Витамины для самих растений
Как известно, во всех живых организмах есть биологические катализаторы — ферменты, ничтожно малые количества которых в сотни и тысячи раз ускоряют бесчисленные биохимические реакции. Ферменты принимают непосредственное участие в различных превращениях веществ, в снабжении организма энергией и т. д. В отсутствии ферментов многие жизненно необходимые реакции или вообще не могли бы идти, или протекали бы так медленно, что не в состоянии были бы обеспечить жизнедеятельность организма. Можно смело сказать, что без ферментов не было бы жизни.
Сейчас твердо установлено, что все ферменты — белковые вещества. В большинстве случаев они представляют собой сочетание белкового «носителя» с особой активной группой — так называемым коферментом, который вступает в химическое взаимодействие с субстратом. Так вот активной группой многих ферментов оказываются витамины. В зависимости от того, с каким белком соединяется кофермент-витамин, образуется тот или иной фермент. Так, например, витамин B2 способен соединяться более чем с 20 белками, образуя соответствующее число ферментов с различными физиологическими функциями.
Витамин B1 вместе с двумя молекулами фосфорной кислоты образует активную группу карбоксилазы — фермента, очень широко распространенного в растениях и животных и необходимого для превращений углеводов. Эта активная группа, соединяясь с различными белками, может давать начало ферментам с совершенно различными функциями.
Витамины C, PP, фолиевая кислота, биотин, пантотеновая кислота, входя в состав соответствующих ферментов, принимают непосредственное участие в процессе дыхания, в превращениях азотистых веществ, серы и т. д.
По-видимому, нельзя назвать ни одного процесса превращения веществ в растении, в котором витамины прямо или косвенно не принимали бы участия.
Рассказ об участии витаминов в разнообразных превращениях веществ удобно начать с того процесса, который дает начало всем органическим веществам — процесса фотосинтеза. В этом процессе в зеленых частях растения из углекислого газа и воды на свету образуются органические вещества. Уже более 100 лет внимание ученых устремлено на выяснение природы фотосинтеза, и сейчас отдельные его этапы изучены достаточно полно. Биохимикам удалось шаг за шагом проследить путь поглощенной листом углекислоты до образования сложных органических соединений, выяснить роль многих принимающих участие в фотосинтезе ферментов, понять, каким образом энергия света, поглощенная зеленым пигментом листа — хлорофиллом, включается в химические реакции. И на всех этапах этого сложного процесса мы встречаемся с витаминами.
В первую очередь это провитамин A — каротин: он всегда сопутствует хлорофиллу, всегда есть в хлорофилловых зернах. Сейчас известно, что каротин наряду с хлорофиллом участвует в поглощении энергии света. Кроме того, он предохраняет хлорофилл от разрушения.
Витамин C также защищает зеленый пигмент от окисления. Вместе с тем этот витамин совместно с витамином K участвует в сложных синтетических реакциях, происходящих при фотосинтезе.
Существовавшее до последнего времени представление, что в процессе фотосинтеза образуются лишь углеводы, сейчас подверглось сомнению. Экспериментально было доказано, что одновременно, тоже при наличии света и углекислоты, идет синтез аминокислот и белка. А в этих процессах, как увидим дальше, принимают участие витамины B6, РР, биотин и другие.
В последующих превращениях продуктов фотосинтеза принимает участие и витамин B1, входящий, как мы уже говорили, в состав кофермента карбоксилазы. Карбоксилаза необходима для превращений пировиноградной кислоты, а эта кислота, образующаяся как один из продуктов фотосинтеза, служит в свою очередь источником синтеза аминокислот (следовательно, и белков), различных органических кислот, в том числе и жирных кислот, а через них — жиров. При отсутствии или недостатке витамина B1 задерживается образование фермента и весь углеводный обмен в организме нарушается. Это выражается в торможении ростовых процессов.
При участии витамина B1 происходит отщепление углекислоты от пировиноградной кислоты и реакция присоединения к этой кислоте углекислого газа. Именно таким путем, как оказалось, происходит так называемая «темновая фиксация» углекислого газа, недавно обнаруженная в корнях высших растений (А. Л. Курсанов). Этот процесс, по результатам аналогичный фотосинтезу, идет без света, за счет энергии химических соединений. Образовавшаяся из пировиноградной щавелевоуксусная кислота здесь же в корнях претерпевает дальнейшие превращения: в результате присоединения к ней аммиака образуются аминокислоты, которые из корней поднимаются вверх по растению, поступают в растущие побеги и плоды, где используются для образования белков.
