Витамины
C давних времен люди страдали от тяжелых болезней, вызываемых неправильным питанием. Эти болезни не похожи друг на друга. Цингой обычно болеют жители Крайнего Севера. Бери-бери — бич южных стран, где население питается почти одним рисом. Пеллагрой заболевали люди, питавшиеся по преимуществу одной кукурузой. Часто встречалось заболевание куриная слепота: человек перестает видеть в сумерках, а иногда совсем слепнет. Дети, родившиеся совершенно нормальными, нередко заболевали рахитом. Их кости становились мягкими, ноги искривлялись, зубы появлялись очень поздно.
Все эти болезни были совершенно непонятны врачам.
Одни считали, что такие болезни заразные и вызываются микробами; другие полагали, что эти болезни возникают от недостатка в пище белков, углеводов и жиров. Но многочисленные факты опровергали и то и другое мнение. Цингой, например, заболевали люди, регулярно употребляющие в пищу много мяса и жиров. Те, кто питался в основном овощами, не заболевали этими болезнями.
Лишь в 1880 г. русский ученый Н. И. Лунин впервые открыл общую причину всех этих заболеваний. Своими замечательными опытами Лунин доказал, что в естественных пищевых продуктах, кроме белков, жиров, углеводов и минеральных веществ, содержатся еще какие-то вещества, необходимые для нормальной жизнедеятельности животных. Если этих веществ в пищевых продуктах мало и их не хватает организму, возникает тяжелое заболевание. Впоследствии такие вещества назвали витаминами (от латинского слова «вита» — жизнь и научного обозначения соединений азота — «амин»). Потом, правда, было обнаружено, что азот входит не во все витамины, но ученые оставили за ними это название.
Витамины — органические соединения разнообразной химической природы. Они имеют огромное значение для нормальной жизнедеятельности человека и животного. По сравнению с основными питательными веществами витамины нужны организму в ничтожных количествах.
Ученые уже давно получили некоторые витамины в чистом виде. Например, еще в 1831 г. из моркови было получено вещество каротин (по-латыни «морковь» — карота). Но никто еще тогда и даже долгие годы спустя не подозревал, что это вещество — чудесное средство для лечения тяжелых заболеваний. Только в начале XX в. было установлено, что в животном организме каротин превращается в витамин А. Говоря научным языком, каротин оказался провитамином витамина А. Отсутствие каротина в организме вызывает заболевание роговицы глаза, а также куриную слепоту. Применение каротина как лекарства восстанавливает зрение.
В наше время известно около 30 витаминов. Большинство из них изучено, выявлена их физиологическая роль в жизни человека, животных и растений. Оказалось, что многие витамины входят в состав биологических катализаторов — ферментов, регулирующих в организме важнейшие процессы обмена веществ. При недостатке в организме витаминов задерживается образование ферментов, а это в свою очередь приводит к нарушению обмена веществ и к расстройству взаимодействия отдельных органов. Зная роль каждого витамина в обмене веществ и нарушения, возникающие при недостатке витамина, врач может рекомендовать соответствующее лекарство или диету и тем самым ликвидировать заболевание.
Ученые определили нормы потребности в витаминах у человека и животных. Эти нормы зависят от физиологического состояния организма и от условий внешней среды. Интересно, что для работников некоторых профессий — паровозных машинистов, летчиков, шоферов — труд которых требует особой остроты зрения, необходимы повышенные дозы витамина А, а жители севера нуждаются в больших дозах витамина В. Если в пище нет витамина В, человек сначала теряет аппетит, затем у него появляется воспаление нервных стволов и нарушается деятельность сердца.
У животных потребность в витаминах повышена зимой и весной, особенно у беременных и кормящих детенышей самок. Если они в это время получают недостаточно витаминов А и Д, детеныши рождаются слепыми, слабыми, болезненными, а иногда и мертвыми.
Слева — кристаллы витамина РР. Справа — кристаллы каротина (провитамина А). (Сильно увеличено.)
