Підручник з Хімії. 10 клас. Попель - Нова програма

36. Біологічно активні речовини

Матеріал параграфа допоможе вам:

• дізнатися про те, які речовини називають біологічно активними;

• отримати інформацію про види вітамінів та їхні джерела;

• зрозуміти роль вітамінів і ферментів в організмі.

Наш організм потребує не лише білків, жирів, вуглеводів. Існують інші органічні речовини, які необхідні організму; їх називають біологічно активними.

Біологічно активні речовини — це речовини, які активно впливають на різноманітні процеси в живих організмах.

До найважливіших речовин цього типу зараховують вітаміни, ферменти, антибіотики, алкалоїди, гормони. Ці сполуки спочатку було виявлено в природі (передусім у рослинах). Згодом більшість таких речовин учені почали добувати в лабораторіях.

Біологічно активні речовини різняться за складом і будовою молекул. Серед них багато нітрогеновмісних сполук. Їхні молекули містять цикли, до яких, крім атомів Карбону, входять атоми Нітрогену, Оксигену.

Біологічно активні речовини є в складі численних лікарських засобів.

Вітаміни. Людині для забезпечення нормальної життєдіяльності, крім води, білків, жирів, вуглеводів, солей, необхідні вітаміни1.

1 Слово походить від латинського vita — життя і назви класу органічних сполук аміни, до якого належить чимало вітамінів.

Вітаміни — органічні сполуки, які потрібні живим організмам у незначній кількості для здійснення важливих біохімічних і фізіологічних процесів.

Молекули вітамінів є «постачальниками» груп атомів, з яких в організмі утворюються молекули ферментів (с. 216).

Вітаміни містяться в харчових продуктах рослинного (мал. 108) і тваринного походження. Деякі з них утворюються в організмах людини і тварин, але в недостатній кількості.

Мал. 108. Овочі та фрукти — джерела вітамінів

Добова потреба людини у вітамінах становить від кількох мікрограмів до кількох міліграмів, а у вітаміні С — 50—60 мг.

Вітаміни мають складні формули і назви. Їх прийнято позначати великими латинськими літерами (А, В, С та ін.), іноді — з нижніми числовими індексами. Одну й ту саму літеру використовують для позначення вітамінів, подібних за складом і функціями, які вони виконують в організмі.

Вітаміни поділяють на водорозчинні і жиророзчинні. Останні розчиняються в багатьох органічних розчинниках, але не розчиняються у воді. Жиророзчинних вітамінів організм потребує значно менше (до 1 мг щодня), ніж водорозчинних. Розчинність вітамінів визначає умови засвоєння їх організмом.

Водорозчинні вітаміни. Вітамін С (аскорбінова кислота) — один із найважливіших вітамінів. Його хімічна формула — С6Н8О6 (мал. 109). Це біла кристалічна речовина з кислим смаком, розчинна у воді, спирті.

Мал. 109. Модель молекули аскорбінової кислоти

Аскорбінова кислота посилює опір організму щодо різних інфекцій. Відсутність вітаміну С в їжі спричиняє хворобу, яку називають цингою; її характерна ознака — слабшають і починають кровоточити ясна.

Вітамін С міститься в шипшині (приблизно 1,5 г на 100 г сухих плодів), горіхах (1,2 г), чорній смородині (0,3 г), солодкому перці (у червоному — 0,25 г), хріні, цитрусових та ін.

Група вітамінів В налічує кілька сполук. Вітаміни В1, В2, В6 і В12 зміцнюють нервову і серцево-судинну системи, сприяють виділенню енергії при травленні їжі, активізують роботу м’язів, регулюють окисно-відновні процеси в організмі. Відсутність цих вітамінів призводить до зупинки розвитку організму, а нестача — до порушення зору, захворювань шкіри і слизових оболонок.

Вітамін В5 (або РР) — загальне позначення двох схожих за складом сполук, які підтримують діяльність нервової системи, щитовидної залози, покращують пам’ять, відіграють важливу роль в окисно-відновних процесах у клітинах.

Вітаміни групи В містяться у висівках, дріжджах, хлібі, крупах, горіхах, бобах, молоці, яйцях, печінці, деяких овочах, фруктах, ягодах.

