Витамины: строение, свойства, использование, значение для растений

 

Ужгородський національний університет

Біологічний факультет

Кафедра генетики і фізіології рослин

Біланич М.М.

Ужгород, 2007

 

ЗМІСТ

 

ВСТУП...................................................................................................................3

1.  Характеристика вітамінів: будова, властивості, поширення….............4

2.  Фізіологічна роль вітамінів у життєдіяльності рослин……………….14

ЛІТЕРАТУРА........................................................................................................25

Вступ

Вітаміни (від лат. Vita- життя) – низькомолекулярні органічні сполуки різної хімічної природи, які виконують важливі біохімічні і фізіологічні функції в живих організмах. Для організму потрібні в дуже невеликих кількостях (від декількох мікрограм до кількох міліграм на добу), тому що володіють високою біологічною активністю.

Потрібні вітаміни всім живим організмам. Є організми, які здатні виробляти вітаміни, а також такі, що не можуть їх синтезувати, або не можуть синтезувати окремі вітаміни. Це, в основному, деякі тварини. В їх числі людина, пацюки та інші. Вітаміни, звичайно, необхідні і рослинам. Вони є продуцентами цих речовин. Але Овчаров К.Є. встановив, що є можливість виникнення авітамінозного і гіповітамінозного стану у рослин. Ним встановлено, що ці аномальні стани у рослин супроводжуються серйозними біохімічними порушеннями: подавляється активність аскорбіноксидази, поліфенолоксидази і пероксидази, затримується біосинтез вітамінів понижується поступання фосфору і азоту з поживного середовища (Строганов, Генкель,1976).

Важливим є те, що в продуцентах вітаміни можуть бути в формі провітамінів. Коли тварини споживають рослини, то провітаміни в тваринному організмі перетворюються у вітаміни.

Особливо вітаміни необхідні для насіння, яке проростає, що з тих чи інших причин може витратити передчасно запас вітамінів, який у ньому відклався при формуванні.

Також важливими продуцентами вітамінів (для людини) є мікроорганізми. По-перше деякі з них являються симбіотичними з нашим організмами, які живуть в кишечнику і постачають нас деякими вітамінами. По-друге, часто людина використовує мікроорганізми для синтезу цих біоактивних речовин в фармацевтиці, сільському господарстві (для тваринних кормів), у наукових дослідженнях (біотехнології) та з іншими цілями.

Розглянемо, які є вітаміни, їхні будову, біохімічні і фізіологічні властивості.

1. Характеристика вітамінів: будова, властивості, поширення

Жиророзчинні вітаміни.

1) Каротини. Вітамін А (Ретинол)

В  рослинних  продуктах  вітамін  А у  вигляді  ретинолу  не накопичується.  Рослини  синтезують лише  каротиноїди  – провітаміни А. Каротиноїди  –  це  пігменти,  що  надають  овочам і  фруктам  жовте забарвлення  або  червоне.  Із всіх каротинів найбільшою активністю володіє β-каротин, що перевищує активність ά- і γ- каротинів в 2-3 рази (Дунаєвський, 1990).

В  організмах  тварин β-каротин розщеплюється  з утворенням двох молекул ретинола (Кретович, 1986).

СН₃ СН₃ СН₃ СН₃

СН = СН– С = СН– СН= СН– С = СН – СН₂ОН

СН₃

 

Ретинол.

Каротин термостійкий тому добре зберігається при тепловій обробці продуктів. Але каротин в 3 рази слабкіший ніж ретинол. Добова потреба людини в вітаміні А – 1,5-2,5 мг. Забезпечується добова потреба на 2/3 овочами і фруктами. З фруктів і ягід на каротин багаті абрикос і обліпиха, а менш багаті – вишні, сливи, горобина чорноплідна, малина, червона смородина та інші.

2) Вітамін К. Цей вітамін міститься в основному в рослинних продуктах, причому у більш активній формі, ніж у продуктах тваринного походження (Дунаєвський, 1990).

По всій хімічній природі вітаміни групи К являють собою похідні нафтохінона (Кретович, 1986).

Вітамін К₁, що міститься в зелених листях (хлоропластах), має таку структуру:

0

СН₃ СН₃ СН₃ СН₃

Н₂ – СН = С – (СН₂)₃ – СН – (СН₂)₃ – С  

0 СН₃

 

Вітамін К₁.

У організмах людини і тварин грає важливу роль у процесах згортання крові. Він стимулює в людському організмі синтез протромбіну, фібриногену, утворення тромбопластину й тромбіну, показує позитивний вплив на тонус судин. Добова потреба в (філохіноні) вітаміні К для дорослої людини сягає приблизно 0,2-0,3мл.

