Биологично активните вещества (БАВ) са съединения, които поради своите физико -химични свойства имат определена активност и имат положителен ефект върху определена функция на организма, като понякога не само я стимулират или променят, но и напълно я заместват.

Няма абсолютно безразлични вещества. Всички вещества до известна степен влияят върху функциите на организма, като спомагат за постигането на определен ефект.

Най -голямо количество биологично активни съединения се намират в растителните храни. Такива вещества се наричат ​​фитосъединения. Те влияят на метаболитните процеси и допринасят за неутрализирането на чужди вещества в организма. Освен това те могат да свързват свободните радикали.

По своята химическа природа биологично активните съединения се подразделят на терпени, феноли, тиоли и лигнани.

Терпени

Терпените са фито съединения, които действат като антиоксиданти. Тази група включва и каротеноиди. Към днешна дата са известни повече от 600 каротеноиди,

Феноли и полифеноли

Сред фенолите и техните съединения най -проучени са флавоноидите. Днес са идентифицирани, проучени и описани около 5000 представители на флавоноиди.

Флаваноните са специфичен флавоноид, който се съдържа в цитрусовите плодове. Те се срещат и в, но само в определени видове от тях и в много малки количества.

Флаваноните включват хесперитин, антоцианини и проантоцианидини. Тези вещества се намират в ябълки, касис от черен и червен цвят, черен чай, червен, шоколад и всички видове цитрусови плодове. Всички тези активни вещества предотвратяват развитието на атеросклеротични заболявания, допринасят за предотвратяване на сърдечно -съдови заболявания. Съществува предположение, според което активните съединения на тези групи имат и противовъзпалителни и антивирусни ефекти.

Тиоли

Кръстоцветните зеленчуци като броколи и различни видове зеле съдържат биологично активни вещества, съдържащи сяра. Те включват няколко подгрупи - индоли, дитиолтиони и изотиоцианати.
Доказано е, че консумацията на тези активни вещества инхибира вероятността от рак на белия дроб, стомаха, дебелото черво и ректума. Това явление е тясно свързано с действието на тиоловите съединения.
Свързаните с тиол активни вещества се намират в лука и чесъна.

Лигнани

Друга подгрупа от активни фитосъединения са лигнаните. Те се намират в ленено семе, пшенични трици, ръжено брашно и овесени ядки, ечемик.
Консумацията на храни, съдържащи лигнани, значително намалява риска от развитие на сърдечно -съдови и онкологични заболявания.

Федерална агенция по образование

Държавна образователна институция

висше професионално образование "Пермски държавен технически университет" катедра "Химия и биотехнологии"

Химия на биологично активни съединения

Бележки за лекции за редовни студенти

по специалността 070100 "Биотехнология"

Издател

Пермски държавен технически университет

Съставител: канд. Biol. Наук Л.В. Аникина

Рецензент

Канд. хим. Науки, доц. И. А. Толмачева

(Пермски държавен университет)

Химия на биологично активни вещества/ комп. Л.В. Аникина - Перм: Издателство Перм. състояние технология Университет, 2009.- 109 с.

Представено е обобщение на лекциите по програмата на курса "Химия на биологично активните вещества".

Предназначен е за редовни студенти в направление 550800 "Химични технологии и биотехнологии", специалност 070100 "Биотехнология".

© GOU VPO

„Пермска държава

Технически университет ", 2009

Въведение ……………………………………………………………………… ..4

Лекция 1. Химически компоненти на живота …………………………………… .7

Лекция 2. Въглехидрати …………………………………………………………… .12

Лекция 3. Липиди …………………………………………………………… ..20

Лекция 4. Аминокиселини ………………………………………………… ..… 35

Лекция 5. Протеини …………………………………………………………….… .43

Лекция 6. Свойства на протеините ………………………………………………… ... 57

Лекция 7. Прости и сложни протеини ……………………………………………… ... 61

Лекция 8. Нуклеинови киселини и нуклеопротеини ………………………… .72

Лекция 9. Ензими ……………………………………………………….… .85

Лекция 10. Класификация на ензимите ……………………………………… ... 94

Въведение

При обучението на специалисти по биотехнологии най -важните основни дисциплини са биохимия, органична химия и химия на биологично активни вещества. Тези дисциплини представляват фундаменталната основа на биотехнологиите, чието развитие е свързано с решаването на такива големи социални проблеми на нашето време като осигуряването на енергия, фуражи и хранителни ресурси, опазването на околната среда и човешкото здраве.