Цікаво знати

Вітамін В12 містить металічний елемент Кобальт.

Жиророзчинні вітаміни. Вітамін А (ретинол) має формулу С20Н29ОН і є ненасиченим одноатомним спиртом. Він сприяє нормальному розвитку організму, особливо молодого, збільшує його стійкість щодо інфекційних хвороб, підтримує зір. Нестача цього вітаміну викликає «курячу сліпоту» — розлад зору при слабкому освітленні. Ретинол або його естери містяться лише в продуктах тваринного походження — рибному жирі, печінці (зокрема, трісковій), яєчному жовтку, молоці.

Вітамін D існує у двох формах — D2 і D3. Обидві форми утворюються під дією сонячного світла: D2 — в рослинах, D3 — у шкірі людини. Вони регулюють засвоєння організмом Кальцію і Фосфору, сприяють утворенню кісток і запобігають виникненню рахіту. Ці вітаміни містяться в яєчному жовтку, печінці, молочних продуктах.

До жиророзчинних вітамінів також належать вітаміни груп Е, K, вітамін F.

Відомі речовини, які в організмах тварин і людини перетворюються на вітаміни. Їх називають провітамінами. Серед цих речовин — каротин; він є в моркві, гарбузах, помідорах, деяких фруктах, ягодах і зумовлює їхнє оранжеве або червоне забарвлення. В організмі з молекули каротину утворюються дві молекули вітаміну А.

Добування і використання вітамінів. Вітаміни добувають за допомогою хімічних реакцій, мікробіологічним синтезом, а деякі — із природної сировини.

Фармацевтичні підприємства випускають лікарські препарати, загальна назва яких — полівітаміни. Найпростіші з них містять вітаміни А, В і С, а також глюкозу, цукор, крохмаль, харчові барвники. Одна чи кілька пігулок або капсул задовольняють добову потребу людини у відповідних вітамінах. Добре відомі вітчизняні полівітамінні препарати «Ревіт», «Гексавіт», «Декамевіт» (мал. 110).

Мал. 110. Вітамінні препарати

Деякі вітаміни, насамперед аскорбінову кислоту, використовують як добавки до напоїв, солодощів, харчових продуктів для дітей.

Вітаміни, як і інші органічні речовини, розкладаються при нагріванні. Тому, готуючи їжу, слід дотримуватися певного температурного режиму й оптимальної тривалості процесу.

За істотної нестачі будь-якого вітаміну (такий стан організму називають авітамінозом1) розвиваються хвороби. Вживання вітамінів у надмірних кількостях призводить до гіпервітамінозу2, наслідки якого також є негативними.

1 Грецьке а... — початкова частина слова, яка означає заперечення.

2 Термін походить від грецького слова hyper — над, понад.

Вітаміни потрібні не лише людині. У корми для сільськогосподарських тварин добавляють ті з них, яких майже немає в рослинах, — вітаміни А, B12, D, E.

Ферменти — група речовин переважно білкової природи, які виконують роль каталізаторів біохімічних реакцій в організмах. Ці речовини також називають ензимами. Ензимологія — наука про ферменти, одна з галузей біохімії.

Функцію ферменту можна спрощено пояснити так: спочатку молекули органічної речовини сполучаються з ним, потім продукт цієї реакції взаємодіє з іншою речовиною, а фермент «вивільнюється».

Відомо понад дві тисячі ферментів. Вони утворюються в рослинах, організмах тварин і людини. Одні ферменти прискорюють синтез білків з амінокислот, інші (протеази1) забезпечують протилежний процес — розщеплення білків на амінокислоти. Ліпази є каталізаторами гідролізу жирів — перетворення їх на гліцерол і жирні кислоти. Амілаза сприяє розщепленню молекул крохмалю на молекули простих вуглеводів (моносахаридів). За нестачі ферментів в організмі лікарі рекомендують вживати ферментні препарати.

1 Назви багатьох ферментів мають закінчення -аза.

Ферменти беруть участь у процесах бродіння, які становлять основу виробництва вина, пива, оцту, кисломолочних продуктів, квашення овочів (мал. 111). Дріжджі завдяки наявності в них ферментів використовують при виготовленні хліба (мал. 111), різних виробів із борошна.

