. Их производят эндокринные железы человека и животных. Нейрогормоны, которые секретируются некоторыми нервными клетками, влияют на организм так же, как и гормоны.
• Медиаторы - биологически активные вещества, которые обеспечивают межклеточные взаимодействия в нервной системе между нервными окончаниями и мышечными клетками и т. д.
• Факторы роста - это полипептиды, производимые клетками разных тканей. Подобно гормонам они стимулируют или подавляют деление, дифференциацию, подвижность, метаболизм, другие проявления жизнедеятельности и гибель клеток.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие группы биологически активных веществ вам известны? 2. Почему при недостатке, отсутствии или избытке определенных витаминов в организме человека и животных нарушается обмен веществ? 3. Какие основные свойства гормонов и нейрогормонов? 4. Какой может быть химическая природа гормонов и нейрогормонов?5. Какой механизм влияния разных гормонов на клетки? 6. Что такое медиаторы? Какова их роль в организме?

Подумайте

Как можно определить влияние на организм человека или животного недостатка определенного витамина?

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕКОТОРЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ И ИХ СВОЙСТВ

Цель: ознакомиться с лабораторными методами биохимического анализа.

Оборудование и материалы: штатив с пробирками, вытяжной шкаф, градуированные пипетки, капельницы, стеклянные палочки, водяная баня, часы; дистиллированная вода, концентрированная соляная кислота, раствор Люголя (1 г йода и 2 г йодистого калия растворяют в 15 мл дистиллированной воды и затем разбавляют водой до объема 300 мл), подсолнечное масло, этиловый спирт, бензол; водные 10 %-е растворы питьевой соды и гидроксида натрия, а также 1 %-е растворы сульфата меди и крахмала.

Задание 1. Обнаружьте полисахарид крахмал в реакции с йодом, а также моносахарид глюкозу в реакции с окисью меди при расщеплении крахмала.

Ход работы

1. Пронумеруйте две пробирки и внесите в каждую по 2 мл раствора крахмала.

2. В первую пробирку добавьте 1-2 капли раствора Люголя, перемешайте стеклянной палочкой, нагрейте до исчезновения сине-фиолетовой окраски, а затем опять охладите до ее появления.

3. Во вторую пробирку добавьте 2-3 капли концентрированной соляной кислоты, прокипятите ее содержимое на водяной бане в течение 15 мин, после чего добавьте 2 мл раствора гидроксида натрия, 5 капель раствора сульфата меди и опять нагрейте смесь до кипения.

4. Проследите за образованием гидроксида меди желтого цвета или гемоксида меди красного цвета вследствие взаимодействия глюкозы, которая образовалась при расщеплении крахмала, с сульфатом меди.

5. Результаты опытов запишите в тетрадь. Сделайте выводы.

Задание 2. Изучите растворимость жиров в различных растворителях.

Ход работы

1. Пронумеруйте три пробирки и добавьте в них по 0,2 мл подсолнечного масла.

2. В пробирку № 1 добавьте 5 мл дистиллированной воды, в пробирки № 2, и 3 - соответственно по 5 мл этилового спирта и бензола.

3. Содержимое всех пробирок энергично перемешайте. В пробирке № 1 наблюдайте образование неустойчивой эмульсии с последующим быстрым разделением смеси на два слоя; в пробирке № 2 - образование мутного раствора в результате недостаточного растворения масла; раствор в пробирке № 3 почти прозрачный.

4. В пробирку № 1 добавьте еще 5 мл раствора соды и интенсивно перемешайте. Наблюдайте образование стойкой эмульсии.

5. Результаты опытов запишите в тетрадь. Сделайте выводы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ФЕРМЕНТОВ

Цель: ознакомиться с действием ферментов на ход биохимических реакций.

Оборудование и материалы: штатив с пробирками, градуированные пипетки, капельницы, колба, стеклянные палочки, водяная баня, раствор Люголя, дистиллированная вода, стакан со льдом, 0,2 %-й водный раствор крахмала.

Задание 1. Изучите действие фермента слюны (амилазы) на крахмал.

Ход работы

1. Ополосните ротовую полость 2-3 раза питьевой водой, потом прополощите ее 50 мл дистиллированной воды в течение 3-5 минут, после чего соберите образованный раствор слюны в колбу.

2. Пронумеруйте две пробирки и внесите в каждую по 2 мл раствора крахмала.

3. В пробирку № 1 добавьте 0,5 мл раствора слюны, который содержит фермент амилазу, а в пробирку № 2 - 0,5 мл дистиллированной воды.