Но не всегда человек может получить нужное количество витаминов из обычной для него пищи. Отсутствие пищевых продуктов, богатых витаминами, приводит к заболеваниям и даже к смерти. Ученые предприняли поиски растений и животных, содержащих большие количества витаминов. Были разработаны также способы получать витамины в чистом и концентрированном видах. В наше время существуют специальные заводы, на которых из растительного и животного сырья извлекают все основные витамины. Из плодов шиповника получают витамин С, из печени кита и некоторых рыб добывают витамин А. Знаменитые китобойные флотилии «Алеут», «Слава» и «Советская Украина» обеспечивают нашу страну витамином А. В одном центнере китовой печени около 100 Г этого витамина, а такого количества достаточно на день для 50 000 человек. Из специальных сортов моркови на заводах получают каротин. Для получения витамина Д, излечивающего рахит, используют дрожжи и мицелий грибов. В наше время разработаны способы получать витамины химическим путем. Эти способы эффективны и экономически более выгодны, чем извлечение витаминов из естественных продуктов. Концентраты и кристаллические витамины помогают врачам не только лечить, но и предупреждать авитаминозы — болезни, вызванные недостатком витаминов.
Так же как и животным, витамины необходимы бактериям и грибкам для регулирования обмена веществ. Многие микроорганизмы сами создают в своем теле витамины в достаточном количестве, они не нуждаются в получении витаминов из окружающей их среды. Но есть бактерии, дрожжи и грибки, которые получают витамины из той среды, в которой обитают: почвенные бактерии — из почвы; микробы, живущие в теле животных и растений — из тканей тела своих «хозяев». Известны случаи, когда микроорганизмы разных видов обеспечивают друг друга витаминами. Например, гриб Ашбия госипи производит в своем теле витамин В, но не способен создать витамин Н. Гриб Полиспорус адусхис, наоборот, создает только витамин Н и не может создать витамин В.
Если посеять эти грибы на питательной среде врозь и не добавлять к ней витаминов, ни тот, ни другой гриб не будет развиваться. Если же на питательной среде посеять оба эти гриба вместе, они будут снабжать друг друга недостающими витаминами и прекрасно развиваться.
Авитаминоз Н у крысы. Слева — больная крыса, справа — та же крыса через 26 дней, излеченная витамином Н (биотином).
На семенах некоторых орхидей поселяется гриб, который получает из семян необходимые ему питательные вещества, а сам дает прорастающим семенам витамины. Многие высшие растения также получают витамины от почвенных бактерий.
Бактерии выделяют эти витамины в почву, а растения поглощают витамины корневой системой. Эти витамины способствуют энергичному росту растений. Но корни растений также выделяют в почву витамины, которые нужны для развития микроорганизмов.
Для нормального развития растения нужно определенное количество витаминов. Если в растении задержано образование витаминов, то обмен веществ в нем нарушается и рост растения тормозится. Например, если обработать семена кукурузы белым стрептоцидом, он разрушит в семенах один из необходимых им витаминов. В результате развитие проростков будет резко подавлено и вскоре они погибнут. Если же одновременно с белым стрептоцидом ввести в семена добавочные дозы этого витамина, проростки будут развиваться нормально.
Так же действует белый стрептоцид на микроорганизмы, живущие в теле человека: он связывает необходимый им витамин, и они погибают.
Витамины образуются главным образом в надземных частях растений. Корни иногда не в состоянии образовывать витамины. Недостающие им витамины они получают из надземных частей. Если корни отделить от растения и выращивать их на питательной среде, можно наглядно увидеть, как необходимы для их роста витамины. Когда в питательную среду не добавляются нужные корням витамины, корни не растут; это явление уже используется в растениеводстве. Черенки некоторых трудно укореняемых растений — чая, лимона, казанлыкской розы, кокаинового дерева, карельской березы — обрабатывают витаминами, и это усиливает образование корней, что в свою очередь способствует более энергичному росту растений.