Джерелом вітамінів з фруктів і ягід є суниці, яблука, виноград (Дунаєвський, 1990).

3) Вітаміни групи Е. Токофероли. В овочах і фруктах знаходяться в порівняно невеликих кількостях: 0,1-0,6 мг/100г (Дунаєвський, 1990).

Хімічна формула:

 СН₃ О СН₃ СН₃  СН₃ СН₃

 НО С – (СН₂)₃ – СН – (СН₂)₃ – СН – (СН₂)₃ – СН

₃HС СН₃

 СН₃

Вітамін Е.

Цей вітамін бере участь у всіх видах обміну, має властивість ліотропної дії, стимулює діяльність серцевого м’язу у людини і тварин. Хоча механізм дії вітаміну Е на молекулярному рівні ще повністю не розшифровано, тим не менше багато проявів недостачі цьго вітаміну можуть бути зв`язані з пошкодженнями мембран і клітинних органел, які при цьому виникають ( Спиричев, Конь,1978).

4) Провітамін Д – стероли.

Вітаміни групи Д зустрічаються лише в тваринних організмах, В рослинах містяться стероли, з яких під дією ультрафіолетового опромінення утворюються вітаміни цієї групи. Найбільш важливим з цих стеролів являється ергостерол, що в великій кількості міститься в дріжджах і плісневих грибах.

Із ергостерола при його ультрафіолетовому опроміненні утворюється вітамін Д₂ (Кретович, 1986).

 

 

 

Водорозчинні вітаміни.

1)  Вітамін С. Аскорбінова кислота.

 О О

С С

ОН – С - 2 Н О = С

ОН – С О  О = С О

Н – С + 2 Н Н – С

ОН – С – Н ОН – С – Н

СН₂ОН  СН₂ОН

відновлена форма окислена форма

(L-дегідроаскорбінова кислота)

Аскорбінову кислоту можна зобразити ще так:

СН₂ – ОН

Н ОН

 С

ОН

С – С

О

С – С

ОН О

Хімічні формули вітаміну С (Богатих, 1989)

Виділений угорським вченим Сандьорді в 1936 році. Для людини добова норма 50-100 мг. Міститься в шипшині, цитрусових, чорній смородині, у великих кількостях також міститься в обліписі і в сливах, у меншій кількості у черешнях, малині, винограді, в грецьких горіхах. В організмі деяких тварин і людини впливає на синтез колагена.

Важлива роль аскорбінової кислоти і її участь в окисно-відновних процесах, що проходять в живій клітині, зв’язані з тим, що вітамін існує в двох формах – власне аскорбінової кислоти і легко утворюючоїся з неї при окисленні дегідроаскорбінової кислоти; остання при відновленні знову дає аскорбінову кислоту (Кретович, 1986).

У клітинах також є аскорбіноген, який являється зв’язаною формою аскорбінової кислоти. Ця сполука найбільш стійка до окислення, однак вітамінна активність його в 2 рази слабкіша за активність аскорбінової кислоти. Дегідроаскорбінова кислота нестійка й при подальшому її окисленні втрачає вітамінні властивості.

Потреба людини в аскорбіновій кислоті в основному задовольняється за рахунок картоплі і капусти, а фрукти і ягоди служать лише допоміжним джерелом.

В покривних тканинах фруктів вміст аскорбінової кислоти вищий. Так в кожурі мандаринів, лимонів, апельсинів, яблук рівень її рівний відповідно 130, 140, 170 і 40 мг/100г, а в плодовій м’якоті мандаринів – 38, лимонів – 66, апельсинів – 55, яблук – 12-13мг/100г. Коливання кількості аскорбінової кислоти в різних сортах фруктів і овочів більше, ніж інших вітамінів (Дунаєвський, 1990).

Аскорбінова кислота являє собою безкольорові кристалики кислого смаку, добре розчиняється в воді, легко руйнується в розчинах, особливо при присутності повітря, світла і слідів міді або заліза (Кретович, 1986). Також можуть бути значні втрати вітаміну при зберіганні овочів і фруктів. В овочах і фруктах аскорбінова кислота має сильнішу біологічну дію, ніж в тваринних продуктах бо знаходиться в контакті з біофлавоноїдами, що посилюють дію цього вітаміну і застерігають його від пошкоджень.

2)  Вітамін В₁

 Н ОН

N C–СН₂ – N

 СН₃ N НС С – СН₂ – СН₂ОН

 S

Вітамін В₁.