4. Пробирки № 1 и 2 после перемешивания выдержите в течение 15 мин на водяной бане при температуре +38 °С (она оптимальна для действия амилазы). После этого добавьте к содержимому обеих пробирок по 2-3 капли раствора Люголя и взбалтывайте до появления сине-фиолетовой окраски раствора.

5. В пробирке со слюной наблюдайте обесцвечивание раствора в результате расщепления крахмала ферментом слюны амилазой, где слюны не было - сохраняется сине-фиолетовая окраска.

6. Результаты опытов запишите в тетрадь. Сделайте выводы.

Задание 2. Исследуйте влияние температуры на активность фермента слюны (амилазы) в реакции с крахмалом.

Ход работы

1. Пронумеруйте четыре пробирки и во все добавьте по 2 мл раствора крахмала и по 0,5 мл раствора слюны.

2. Пробирку № 1 оставьте при комнатной температуре; № 2 - выдержите на водяной бане при температуре +38 °С; № 3 - кипятите на водяной бане; № 4 - поставьте в стакан со льдом.

3. Через 10-15 мин выньте пробирки из водяных бань и стакана со льдом. Потом во все четыре пробирки добавьте по 2-3 капли раствора Люголя. В пробирке № 1 наблюдайте образование промежуточных продуктов расщепления крахмала, которые при реакции с йодом имеют желтый, красный или фиолетовый цвет; № 2 содержит прозрачный раствор, который свидетельствует о полном расщеплении крахмала амилазой при оптимальной для этого фермента температуре; № 3 и 4 - наблюдайте позитивную реакцию на крахмал (растворы приобретают синефиолетовую окраску), поскольку амилаза становится неактивной в результате кипячения или охлаждения.

4. Результаты опытов запишите в тетрадь. Сделайте выводы.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2

РЕШЕНИЕ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЗАДАЧ НА ТРАНСКРИПЦИЮ И РЕПЛИКАЦИЮ

Задача 1. Исследования показали, что 24 % общего количества нуклеотидов данной молекулы иРНК приходится на гуанин (Г), 38 % - на урацил (У), 22 % - на цитозин (Ц) и 16 % - на аденин (А). Определите процентное содержание азотистых оснований молекулы ДНК, на одной из цепей которой была синтезирована данная молекула иРНК.

Пример решения.

Исходя из принципа комплементарности, процентное содержание азотистых оснований цепи ДНК, на которой была синтезирована молекула иРНК, будет следующее: цитозин - 22 %, аденин - 16 %, гуанин - 24 %, тимин - 38 %. Поскольку молекула ДНК состоит из двух цепей, то процентное содержание азотистых оснований второй цепи будет таким: цитозин - 24 %, аденин - 38 %, гуанин - 22 %, тимин - 16 %. Таким образом, двойная молекула ДНК будет содержать: цитозина - 23 %, аденина - 27 %, гуанина - 23 %, тимина - 27 %.

Задача 2. Одна из цепей молекулы ДНК имеет такой вид:

ГЦГ ГГТ ГГА ТАА ЦТА ГЦЦ. Какой вид будет иметь вторая цепь этой молекулы ДНК, синтезированная во время самоудвоения?

Задача 3. Молекула иРНК состоит из следующей последовательности нуклеотидов: УУЦ ГАА ЦГА УУГ УЦГ ЦЦГ ГАУ. Какое строение молекулы ДНК, на одной из цепей которой была синтезирована данная молекула иРНК?

Задача 4. Цепь молекулы ДНК содержит 34 % гуанина, 26 % цитозина, 25 % тимина и 15 % аденина. Какое процентное содержание нуклеотидов молекулы иРНК, синтезированнной на этой цепи молекулы ДНК?

РЕШЕНИЕ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЗАДАЧ НА ТРАНСЛЯЦИЮ

Задача 5. Известно, что молекула иРНК состоит из 1535 нуклеотидов. Из скольких аминокислот будут состоять белки, которые кодируются этой молекулой иРНК, если известно, что среди ее триплетов есть один триплет УАА и два - УГА (эти триплеты не кодируют аминокислот)?

Пример решения.

Поскольку молекула иРНК состоит из 1535 нуклеотидов, то количество триплетов будет составлять 511. Два нуклеотида никакой генетической информации не несут. Также не несут генетической информации триплеты УАА и УГА (это так называемые стоп-кодоны, сигнализирующие о прекращении синтеза белковой молекулы). Таким образом, количество триплетов, которые кодируют аминокислоты, будет составлять 508. Следовательно, синтезированная молекула белка будет состоять из 508 аминокислот.

Задача 6. Сколько аминокислот кодирует молекула иРНК, если она синтезирована на участке молекулы ДНК, состоящей из таких нуклеотидов: ААГ ТЦА ГЦА ЦТЦ ЦАА АТТ?

