Что такое биологические активные вещества. Химия биологически активных соединений

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).

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.

Накоплением знаний, анализом явлений и фактов занимается наука. Если в период своего зарождения наука была единой, неделимой и эта прекрасная, органически свойственная ей черта особенно ярко проявилась в энциклопедических трудах великих мыслителей древности, то позднее наступила пора дифференциации науки.

Из унитарной, стройной системы естествознания как единого целого возникли математика, физика, химия, биология и медицина , а в науках об обществе оформились история, философия, право ...

Это неизбежное дробление науки, отражающее объективные процессы в развитии мира, продолжается и сегодня - появились кибернетика, ядерная физика, химия полимеров, океанология, экология, онкология и десятки других наук.

Веянием времени стала и узкая специализация ученых , целых коллективов. Конечно, это отнюдь не исключает становления и воспитания широко образованных ученых с блестящей эрудицией, и мировая наука знает немало тому примеров.

И все же вопрос закономерен - не утрачивается ли в таком случае возможность осмысления целостной картины окружающего мира, не мельчает ли порой постановка проблем, не ограничиваются ли искусственно поиски путей их решения? Особенно для тех, кто только начинает свой путь к знаниям...

Отражением этого противоречия и прямым следствием действия законов диалектики явилось встречное движение наук по пути к взаимному обогащению, взаимодействию и интеграции .

Появились математическая лингвистика , химическая физика , биологическая химия ...

Что будет конкретным и конечным итогом этого непрерывного искания, постоянной смены целей и объектов исследования, предсказать пока трудно, но одно является очевидным - в конечном итоге человек достигнет прогресса и в тех областях знания, которые совсем недавно казались окутанными покровом глубокой тайны...

Одним из ярких примеров является та область науки, которая лежит на границе биологии и химии.

Что же объединяет эти научные дисциплины, в чем смысл их взаимодействия?

Ведь биология была и, пожалуй, еще долгое время будет одной из самых загадочных областей знания, и в ней остается немало белых пятен.

Химия же, напротив, относится к разряду наук наиболее устоявшихся, точных, в ней основные закономерности выяснены и проверены временем.

И тем не менее факт остается фактом - уже давно химия и биология идут навстречу друг другу.

Когда это началось, вряд ли можно сейчас установить... Попытки объяснения явлений жизнедеятельности с позиций точных наук мы находим еще у мыслителей древнегреческой и древнеримской цивилизации, более отчетливо подобные идеи формулировались в трудах выдающихся представителей научной мысли средневековья и эпохи Возрождения.

К концу XVIII в было достоверно установлено, что в основе проявления жизни лежа химические превращения веществ, порой простых, а зачастую удивительно сложных. И именно с этого периода начинается подлинная летопись о союзе двух наук, летопись, богатая ярчайшими фактами и эпохальными открытиями, фейерверк которых не прекращается и в наши дни...

На первых этапах в ней господствовали виталистические воззрения , утверждавшие, что химическиесоединения, выделяемые из живых организмов, не могут быть получены искусственным путем , без участия магической жизненнойсилы≫.

Сокрушительный удар сторонникам витализма был нанесенработами Ф. Вёлера, получившего типичное вещество животногопроисхождения - мочевину из цианата аммония . Последующимиисследованиями позиции витализма были окончательно подорваны.

В середине XIX в. органическая химия определяется уже как химия соединений углерода вообще - будь то вещества природного происхождения или синтетические полимеры, красители или лекарственные препараты.

Один за другим преодолевала органическая химия барьеры, стоящие на пути к познанию живой материи.

В 1842 г. Н. Н. Зинин осуществил синтез анилина, в 1854 г. М. Бертло получил синтезом ряд сложных органических веществ, в том числе жиры.

В 1861 г. А. М. Бутлеровым впервые было синтезировано сахаристое вещество - метиленитан, к концу столетия успешно осуществляются синтезы ряда аминокислот и жиров , а начало нашего века ознаменовалось первыми синтезами белковоподобных полипептидов .

Это направление, развивавшееся стремительно и плодотворно, оформилось к началу XX в. в самостоятельную химию природных соединений.

