§ 15. АТФ и другие нуклеотиды. Витамины

Вопрос 1. Что такое обмен веществ?

Обмен веществ — совокупность химических превращений веществ в живых организмах, включающая процессы поступления веществ в организм, их изменения, накопления и удаления продуктов обмена. Обмен веществ включает две группы реакций — реакции синтеза (ассимиляция, пластический обмен, анаболизм) и реакции расщепления (диссимиляция, энергетический обмен, катаболизм).

Вопрос 2. Почему для жизнедеятельности любой биологической системы необходима энергия?

Энергия — это способность совершать работу. Все преобразования вещества в биологической системе требуют энергетических затрат. Поэтому если не будет энергии в биологической системе, то её жизнедеятельность будет угасать.

Вопрос 3. Какой процесс называют гидролизом?

Гидролиз — обменное взаимодействие вещества с водой, приводящее к разложению и образованию новых соединений.

Вопрос 4. Какие витамины вам известны? Какую роль они играют в организме человека?

Рассматривая роль витаминов в обмене веществ, становится понятно, отчего же так важно питаться не только вкусно, но и полезно, включая в свой рацион не бесполезный фаст — фуд, а те продукты, которые привносят свой вклад в здоровье.

Выделяют водорастворимые (C, B1, B2, B6, PP, B12 и B5), жирорастворимые (А, В, Е и К) витамины.

Рассмотрим роль витаминов в организме человека:

Вопрос 5. Какое строение имеет молекула АТФ?

АТФ — это мононуклеотид, который, как все нуклеотиды, состоит из азотистого основания (в данном случае аденина), пятиуглеродного сахара (в данном случае это рибоза) и трёх остатков фосфорной кислоты. В молекуле АТФ имеются две макроэргические связи: между первым и вторым, а также между вторым и третьим остатками фосфорной кислоты.

Вопрос 6. Какое значение имеет АТФ для осуществления процессов обмена веществ у разных групп организмов?

АТФ является универсальным аккумулятором энергии — своеобразной энергетической «валютой» в клетках живых организмов. Клетки научились сопрягать процессы, сопровождающиеся выделением энергии, с синтезом АТФ из АДФ и неорганического фосфата (в качестве примеров можно привести субстратное фосфорилирование в ходе гликолиза и брожения, а также окислительное фосфорилирование в митохондриях и фотофосфорилирование в хлоропластах растений). В свою очередь, все процессы, протекающие с потреблением энергии, сопровождаются гидролизом АТФ до АДФ и неорганического фосфата (или до АМФ и пирофосфата). Освобождаемая при этом энергия используется клетками для совершения механической работы и для транспорта через биологические мембраны ионов натрия, калия или кальция против градиента их концентрации, а также для различных процессов биосинтеза.

Вопрос 7. Какие связи называют макроэргическими? Приведите примеры.

Макроэргические связи — это ковалентные химические связи в молекулах органических веществ, гидролиз которых сопровождается значительным выделением энергии: 30 кДж/моль и более (свободная энергия гидролиза). При их разрыве выделяется почти в четыре раза больше энергии, чем при расщеплении других химических связей.

Вообще термин «макроэргическая связь» используется исключительно для связей, энергия которых используется в метаболизме и не указывает на истинную величину энергии связей.

По химическому строению «макроэрги» — чаще всего ангидриды карбоновой и фосфорной кислот, а также других слабых кислот.

Примеры макроэргических соединений — молекулы АТФ, ГТФ и НАД.

Вопрос 8. Какую роль в организме человека и животных играют витамины?

Витамины в жизни человека и животных играют очень важную роль. Основной функцией витаминов в организме является регулирующее влияние на обмен веществ и тем самым обеспечение нормального течения практически всех биохимических и физиологических процессов в организме. Витамины участвуют в кроветворении, обеспечивают нормальную жизнедеятельность нервной, сердечно — сосудистой, иммунной и пищеварительной систем, участвуют в образовании ферментов, гормонов, повышают устойчивость организма к действию токсинов, радионуклидов и других вредных факторов. Витамины нужны для роста и обновления тканей, биохимического обеспечения всех функций организма, желез внутренней секреции и т. д.

Вопрос 9. Что является источником витаминов для человека? Приведите примеры.

Основным источником витаминов являются пищевые продукты, некоторые витамины синтезируются микрофлорой кишечника (витамины К, В12, В3). Например, бактерии способны образовывать практически все витамины.

Основным источником большей части витаминов являются продукты животного происхождения, в особенности печень и почки. Объясняется это высокой метаболической активностью этих органов и способностью витаминов накапливаться в них. Однако такие витамины как А и С содержатся в основном в продуктах растительного происхождения (свежие овощи и фрукты).

Например, витамин В1 (тиамин) — в достаточных количествах содержится в нежирной свинине, печени и почках, а также крупах (гречневая, овсяная); ржаной хлеб или хлеб из витаминизированной муки. Свежие фрукты и овощи содержат незначительно количество витамина В1.

Витамин В2 (рибофлавин) — содержится в печени и почках, в молочнокислых продуктах (творог, сыры). Мясо, ржаной хлеб и крупы.

Витамин В3 (пантотеновая кислота) — в небольших количествах содержится в свежих овощах, фруктах, ржаном и пшеничном хлебе. Более богаты пантотеновой кислотой яйца. Наибольшее количество этого витамина содержится в печени и почках.

