БІОЛОГІЧНО АКТИВНІ РЕЧОВИНИ. ВІТАМІНИ, ГОРМОНИ, ФАКТОРИ РОСТУ
РОЗДІЛ 1. МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ
ТЕМА 2. ОРГАНІЧНІ РЕЧОВИНИ
§ 13. БІОЛОГІЧНО АКТИВНІ РЕЧОВИНИ. ВІТАМІНИ, ГОРМОНИ, ФАКТОРИ РОСТУ
– Біологічно активні речовини – це органічні сполуки різної хімічної природи, здатні впливати на обмін речовин та перетворення енергії в живих істотах. Одні з них регулюють процеси обміну речовин, росту й розвитку організмів, інші – слугують засобом впливу на особин свого або інших видів. До біологічно активних речовин належать ферменти, вітаміни, гормони, нейрогормони, фактори росту,
– Вітаміни – біологічно активні низькомолекулярні органічні сполуки, які мають різну хімічну природу. Вони необхідні для забезпечення процесів життєдіяльності всіх живих організмів. Вітаміни беруть участь в обміні речовин і перетворенні енергії здебільшого як компоненти складних ферментів. Добова потреба людини у вітамінах становить міліграми, а іноді – й мікрограми.
Цей клас органічних сполук відкрив 1880 року російський лікар М. І. Лунін (1853-1937), а сам термін, який означає “необхідний для життя амін”, запропонував 1912 року польський біохімік К. Функ (1884-1967),
Вітаміни є життєво необхідними компонентами збалансованого харчування людини і тварин. Їхнє основне джерело – продукти харчування, насамперед рослинного походження. Але певні вітаміни містяться лише в продуктах тваринного походження (наприклад, вітаміни А і D). Деякі вітаміни в незначній кількості синтезуються в організмах людини і тварин з речовин-попередників – провітамінів (наприклад, вітамін D утворюється в шкірі людини під впливом ультрафіолетового опромінення) або симбіотичними мікроорганізмами (зокрема, у кишечнику людини симбіотичні бактерії синтезують вітаміни К, В6, В12).
Коли ще не були відомі хімічна будова й механізм дії вітамінів, їх позначали літерами латинського алфавіту – А, В, С, D та ін. Тепер застосовують і хімічні назви (наприклад, вітамін С також називають аскорбіновою кислотою).
Вітаміни, залежно від того, розчиняються вони у воді або жирах, поділяють на дві групи: водорозчинні й жиророзчинні. До водорозчинних належать вітаміни груп В, С тощо, а до жиророзчинних – груп А, D, К, вітамін Е.
За нестачі певних вітамінів, їхньої повної відсутності, а також надлишку розвиваються небезпечні для здоров’я людини та тварин захворювання. Так, за нестачі певних вітамінів в організмі виникає гіповітаміноз, за їхньої повної відсутності – авітаміноз, а за надлишку – гіпервітаміноз (наприклад, надмірний вміст вітаміну А в організмі людини, який перевищує норму у 20-30 разів, спричиняє токсичний ефект). Явища гіпо – та авітамінозу можуть проявлятись і внаслідок порушення обміну речовин. Це так звана вторинна вітамінна нестача, пов’язана з несприйняттям організмом певних вітамінів.
Іншою групою біологічно активних речовин, які відіграють важливу роль у забезпеченні нормальної життєдіяльності організмів людини і тварин, є гормони та нейрогормони.
– Гормони – органічні речовини, здатні включатись у цикл біохімічних реакцій і регулювати процеси обміну речовин та перетворення енергії. Їх виробляють залози внутрішньої та змішаної секреції людини і тварин. Як ви пам’ятаєте з минулорічного курсу біології, такі залози ще називають ендокринними.
В особливих нервових (нейросекреторних) клітинах синтезуються гормоноподібні речовини – нейромедіатори (адреналін і норадреналін) та нейрогормони (окситоцин, вазопресин). Нейрогормони виробляють певні нервові клітини, вони впливають на організм так само, як і гормони. І гормони, і нейрогормони надходять у кров чи інші рідини тіла (наприклад, порожнинну рідину безхребетних тварин), які транспортують їх до різних тканин та органів. Ці біологічно активні речовини беруть участь у регуляції обміну речовин, діяльності ендокринних залоз, тонусу непосмугованої мускулатури, підтриманні гомеостазу внутрішнього середовища організму тощо.
Мал. 13.1. Біологічно активні речовини, які виробляють бактерії (V, VI, VIII), гриби (ІІІ, V, VI, VII), рослини (ІІІ, V, VI, VIII, ІХ) і тварини (I, II, IV, V, VI)
За хімічною природою гормони та нейрогормони поділяють на три сновні групи:
– білкової природи (гормон росту – соматотропін, інсулін та глюкагон);
– похідні амінокислот (адреналін, норадреналін, тироксин);
– ліпідної природи (статеві гормони та кортикостероїди).
Під контролем гормонів і нейрогормонів відбуваються всі етапи індивідуального розвитку людини і тварин, а також усі процеси їхньої життєдіяльності. Ці сполуки забезпечують пристосування до змін умов зовнішнього і внутрішнього середовища, підтримання сталості внутрішнього середовища організму, регуляцію активності ферментів. Якщо певні гормони виробляються в недостатній кількості або не виробляються взагалі, спостерігають порушення розвитку та обміну речовин організму. Надлишкове вироблення певних гормонів також негативно впливає на організм. Ви пам’ятаєте, що за недостатнього утворення в організмі дитини гормону росту розвивається карликовість, а за надлишкового – гігантизм.