Съгласно изискванията на Държавния стандарт за висше професионално образование за задължителното минимално съдържание на основните образователни програми по направление 550800 „Химически технологии и биотехнологии“, специалност 070100 „Биотехнология“, дисциплината „Химия на биологично активните вещества“ включва следното: дидактични единици: структура и пространствена организация на протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати, липиди, нискомолекулни биорегулатори и антибиотици; концепцията за ензими, антитела, структурни протеини; ензимна катализа.

Целта на преподаването на дисциплината "Химия на биологично активните вещества" е да формира представите на студентите за структурата и основите на функционирането на биологично активните вещества, за ензимната катализа.

Лекциите по дисциплината „Химия на биологично активни вещества“ се основават на знанията на студентите по курсовете „Обща химия“, „Неорганична химия“, „Физическа химия“, „Аналитична химия“ и „Химия на координационни съединения“. Разпоредбите на тази дисциплина се използват за по -нататъшно изучаване на курсовете „Биохимия“, „Микробиология“, „Биотехнология“.

Предложените бележки за лекцията обхващат следните теми, прочетени в курса „Химия на биологично активните вещества“:

Въглехидрати, класификация, химична структура и биологична роля, химични реакции, присъщи на въглехидратите. Монозахариди, дизахариди, полизахариди.

Липиди. Класификация по химична структура, биологични функции на липидите и техните производни - витамини, хормони, биорегулатори.

Аминокиселини, обща формула, класификация и биологична роля. Физико -химични свойства на аминокиселините. Протеиногенни аминокиселини, аминокиселини като предшественици на биологично активни молекули - коензими, жлъчни киселини, невротрансмитери, хормони, хистохормони, алкалоиди и някои антибиотици.

Протеини, елементарен състав и функции на протеините. Първична протеинова структура. Характеризиране на пептидната връзка. Вторична протеинова структура: α-спирала и β-сгъване. Свръх вторична протеинова структура, домейн принцип на еволюция на протеини. Третичната структура на протеина и връзките, които го стабилизират. Понятието за фибриларни и глобуларни протеини. Четвъртична структура на протеина.

Физико -химични и биологични свойства на протеините. Денатурация. Шаперони.

Прости протеини: хистони, протамини, проламини, глутеини, албумини, глобулини, склеропротеини, токсини.

Сложни протеини: хромопротеини, металопротеини, липопротеини, гликопротеини, протеогликани, нуклеопротеини.

Нуклеинови киселини, биологична роля в клетката. Азотни основи, нуклеозиди, нуклеотиди, ДНК и РНК полинуклеотиди. Видове РНК. Пространствена структура на ДНК, нива на уплътняване на ДНК в хроматин.

Ензимите като биологични катализатори, тяхната разлика от не-протеиновите катализатори. Прости и сложни ензими. Активният център на ензима. Механизмът на действие на ензимите, намаляване на енергията на активиране, образуването на ензимно-субстратен комплекс, теорията за деформацията на връзката, киселинно-алкалната и ковалентната катализа. Ензимни изоформи. Полиензимни системи.

Регулиране на ензимната активност на клетъчно ниво: ограничена протеолиза, молекулна агрегация, химическа модификация, алостерично инхибиране. Видове инхибиране: обратими и необратими, конкурентни и неконкурентни. Ензимни активатори и инхибитори.

Ензимна номенклатура. Международна класификация на ензимите.

Оксидоредуктази: NAD-зависими дехидрогенази, флавин-зависими дехидрогенази, хинони, цитохромна система, оксидази.