К числу ее блистательных побед можно отнести расшифровку строения и синтез биологически важных алкалоидов, терпеноидов, витаминов и стероидов, а вершинами ее достижений в середине нашего века надо считать полные химические синтезы хинина, стрихнина, резерпина, пенициллина и простагландинов.

Биологическими проблемами занимаются сегодня десятки наук, в которых тесно переплетаются идеи и методы биологии, химии, физики, математики и других областей знания.

Арсенал используемых биологией средств огромен. Именно в этом - один из источников ее бурного прогресса, основа достоверности ее выводов и суждений.

Пути биологии и химии в познании механизмов жизнедеятельности пролегают рядом, и это естественно, ибо живая клетка - настоящее царство больших и малых молекул, непрерывно взаимодействующих, возникающих и исчезающих...

Здесь находит сферу приложения и одна из новых наук - биоорганическая химия.

Биоорганическая химия - наука, которая изучает связь между строением органических веществ и их биологическими функциями.

Объектами изучения являются, такие как: биополимеры, витамины, гормоны, антибиотики, феромоны, сигнальные вещества, биологически активные вещества растительного происхождения, а также синтетические регуляторы биологических процессов (лекарственные препараты, пестициды и др.), биорегуляторы и отдельные метаболиты.

Являясь разделом (частью) органической химии эта наука также изучает соединения углерода.

В настоящее время насчитывается – 16 млн органических веществ.

Причины многообразия органических веществ:

1) Соединения атомов углерода (С) могут взаимодействовать друг с другом и другими элементами периодической системы Д. И. Менделеева. При этом образуются цепи и циклы.

2) Атом углерода может находиться в трех разных гибридных состояниях. Тетраэдрическая конфигурация атома С → плоскостная конфигурация атома С.

3) Гомология – это существование веществ с близкими свойствами, где каждый член гомологического ряда отличается от предыдущего на группу – СН 2 -.

4) Изомерия – это существование веществ, имеющих одинаковый качественный и количественный состав, но различное строение.

А) M. Бутлеров (1861 г.) создал теорию строения органических соединений, которая и по сей день служит научной основой органической химии.

Б) Основные положения теории строения органических соединений:

1) атомы в молекулах соединены друг с другом химическими связями в соответствии с их валентностью;

2) атомы в молекулах органических соединений соединяются между собой в определенной последовательности, что обусловливает химическое строение молекулы;

3) свойства органических соединений зависят не только от числа и природы входящих в их состав атомов, но и от химического строения молекул;

4) в молекулах существует взаимное влияние как связанных, так и непосредственно друг с другом не связанных атомов;

5) химическое строение вещества можно определить в результате изучения его химических превращений и, наоборот, по строению вещества можно охарактеризовать его свойства.

Итак, объектами изучения биоорганической химии являются:

1) биологически важные природные и синтетические соединения: белки и пептиды, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды,

2) биополимеры смешанного типа - гликопротеины, нуклеопротеины, липопротеины, гликолипиды и т. п.; алкалоиды, терпеноиды, витамины, антибиотики, гормоны, простагландины, ростовые вещества, феромоны, токсины,

3) а также синтетические лекарственные препараты, пестициды и др.

Биополимеры – высокомолекулярные природные соединения, которые являются основой всех организмов. Это белки, пептиды, полисахариды, нуклеиновые кислоты (НК), липиды.

Биорегуляторы – соединения, которые химически регулируют обмен веществ. Это витамины, гормоны, антибиотики, алкалоиды, лекарственные препараты и др.

Знание строения и свойств биополимеров и биорегуляторов позволяет познать сущность биологических процессов. Так, установление строения белков и НК позволило развить представления о матричном биосинтезе белка и роли НК в сохранении и передаче генетической информации.

Основная задача биоорганической химии – выяснение взаимосвязи структуры и механизма действия соединений.

Итак, из сказанного понятно, что биоорганическая химия – это научное направление, сложившееся на стыке ряда отраслей химии и биологии.

В настоящее время она превратилась в фундаментальную науку. По существу она является химическим фундаментом современной биологии.

Разрабатывая основополагающие проблемы химии живого мира, биоорганическая химия способствует решению задач получения практически важных препаратов для медицины, сельского хозяйства, ряда отраслей промышленности.