Порівняно з роботою нервової системи, яка забезпечує передачу сигналів на значні відстані за короткий час, діяльність гормональної системи відрізняється меншою швидкістю, але справляє триваліший ефект.
Характерні особливості дії гормонів і нейрогормонів такі.
Дистанційність дії: гормони і нейрогормони з током крові або інших рідин можуть переміщатися від місць свого біосинтезу до клітинмішеней, на діяльність яких вони впливають.
Висока біологічна активність: ці сполуки впливають на клітини, тканини та органи в незначних концентраціях.
Висока специфічність дії полягає в тому, що гормони та нейрогормони впливають лише на певні біохімічні процеси, які відбуваються в тих чи інших тканинах і органах. Гормони “впізнають” клітини-мішені, які мають особливі молекули-рецептори. Гормони різної хімічної природи порізному взаємодіють з клітинами-мішенями. Стероїдні гормони можуть досить легко проникати через мембрани всередину клітини. У цитоплазмі вони утворюють комплексні сполуки з білками-рецепторами. Далі цей комплекс проникає в ядро клітини, зв’язується з молекулою ДНК та активує один чи декілька генів, що спричиняє синтез необхідних сполук (ферментів тощо).
Гормони білкової природи або похідні амінокислот зв’язуються з рецепторами, розташованими на поверхні мембран клітин-мішеней. Утворений комплекс активує особливий фермент, пов’язаний з внутрішньою поверхнею клітинної мембрани. Під впливом цього ферменту в цитоплазмі клітини запускається ланцюг біохімічних реакцій. Як наслідок може змінюватися швидкість обміну речовин, частота скорочень серцевого м’яза, напруження непосмугованих м’язів тощо. Деякі клітини мають одразу рецептори до кількох різних гормонів, тобто перебувають під множинним гормональним контролем. Крім того, у клітин різних типів є рецептори до одного й того ж гормону, що зумовлює його множинну дію.
Відносно короткий час існування в організмі: декілька хвилин або годин, після чого речовина втрачає свою активність під впливом специфічного ферменту.
На відміну від нервової системи, що забезпечує передачу сигналу на значні відстані за короткий час, робота гормональної системи вирізняється меншою швидкістю, однак спричинені нею ефекти триваліші.
– Медіатори – фізіологічно активні речовини, які забезпечують міжклітинні взаємодії в нервовій системі. Зокрема, вони беруть участь у передачі нервового імпульсу між двома нейронами, між нейронами і м’язовими клітинами тощо. Їх виробляють нервові та рецепторні клітини. Молекули медіатора виділяються у простір синаптичної щілини. Інтенсивність їхнього виділення регулюють різні концентрації катіону Са2+. Різні медіатори можуть спричиняти різні синаптичні ефекти, наприклад прискорювати або гальмувати проходження нервового імпульсу через синапс. Роль медіаторів можуть виконувати різні сполуки: ацетилхолін, норадреналін, адреналін, серотонін тощо.
– Фактори росту клітини становлять собою поліпептиди з молекулярною масою 5 – 103-104 дальтонів. Подібно до гормонів, вони стимулюють або пригнічують поділ, диференціювання, рухливість, метаболізм, інші прояви життєдіяльності та загибель клітин. На відміну від гормонів, фактори росту продукують неспеціалізовані клітини, які можна зустріти в усіх тканинах. Ці фактори надходять у кров і потрапляють до інших клітин. Фактори росту взаємодіють з рецепторними молекулами у складі клітинних мембран.
Якщо втрачається нервово-гуморальний контроль над розвитком і ростом клітин або порушується взаємодія між різними клітинами, то це може спричинити розвиток злоякісних пухлин.
Один фактор росту може впливати на різні клітини, а різні – на одну клітину. Фактор росту, синтезований у клітині, може не виділятися назовні та впливати на її функції. Один і той самий фактор росту може по – різному впливати на клітини різних типів: наприклад, стимулювати диференціювання одних і гальмувати поділ інших.
На рівень синтезу факторів росту клітини впливають гормон росту, інсулін, статеві гормони тощо. Зокрема, інсулін та статеві гормони підвищують рівень вироблення факторів росту клітинами печінки, а глюкокортикоїди (гормони кори надниркових залоз), навпаки, його знижують.
Ключові терміни та поняття. Біологічно активні речовини, вітаміни, гормони, нейрогормони, медіатори, фактори росту.
Коротко про головне
Біологічно активні речовини – це органічні сполуки різної хімічної природи, здатні впливати на обмін речовин та перетворення енергії в живих істотах. До біологічно активних речовин належать ферменти, вітаміни, гормони, нейрогормони, фітогормони, антибіотики тощо.
Вітаміни – біологічно активні низькомолекулярні органічні сполуки, які беруть участь в обміні речовин і перетворенні енергії, здебільшого як компоненти складних ферментів.
Гормони – органічні речовини, здатні включатись у цикл біохімічних реакцій і регулювати процеси обміну речовин і перетворення енергії. Їх виробляють ендокринні залози людини та тварин. Нейрогормони, які виробляють певні нервові клітини, впливають на організм так само, як і гормони.
Медіатори – фізіологічно активні речовини, які забезпечують міжклітинні взаємодії в нервовій системі та між нейронами і клітинами інших типів. Зокрема, вони беруть участь у передачі нервового імпульсу між нейронами та між нейронами і м’язовими клітинами.
Фактори росту – це поліпептиди, які виробляють клітини різних тканин. Подібно до гормонів, вони стимулюють або пригнічують поділ, диференціювання, рухливість, метаболізм, інші прояви життєдіяльності та загибель клітин.
