Тема 9. Біологічно активні речовини
Загальна характеристика біологічно активних речовин
Біологічно активні речовини (БАР) – це неорганічні й органічні сполуки, загальною особливістю яких є висока активність у невеликих кількостях. Серед біологічно активних речовин є як низькомолекулярні (наприклад, вітаміни, алкалоїди), так і високомолекулярні сполуки (наприклад, ферменти, білкові гормони). Загальною особливістю є висока активність у невеликих кількостях. Більшість БАР відносять до продуктів вторинного обміну, вважаючи первинними білки, ліпіди й вуглеводи. Вони не виконують ні будівельної, ні енергетичної функції, а забезпечують зміну швидкості обміну речовин, пристосовуючи організм до змін навколишнього середовища та здійснюють його захист від несприятливих впливів. До біологічно активних речовин відносять ферменти, гормони, фітогормони, вітаміни, фітонциди, алкоїди, феромони, антибіотики та ін.
Основні групи біологічно активних речовин
| Назва групи | Біологічне значення | Приклади представників |
| Ферменти | Бар, які здатні вибірково каталізувати певну біохімічну реакцію | Оксидоредуктази, трансферази, гідролази, ліази, ізомерази, лігази |
| Вітаміни | БАР, які в невеликих кількостях необхідні для забезпечення життєдіяльності організмів | Жиророзчинні (А, Е, К) та водорозчинні (В, С) |
| Гормони | БАР, які утворюються спеціалізованими клітинами і здійснюють ендокринну регуляцію функцій організму | Соматропін, тироксин, адреналін, інсулін, глюказон, андрогени, естрогени |
| Фітогормони | БАР, які регулюють ріст і розвиток вищих рослин і грибів, а також відіграють важливу роль у пристосуванні рослин до мінливих умов середовища | Стимулятори (ауксини, гібереліни, цитокініни, бра сини) та інгібітори (абсцизова кислота, етилен, жасмонова кислота). |
| Алколоїди | БАР рослинною походження, які відіграють роль каталізаторів і завдяки токсичності захищають рослини від поїдання | Хітин, кофеїн, нікотин, морфін, кокаїн, атропін, ефедрин, теобромін, стрихнін, колхіцин |
| Фітонциди | БАР вищих рослин, які здатні вбивати або пригнічувати ріст бактерій, грибів, найпростіших, забезпечуючи природній імунітет | Аліцин цибулевих, гексенал грецького горіха, хлорогенова кислота моркви і картоплі |
| Феромони | БАР тварин, що виділяються в довкілля і специфічно впливають на поведінку, фізіологічні процеси і метаболізм інших особин того самого виду | Статеві феромони комах, феромони «тривоги» у риб |
| Антибіотики | БАР мікробного, рослинного і тваринного походження, які вибірково пригнічують ріст мікроорганізмів, а також клітин злоякісних пухлин | Стрептоміцин зі стрептоміцетів, пеніцилін зі грибів, новоіманін зі звіробою, лізоцим зі слини. |
Вітаміни, їх різноманітність та значення
Вітаміни (лат. Vitae – життя та аміn – аміни) – біологічно активні речовини різної хімічної природи, необхідні в невеликих кількостях для нормального обміну речовин і життєдіяльності живих організмів. Нині відомо понад 20 вітамінів. Наука про вітаміни називається вітамінологією. Відкрито вітаміни в 1880 році російським ученим М. І. Луніним.