Основные задачи:

- выделение в индивидуальном состоянии изучаемых соединений с помощью кристаллизации, перегонки,различных видов хроматографии, электрофореза, ультрафильтрации, ультрацентрифугирования, противоточного распределения ит. п.;

- установление структуры, включая пространственное строение,на основе подходов органической и физико-органической химии сприменением масс-спектрометрии, различных видов оптическойспектроскопии (ИК, УФ, лазерной и др.), рентгеноструктурногоанализа, ядерного магнитного резонанса, электронного парамагнитного резонанса, дисперсии оптического вращения и круговогодихроизма, методов быстрой кинетики и т. п. в сочетании с расчетами на ЭВМ;

- химический синтез и химическая модификация изучаемых соединений, включая полный синтез, синтез аналогови производных,- с целью подтверждения структуры, выяснения связи строения и биологической функции, получения практически ценных препаратов;

- биологическое тестирование полученных соединений in vitro и in vivo.

Решение основных проблем Б. х. важно для дальнейшего прогресса биологии. Без выяснения строения и свойств важнейших биополимеров и биорегуляторов нельзя познать сущность жизненных процессов, а тем более найти пути управления такими сложными явлениями, как:

Размножение и передача наследственных признаков,

Нормальный и злокачественный рост клеток,-

Иммунитет, память, передача нервного импульса и многое др.

В то же время изучение высокоспециализированных биологически активных веществ и процессов, протекающих с их участием, может открыть принципиально новые возможности для развития химии, химической технологии и техники.

К проблемам, решение которых связано с исследованиями в области Б. х., относятся:

Создание строго специфичных высокоактивных катализаторов (на основе изучения строения и механизма действия ферментов),

Прямое превращение химической энергии в механическую (на основе изучения мышечного сокращения),

Использование в технике химических принципов хранения и передачи информации, осуществляемых в биологических системах, принципов саморегулирования многокомпонентных систем клетки в первую очередь избирательной проницаемости биологических мембран, и многое др.

Перечисленные проблемы лежат далеко за пределами собственно Б. х.; однако она создает основные предпосылки для разработки этих проблем, обеспечивая главные опорные пункты для развития биохимических исследований, относящихся уже к области молекулярной биологии. Широта и важность решаемых проблем, разнообразие методов и тесная связь с другими научными дисциплинами обеспечили быстрое развитие Б. х.

Биоорганическая химия сформировалась в самостоятельную область в 50-х гг. 20 в.

В этот же период это направление начало делать первые шаги в Советском Союзе.

Заслуга в этом принадлежала академику Михаилу Михайловичу Шемякину.

Тогда ему оказали решительную поддержку руководители Академии наук А. Н. Несмеянов и Н. Н. Семенов, и уже в 1959 г. в системе АН СССР был создан базовый институт химии природных соединений АН СССР, который он возглавил с момента его создания (1959) до 1970 года. С 1970 по 1988 год, после смерти Михаила Михайловича Шемякина, институт возглавил его ученик и последователь академик Ю. А. Овчинников. «Развиваясь в недрах органической химии с самого начала ее зарождения как науки, она не только питалась и питается всеми представлениями органической химии, но и сама непрерывно обогащает последнюю новыми идеями, новым фактическим материалом принципиальной важности, новыми методами» – говорил академик, крупный ученый в области органической химии Михаил Михайлович Шемякин (1908-1970)»

В 1963 г. организовано Отделение биохимии, биофизики и химии физиологически активных соединений АН СССР. Соратниками М. М. Шемякина в этой деятельности, а порой и борьбе, были академики А. Н. Белозерский и В. А. Энгельгардт; уже в 1965 г. Академик А. Н. Белозерский основал Межфакультетскую лабораторию биоорганической химии МГУ, которая сейчас носит его имя.

Методы и с с л е д о в а н и я: основной арсенал составляют методы органической химии, однако для решения структурно-функциональных задач привлекаются и разнообразные физические, физико-химические, математические и биологические методы.

Аминокислоты (аминокарбо́новые кисло́ты ) - являются бифункциональными соединениями, которые содержат в молекуле две реакционноспособные группы: карбонильные (–СООН), аминогруппу (–NH 2), α-атом углерода (в центре) и радикал (различается у всех α-аминокислот).