Таким образом, витамин B6 принимает непосредственное участие в судьбе аммиака, являющегося, по меткому выражению Д. Н. Прянишникова, альфой и омегой обмена азотистых веществ. Витамины участвуют и в дальнейшем синтезе аминокислот и белков, а также в их разложении.
Значительная роль принадлежит витаминам в усвоении и превращениях фосфора. Соединения фосфора во всех живых системах служат аккумуляторами энергии. Накопленная в реакционноспособных фосфорных соединениях энергия затем используется для других реакций. Вот в эти-то фосфорные соединения и входят многие витамины. Их присутствие важно для связывания большого количества поступившей в растение фосфорной кислоты.
Такую роль выполняет, например, инозит. Нашими опытами было показано, что витамин РР, будучи внесен в почву или введен в листья, тоже заметно усиливает поглощение растением фосфора.
Витамин B1 принимает непосредственное участие в превращениях серы. Как недавно стало известно, в корнях происходит превращение сульфатов, поступающих из почвенного раствора, в витамин B1 и в аминокислоты.
Огромна роль витаминов и в дыхании. Дыхание у растений, как и у животных, является важнейшим источником энергии для всех процессов синтеза, роста, движения и т. д. Вместе с тем при дыхании образуются многие важные для организма соединения. Дыхание осуществляется в организме при помощи сложной системы ферментов. По образному выражению А. Н. Баха, без дыхательных ферментов, «организм задохнулся бы в атмосфере чистого кислорода».
30 лет назад был впервые найден фермент, принимающий непосредственное участие в дыхании. Изучение химической природы этого фермента показало, что в его состав входит соединение витамина B2 с фосфорной кислотой. Позднее были изучены другие ферментные системы, в которых витамин B2 выполняет окислительно-восстановительные функции. Стало ясно, что ни одна живая клетка не может существовать, если в ней отсутствует витамин B2. Ибо там, где есть жизнь, должно быть дыхание, а там, где есть дыхание, должны быть ферментные системы, осуществляющие окислительные реакции.
Большую роль в процессах дыхания играют и витамины C, B1, РР, фолиевая кислота, биотин, пантотеновая кислота и др. Каждый из этих витаминов, входя в состав соответствующего фермента, выполняет свойственную для него функцию в сложном процессе, каким является дыхание. Не случайно, поэтому, что при прорастании семян имеет место энергичное образование витаминов. Ведь энергия дыхания прорастающих семян очень высока.
Источник
Физиологическая роль витаминов в жизни растений.
Накопленные за последние десятилетия факты показывают, что витамины так же нужны растениям как и животным. Это не просто побочные продукты их обмена веществ, а физиологически активные вещества, участвующие в жизненно важных процессах. Далее выяснили, что растения тоже могут иметь витаминную недостаточность, хотя она и не очень значительное, но если добавлять витамины в грунт или проводить витаминные подкормки, то это позволяет заметно повышать продуктивность растений.
Доказательством того, что растениям нужны витамины может быть и такой факт, что при обработке семян антивитаминами некоторых витаминов, происходит задержка прорастания или же уменьшение всхожести семян. Также может происходить подавление роста органов проростков и, вообще, гибель проростков.
Эксперименты показывают, что с помощью витаминов можно управлять некоторыми процессами: у растений — усиливать или задерживать их рост, ускорять образование плодов и т.д.
Как известно во всех живых организмах являются биологические катализаторы-ферменты, очень малые количества которых в сотни тысяч раз ускоряют огромные количества биохимических реакций.
Теперь твердо установлено, что все ферменты — белковые вещества. Они состоят из белкового «носителя» и особой активной группы — кофермента, который вступает в химическое взаимодействие с субстратом.
Этой активной группой многих ферментов являются витамины. В зависимости от того с какими белками соединяется кофермент — витамин, образуется тот или иной фермент. Так, например, витамины В2 способен сочетаться более чем с 20-ю белками (соединяется), образуя соответствующее число ферментов с различными физиологическими функциями. Витамин В1 вместе с двумя молекулами фосфорной кислоты образует активную группу карбоксилазы — фермента, очень широко распространенного в растениях и организмах животных, необходимого для превращения углеводов.