Мал. 111. Результати «роботи» ферментів

На властивості ферментів впливають зовнішні умови. За незначного підвищення температури ферменти починають руйнуватися і втрачають каталітичну активність.

Ферменти добувають із тваринної та рослинної сировини, мікроорганізмів, біологічних рідин (наприклад, крові).

Антибіотики1 — речовини, що «синтезуються» деякими мікроорганізмами (пліснявою, бактеріями, грибками), рослинами і мають протибактеріальну та противірусну дію. Для виявлення цих властивостей достатньо дуже малої концентрації антибіотика, наприклад 1 мг на 100 кг маси середовища, в якому він діє.

1 Термін походить від грецьких префікса anti- і слова bios — життя.

Першим антибіотиком, який почали використовувати в медицині, був пеніцилін — речовина, яка виробляється деякими видами плісняви. Починаючи із 40-х років ХХ ст., цей антибіотик застосовували для лікування туберкульозу, пневмонії, багатьох інфекційних та інших хвороб. Пізніше було винайдено ефективні замінники пеніциліну — тетрациклін, стрептоміцин, левоміцетин.

Бактерії за дії антибіотиків поступово змінюються і стають менш чутливими до них. Збільшення доз цих речовин негативно позначається на організмі людини; виникають алергії, слабшає імунна система. Тому важливим є пошук нових антибіотиків, вивчення їх впливу не лише на шкідливі мікроорганізми, а й на людину.

Більшість антибіотиків добувають за допомогою хімічних реакцій.

ВИСНОВКИ

Біологічно активні речовини — речовини, які впливають на різноманітні процеси в живих організмах. До них належать вітаміни, ферменти, антибіотики, деякі інші групи органічних речовин.

Вітаміни потрібні організму в незначній кількості для здійснення біохімічних і фізіологічних процесів. Розрізняють водорозчинні та жиророзчинні вітаміни. Більшість із них надходить в організм під час харчування.

Ферменти виконують роль каталізаторів хімічних реакцій, які відбуваються в організмі.

261. Які групи органічних речовин називають біологічно активними?

262. Яке значення мають вітаміни для людини?

263. Назвіть кілька водорозчинних і жиророзчинних вітамінів.

264. Обчисліть відносну молекулярну масу вітаміну В2, якщо його молекула містить чотири атоми Нітрогену, а масова частка цього елемента у вітаміні становить 14,9 %.

265. Яку функцію виконують ферменти в організмі?

ДЛЯ ДОПИТЛИВИХ

Алкалоїди

Щодня ми п'ємо чай, а часто — і каву. Ці популярні напої містять біологічно активну речовину, назва якої — кофеїн. Масова частка сполуки в чайному листі може сягати 5 %, а в кавових зернах — 1,5 % (мал. 112). Кофеїн міститься і в горіхах кола; їх використовують для виготовлення напою «кока-кола».

Мал. 112. Джерела кофеїну

Кофеїн — тверда речовина, розчинна у воді. Після чашки кави або міцного чаю людина відчуває прилив бадьорості, зростання розумової та фізичної активності. Так діє невелика кількість кофеїну на організм. Ця сполука є компонентом деяких лікарських препаратів.

У шоколаді, чайному листі міститься інша біологічно активна речовина — теобромін. Як і кофеїн, вона активізує діяльність організму, має судинорозширювальну, спазмолітичну дію. Масова частка теоброміну в бобах какао не перевищує 2 %.

Кофеїн і теобромін належать до групи речовин із загальною назвою алкалоїди1. Це — нітрогеновмісні органічні сполуки, які істотно впливають на біологічні процеси.

1 Термін походить від арабського слова аль-калі — луг і грецького eidos — вид. Алкалоїди, як і аміни, виявляють основні властивості.

Відомо кілька тисяч алкалоїдів. Вони містяться в насінні, плодах, корі, листях, корінні деяких рослин. Молекули найпростіших алкалоїдів мають циклічні фрагменти, які складаються з атомів Карбону і Нітрогену.

До алкалоїдів належить і шкідлива речовина — нікотин. Незначна кількість цієї сполуки, потрапляючи в легені, спричиняє в людини збудження. Паління завдає серйозної шкоди організму, призводить до різних захворювань, насамперед онкологічних, легеневих, серцево-судинних.