Аминокислоты могут рассматриваться как производные карбоновых кислот, в которых один или несколько атомов водорода заменены на аминные группы.

Аминокислоты (кроме глицина) существуют в двух стереоизомерных формах – L и D, вращающих плоскость поляризации света соответственно влево и вправо.

Все живые организмы синтезируют и усваивают только L-аминокислоты, а D-аминокислоты для них либо безразличны, либо вредны. В естественных белках встречаются преимущественно α-аминокислоты, в молекуле которых аминогруппа присоединена к первому атому (α-атому) углерода; у β-аминокислот аминогруппа находится при втором атоме углерода.

Аминокислоты являются мономерами, из которых строятся полимерные молекулы – протеины, или белки.

Как уже отмечалось ранее, практически все природные α-аминокислоты оптически активны (за исключением глицина) и относятся к L-ряду. Это означает, что в проекции Фишера, если внизу расположить заместитель, а вверху карбоксильную группу, то аминогруппа будет находиться слева.

Это, разумеется, не означает, что все природные аминокислоты вращают плоскость поляризованного света в одну и ту же сторону, поскольку направление вращения определяется свойствами всей молекулы, а не конфигурацией его асимметрического атома углерода. Большая часть природных аминокислот имеет S-конфигурацию (в том случае, когда в ее состав входит один асимметрический атом углерода).

Некоторые микроорганизмы синтезируют аминокислоты D-ряда. Такие аминокислоты называют “неприродными”.

Конфигурацию протеиногенных аминокислот соотносят с D - глюкозой; такой подход предложен Э. Фишером в 1891 г. В пространственных формулах Фишера заместители у хирального С-2 атома занимают положение, которое соответствует их абсолютной конфигурации (это было доказано через 60 лет).

На рисунке приведены пространственные формулы D- и L-аланина.

Все аминокислоты, за исключением глицина, оптически активны благодаря хиральному строению.

Энантиомерные формы, или-оптические антиподы, имеют различные показатели преломления (круговое двулучепреломление) и различные коэффициенты молярной экстинкции (круговой дихроизм) для лево и право циркулярно поляризованных компонент линейно-поляризованного света. Они поворачивают плоскость колебаний линейного поляризованного света на равные углы, но в противоположных направлениях. Вращение происходит так, что обе световые составляющие проходят оптически активную среду с различной скоростью и при этом сдвигаются по фазе.

По углу вращения а, определенному на поляриметре, можно определить удельное вращение [a] D.

ИЗОМЕРИЯ АМИНОКИСЛОТ

1)Изомерия углеродного скелета

Все биологически активные вещества или отдельные элементы, вызывающие отравления животных или нормальное функциони­рование отдельных систем организма, в зависимости от их целево­го назначения подразделяются на ряд групп.

Пестициды (pestis - вредное, caedere - убивать). Пестициды - средства борьбы с вредителями растений и животных. Для ветери­нарной токсикологии они имеют большее значение, чем токси­ческие вещества всех остальных групп. Именно среди пестицидов наибольшее количество химических соединений с высокой биоло­гической активностью. Однако ведение современного высокопро­дуктивного сельского хозяйства невозможно без их применения. Поэтому отмечается рост как ассортимента, так и объема приме­нения пестицидов. Пестициды имеют не только токсикологичес­кое, но и ветеринарно-санитарное значение, так как некоторые из них загрязняют объекты окружающей среды и накапливаются в тканях животных, выделяются с молоком и яйцами, что приводит к загрязнению их остатками продуктов питания животного проис­хождения.

Микотоксины. К микотоксинам относят токсичные вещества (метаболиты), образуемые микроскопическими грибами (плесе­нью). Среди них имеются соединения, обладающие исключи­тельно высокой биологической активностью, действующие экст-рогенно, канцерогенно, эмбриотоксически, гонадотоксически и тератогенно. Так, ЛД^о одного из метаболитов гриба из рода фузариум - Т-2-токсина для белых мышей составляет 3,8 мг/кг, примерно такой же токсичностью обладает афлатоксин В ь В на­стоящее время неизвестно другого такого соединения, применяе­мого для защиты растений или животных, с такой высокой токсичностью. ЛДзо карбофурана (фурадана) - одного из наиболее токсичных пестицидов, применяемого для обработки семян свек­лы и не допущенного к применению на животных, составляет 15 мг/кг, т. е. он в 4 раза менее токсичен, чем Т-2-токсины.