Витамины участвуют в различных процессах превращения веществ и жизнеспособности растительного организма.
В процессе фотосинтеза, на всех этапах его, мы встречаемся с витаминами. В первую очередь это провитамин А — каротин: они всегда являются спутниками хлорофилла, потому всегда находятся в хлорофилловых зернах. Сейчас известно, что каротин наряду с хлорофиллом участвует в поглощении энергии света. Кроме того, он хранит хлорофилл от разложения. Витамин С также защищает зеленый пигмент от окисления. Кроме того, этот витамин С принимаетучастие вместе с витамином К в сложных синтетических реакциях, протекающих при фотосинтезе. Также в процессе фотосинтеза участвуют витамины: В6, РР, биотин и другие. В дальнейшем преобразовании продуктов фотосинтеза участвует витамин В1. В эти процессы входит также процесс под названием «темновая фиксация» углекислого газа. Этот процесс по результатам аналогичный фотосинтеза и проходит без света за счет энергии химических соединений. Без витамина В1 он нарушается.
Значительную роль играют витамины в преобразовании фосфора. Соединения фосфора во всех живых системах служат аккумуляторами энергии. Накопленная в реакционные фосфорных соединениях энергия после этого используется в других реакциях. Вот в эти фосфорные соединения входят много витаминов. Их присутствие важно для связывания большого количества фосфорной кислоты, поступившей в растение. Такую роль выполняет, например, инозит.
Витамин В1 участвует в преобразованиях серы. Как известно в корнях растений проходят преобразования сульфатов, поступающих из почвенного раствора, в витамин В1 и в аминокислоты.
Огромная роль витаминов в дыхании. Дыхание растений, как и у животных, является важнейшим источником энергии для всех процессов: синтеза, роста, движения и т.д. Вместе с тем при дыхании образуются важные для организма соединения. Дыхание проходит в организме с помощью сложной системы ферментов.
Также витамины играют важную роль в устойчивости растений.
Большую роль в процессах дыхания играют и витамины С, В1, РР, фолиевая кислота, биотин, пантотеновая кислота и другие. Каждый витамин, показанный выше, входит в состав соответствующего фермента и выполняет присущую ему функцию в сложном процессе, каковым является дыхание.
Витамин С участвует в фотосинтезе. Также аскорбиновая кислота сильно связана с процессами дыхания растений. Аскорбиновая кислота обладает свойствами обратимо-окислительно-восстановительной системы, которая способна быть акцептором и донором водорода.
При введении аскорбиновой кислоты в ткани растений, усиливаются интенсивность дыхания этих растений. Аскорбиновая кислота в растениях и ее участие в дыхании придает большую устойчивость организмам, так как она окисляется благодаря различным «конечным» оксидаза, то есть функционирует в различных условиях температуры и на разных этапах развития растений.
Аскорбиновая кислота участвует в минеральном питании растений.
Аскорбиновая кислота также участвует в таком важном биологическом процессе как водообмен. Под действием аскорбиновой кислоты усиливается транспирация у растений, а также скорость движения воды по растению, так, как аскорбиновая кислота способствует ускорению целого ряда метаболических процессов.
Источник
Витамины и их роль в жизни растений
Автор: Пользователь скрыл имя, 10 Декабря 2011 в 14:39, курсовая работа
Описание работы
Целью работы явиляется изучение физиологической роли витаминов в различных классах растений.
Для реализации цели были поставлены следующие задачи:
Изучить витамины как жизненно важные элементы растений;
Изучить принципы классификации витаминов на примере двух групп (жирорастворимые и водорастворимые);
Изучить физиологическую и биохимическую роль витаминов;
Изучить растения, которые способны сами синтезировать необходимые для них витамины;
Определить содержание витаминов в растительных материалах;
Определить влияние отдельных витаминов на жизнедеятельность растительной клетки;
Определить накопление витаминов в растениях к моменту спелости;
Определить причину накопления витаминов в растительных материалах в период онтогенеза.