Трансферази: фосфотрансферази, ацилтрансферази и коензим -А, аминотрансферази, използващи пиридоксал фосфат, С 1 -трансферази, съдържащи активни форми на фолиева киселина и цианокобаламин, гликозилтрансфераза като коензими.

Хидролази: естерази, фосфатази, гликозидази, пептидази, амидази.

Лиази: декарбоксилази, използващи тиамин пирофосфат, алдолаза, хидратаза, деаминаза, синтаза като коензим.

Изомерази: прехвърляне на водородни, фосфатни и ацилни групи, движение на двойни връзки, стереоизомераза.

Лигази: конюгация на синтез с разграждане на АТФ, карбоксилаза и ролята на карбоксибиотин, ацил-коензим А-синтетаза.

В края на лекционните бележки има списък с литература, която трябва да се използва за успешното усвояване на курса „Химия на биологично активни вещества“.

Веществата (съкратено BAS) са специални химикали, които при ниски концентрации имат висока активност спрямо определени групи организми (хора, растения, животни, гъби) или определени групи клетки. BAS се използват в медицината и като профилактика на заболявания, както и за поддържане на пълноценен живот.

Биологично активните вещества са:

1. Алкалоиди - азотсъдържащ характер. Обикновено от растителен произход. Те имат основни свойства. Те са неразтворими във вода, образуват различни соли с киселини. Те имат добра физиологична активност. В големи дози - това са най -силните отрови, в малки дози - лекарства (лекарства "Атропин", "Папаверин", "Ефедрин").

2. Витамините са специална група органични съединения, които са жизненоважни за животните и хората за добър метаболизъм и пълноценен живот. Много от витамините участват в образуването на необходимите ензими, инхибират или ускоряват дейността на определени ензимни системи. Също така витамините се използват като храна (те са част от тях). Някои витамини влизат в организма с храната, други се образуват от микроби в червата, а трети се появяват в резултат на синтез от подобни на мазнини вещества под въздействието на ултравиолетова радиация. Липсата на витамини може да доведе до различни метаболитни нарушения. Заболяване, възникнало в резултат на малък прием на витамини в организма, се нарича витаминен дефицит. Липса - и прекомерно количество - хипервитаминоза.

3. Гликозидите са органични съединения. Те имат голямо разнообразие от ефекти. Молекулите на гликозидите се състоят от две важни части: без захар (агликон или генин) и захар (гликон). В медицината се използва за лечение на заболявания на сърцето и кръвоносните съдове, като антимикробно и отхрачващо средство. Също така, гликозидите облекчават умствената и физическата умора, дезинфекцират пикочните пътища, успокояват централната нервна система, подобряват храносмилането и повишават апетита.

4. Гликолалалоиди - биологично активни вещества, свързани с гликозиди. От тях могат да се получат следните лекарства: „кортизон“, „хидрокортизон“ и други.

5. (наричани още танини) са способни да утаяват протеини, слуз, лепила, алкалоиди. Поради тази причина те са несъвместими с тези вещества в лекарствата. С протеините те образуват албуминати (противовъзпалително средство).

6. Мастните масла са мастни киселини или трихидриден алкохол. Някои мастни киселини участват в елиминирането на холестерола от тялото.

7. Кумарините са биологично активни вещества на основата на изокумарин или кумарин. Тази група включва също пиранокумарини и фурокумарини. Някои кумарини имат спазмолитично действие, други имат укрепващо капилярите действие. Има и кумарини антихелминтни, диуретични, курариформени, антимикробни, аналгетични и други ефекти.

8. Микроелементи, като витамини, също се добавят към биологично активни хранителни добавки. Те са част от витамини, хормони, пигменти, ензими, образуват химични съединения с протеини, натрупват се в тъканите и органите, в жлезите с вътрешна секреция. Следните микроелементи са важни за хората: бор, никел, цинк, кобалт, молибден, олово, флуор, селен, мед, манган.