Короткий історичний нарис вивчення вітамінів
| Прізвище | Рік | Відкриття |
| Д. Лінд | Відкрита властивість цитрусових попереджувати цингу | |
| М. І. Лунін | Установлено, що для життя організму потрібні вітаміни | |
| Х. Ейкман | Доведено, що хвороба бері-бері обумовлена нестачею вітамінів | |
| К. Функ | Запропоновано назву «вітаміни» | |
| О. В. Палладін | Синтезовано водорозчинний аналог вітаміну К – вікасол |
Властивості. Тепер відомо, що до вітамінів належать не тільки аміни і що це різні за хімічною природою низькомолекулярні органічні сполуки: сахарні кислоти (вітамін С), вищі жирні кислоти (вітамін F), стерини (вітамін D), циклічні спирти (вітамін А) тощо. Основними їх властивостями є висока біологічна активність, розчинність у жирах або воді, руйнування під час нагрівання, нетривалість існування. Переважна більшість має рослинне походження (вітамін А), окремі вітаміни синтезуються в організмі тварин і людини (вітамін D) та мікроорганізмами (вітамін В). Окремих вітамінів у рослин немає, у них містяться їх попередники – привітаміни, які перетворюються у вітаміни в організмі тварин (А). Добова потреба у вітамінах значною мірою залежить від віку, статі, маси тіла, стану організму; при захворюваннях потреба у вітамінах збільшується. Вітаміни є попередниками різних кофакторів в організмі: наприклад, такий важкий кофактор як тіамінпірофосфат, містить вітамін, ФАД (флавінаденіндинуклеотид)-,НАДФ (нікотинамідаденіндинуклеотидфосфат) -
Різноманітність. За фізичними властивостями вітаміни поділяють на 2 групи:
а) жиророзчинні – ретинол (А), кальцифероли (D), токофероли (Е), аргінін, філохінон (
та ін;
б) водорозчинні – тіамін (рибофлавін (
, пантотенова кислота (
, нікотинова кислота 
, піридоксин 
, біотин (, інозитом (, фолієва кислота (, параамінобензойна кислота (
, холін (
ціанокобаламін (аскорбінова кислота (С) та ін.
За фізіологічною дією вітаміни поділяють на кілька груп: а) вітаміни, що підвищують загальну реактивність організмі (
б) антигеморагічні (С, К) (речовини з кровоспинними властивостями); в) антианемічні (
г) антиінфекційні (С, А).
Значення. Вітаміни є складовою кофакторів великої кількості складних ферментів, тому визначають майже усі процеси обміну речовин. Вони беруть участь у процесах фоторецепції (А), зсідання крові (К), всмоктування кальцію (D), підвищення імунної опірності (С) та ін. Таким чином, основною функцією вітамінів є регуляторна. Їх відсутність або нестача в продуктах харчування є причиною виникнення порушень: гіпотаміноз (за нестачі вітаміну), авітаміноз (за повної відсутності вітаміну), поліавітаміноз (за нестачі чи відсутності кількох вітамінів) і гіпервітаміноз (за надлишку вітаміну).
Біологія + Аскорбінова кислота, відносно проста органічна кислота, міститься у свіжих фруктах і овочах. Це безколірна кристалічні речовина, немає запаху, має кислий смак, добре розчиняється у воді і руйнується при тривалому кип'ятінні, тому вимочування або переробка овочів знижує вміст у них вітаміну С. Велика кількість вітаміну С міститься в лимонах, плодах шипшини, червоно перцю, смородини, зеленої цибулі. Безхребетні, риби, птахи, морські свинки та примати не здатні її синтезувати, тому для них вона є необхідним харчовим чинником. Добова потреба людини в аскорбіновій кислоті досить велика – 63 – 105 мг. Нестача аскорбінової кислоти може привести до цинги. Наукова назва вітаміну С – анти скорбутний – походить від латинської назви цинги (skorbutus).
Гормони, їх властивості, різноманітність та значення
Гормони – біологічно активні речовини, які здатні включатися до біохімічних реакцій і регулювати обмін речовин та енергії. Термін «гормон» належить Е. Старлінгу і У. Бейлісу, які в 1905 році застосували його підшлункової секреторної речовини – секретину. У хребетних тварин гормони синтезуються переважно ендокринними залозами. Утворюються вони і безхребетними тваринами. Так у вузлах кільчастих червів трапляється хром афінна тканина, аналогічна мозковій частині наднирників хребетних, у комах синтезуються статеві атрактанти (речовини, що приваблюють) та ін.
Властивості. Установлено, що гормони синтезуються не лише ендокринними залозами, а й деякими тканинами та органами – шлунком, серцем, нирками, плацентою та ін. Для них є спільними такі властивості, як:
1) Висока біологічна активність – обумовлюють значний ефект у дуже низьких концентраціях: більшість гормонів здатні в кількості 
мг викликати зміни обміну речовин);
2) Специфічність дії – здатні взаємодіяти з певними клітинами-мішенями завдяки наявності у них молекул-рецепторів; усередині клітини гормональну дію продовжують не самі гормони,а молекули-посередники речовини циклічної АМФ(цАМФ).