Во многих странах мира проводятся обширные исследования по выделению микотоксинов, изучению их химической структу­ры, определению биологической активности, разработке методов определения в кормах и тканях животных, факторов, влияющих на процесс токсинообразования.

Токсичные металлы и их соединения . Из соединений металлов наибольшее санитарно-токсикологическое значение имеют ртуть-, свинец-, кадмийсодержащие вещества и в меньшей степени -хром-, молибден-, цинксодержащие соединения.

До недавнего времени часто отмечали отравления сельскохо­зяйственных и диких животных соединениями ртути, которые применяли для протравливания семян. В нашей стране для этих целей использовали в основном этилмеркурхлорид (C 2 H 5 HgCl), который относится к группе сильнодействующих ядовитых ве­ществ (СДЯВ) и является действующим веществом протравителя гранозана. С 1997 г. гранозан исключен из списка пестицидов. От­равления другими соединениями тяжелых металлов встречаются реже, однако представляют опасность как загрязнители продуктов питания, в том числе животного происхождения - молока, мяса, яиц, рыбы. Основной источник загрязнения тяжелыми металлами и их соединениями - промышленные предприятия, использую­щие в технологическом процессе эти элементы. По мере развития промышленности, использующей тяжелые металлы и их соедине­ния, увеличивается их выброс в окружающую среду, повышается содержание соединений тяжелых металлов в почве, воде, растени­ях, животных и, следовательно, в продуктах питания. В связи с этим возрастает необходимость контроля за их накоплением в объектах окружающей среды, кормах и продуктах питания, с тем чтобы не допускать в пищу продукты питания, содержащие токсикоэлементы выше максимально допустимого уровня.

Токсичные металлоиды . К группе токсичных металлоидов отно­сят соединения мышьяка, фтора, селена, сурьмы, серы и др. Одна­ко причислить эти элементы и их соединения к ядам можно лишь условно. Токсичность металлоидов определяется дозой и видом соединения, поэтому она варьирует в очень широких пределах. Так, например, ЛД 50 натрия арсенита для крыс составляет 8- 15 мг/кг их массы, тогда как гербицида монокальций метиларсената - 4000 мг/кг (Н.Н.Мельников, 1975). Совсем недавно со­единения мышьяка в небольших дозах применяли в качестве стимуляторов роста. Используют их в качестве лекарственных препаратов (новарсенол, осарсол и др.), для уничтожения вред­ных грызунов (кальция арсенит). Фтор- и селенсодержащие ве­щества в небольших дозах применяются для лечения ряда заболеваний, в то время как большие дозы их вызывают отравления животных.

Элементы этой группы позволяют наиболее наглядно проде­монстрировать двойственное воздействие ядов на организм в за­висимости от дозы. Например, селеном возможно отравление сельскохозяйственных животных, в то время как небольшие коли­чества этого элемента, поступающие с кормом, предотвращают развитие у них ряда заболеваний (беломышечной болезни, токси­ческой дистрофии печени). Известно также, что этот элемент не­обходим для организма животных (В. В. Ермаков, В. В. Ковальс­кий, 1974). Могут быть причиной отравления животных плохо обесфторенные фосфаты, используемые в качестве кормовых до­бавок. В то же время в небольших концентрациях фтор добавляют в питьевую воду для предотвращения кариеса зубов.