Влияние недостатка витамина РР на развитие цыплят. Слева — нормально развивающийся цыпленок; справа— цыпленок того же возраста, не получавший в пище витамина РР.
Растения не могут в некоторые периоды жизнедеятельности обеспечить себя витаминами и потому нуждаются в дополнительном витаминном питании. Это усиливает в них обмен веществ и ускоряет рост. Например, тунговое дерево, получавшее через каждые два дня по 0,5 мГ витамина В, выросло за 70 дней вдвое больше, чем контрольные деревья, не получавшие витамина. Опрыскивание снотворного мака раствором витамина В, ускоряет его рост и увеличивает вес коробочек.
Некоторые витамины непосредственно участвуют в процессах оплодотворения животных и растений. Если в пыльце цветка недостаточно каротина, она плохо прорастает и процесс оплодотворения задерживается. Если же пыльцу обогатить этим провитамином, она прорастает нормально. Хорошие результаты дает смешивание пыльцы, в которой витамина очень мало, с пыльцой, богатой витамином.
Все эти примеры показывают, что микроорганизмы и зеленые растения не только дают витамины человеку и животным, но и сами нуждаются в витаминах.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник
Естествознание. 11 класс
Конспект урока
Естествознание, 11 класс
Урок 35. «Витамины как биологически активные вещества»
Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: Каков смысл понятий «витамины», «антивитамины»? По каким признакам классифицируют витамины? Каково значение терминов «авитаминоз», «гиповитаминоз», гипервитаминоз»? Какие можно выделить этапы открытия витаминов? Каковы свойства и механизмы биологической активности витаминов? Каковы принципы использование витаминов?
Глоссарий по теме:
Витамины – это органические вещества, необходимые для жизнедеятельности живых организмов, которым свойственна интенсивная биологическая активность, благодаря которой они выполняют функции регулирования обмена веществ.
Гиповитаминоз – недостаток витаминов, вызывающий обратимые негативные изменения в организме.
Гипервитаминоз – переизбыток витаминов, вызывающий обратимые негативные изменения в организме.
Авитаминоз – заболевание, являющееся следствием длительного неполноценного питания, в котором отсутствуют какие-либо витамины.
Антивитамины – близкие по структуре к витаминам вещества, которые за счет схожести химического строения замещают витамины в реакциях обмена веществ, но не выполняют их функций.
Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):
1. Естествознание. 11 класс: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд., испр. – М.: Просвещение, 2017. – С. 167-1173.
2. Овчинников Ю. А. Витамины // Биоорганическая химия. – Москва: Просвещение, 1987. – С. 67-79.
Открытые электронные ресурсы по теме урока (при наличии);
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Современный человек, согласно международным нормам права, а также и российскому законодательству, несет ответственность за свое здоровье. Это обуславливает необходимость знать средства и способы профилактики заболеваний и укрепления здоровья. Одним из таких средств является прием витаминов.
Витамины – это органические вещества, необходимые для жизнедеятельности живых организмов, которым свойственна интенсивная биологическая активность, благодаря которой они выполняют функции регулирования обмена веществ.
Витамины, с точки зрения химического состава – это особая группа низкомолекулярных органических соединений. Все витамины имеют сравнительно простое строение, но разнообразную химическую природу. То есть витамины – сборная группа по своей химической природе, но эти вещества объединены по признаку необходимости их, как части пищи, для любого гетеротрофного организма. Автотрофные организмы – растения, тоже нуждаются в витаминах, но могут как получить их из окружающей среды, так и синтезировать самостоятельно.
Витамины присутствуют в пище либо окружающей среде в крайне малых количествах, ввиду чего их относят к микронутриентам. Сегодня выделяется отдельная область знаний, изучающая витамины – витаминология. Это наука на стыке биохимии, медицины и фармакологии.