Има и други биологично активни вещества: (има летливи и нелетливи), пектинови вещества, пигменти (друго име е багрила), стероиди, каротеноиди, флавоноиди, фитонциди, екдизони, етерични масла.

Цялата жизнена дейност на организма се основава на три стълба-саморегулация, самообновяване и самовъзпроизводство. В процеса на взаимодействие с променяща се среда тялото влиза в сложни взаимоотношения с него и постоянно се адаптира към променящите се условия. Това е саморегулация, важна роля в осигуряването на която принадлежи на биологично активни вещества.

Основни биологични концепции

Саморегулирането в биологията се разбира като способността на организма да поддържа динамична хомеостаза.

Хомеостазата е относителната постоянство на състава и функциите на тялото на всички нива на организация - клетъчно, органно, системно и организирано. И именно при последното поддържането на хомеостазата се осигурява от биологично активни вещества от регулаторните системи. А в човешкото тяло с това се занимават следните системи - нервната, ендокринната и имунната система.

Биологично активните вещества, отделяни от организма, са вещества, които могат в малки дози да променят скоростта на метаболитните процеси, да регулират метаболизма, да синхронизират работата на всички системи на тялото, а също така да засегнат индивиди от противоположния пол.

Многостепенна регулация - разнообразие от агенти на влияние

Абсолютно всички съединения и елементи, които се намират в човешкото тяло, могат да се считат за биологично активни вещества. И въпреки че всички те имат специфична активност, изпълнявайки или повлиявайки каталитични (витамини и ензими), енергийни (въглехидрати и липиди), пластмасови (протеини, въглехидрати и липиди), регулаторни (хормони и пептиди) функции на организма. Всички те са разделени на екзогенни и ендогенни. Екзогенните биологично активни вещества навлизат в тялото отвън и по различни начини, а всички елементи и вещества, които са част от тялото, се считат за ендогенни. Нека спрем вниманието си върху някои вещества, важни за жизнената дейност на нашето тяло, и да дадем кратко описание на тях.

Основните са хормоните

Биологично активните вещества на хуморалната регулация на организма са хормони, които се синтезират от жлезите с вътрешна и смесена секреция. Основните им свойства са както следва:

1. Те действат на разстояние от мястото на образуване.
2. Всеки хормон е строго специфичен.
3. Те бързо се синтезират и бързо се инактивират.
4. Ефектът се постига при много ниски дози.
5. Те играят ролята на междинно звено в нервната регулация.

Секрецията на биологично активни вещества (хормони) се осигурява от човешката ендокринна система, която включва жлези с вътрешна секреция (хипофизната жлеза, епифизата, щитовидната жлеза, паращитовидната жлеза, тимуса, надбъбречната жлеза) и смесената секреция (панкреаса и половите жлези). Всяка жлеза отделя свои собствени хормони, които притежават всички изброени свойства, работят според принципите на взаимодействие, йерархия, обратна връзка, връзка с външната среда. Всички те се превръщат в биологично активни вещества от човешката кръв, защото само по този начин те се доставят на агентите на взаимодействие.

Механизъм на действие

Биологично активните вещества на жлезите са включени в биохимията на жизнените процеси и засягат специфични клетки или органи (мишени). Те могат да бъдат с протеинов характер (соматотропин, инсулин, глюкагон), стероидни (полови и надбъбречни хормони), да бъдат производни на аминокиселини (тироксин, трийодтиронин, норепинефрин, адреналин). Биологично активните вещества на жлезите с ендокринна и смесена секреция осигуряват контрол върху етапите на индивидуалното ембрионално и постбембрионално развитие. Липсата или излишъкът им води до нарушения с различна тежест. Например, липсата на биологично активно вещество на ендокринната жлеза на хипофизата (растежен хормон) води до развитие на джуджета, а излишъкът му в детска възраст води до гигантизъм.

Витамини

Съществуването на тези нискомолекулни органични биологично активни вещества е открито от руския лекар М.И. Лунин (1854-1937). Това са вещества, които не изпълняват пластични функции и не се синтезират (или синтезират в много ограничено количество) в организма. Ето защо основният източник за получаването им е храната. Подобно на хормоните, витамините действат в малки дози и осигуряват хода на метаболитните процеси.