Полихлорированные и полибромированные бифенилы (ПХБ, ПББ) . Токсические вещества этой группы близки по химическому строению к ДДТ и его метаболитам. ПХБ и ПББ - стойкие хлор- и броморганические соединения, широко применяемые в про­мышленности при производстве резины, пластмасс, в качестве пластификаторов. Токсичность этих веществ сравнительно неве­лика (ЛД 5 о азрола - наиболее распространенного соединения этой группы - составляет 1200 мг/кг массы животного). Однако некоторые из них действуют канцерогенно в опытах на лабора­торных животных. Исходя из этого, установлены очень низкие допустимые уровни их содержания в продуктах питания. ПХБ и ПББ очень медленно разрушаются в окружающей среде и накап­ливаются в органах и тканях животных. Отмечены случаи отрав­ления людей и животных ПХБ, а также высокий уровень загряз­нения их остатками кормов и продуктов питания животного про­исхождения. Особое внимание уделяется изучению биологичес­кой активности ПХБ и ПББ, отдаленных последствий их действия, а также миграции в объектах окружающей среды и организме животных.

Соединения азота . Из соединений этой группы санитарно-ток-сикологическое значение имеют нитраты (NO 3), нитриты (NO 2), нитрозоамины и в определенной степени мочевина - карбамид и др. Мочевина используется в качестве кормовой до­бавки животным. В связи с широкой химизацией сельского хозяй­ства и применением в больших масштабах азотистых удобрений существенно возрастает санитарно-токсикологическое значение нитратов и нитритов, которые могут в значительных количествах накапливаться в кормовых культурах, особенно в корнеклубне­плодах, за счет адсорбции из почвы.

Натрия хлорид (поваренная соль). Практически все виды сель­скохозяйственных животных одинаково чувствительны к натрия хлориду. Однако чаще других травятся свиньи и птицы. Это связа­но с тем, что зерновые корма, употребляемые для их кормления,

Яды растительного происхождения . В связи с окультуриванием пастбищ, развитием промышленного животноводства и перево­дом животных на круглогодичное стойловое содержание значение ядов растительного происхождения в отравлениях сельскохозяй­ственных животных снижается, хотя и не утрачивается полностью. Кроме того, некоторые яды, образуемые растениями в сравни­тельно небольших количествах, не вызывают острого отравления, зато действуют эмбритоксически и тератогенно. К ним относятся, например, алкалоиды люпина. В количествах, не вызывающих ос­трого отравления у коров, они оказывают тератогенное действие, в связи с чем у 50 % подопытных коров рождались телята с урод­ствами.

Растительные яды могут быть алкалоидами, тио- и цианогликозидами, токсичными аминокислотами и растительными фе-нольными соединениями.

Среди алкалоидов наибольшее ветеринарно-токсикологическое значение имеют алкалоиды растений рода люпина (спортеин и люпинин), аконита (липоктонин, относящийся к классу поли­циклических дитерпенов), живокости, триходесмы седой и неко­торых других.

Тиогликозиды в основном содержатся в растениях семейства крестоцветных. Они могут быть причиной острых и хронических отравлений животных. Кроме того, поступление с кормом боль­шого количества растений этого семейства может привести к сни­жению их продуктивности. Тиогликозиды взаимодействуют в организме с йодом, в результате чего могут наступить йодная не­достаточность и развитие патологического процесса.

Из растительных фенольных соединений наибольшее ветери-нарно-санитарное значение имеют дикумарин и госсипол.

Лекарственные средства и премиксы . Многие лекарственные препараты в терапевтических дозировках обладают побочным действием - вызывают аллергические реакции, поражают отдель­ные органы. В завышенных дозах они вызывают интоксикацию и гибель животных. Некоторые лекарственные препараты могут длительное время сохраняться в тканях животных, выделяться с молоком или яйцами. Например, антигельминтик гексахлорпа-раксилол обнаруживают в жире обработанных животных через 60 Дней после его однократного введения. В значительных количе­ствах он выделяется с молоком коров. В яйцах кур нередко обна­руживают антигельминтик фенотиазин, применяемый для обра­ботки птиц. Поэтому вопросы токсикологической и ветеринарно-санитарной оценки лекарственных препаратов приобретают особое значение. Решение этих вопросов - одна из задач ветеринар­ной токсикологии. Такое же значение имеют токсикологическая и ветеринарно-санитарная оценки премиксов.