Витамины в организме животного или человека выполняют функцию катализатора в составе активных центров различных ферментов. Витамины участвуют в нервно-гуморальной регуляции как экзогенные прогормоны, которые активизируют выработку необходимых гормонов либо входят в их состав.
Несмотря на то, что витамины жизненно необходимы для функционирования живого организма, они не имеют пищевой ценности (калорийности), то есть не являются источниками энергии, как, например, жиры и углеводы, и не являются структурными элементами живых тканей, как, например, белки.
Суточная потребность в витаминах, как и их концентрация в организме малы, но при недостатке витаминов в организме наступят патологические и порой, необратимые изменения.
В частности, на протяжении нескольких веков морские путешественники в длительных плаваниях погибали от цинги – болезни, возникающей при недостатке витамина С. Только в 18 веке была показана необходимость включения в запас пищевых продуктов мореплавателей лимонов – как профилактического средства от цинги.
В 1747 году врач Джеймс Линд, в длительном плавании, провел эксперимент на матросах – введя в их рацион кислые продукты, он методом подбора открыл свойство цитрусовых предотвращать цингу. В 1753 году Дж. Линд опубликовал «Трактат о цинге», где предложил использовать лимоны и лаймы для профилактики этого заболевания.
Мореплаватель Джеймс Кук на практике доказал важную роль растительной пищи в профилактике цинги, введя в рацион своих матросов кислую капусту, солод и цитрусовый сироп (засахаренные лимоны). В 1795 году лимоны и другие цитрусовые стали обычной добавкой к рациону английских моряков.
Хотя долгое время люди еще не знали, за счет чего лимон позволяет предотвратить цингу.
Этот вопрос оставался без ответа до 1880 года, когда биохимик Николай Лунин, изучавший роль различных веществ в питании животных и людей, заметил, что мыши, которые ели искусственное молоко, полученное из молочного белка казеина, жира и сахара, заболевали и умирали. При этом, мыши, которым давали натуральное молоко и другую натуральную пищу – оказывались здоровыми. Это позволило прийти к выводу о том, что в искусственном питании не хватает важных веществ.
Через 16 лет при изучении болезни «бери-бери», распространенной в Индонезии и Японии, выяснилось, что ее причиной стало употребление жителями в пищу очищенного риса. Это выяснилось случайно – по тому факту, что куры, которых кормили неочищенным рисом, не демонстрировали признаков болезни. Позднее было выявлено, что «бери-бери» вызывает недостаток витамина В1 – тиамина.
Однако витамин в кристаллическом виде был впервые выделен только в 1911 году польским ученым Казимиром Функом, который и придумал наименование этой группе веществ, оттолкнувшись от латинского слова «vita» – «жизнь».
Витамины обозначаются буквами латинского алфавита: A, B, C, D, E, H, K и т. д. Большинство витаминов организм животного и человека не может синтезировать – они должны поступать извне с пищей, или, как на современном этапе – с различными витаминными добавками и препаратами. Исключение – это витамин D, который образуется под действием ультрафиолета, витамин A, синтезирующийся из веществ группы каротиноидов. Также витамины K и В3 синтезируются бактериальной микрофлорой в толстом кишечнике.
Исходя из взаимодействия с водой, витамины подразделяют на две большие группы – жирорастворимые – A, D, E, K, и водорастворимые – C и витамины группы B. Жирорастворимые витамины необходимо принимать совместно с приемом различных масел и жиров, в противном случае их усвоение организмом замедляется.
Жирорастворимые витамины накапливаются в жировой ткани и печени организма. Водорастворимые витамины не запасаются надолго и легко выводятся с водой при переизбытке. Это объясняет распространённость гиповитаминозов (недостаток витаминов) водорастворимых витаминов и гипервитаминозов (переизбытка) жирорастворимых витаминов.