Работа содержит 1 файл
Документ Microsoft Office Word (2).docx
С открытием витаминов и выяснением их природы открылись новые перспективы не только в предупреждении и лечении авитаминозов, но и в области лечения инфекционных заболеваний. Выяснилось, что некоторые фармацевтические препараты (например, из группы сульфаниламидных) частично напоминают по своей структуре и по некоторым химическим признакам витамины, необходимые для бактерий, но в то же время не обладают свойствами этих витаминов. Такие «замаскированные под витамины» вещества захватываются бактериями, при этом блокируются активные центры бактериальной клетки, нарушается её обмен, и происходит гибель бактерий. [3]
- Физиологическая и биохимическая роль витаминов
Витамины — низкомолекулярные органические соединения, которые, присутствуя в пище в небольших количествах, являются незаменимыми ее компонентами.
Витамины и их производные — активные участники биохимических и физиологических процессов высших растений.
Растения и природные формы микроорганизмов (за некоторыми исключениями), при нормальных условиях развития, способны сами синтезировать необходимые для их жизнедеятельности витамины, тогда как организмы человека и животных такой способностью не обладают и должны постоянно получать с пищей или непосредственно витамины, или их ближайшие биохимические предшественники — провитамины, которые в человеческом и животном организмах легко превращаются в витамины.
Изолированные от растений отдельные клетки, ткани и органы также не могут синтезировать многие витамины и при их выращивании в культуре in vitro (на искусственной питательной среде) необходимо добавление в питательную среду соответствующего комплекса витаминов.
Витаминной активностью обладают несколько десятков химических соединений,которые образуют родственные группы, сходные по строению молекул и своему биологическому действию. [3]
Каротины входят в состав хлоропластов листьев и хромопластов не фотосинтезирующих органов растений, их синтез более активно проходит на свету. В составе хлоропластных мембран они выполняют роль дополнительных пигментов при фотохимическом поглощении света. Кроме того, каротины, взаимодействуя с хлорофиллом, находящимся в
возбужденном триплетном состоянии, защищают его молекулы от необратимого фотоокисления. А взаимодействуя с молекулами кислорода, находящимися в возбужденном синглетном состоянии, каротин способен переводить их в невозбужденное состояние. β-каротин также принимает участие в явлениях фототропизма у высших растений. Больше всего каротина содержится в листьях растений и листовых овощах, корнеплодах моркови, рябине, облепихе, абрикосах, томатах и сладком перце.
Физиологическое значение витамина С теснейшим образом связано с его окислительно- восстановительными свойствами. Возможно, что этим следует объяснить и изменения в углеводном обмене при скорбуте, заключающиеся в постепенном исчезновением гликогена из печени и вначале повышенном, а затем пониженном содержании сахара в крови. По видимому, в результате расстройства углеводного обмена при экспериментальном скорбуте наблюдается усиление процесса распада мышечного белка и появление креатина в моче (А. В. Палладин). Большое значение имеет витамин С для образования коллагенов и функции соединительной ткани. Витамин С играет роль в гидроксилировании и окисления гормонов коры надпочечников. Нарушение в превращениях тирозина, наблюдаемое при цинге, также указывает на важную роль витамина С в окислительных процессах. В моче человека обнаруживается аскорбиновая, дегидроаскорбиновая, дикетогулоновая и щавелевая кислоты, причём две последние являются продуктами необратимого превращения витамина С в организме человека.
Витамину В12 принадлежит важнейшая роль в синтезе, а возможно, и в переносе подвижных метильных групп. В процессах синтеза и переноса одноуглеродистых фрагментов наблюдается связь (механизм которой ещё не выяснен) между фолиевыми кислотами и группой кобаламина. Предполагают, что витамин В12 участвует также в ферментной системе. [5]
Избыток никотиновой кислоты выводится из организма с мочой в виде главным образом N1- метилникотинамида и частично некоторых других ее производных.
Витамин В2 встречается во всех растительных и животных тканях, хотя и в различных количествах. Это широкое распространение витамина В2 соответствует участию рибофлавина во многих биологических процессах. Действительно, можно считать твёрдо установленным, что существует группа ферментов, являющихся необходимыми звеньями в цепи катализаторов биологического окисления, которые имеют в составе своей простетической группы рибофлавин. Эту группу ферментов обычно называют флавиновыми ферментами. К ним принадлежат, например, желтый фермент, диафораза и цитохромредуктаза. Сюда же относятся оксидазы аминокислот, которые осуществляют окислительное дезаменирование аминокислот в животных тканях. Витамин В2 входит в состав указанных коферментов в виде фосфорного эфира. Так как указанные флавиновые ферменты находятся во всех тканях, то недостаток в витамине В2 приводит к падению интенсивности тканевого дыхания и обмена веществ в целом, а следовательно, и к замедлению роста молодых растений. [17]
В последнее время было установлено, что в состав простетических групп ряда ферментов, помимо флавоновой группы, входят атомы металлов (Cu, Fe, Mo).