Пример решения.

Поскольку молекула иРНК синтезируется по принципу комплементарности, то последовательность нуклеотидов, которые составляют молекулу иРНК, будет следующая: УУЦ АЦУ ЦГУ ГАЦ ГУУ УАА. Таким образом, она будет состоять из 6 триплетов, из которых последний (УАА) не кодирует ни одной аминокислоты.

Задача 7. Какой последовательностью нуклеотидов молекулы иРНК кодируется участок молекулы белка, если он имеет такое строение: СЕРИН - ГЛИЦИН - АСПАРАГИН - ЦИСТЕИН - СЕРИН - ЛИЗИН - ВАЛИН - АРГИНИН?

Задача 8. Какой последовательностью нуклеотидов молекулы ДНК кодируется участок молекулы белка, если он имеет такое строение: ЛИЗИН - ГЛИЦИН - ЦИСТЕИН - ГЛУТАМИН - АСПАРАГИН - ТРЕОНИН?

Задача 9. Какая последовательность аминокислот кодируется такой последовательностью нуклеотидов ДНК: АГЦАТТЦЦАГТЦТГЦАТГ? Какой станет последовательность аминокислот, если в результате мутации из этой молекулы выпадет первый нуклеотид?

РЕШЕНИЕ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЗАДАЧ ПО РЕПАРАЦИИ

Задача 10. В результате действия повреждающего фактора изменилась одна из цепей молекулы ДНК. Обнаружьте участок, который испытал изменения, если неповрежденная цепочка молекулы ДНК имеет вид: ААТ АГЦ ТТА ЦЦТ АГЦ, а молекула иРНК, если бы она была синтезирована на измененной цепи ДНК, имела бы вид: УУА ГГЦ УАЦ ГГА УЦГ. Установите последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК после репарации.

Задача 11. В результате действия повреждающего фактора изменилась одна из цепей молекулы ДНК. После этого молекула ДНК приобрела следующий вид (первой приведена цепь, которая не подверглась изменению): АТТ ЦАТ ГГТ ЦГА ТАЦ ТГГ ЦАА ГЦТ.

Установите измененный участок молекулы ДНК и процентное содержание нуклеотидов в молекуле ДНК после повреждения и после репарации.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3

ОЗНАКОМЛЕНИЕ С ИНСТРУКЦИЯМИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ОТДЕЛЬНЫХ МЕДИЦИНСКИХ ПРЕПАРАТОВ, СРЕДСТВ БЫТОВОЙ ХИМИИ. ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ОПАСНОСТИ ЭТИХ ВЕЩЕСТВ

Цель: овладеть навыками ознакомления с инструкциями по использованию медицинских препаратов и средств бытовой химии для предотвращения несчастных случаев в быту. Рассмотреть и проанализировать опасности, которые представляют средства бытовой химии в случае неправильного их использования.

Оборудование и материалы: инструкции к самым распространенным медицинским препаратам, которые имеются в каждой домашней аптечке, инструкции к средствам бытовой химии, которые содержат кислоты, щелочи и летучие вещества.

Ход работы

1. Объединитесь в группы. Одна группа изучает инструкции к медицинским препаратам, а другая - к средствам бытовой химии.

2. Подготовьте в составе своей группы короткое выступление по соответствующей теме по плану.

Медицинские препараты:

- самые распространенные компоненты домашней аптечки (лекарственные препараты, термометр);

- вещества, входящие в состав лекарств и медицинского оборудования, способные вызвать острые и хронические отравления в случае передозировки или нарушения сроков хранения;

- обоснование необходимости соблюдения рекомендаций по использованию лекарственного препарата и медицинского оборудования;

- правила применения и хранения лекарственных препаратов и медицинского оборудования, перечень действий при повреждении ртутного термометра;

- неотложная помощь при отравлении лекарственными препаратами. Средства бытовой химии:

- самые распространенные средства бытовой химии (уксус, сода, средства для мойки посуды и ванн, стиральные порошки, клеи, краски, растворители и т. п.);

- основные опасные действующие вещества, которые входят в их состав (кислоты, щелочи, фосфат и т. п.);

- правила использования и хранения средств бытовой химии;

- неотложная помощь в случае попадания на тело, в глаза и дыхательные пути химических веществ.

3. Сделайте обобщающие выводы.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 4

ОЦЕНКА ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ ПО ИХ СОСТАВУ

Цель: научиться определять наличие белков, жиров, углеводов и пищевых примесей в продуктах питания.

Материалы скачать dle 11.0фильмы бесплатно