3) Відсутність видової специфічності – у переважній більшості, крім гормону росту, серед них немає таких, які були б властиві лише даному виду організмів, наприклад, гормони щитоподібної залози ссавців є і в найдавніших організмах на Землі – ціанобактерій.
4) Дистантність дії – переносяться від місця синтезу до клітин-мішеней, де взаємодіють з певним рецептором на мембранах клітин (білково-пептидні гормони) або проникають усередину клітини і далі в ядро (стероїдні гормони);
5) Короткочасність дії – у процесі дії швидко розпадаються в печінці, нирках, травній системі тощо або виводяться з організму;
6) Різноманітність механізмів дії – свою дію на обмін речовин проявляють різними шляхами: а) підвищують проникність мембран; б) регулюють активність ферментів як ефектори та інгібітори; в) діють на генетичний апарат клітини і регулюють процеси транскрипції та ін.
Різноманітність. Відомо понад 50 гормонів, а також багато гормоноподібних сполук, які можна класифікувати за різними параметрами. За хімічною природою гормони поділяють на три групи: 1) гормони білково-пептидної природи: гормони гіпофізу, гіпоталамусу, підшлункової залози, при щитоподібних залоз; 2) гормони – похідні амінокислот: гормони епіфізу, мозкової частини наднирників, щитоподібної залози. 3) гормони стероїдної природи: гормони кіркової частини наднирників, статевих залоз. За характером дії розрізняють пускові (тропні гормони) та виконавчі (гормони периферичних залоз). За місцем синтезу виділяють ендокринні (наприклад, соматропін), тканинні (наприклад, гістамін, серотонін) та нейрогормани (наприклад, вазопресин, окситоцин). Нейрогормони (від нейро…і гормони) нейросекрети, фізіологічно активні речовини, що виробляються особливими нейронами-нейросекреторними клітинами. Як і медіатори, нейрогормони декретуються нервовими – закінченнями, але, на відміну від перших, виділяються в кров або тканинну рідину, що властиво гормонам. Нейрогормони виявлені як у хребетних (вазопресин, окситоцин),так і в багатьох безхребетних – молюсків, черв'яків, членистоногих тощо. За хімічною природою більшість нейрогормонів – пептиди. Біосинтез пептидних нейрогормонів відбувається в ендоплазматичній сітці тіла нейрона, а упаковка їх гранули – в комплексі Гольджі, звідки вони по аксону транспортуються до нервових закінчень. У головному мозку ссавців джерелом нейрогормонів є нейросекреторні клітини гіпоталамуса. Нейрогормони регулюють діяльність клітин деяких ендокритичних залоз, а також впливають на клітини інших організмів.
Значення. В організмі немає жодної фізіологічної функції, яка не перебувала б у сфері гормональної дії. Гормони забезпечують гуморальну регуляцію, здійснюючи вплив на: обмін речовин та енергії (тироксин); процеси росту і розвитку органів (соматотропін); статеве дозрівання (андрогени і естрогени); фізичний і психічний розвиток (ендорфіни); реакцію організму на стрес у комплексі з нервовою системою (адреналін)
Біологія + Тироксин – основний тиреоїдний гормон хребетних та людини, що виробляється цитоподібною залозою. У земноводних та деяких костистих риб (вугрі, камбалоподібні) тироксин стимулює метаморфоз. У людини та теплокровних тварин підвищує інтенсивність обміну речовин та температуру тіла, впливає на формування тканин. Синтез і секреція тироксину регулюється за допомогою тиреотропного гормону, що виробляється гіпофізом, чинників середовища (температура, стрес, наявність в їжі йоду тощо). Порушення балансу тироксину в організмі призводить до різноманітних захворювань (зоб, кретинізм, мікседема).