Відкрив Казимір Фунг. Входить вітамін В₁ до складу коферментів, наприклад до ТДФ – тіаміндифосфат або тіамінпірофосфат, ферментів ліаз. У плодах і овочах міститься десь 0,02 – 0,1мг/100г, а в фруктах трохи менше: 0,01 – 0,06мг/100г (Дунаєвський, 1990). Грає роль в вуглеводневому обміні тварин, рослин і бактерій, так як входить в склад фермента піруватдекарбоксилази, що розчеплює піровиноградну кислоту, яка утворюється при дисиміляції вуглеводів.

В кислому середовищі тіамін стійкий до нагрівання і кип’ятіння, але легко руйнується при нагріванні в нейтральному і лужному середовищі (Кретович, 1986)

 3) Вітамін В₂. Рибофлавін. Добова норма людини до 2 міліграм. У будову вітаміну входить ізоалоксазинове кільце:

СН₂^– (СНOH)₃ – СН₂ОН

N N O

СН₃

СН₃ N

Вітамін В₂.

Входить до складу аеробних дегідрогеназ: ФАД, ФМН, як кофермент. Авітаміноз у людини викликає катаракту. Гіповітаміноз викликає порушення апетиту, слабкість, больові відчуття в слизових рота і ріжучі відчуття в очах. (Кретович, 1986).

У плодоягідних культурах накопичується в малих кількостях. Наприклад, у фруктах в середньому 0,01-0,06 мг/100гр (Дунаєвський, 1990).

 

4) Вітамін В_с. Фолієва кислота

ОН

N СН₂ – N – – C

 H

 NН₂ N N  

 Фолієва кислота.

Вітамін В₆ включає декілька біоактивних речовин: параамінбензойну кислоту, глутамінову кислоту, які входять в хімічну будову вітаміну. Вперше фолієва кислота була виділена з лисків шпинату (лат. follium – листок).

В рослинах вітамін знаходиться переважно в зв’язаній формі й немає у цій формі біологічної активності. Потрапляючи з харчами у дванадцятипалу кишку, переходить в вільну форму під дією ферментів. Вітамін входить в склад ферментів, що беруть участь в біосинтезі метіоніна, пуринових основ. Рослинними джерелами фолієвої кислоти являються листові овочі, картопля, яблука, абрикоси. Містяться і грецьких горіхах. В перестиглих плодах рівень її вищий. (Дунаєвський, 1990). Добова потреба в фолієвій кислоті у людини становить 200-300 мкг. Фолієва кислота позитивно впливає на лікування деяких важких форм анемії і малокрів’я людини. Похідні фолієвої кислоти, сама фолієва кислота і споріднені їй сполуки називають фолатами (Богатих, 1989).

5) Вітамін В₃. Пантотенова кислота

Н  СН₃ ОН О

НО – С – С – С – С – N – СН₂ – СН₂ – СООН

Н СН₃ Н

 Вітамін В₃. 2-метил – 3 – оксімасляна кислота.

 Дуже поширена в продуктах, тому і має таку назву (лат. Panteas – всюдисущий). У вигляді коферменту А, вона входить в склад багатьох ферментів, і являється складовою частиною ацетилкоензиму А, який у людському організмі бере участь у синтезі багатьох речовин: холестерину, ацетилхоліну, гемоглобіну, а також являється важливим джерелом енергії. Цей вітамін функціонально пов’язаний з фолієвою кислотою і біотином.

Добова норма пантотенової кислоти для людини становить 5-10мг. З фруктів і ягід нею багаті чорна смородина, гранати, абрикоси, грецькі горіхи, персики та інше. Вітамін не стійкий, бо при тепловій обробці втрати його становлять 20-40%.

5) Вітамін В₆. Пірідоксин.

 С – Н

 СН₂ – ОН

Н₃С N  

Пірідоксин.

Пірідоксин у вигляді коферменту входить в склад ферментів, які регулюють білковий обмін. Необхідний для нормальної діяльності ЦНС тварин і людини. Потреба здорової людини в пірідоксині 2-3мг на добу. У багатьох овочах і фруктах, у яких він міститься, рівень його сягає 0,1-0,2мг/100гр. В дещо більшій кількості цього вітаміну можуть бути в гранатах, бананах і горіхах. Вітамін добре зберігається при тепловій обробці (Дунаєвський, 1990). Відсутність чи недостача вітаміну В₆ в харчах приводить до порушень білкового обміну і синтезу жирів в тваринному організмі (Кретович, 1986).