По отношение на химичния си състав и въздействието върху организма, витамините са много разнообразни. В нашето тяло само витамините от група В и К се синтезират от чревната бактериална микрофлора, а витамин D се синтезира от клетките на кожата под въздействието на ултравиолетовата радиация. Всичко останало получаваме с храна.

В зависимост от снабдяването на организма с тези вещества се разграничават следните патологични състояния: авитаминоза (пълно отсъствие на витамин), хиповитаминоза (частичен дефицит) и хипервитаминоза (излишък от витамин, по -често - A, D, C).

Микроелементи

Нашето тяло съдържа 81 елемента на периодичната таблица от 92. Всички те са важни, но имаме нужда от някои в микроскопични дози. Тези микроелементи (Fe, I, Cu, Cr, Mo, Zn, Co, V, Se, Mn, As, F, Si, Li, B и Br) отдавна остават загадка за учените. Днес тяхната роля (като усилватели на силата на ензимната система, катализатори на метаболитните процеси и градивни елементи на биологично активни вещества в организма) е без съмнение. Недостигът на микроелемент в организма води до образуване на дефектни ензими и нарушаване на техните функции. Например дефицитът на цинк води до смущения в транспорта на въглероден диоксид и до нарушаване на цялата съдова система, развитие на хипертония.

И има много примери, но като цяло дефицитът на един или няколко микроелемента води до забавяне на развитието и растежа, нарушения на хематопоезата и функционирането на имунната система и дисбаланс в регулаторните функции на организма. И дори преждевременно стареене.

Органични и активни

Сред многото органични съединения, които играят важна роля в нашето тяло, подчертаваме следното:

1. Аминокиселини, от които дванадесет от двадесет и една се синтезират в тялото.
2. Въглехидрати. Особено глюкозата, без която мозъкът не може да функционира правилно.
3. Органични киселини. Антиоксиданти - аскорбин и кехлибар, антисептик бензой, усилвател на сърцето - олеин.
4. Мастна киселина. Добре известни Омега-3 и 5.
5. Фитонциди, които се намират в растителната храна и имат способността да унищожават бактерии, микроорганизми и гъбички.
6. Флавоноиди (фенолни съединения) и алкалоиди (съдържащи азот вещества) от естествен произход.

Ензими и нуклеинови киселини

Сред биологично активните вещества на кръвта трябва да се разграничат още две групи органични съединения - това са ензимни комплекси и аденозин трифосфорни нуклеинови киселини (АТФ).

АТФ е универсалната енергийна валута на организма. Всички метаболитни процеси в клетките на нашето тяло протичат с участието на тези молекули. В допълнение, активният транспорт на вещества през клетъчните мембрани е невъзможен без този енергиен компонент.

Ензимите (като биологични катализатори за всички жизнени процеси) също са биологично активни и необходими. Достатъчно е да се каже, че еритроцитният хемоглобин не може без специфични ензимни комплекси и аденозин трифосфорна нуклеинова киселина, както при фиксиране на кислорода, така и при освобождаването му.

Вълшебни феромони

Едни от най -загадъчните биологично активни образувания са афродизиаците, чиято основна цел е да установят комуникация и сексуално привличане. При хората тези вещества се отделят в областта на носа и устните гънки, гърдите, в аналната и гениталната област и подмишниците. Те работят в минимални количества и не се реализират съзнателно едновременно. Причината за това е, че те влизат във вомероназалния орган (разположен в носната кухина), който има директна невронна връзка с дълбоките структури на мозъка (хипоталамус и таламус). Освен че привличат партньор, последните проучвания доказват, че именно тези летливи формации са отговорни за плодовитостта, инстинктите за грижа за потомството, зрялостта и силата на брака, агресивността или покорността. Мъжкият феромон андростерон и женският копулин бързо се разграждат във въздуха и работят само при близък контакт. Ето защо не бива да се доверявате особено на козметичните производители, които активно използват темата за афродизиаците в своите продукти.