Фітогормони, їх особливості та значення
Фітогормони – це біологічно активні речовини, які здатні в надзвичайно малих кількостях регулювати процеси життєдіяльності рослин. Ці регуляторні речовини виявлені у грибів та вищих рослин. У грибів вони утворюються в клітинах міцелію, у рослин – у клітинах верхівок кореня, стебла та молодих листків і через провідну тканину потрапляють до інших клітин, де і виявляється їхня дія. Фітогормони впливають лише на так звані компетентні клітини, а компетентність їх визначається за наявністю специфічних рецепторів у клітинних мембранах. На відміну від тваринних гормонів, фітогормони менш специфічні, часто діють в тій же ділянці рослини, де утворюються, і їх діючі концентрації, як правило, вищі. Рослинні гормони надзвичайно чутливі і ніколи не діють незалежно, а лише у взаємозв'язку з іншими речовинами чи гормонами. Гормони функціонують у багатоклітинних рослин, як спеціалізовані регуляторні молекули для здійснення найважливіших фізіологічних програм, що вимагають координованої роботи різних клітин, тканин і органів, нерідко значно віддалених один від одного. Дія фітогормонів залежить від їхньої концентрації та взаємовідносин. Підвищена концентрація, як правило, спричиняє гальмування метаболізму і загибель організму.
Одні фітогормони прискорюють поділ та ріст клітин, інші – сповільнюють їх, регулюючи таким чином приростання насіння, утворення квітів, плодів тощо. Фітогормони, зазвичай, поділяють на стимулятори (ауксини, гібереліни і цитокініни) та інгібітори (асцизова кислота, етилен, жасманова кислота).
Біологія + Етилен, або етен, -, найпростіший і найважливіший представник ряду ненасичених вуглеводнів з одним подвійним зв'язком. Етилен – безбарвний газ із слабким приємним запахом. Він трохи легший від повітря. У воді мало розчинів, а в спирті й інших органічних розчинниках розчиняється добре. Дуже цікавою є властивість етилену прискорювати достигання багатьох городніх і садових плодів (помідорів, динь, груш, лимонів тощо). Використовуючи це, плоди можна транспортувати ще зеленими, а потім доводити їх до стиглого стану вже на місці споживання, вже на місці споживання, вводячи в повітря складських приміщень невеликі кількості етилену.
Алкалоїди, їх різноманітність та значення
Алкалоїди – біологічна активність речовини, які є органічними азотовмісними сполуками. У 1804 році німецький аптекар Ф. Сертюнер виділив перший алкалоїд, який був пізніше названий морфіном на честь Морфея, давньогрецького бога сновидінь. Назва «алкалоїди» введена в науку в 1819 році німецьким аптекарем К. Мейснером.
Їх назва перекладається як «подібні до лугів», і отримали вони її через лужну реакцію водних розчинів. Порівняно з іншими БАР, група алкалоїдів відрізняється великою структурою різноманітністю. Єдиної класифікації алкалоїдів поки не існує. До алкалоїдів належать, наприклад, такі речовини, як морфін, кофеїн, кокаїн, стрихнін, хінін, нікотин, колхіцин та ін..
Алкалоїди, молекули яких містять атоми Оксигену, за нормальних умов, як правило, являють собою безбарвні кристали. Алкалоїди, молекули яких не містять атомів Оксигену, найчастіше є леткими маслянистими рідинами (наприклад, нікотин). Деякі алкалоїди мають забарвлення: так берберин – жовтий, сангвінарин – помаранчевий. Більшість алкалоїдів мають властивості лугів, але деякі з них амфотерні (наприклад, теобромін). Серед алкалоїдів є такі, що розчиняються у воді (кофеїн), і такі, що погано розчиняються у воді, зате добре розчиняються у багатьох органічних розчинниках. При взаємодії з кислотами алкалоїди утворюють солі, які мають різну розчинність. Більшість алкалоїдів мають гіркий смак і є отруйними для тварин. Синтезуються алкалоїди різними організмами. Їх знайдемо приблизно у 2 500 видів покритонасінних рослин (переважно з родин пасльонових, макових, лілійних, конопляних). Залежно від виду рослин максимальний вміст алкалоїдів може досягатися в листках (блекота чорна), плодах і насінні (мак), коренях (раувольфія) або корі (хінне дерево). Крім рослин, алкалоїди мають деякі гриби (рід Псилоціби містить псилоцібин) і тварин (ропухи мають в шкіри буфотенін). Значення більшості алкалоїдів для організмів, які їх продукують, пов'язане із захистом від організмів, які можуть спричинити шкоду. Вміст алкалоїдів у організмі рослин захищає їх від поїдання рослиноїдними тваринами. Деякі алкалоїди беруть участь у регуляції росту та обміну речовин. Чимало алкалоїдів використовують у медицині, а також для експериментального одержання поліплоїдних клітин (наприклад, колхіцин).