6) Вітамін В7.(Н). Біотин

N

O=C S

N C─CH2─CH2─CH2─COOH

H H

Вітамін Н.

Вітамін стійкий до нагрівання, окислення, дії кислот і основ. В фруктах міститься в невеликих кількостях: 0,1-2,0мг/100гр. Трохи більше за середню концентрацію його є в чорній смородині, винограді, апельсинах. Добова норма його для людини 0,2-0,3мг на добу в зв’язку з високою активністю.

7) Нікотинова кислота. Ніацин. Вітамін РР або В₅.

 С

N  

Хімічна формула нікотинової кислоти.

Якщо в даній формулі групу -СООН замістити на групу -NН₂, то утворюються формула аміду нікотинової кислоти. Термін амід нікотинової кислоти потрібно називати нікотинамідом (Богатих, 1989).

Широко поширений цей вітамін в продуктах рослинного і тваринного походження. З плодів і ягід багаті ним абрикоси, персики, вишні, малина та деякі інші.

Ніацин входить в склад окисно-відновних ферментів, бере участь у вуглеводневому й білковому обмінах. Нікотинова кислота добре зберігається в овочах і фруктах при тепловій обробці їх, сушці і консервуванні (Дунаєвський,1990).

 

Вітаміноподібні речовини.

До вітаміноподібних речовин відносяться ряд сполук, що входять в склад рослинних продуктів, які по своїй ролі в організмі наближаються до вітамінів.

1) Параамінбензойна кислота. Вітамін В₁₀

 NH₂ COOH

Хімічна формула ПАБК.

Параамінбензойна кислота являється складовою фолієвої кислоти (В_с), разом з якою утворює коферменти необхідні для синтезу нуклеїнових кислот, метіоніна, інших біологічно активних речовин. Вона стійка при нагріванні і зберігає активність при довгій тепловій обробці продуктів. (Дунаєвський, 1990).

В рослинах і тваринних тканинах пара-амінбензойна кислота головним чином зв’язана з білками, поліпептидами та амінокислотами, а також міститься в вигляді ацетильного похідного (Кретович, 1986).

2) Вітамін Р. Біофлавоноїди.

Біофлавоноїди відносяться до поліфенолів – складові органічних сполук, що мають в основі ароматичне кільце з двома і більше гідроксильними групами. Широко поширені в рослинному світі, біологічно високоактивні, грають важливу у житті рослин. В наш час число відомих поліфенолів сягає 2000 і більше.

З багатьох поліфенолів важливе значення мають флавоноїди. Основу їх структури складає флавон.

В рослинах флавоноїди існують у вільному стані і у стані, коли зв’язані з цукрами – глікозиди.

Вони регулюють процес росту рослин і грають роль в процесах біологічного окислення. Флавоноїди поділяються на декілька груп в залежності від хімічної структури. Частіше вони розчинені в клітинному соці, рідше знаходяться в клітинних оболонках. В тваринному організмі вони володіють Р-вітамінною активністю і надають укріплюючу дію на стінки капіляр і знижують ламкість судин. Вперше були виділені з червоного перцю у 1936 році.

До біофлавоноїдів відносяться антоціани. Кожен антоціан має своє забарвлення і в залежності від рН клітинного соку має свій відтінок. Наявність великої кількості різних антоціанів надає плодам і квітам різного забарвлення (чорна і червона смородина, малина, суниця, виноград, абрикоси і інші) (Дунаєвський, 1990).

До речовин, що мають Р-вітамінну активність, відносять широко поширені в рослинному світі глікозиди – рутин і геспередин, а також танін, що міститься в чайному листі і винограді. (Кретович, 1986).

3) Ліпоєва кислота. Протоген. Вона являє собою циклічний дисульфід, що має наступну будову.

CH₂ O

H₂C CH – CH₂ – CH₂ – CH₂ – CH₂ – C

OH

S S

 Ліпоєва кислота.

Широко розповсюджена в природі й міститься в більшості продуктів харчування. Рівень ліпоєвої кислоти вищий у зеленій частині рослин. Є гіпотези й теорії про важливість участі ліпоєвої кислоти в процесі фотосинтезу. (Кретович, 1986).

4) Вітамін U. S-метилметіонін.

В плодах і ягодах міститься в невеликих кількостях, а в овочах у трохи більших кількостях. Наприклад, в помідорах 11-29мг/100гр. Вітамін термолабільний в зв’язку з чим є його значні втрати при тепловій обробці продуктів. (Дунаєвський, 1990).