Два производных пиридоксина(витамина В6) — пиридоксаль и пиридоксамин — играют важную роль в обмене аминокислот. Фосфорилированный пиридоксаль (фосфопиридоксаль) участвует в реакции переаминирования — переносе аминогруппы с аминокислоты на кетокислоту. Другими словами, система фосфопиридоксаль – фосфопиродоксамин выполняет коферментную функцию в процессе переаминирования.
Кроме того, фосфопиридоксаль является коферментом декарбоксилаз некоторых аминокислот. Таким образом, две реакции азотистого обмена — переаминирование и декарбоксилирование аминокислот — осуществляются при помощи одной и той же коферментной группы, образующейся в организме из витамина В6. Далее установлено, что фосфопиридоксаль играет коферментную роль превращения триптофана, которое, по-видимому, и ведёт к биосинтезу никотиновой кислоты, а также в превращениях ряда серосодержащих и оксиаминокислот. [8]
ГЛАВА 2. ПРИНЦИПЫ КЛАССИФИКАЦИИ. ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ ВИТАМИНОВ
2.1. Жирорастворимые витамины
К этой группе относят следующие витамины:
- витамин A
- витамин D
- витамин E
- витамин K
Витамин А (ретинол, аксерофтол)
Витамин А оказывает влияние на рост человека, улучшает состояние кожи, способствует сопротивлению организма инфекции, обеспечивает рост и развитие эпителиальных клеток, входит в состав зрительного пигмента палочек сетчатки глаза — родопсина и зрительного пигмента колбочек — йодопсина. Эти пигменты регулируют темновую адаптацию глаза.
Витамин А обнаружен в продуктах животного происхождения (рыбий жир, жир молока, сливочное масло, сливки, творог, сыр, яичный желток, жир печени и жир других органов — сердца, мозга). Однако в организме человека (в кишечной стенке и печени) витамин А может образовываться из некоторых пигментов, называемых каротинами, которые широко распространены в растительных продуктах. Наибольшей активностью обладает b-каротин (провитамин А). Считается, что 1 мг b-каротина по эффективности соответствует 0,17 мг витамина А (ретинол). Много содержится каротина в рябине, абрикосах, шиповнике, черной смородине, облепихе, желтых тыквах, арбузах, в красном перце, шпинате, капусте, ботве сельдерея, петрушке, укропе, кресс-салате, моркови, щавеле, зеленом луке, зеленом перце, крапиве, одуванчике, клевере. Отмечают, что количество витаминов изменяется в соответствии с окраской продуктов в красновато-желтый цвет: чем интенсивнее эта окраска, тем больше витамина в продукте. Количество витамина в жирах зависит от состава пищи, которой питается животное. Если пища животного богата витаминами или провитаминами, то жир его содержит высокий процент витамина; так, рыбий жир в 100 раз богаче витамином А, чем сливочное масло, потому что растительный и животный планктон, которым питаются рыбы, очень богат витамином А.
Витамин А в течение короткого времени выдерживает высокие температуры. Чувствителен к окислению кислородом воздуха и к ультрафиолетовым лучам. Лучше сохранять витамин А в темном месте. В пищевых веществах витамин А более стоек, даже при нагревании.
Витамин А лучше всасывается и усваивается в присутствии жиров. Провитамином А является b-каротин, из которого в организме образуется ретиналь, затем ретинол. Витамин А накапливается в печени. [7]
Витамины группы D (кальциферолы)
Витамином D называют несколько соединений (эргокальциферол — D2, холекальциферол — D3), близких по химической структуре и обладающих способностью регулировать фосфорно-кальциевый обмен. Витамин обеспечивает всасывание кальция и фосфора в тонкой кишке, реабсорбцию фосфора в почечных канальцах и транспорт кальция из крови в костную ткань. Витамин D помогает в борьбе против рахита, способствует повышению сопротивляемости организма, участвует в активизации кальция в тонком кишечнике и минерализации костей.