Витамин В6 (рибоксин) — в больших количествах содержится в печени. Мясо, крупы и хлеб из цельного зерна содержат примерно одинаковое количество. Фрукты и овощи содержат этот витамин в незначительных количествах.

Витамин РР — наибольшее количество витамина РР содержится в сыре. Печень, почки и крупы также богаты этим витамином. Пшеничный хлеб из цельного зерна и нежирное мясо могут служить надежным источником этого витамина. Овощи и фрукты содержат витамин РР в небольших количествах.

Витамин В9 (фолиевая кислота) — в печени. Свежая зелень (петрушка, укроп) содержит количество фолиевой кислоты в два раза меньшее, чем в печени. Овощи и фрукты содержат витамин В9 в незначительных количествах.

Витамин В12 (цианкобаламин) — в достаточных количествах содержится в печени мясе и рыбе, молочнокислых продуктах и сыре.

Витамин Н (биотин) — печень, яйца и мясо богаты этим витаминов. Хлеб и крупы содержат меньшие количества биотина, а овощи и фрукты содержат лишь незначительные его количества.

Витамин А (ретинол) — много в говяжьей и свиной печени, а также в печени трески. Достаточные количества в сливочном масле и жирном твороге. Фрукты и овощи содержат предшественника витамина А (B — каротин).

Витамин Е — в растительных маслах. Хлеб и крупы также содержат достаточное количество этого витамина.

Витамин D — печень трески, яйца и сливочное масло.

Витамин К — основная часть необходимого для организма витамина К синтезируется микрофлорой кишечника. Абсорбция этого витамина зависит от нормального функционирования кишечника и присутствия липидов (жиров) в рационе.

Вопрос 10. Используя доступные информационные источники, подготовьте сообщение о роли нуклеотидов и витаминов в осуществлении процессов жизнедеятельности организмов. Оформите его в виде презентации.

Информацию о нуклеотидах и витаминах, можно использовать ту, которая представлена в ответах к этому параграфу, можно расширить ее дополнительными источниками, картинками по теме.

Саму презентацию можно разбить на два блока: 1) нуклеотиды и их роль в осуществлении процессов жизнедеятельности организмов и 2) витамины и их роль в осуществлении процессов жизнедеятельности организмов. В первом блоке можно познакомить слушателей с нуклеотидами (мононуклеотиды (АТФ, ГТФ (гуанозинтрифосфорная кислота), УТФ (уридинтрифосфорная кислота), ЦТФ (цитидинтрифосфорная кислота); динуклеотиды (НАД+ (никотин — амидадениндинуклеотид), НАДФ+ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат), ФАД (флавинадениндинуклеотид) и некоторые другие); кофермент А; дезоксирибонуклеотиды, содержащие в своём составе вместо рибозы пятиуглеродный сахар дезоксирибозу, — дАТФ, дГТФ, дЦТФ и дТТФ (дезоксиадено — зинтрифосфорная, дезоксигуанозинрифосфорная, дезоксицитидинтрифосфорная и дезокситимидинтрифосфорная кислоты)), их строением, классификацией, наличием макроэргических связей и плавно перейти к роли нуклеотидов в организме. Во втором блоке — то же самое, только применительно к витаминам. В конце можно подытожить: внутри клеток постоянно протекают процессы, необходимые для обеспечения их жизнедеятельности. Но для нормальной жизнедеятельности организмов нужны как витамины, так и свободные нуклеотиды. Без тех и других правильная работа клеток и организма в целом нарушается. Это может привести к серьёзным нарушениям обмена веществ, что очень пагубно влияет на организм.

Вопрос 11. Можно ли удобрения, применяемые человеком для подкормки культурных растений, рассматривать в качестве аналогов витаминов?

Конечно, да. Удобрения позволяют искусственно поддерживать естественное плодородие почвы, что, в свою очередь, способствует нормальному росту растений. При регулярном выращивании культур на одной и той же земле они способны сильно истощить почву и послужить основной причиной не только снижения количества и качества урожая, снизить толерантность растений к болезням и вредителям. В отличие от природных сообществ, в культурных немногие минеральные вещества возвращаются обратно (на огороде свеклу вырастили, собрали и унесли, теперь нужно восполнить убыток фосфора, калия, магния, железа, бора, марганца).

Введение удобрений предназначено для поддержания баланса в питании растений, нормального их роста и развития, повышения устойчивости растений к вредителям и болезням.

Вопрос 12. Каким образом человек может обеспечить свой организм необходимым количеством энергии и витаминов? Обсудите это с учителем и одноклассниками.

В поддержании нашего здоровья важную роль играет сбалансированное питание, основное количество энергии и витаминов поступает в организм с пищей. В идеале с пищей мы должны получать все необходимые вещества, которые обеспечат наш организм энергией, витаминами и снабдят строительным материалом его органы и ткани. Витамины — незаменимое звено такого питания. Некоторые витамины, конечно, синтезируются и в кишечнике, обитающими в нём полезными микроорганизмами, однако в этом случае их бывает не всегда достаточно. Многие витамины быстро разрушаются и не накапливаются в организме в нужных количествах, поэтому человек нуждается в постоянном поступлении их с пищей.

В современных условиях обеспечить себя витаминами только за счет сбалансированного рациона можно. Однако таким категориям, как дети и подростки, беременные и кормящие женщины, пожилые и больные люди, злостные курильщики необходим дополнительный прием витаминных препаратов.