Полимерные и пластические материалы . До последнего времени полимерные и пластические материалы являлись объектом иссле­дования медицинской токсикологии в связи с тем, что их исполь­зовали в основном в жилых и производственных помещениях, из­делиях бытового назначения и других предметах, с которыми кон­тактировал в основном человек. Однако в последнее время раз­личные отходы полимерных материалов и пластические массы широко применяют в животноводстве. Некоторые полимерные материалы для животноводческих помещений изготовляют непос­редственно на месте без необходимого технологического контро­ля. Были случаи отравления животных при использовании в жи­вотноводческих помещениях полимерных материалов, не прошед­ших токсикологической оценки. Поэтому все новые полимерные материалы, предназначенные для животноводческих помещений, должны проходить токсикологическую оценку. Они и являются предметом исследования и контроля ветеринарных токсикологи­ческих лабораторий.

Корма новых видов . В последнее время идут активные поиски новых биологических субстратов, которые могли бы быть исполь­зованы для кормления животных. Ведутся попытки использовать для этой цели куриный помет и навоз свиней, поскольку птицы и свиньи переваривают не более 50 % питательных веществ, содер­жащихся в кормах. Более 50 % дефицитного белка выбрасывается с фекалиями. Перспектива использования такого белка для корм­ления животных вполне реальна. Однако этому препятствуют два обстоятельства: психологический фактор и возможное присут­ствие в навозе токсических веществ, выделяемых организмом. Аналогичные затруднения возникают и при внедрении кормов других видов, например белково-витаминного концентрата, пред­ставляющего собой дрожжи или бактерии, выращенные на отхо­дах нефти или метанола и других продуктов. Все корма этих видов должны пройти токсикологическую и ветеринарно-санитарную оценку и являются объектом исследования ветеринарных токси­кологов.

Введение

Любой живой организм представляет собой открытую физико-химическую систему, которая может активно существовать только в условиях достаточно интенсивного потока химических веществ, необходимых для развития и поддержания структуры и функции. Для гетеротрофных организмов (животных, грибов, бактерий, простейших, бесхлорофильных растений) химические соединения поставляют всю или большую часть энергии, необходимой для их жизнедеятельности. Кроме снабжения живых организмов строительным материалом и энергией, они выполняют разнообразнейшие функции носителей информации для одного организма, обеспечивают внутри- и межвидовую коммуникацию.

Таким образом, под биологической активностью химического соединения следует понимать его способность изменять функциональные возможности организма (invitro или invivo ) или сообщества организмов. Такое широкое определение биологической активности означает, что почти любое химическое соединение или композиция соединений обладает тем или иным видом биологической активности.

Даже весьма инертные в химическом отношении вещества могут обладать заметным биологическим действием при соответствующем способе введения в организм.

Таким образом, вероятность найти биологически активное соединение среди всех химических соединений близка к единице, однако нахождение химического соединения с заданным видом биологической активности представляет собой довольно сложную задачу.

Биологически активные вещества – химические вещества, необходимые для поддержания жизнедеятельности живых организмов, обладающие высокой физиологической активностью при небольших концентрациях по отношению к определенным группам живых организмов или их клеткам.

За единицу биологической активности химического вещества принимают минимальное количество этого вещества, способного подавлять развитие или задерживать рост определенного числа клеток, тканей стандартного штамма (биотесты) в единице питательной среды.

Биологическая активность – понятие относительное. Одно и тоже вещество может иметь различную биологическую активность по отношению к одному и тому же виду живого организма, ткани или клетки в зависимости от значения рН, температуры, наличия других БАВ. Стоит ли говорить, что если речь идет о разных биологических видах, то действие вещества может быть одинаковым, выраженным в разной степени, прямо противоположным или оказывать заметное действие на один организм и быть инертным ля другого.

Для каждого вида БАВ существуют свои методы определения биологической активности. Так, для ферментов, метод определения активности заключается в регистрации скорости расходования субстрата (S) или скорости образования продуктов реакции (Р).

Для каждого витамина существует свой метод определения активности (количества витамина в опытном образце (например, таблетках) в единицах МЕ).

Часто в медицинской и фармакологической практике используется такое понятие, как ЛД 50 – т.е. концентрация вещества при введении которой половина испытуемых животных погибает. Это мера токсичности БАВ.

Классификация

Самая простая классификация – Общая – делит все БАВ на два класса:

• эндогенные
• экзогенные

К эндогенным веществам относят