Под воздействием факторов внешней среды (высокой температуры, кислорода, кислот, солнечного света, щелочей) витамины разрушаются, утрачивая биологическую активность. Такая неустойчивость витаминов связана с тем, что витамины, по своему химическому строению, являются высокоактивными веществами, легко вступающими в разные химические реакции или выступающими катализаторами в этих реакциях. Этим обусловлен и тот факт, что переработанные – приготовленные при высокой температуре овощи и фрукты уже не являются источниками витаминов.
Существует близкая по химическому строению и составу к витаминам группа веществ, называемая антивитаминами.
Антивитамины – это группа органических соединений, которые подавляют активность витаминов. Антивитамины обладают противоположным витаминам биологическим действием. При попадании в организм животного или человека антивитамины вместо витаминов включается в химические реакции обмена веществ и тормозят либо нарушают их протекание. Попадание антивитаминов может привести к витаминной недостаточности даже при условии достаточно количества поступающих витаминов. Например, антивитамином витамина B1 является пиритиамин, который вызывает явления полиневрита даже при присутствии в организме витамина В1.
Антивитамины известны для большинства витаминов. Антивитамины разделяют на две основные группы:
1. Химические вещества, инактивирующие витамин через его расщепление, связывание молекул в неактивные формы.
2. Химические вещества, подобные или родственные по структуре и составу витаминам. Эти вещества вытесняют из химических реакций в организме витамины.
Профилактикой гиповитаминозов и авитаминозов – недостатка витаминов в организме является прием различных поливитаминных комплексов — препаратов.
Поливитаминные препараты – это фармакологические препараты, которые содержат в составе основные витамины в различных сочетаниях и минеральные соединения.
В то же время, существуют витамины, которые плохо усваиваются из витаминных препаратов. Например, витамин В12 практически не усваивается из витаминных комплексов. Он поступает в организм только из мяса животных. А при недостатке витамина В12 вводится внутримышечно.
Наиболее известным пищевым поливитамином естественного происхождения для человека является грудное молоко, где содержится весь необходимый набор из эссенциальных витаминов и микроэлементов.
В детском возрасте, а также при повышенных физических и умственных нагрузках прием витаминов особенно актуален. В то же время, принимать витамины следует дозировано, так как есть сведения, что гипервитаминозы (переизбыток витаминов, главным образом, жирорастворимых, накапливаемых организмом в тканях) может приводить к различным заболеваниями и сокращении продолжительности жизни.
Витамины – это органические вещества, необходимые для жизнедеятельности живых организмов, которым свойственна интенсивная биологическая активность, благодаря которой они выполняют функции регулирования обмена веществ.
Витамины присутствуют в пище либо окружающей среде в крайне малых количествах, ввиду чего их относят к микронутриентам. Сегодня выделяется отдельная область знаний, изучающая витамины – витаминология. Это наука на стыке биохимии, медицины и фармакологии.
Витамины в организме животного или человека выполняют функцию катализатора в составе активных центров различных ферментов. Витамины участвуют в нервно-гуморальной регуляции как экзогенные прогормоны, которые активизируют выработку необходимых гормонов либо входят в их состав.
Несмотря на то, что витамины жизненно необходимы для функционирования живого организма, они не имеют пищевой ценности (калорийности), то есть не являются источниками энергии, как, например, жиры и углеводы, и не являются структурными элементами живых тканей, как, например, белки.
Суточная потребность в витаминах, как и их концентрация в организме малы, но при недостатке витаминов в организме наступят патологические и, порой, необратимые изменения.
Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:
1. Органические вещества, необходимые для жизнедеятельности живых организмов, которым свойственна интенсивная биологическая активность, это:
Правильный ответ: 2. Витамины.
2. Вставьте пропущенные слова в текст:
«___________ – заболевание, являющееся следствием длительного неполноценного питания, в котором отсутствуют какие-либо витамины. ____________ – близкие по структуре к витаминам вещества, которые могут заменять в организме витамины, но не могут выполнять функции витаминов».
Правильный ответ: авитаминоз; антивитамины.
Источник