Недостаточность витамина D приводит к нарушению фосфорно-кальциевого обмена, следствием чего является рахит — расстройство солевого обмена, что приводит к недостаточному отложению извести в костях. При передозировке витамина D наблюдается сильное токсическое отравление: потеря аппетита, тошнота, рвота, общая слабость, раздражительность, нарушение сна, повышение температуры.
В растительных продуктах витамина D практически нет. Больше всего витамина содержится в некоторых рыбных продуктах: рыбном жире, печени трески, сельди атлантической, нототении. В яйцах его содержание составляет 2,2 мкг %, в молоке — 0,05 мкг %, в сливочном масле — 1,3 мкг %, присутствует он в грибах, крапиве, тысячелистнике, шпинате. Образованию витамина D способствуют ультрафиолетовые лучи. Овощи, выращенные в парниках, содержат меньше витамина D, чем овощи, выращенные в огороде, так как стекла парниковых рам не пропускают этих лучей.
Потребность в витамине D взрослых людей удовлетворяется за счет образования его в коже человека под влиянием ультрафиолетовых лучей и частично за счет поступления его с пищей. Кроме того, печень взрослого человека способна накапливать заметное количество витамина, достаточное для обеспечения его потребности в течение 1 года. Ежедневная потребность для взрослого — 1 мкг. Витамин в первую очередь необходим детям (10 мкг/сут детям до 3 лет), так как он играет огромную роль в формировании костного скелета.
Витамин D относительно устойчив к кислороду воздуха, а также при нагревании до температуры 1000 °С и несколько выше, но продолжительное действие воздуха или нагревание до температуры 2000 °C разрушают витамин D2.
Витамин D в основном образуется в организме человека в коже под влиянием ультрафиолетовых лучей, которые воздействуют на провитамин D, образующийся в более глубоких слоях кожи из холестерина. Сам витамин D мало активен. Для того чтобы превратиться в свою активную форму, витамин D в печени гидроксилируется и превращается в активный витамин D. [11]
Витамин Е (токоферол)
Токоферол по химической структуре относится к группе спиртов. Токоферол — витамин размножения, благотворно влияет на работу половых и некоторых других желез, восстанавливает детородные функции, способствует развитию плода во время беременности и новорожденного ребенка. Является природным противоокислительным средством, препятствует окислению витамина А и благотворно влияет на накопление его в печени. Препятствует развитию процессов образования токсичных для организма свободных радикалов и перекисей жирных кислот, окислительного повреждения липидов мембран и клеточных структур. Витамин Е способствует усвоению белков и жиров, участвует в процессах тканевого дыхания, влияет на работу мозга, крови, нервов, мышц, улучшает заживление ран, задерживает старение.
Гиповитаминоз Е может развиться после значительных физических перегрузок. В мышцах резко снижается количество миозина, гликогена, калия, магния, фосфора и креатина. В таких случаях ведущими симптомами являются гипотония и слабость мышц. У животных, лишенных витамина Е, обнаружены дегенеративные изменения в скелетных мышцах и мышцах сердца, повышение проницаемости и ломкости капилляров, перерождение эпителия семенных канальцев яичек. У эмбрионов возникают кровоизлияния и внутриутробная гибель. Наблюдаются также дегенеративные изменения в нервных клетках и поражение паренхимы печени. С дефицитом витамина Е могут быть связаны также гемолитическая желтуха новорожденных, у женщин — склонность к выкидышам, эндокринные и нервные расстройства.
Токоферолы содержатся в основном в растительных продуктах. Наиболее богаты ими нерафинированные растительные масла: соевое, хлопковое, подсолнечное, арахисовое, кукурузное, облепиховое. Больше всего витаминоактивного токоферола в подсолнечном масле. Витамин Е содержится практически во всех продуктах, но особенно его много в зерновых и бобовых ростках (проростки пшеницы и ржи, гороха), в овощах — спаржевой капусте, помидорах, салате, горохе, шпинате, ботве петрушки, семенах шиповника. Некоторые количества содержатся в мясе, жире, яйцах, молоке, говяжьей печени.
Источник