Няколко думи за хранителните добавки

Днес не можете да намерите човек, който да не е чувал за хранителни добавки (BAA). Всъщност това са комплекси от биологично активни вещества с различен състав, които не са лекарства. Хранителните добавки могат да бъдат фармацевтичен продукт - хранителни добавки, витаминни комплекси. Или хранителни продукти, допълнително обогатени с активни съставки, които не се съдържат в този продукт.

Световният пазар на хранителни добавки днес е огромен, но руснаците не изостават. Някои социологически проучвания показват, че всеки четвърти жител на Русия приема този продукт. В същото време 60% от потребителите го използват като добавка към храната, 16% - като източник на витамини и микроелементи, а 5% са сигурни, че биологично активните добавки са лекарства. Освен това са регистрирани случаи, когато под прикритието на хранителни добавки като спортно хранене и продукти за отслабване, се продават добавки, в които са открити психотропни вещества и наркотични вещества.

Можете да бъдете поддръжник или противник на приемането на този продукт. Световното мнение е изпълнено с различни данни по този въпрос. Във всеки случай, здравословният начин на живот и разнообразната, балансирана диета няма да навредят на тялото ви, ще премахнат съмненията относно приема на определени хранителни добавки.

Въведение

Всеки жив организъм е отворена физико -химична система, която може активно да съществува само при условия на достатъчно интензивен поток от химикали, необходими за развитието и поддържането на структурата и функцията. За хетеротрофните организми (животни, гъби, бактерии, протозои, растения без хлорофил) химичните съединения доставят цялата или по-голямата част от енергията, необходима за живота им. Освен че снабдяват живите организми със строителен материал и енергия, те изпълняват най-разнообразните функции на носители на информация за един организъм, осигуряват вътрешно- и междувидова комуникация.

По този начин биологичната активност на химично съединение трябва да се разбира като способността му да променя функционалните възможности на организма ( инвитроили invivo) или общност от организми. Това широко определение за биологична активност означава, че почти всяко химично съединение или състав на съединения има някакъв вид биологична активност.

Дори химически много инертни вещества могат да имат забележим биологичен ефект, когато се прилагат по подходящ начин в тялото.

По този начин вероятността да се намери биологично активно съединение сред всички химични съединения е близка до единица, но намирането на химично съединение с даден вид биологична активност е доста трудна задача.

Биологично активни вещества- химикали, необходими за поддържане на жизнената активност на живите организми, с висока физиологична активност при ниски концентрации по отношение на определени групи живи организми или техните клетки.

На единица биологична активностхимично вещество приема минимално количество от това вещество, способно да потисне развитието или да забави растежа на определен брой клетки, тъкани на стандартен щам (биотестове) в единица хранителна среда.

Биологичната активност е относително понятие. Едно и също вещество може да има различна биологична активност по отношение на същия тип жив организъм, тъкан или клетка, в зависимост от стойността на рН, температурата и наличието на други биологично активни вещества. Излишно е да казвам, че ако говорим за различни биологични видове, тогава ефектът на дадено вещество може да бъде един и същ, изразен в различна степен, директно противоположен или да има забележим ефект върху един организъм и да бъде инертен за друг.

Всеки вид биологично активно вещество има свои собствени методи за определяне на биологичната активност. Така че, за ензимите, методът за определяне на активността е да се регистрира скоростта на потребление на субстрата (S) или скоростта на образуване на реакционните продукти (P).

Всеки витамин има свой собствен метод за определяне на активността (количеството витамин в тестова проба (например таблетки) в единици IU).

Често в медицинската и фармакологичната практика се използва такова понятие като LD 50 - т.е. концентрацията на веществото, при въвеждането на която половината от изпитваните животни умират. Това е мярка за токсичността на биологично активните вещества.

Класификация

Най -простата класификация - Обща - разделя всички BAS на два класа:

• ендогенен
• екзогенен

Ендогенните вещества включват